Présentation

Transcription

Présentation

Validation des modèles physiques et
radiochimiques intervenant dans l’irradiation de
molécules d’ADN en utilisant le logiciel
GEANT4-DNA dans un environnement de
grille.
Phạm Quang Trung, 3ème année de thèse
Université Blaise Pascal – CNRS/IN2P3
Sous la direction de Sébastien INCERTI et Lydia MAIGNE
[email protected]
Plan
Introduction
I.
1.
2.
Intégration de G4-DNA dans GATE
II.
1.
Geant4DNA : Les processus et les modèles
2.
Intégrer Geant4DNA dans GATE_v6.1 et GATE_v6.2
Validation des modèles de physique G4-DNA
III.
1.
2.
3.
4.
Le point kernel de dose DPK
Validation des modèles physiques dans Geant4.9.5 avec EGSnrc
Comparaison du DPK entre Geant4 et GATE_v6.1
Comparaison du parcours des électrons entre G4.9.5 et GATE_v6.2
Protonthérapie IBA – Korea
IV.
1.
2.
3.
Simulation d’une ligne de protonthérapie IBA
Validation le Pic de Bragg entre GATE_v6.1 avec les mesures expérimentales
Utilisation de l’espace des phases comme une source
Conclusions
Perspectives
V.
VI.
1.
2.
11/10/12
Vers la radiobiologie
Utilisation Geant4 pour la radiobiologie
Couplage des modèles de physique STD et DNA dans GATE
Géométrie de l’ADN
Phạm Quang Trung _ 29èmes journées des L.A.R.D
1
Plan
Introduction
I.
1.
2.
II.
1.
2.
III.
1.
2.
3.
4.
IV.
1.
2.
3.
Conclusions
Perspectives
V.
VI.
1.
2.
11/10/12
2
I.1 Vers la radiobiologie


Radiobiologie:

Interaction rayonnement ionisant / vivant

Amélioration des traitements du cancer par radiothérapie

Simulation Monte Carlo: Geant4 et GATE
Objectifs de la thèse:
1.
2.
3.
4.
11/10/12
Validation des modèles de physique à basse énergie développés dans
Geant4 pour les proposer dans la plateforme GATE_v6
Proposition de modèles de géométrie d’ADN pour GATE_v6
Proposition d’un calcul d’énergie déposée à une échelle nanométrique dans
GATE
Utilisation des modèles pour calculer des dépôts d’énergie à l’échelle de
l’ADN lors d’un traitement de protonthérapie et prédire le nombre de
cassures SSB et DSB
3
I.2 Utilisation Geant4 pour la radiobiologie
Echelle macroscopique:
Dose aux tissus et aux organes
Collaboration GATE
Echelle microscopique:
Survie cellulaire
Echelle nanométrique:
Cassures et réparation de l’ADN
Collaboration Geant4DNA
11/10/12
4
Plan
Introduction
I.
1.
2.
II.
1.
2.
III.
1.
2.
3.
4.
IV.
1.
2.
3.
Conclusions
Perspectives
V.
VI.
1.
2.
11/10/12
5
II.1 Geant4DNA : Les processus et les modèles
Particles
e-
Elastic
Scattering
9eV-1MeV
Screened Rutherford
4eV-1MeV
Champion
Excitation
9eV-1MeV Born
Charge Change
Ionisation
11eV-1MeV Born
Vibrational
Exitation
2eV-100eV
Michaud et al
Attachment
4eV-13eV Melton
11/10/12
p
H
a, He+, He°
10eV-500keV
Miller Green
500keV-100MeV
Born
10eV-500keV
Miller Green
Effective charges
scaling from same
models as for proton
100eV-10MeV
Dingfelder
100eV-10MeV
Dingfelder
100eV-500keV
Rudd
500keV-100MeV
Born
100eV-100MeV
Rudd
1keV-400MeV
C, O, N, Fe…
Effective charge
scaling 0.5MeV/u10^6MeV/u
6
II.2 Intégrer G4-DNA dans GATE_v6.1 et v6.2
 La version GATE_v6.1 basée sur Geant4.9.4
 La version GATE_v6.2 basée sur Geant4.9.5.p01
PhysicsList DNA utilisée en fichier macro
Ajouter les classes dans GATEv6.1
GateDNAAttachment
GateDNAChargeDecrease
GateDNAChargeIncrease
GateDNAElastic
GateDNAExcitation
GateDNAIonisation
GateDNAVibExcitation
11/10/12
7
Plan
Introduction
I.
1.
2.
II.
1.
2.
III.
1.
2.
3.
4.
IV.
1.
2.
3.
Conclusions
Perspectives
V.
VI.
1.
2.
11/10/12
8
III.1 Le Point Kernel de Dose – DPK
Exemple TestEm12 dans Geant4
Sphère d’eau liquide
400 mm de rayon
Source : électron monoénergétique
Nombre de couches : 24
Epaisseurs des couches : 0,05 x rE









D(r/E) : la dose absorbée (MeV.g-1) dans la couche à la distance r (cm)
rE est la parcours CSDA(g.cm-2) de l’électron d’énergie E (MeV)
J(r/rE, E) grandeur normalisée représentant la part d’énergie déposée dans une couche
sphérique entre les rayons r/rE et r/rE + d(r/rE)
Energie
10keV
15keV
50keV
100keV
RE(g/cm-2)
NIST
2.515E-04
5.147E-04
4.320E-03
1.431E-02
RE G4-DNA
2.766E-4
5.478E-4
4.413E-3
1.44E-2
11/10/12
9
d(E/Eo)/d(r/ro) III.2 Validation les modèles physiques de Geant4.9.5
avec EGSnrc
10keV 1,6 EGSnrc 1,4 Geant4.9.5 std.opt3.urban90 1,2 Geant4.9.5 std.opt3.urban93 1,0 Geant4.9.5 std.opt3.urban95 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 10keV 10keV 1,6 1,6 EGSnrc EGSnrc 1,4 1,4 Geant4.9.5 std.opt3.urban90 Geant4.9.5 std.opt3.urban90 1,2 1,2 Geant4.9.5 EM Livermore Geant4.9.5 EM Livermore Geant4.9.5 std.GS Geant4.9.5 std.GS 1,0 1,0 d(E/Eo)/d(r/ro) d(E/Eo)/d(r/ro) d(E/Eo)/d(r/ro) r/ro 1,8 EGSnrc Geant4.9.5 std.opt3.urban90 1,4 Geant4.9.5 dna Champion 1,2 Geant4.9.5 dna Rutherford 1,0 0,8 0,8 0,8 0,6 0,6 0,6 0,4 0,4 0,4 0,2 0,2 0,2 0,0 0,0 10keV 1,6 0,0 0,0 11/10/12
0,2 0,2 0,4 0,4 0,6 0,6 0,8 0,8 1,0 1,2 1,0 r/ro 1,2 r/ro 0,0 0,0 0,2 Phạm Quang Trung _ 29èmes journées des L.A.R.D
0,4 0,6 0,8 1,0 r/ro 1,2 10
1,8 10keV EGSnrc 1,6 Geant4.9.5 std.opt3.urban90 1,4 Geant4.9.5 EM Livermore Geant4.9.5 std.GS 1,2 d(E/Eo)/d(r/ro) d(E/Eo)/d(r/ro) III.2 Validation les modèles physiques de Geant4.9.5
avec EGSnrc
Geant4.9.5 dna Champion 1,0 EGSnrc 1,4 Geant4.9.5 std.opt3.urban90 1,2 Geant4.9.5 std.opt3.urban93 1,0 Geant4.9.5 std.opt3.urban95 Geant4.9.5 dna Rutherford 0,8 0,8 0,6 0,6 0,4 0,4 0,2 0,2 0,0 0,0 1,8 0,2 0,4 15keV 0,6 0,8 1,0 r/ro EGSnrc 1,6 Geant4.9.5 std.opt3.urban90 1,4 Geant4.9.5 dna Champion 1,2 0,0 1,2 Geant4.9.5 dna Rutherford 1,8 0,8 1,0 1,2 15keV EGSnrc 1,4 Geant4.9.5 EM Livermore Geant4.9.5 std.GS 1,2 0,8 0,8 0,6 0,6 0,4 0,4 0,2 0,2 0,0 0,0 0,4 0,6 Geant4.9.5 std.opt3.urban90 1,0 0,2 0,4 1,6 1,0 0,0 11/10/12
0,2 r/ro d(E/Eo)/d(r/ro) 0,0 d(E/Eo)/d(r/ro) 15keV 1,6 0,0 0,2 0,4 0,6 Phạm 0,8 1,0 _ 29èmes
1,2 Quang Trung
journées des L.A.R.D
r/ro Geant4.9.5 dna Champion Geant4.9.5 dna Rutherford 0,6 0,8 1,0 r/ro 1,2 11
• Cuve à eau : 10x10x10 mm3
• Source :
+ électrons mono-énergétique
+direction Z (0 0 1)
+ 10, 15, 20, 30, 40, 50, 80 et
100keV
• PhysicsList : Geant4-DNA
Parcours (µm) III.3 Comparaison du parcours des électrons entre G4.9.5 et
GATE_v6.2
160 Parcours Electrons Geant4.9.5 140 Parcours Electrons GATE_v6.2.DNA 120 100 80 60 40 20 ‐ 0 20 40 60 80 100 120 Energie (keV) 11/10/12
12
III.4 Comparaison du DPK entre Geant4 et GATE_v6.1
d(E/Eo)/d(r/ro)  Geant4.9.4
Example TestEm12
PhysicsList DNA
Elastic Scattering : modèle de
Champion
 GATE_v6.1
Ne pas simuler les électrons < 8eV
1,6 d(E/Eo)/d(r/ro) Electron 10 keV 50 000 par cles 1,4 GATE6.1 DNA Geant4.9.4 DNA 1,2 1,6 1,4 GATE6.1 + DNA Geant4.9.4 DNA 1,2 1,0 1,0 0,8 0,8 0,6 0,6 0,4 0,4 0,2 0,2 0,0 Electron 15keV 50 000 par cules 0,0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 0,0 0,2 0,4 r/Rcsda 11/10/12
0,6 0,8 1,0 1,2 r/Rcsda 13
Plan
Introduction
I.
1.
2.
II.
1.
2.
III.
1.
2.
3.
4.
IV.
1.
2.
3.
Conclusions
Perspectives
V.
VI.
1.
2.
11/10/12
14
IV.1 Simulation d’une ligne de protonthérapie IBA
Voxalise the water phatom
x : y : z 500 : 500 : 500
1. The Source
4. Collimator
• E = 191.3MeV
• Box : 18 x 30.1 x 5.7 cm3
• Gaussien
• Material : Nickel
• E = 1.2
• d = 8.908 g/cm3
2. First Scatter
5. Water Phantom
• Box: 5 x 12.15 x 0.05 cm3
• Box: 50 x 50 x 50 cm3
• Material: Lead
• Voxel size 1 x 1 x 1 mm3
• d = 8.28 g/cm3
• Material: Water
3. Ranger modulator
• d = 1.0 g/cm3
RM1
Box: 16.3 x 16.3 x 0.8395 cm3
Material: Lead
HadronsTherapyStandardPhysics
d = 8.28 g/cm3
RM2
Box: 16.3 x 16.3 x 4.4355 cm3
Material: Lexan
Nombre de Particules
d = 1.2 g/cm3
300 000 000
11/10/12
15
IV.2 Validation le Pic de Bragg entre GATE_v6.1 avec les
mesures expérimentales
Water Phantom
13.1 cm
Bragg Peak
Beam
Direction
13.0 cm
Créer fichier : PhaseSpace.root
Probabilité(Nombre de par cule) Vérifier : Espace des Phases
Dose Rela ve (%) 100 80 Phase Space 60 Experiments 40 20 0 0 50 100 150 200 250 Récupérer leSpectre Proton de fici er Espace des Phases 600000 500000 400000 WPSpectreProton 300000 200000 100000 0 0 10 20 Depth Profil Z (m
m) 11/10/12
30 40 50 60 Energie (MeV) 16
IV.3 Utilisation de l’espace des phases comme une source
Probabilité(Nombre de par cule)  Réutiliser l’example Microdosimetry Geant4
Récupérer leSpectre Proton de fici er Espace des Phases 600000 World Volume
500000 •
•
400000 WPSpectreProton 300000 Cible
200000 100000 0 0 10 20 30 40 50 60 Energie (MeV) •
World Volume + cible : l’eau liquide
Dimension de cible:
• 2(diametre) x 2(hauteur)nm : ADN
• 10 nm x 5 nm : Nucleosome
• 25 nm x 25 nm : Chromatine
PhysicsList
• WorldVolume : Modèle STD
• Cible : Modèle DNA
 Energie déposée dans la cible


11/10/12
Intéractions des particules avec la cible très rares
Fortement dépendantes de la distance entre la source et
la cible
17
Plan
Introduction
I.
1.
2.
II.
1.
2.
III.
1.
2.
3.
4.
IV.
1.
2.
3.
Conclusions
Perspectives
V.
VI.
1.
2.
11/10/12
18
Conclusion

GEANT4 pour la radiobiologie:




Méthode Monte Carlo
Gamme d’énergie : ~ eV => ~MeV
Code libre
Intégration des processus et modèles Geant4DNA dans GATE_v6.1




11/10/12
Validation des dépôts d’énergie : dose point kernel dans Geant4,
Geant4DNA et GATE_v6.1
Validation du parcours des électrons dans G4.9.5.p01 et GATE_v6.2
Simulation d’une ligne de protonthérapie IBA (NCC, Corée), validation
entre la simulation et les mesures expérimentales
Utilisation des espaces des phases et des spectres de protons pour
simuler à l’échelle de l’ADN
19
Plan
Introduction
I.
1.
2.
II.
1.
2.
III.
1.
2.
3.
4.
IV.
1.
2.
3.
Conclusions
Perspectives
V.
VI.
1.
2.
11/10/12
20
V.1 Couplage des modèles de physique STD et DNA dans GATE

Utilisation des deux modèles physiques Standard et Geant4DNA dans
Microdosimetry

World Volume : Modèle EmStandard



Activation des processus EmStandard
Target : Modèle Geant4-DNA

Inactivation des modèles standard < 1MeV

Activation des processus G4-DNA
T
W
Couplage des deux modèles dans GATE_v6.1

11/10/12
Utiliser les deux modèles physiques Standard et DNA dans GATE
21
V.2 Géométrie de l’ADN

A partir de fichier PDB (Protein DataBank)
exemple: 1FZX.pdb (10 pb) http://www.rcsb.org/pdb/explore/explore.do?structureId=1FZX
Liquid
water
Geant4DNA:
Dépôts d’énergie
Fusion
Geant4DNA
Hit
X
Y
Z
Fichier PDB
Edep
Atom
X
Y
Z
Fichier.pdb
Localisation des atomes
 SSB :
seuil d’énergie déposée 8,22 eV
 DSB :
distance entre deux SSB 10 pb
11/10/12
22
Merci de votre attention!
11/10/12
23

Présentation

Transcription

Documents pareils

nomination au sein du groupe the gate collection

terminal map level 3.cdr

Gate Gourmet acquerra deux unités de restauration

Consultez notre fiche technique imprimable

Untitled - L`Ame Strong

Le projet Geant4-DNA - Pamo

Gate Primeurs Grossiste Fruits et Légumes M.I.N. 12 Avenue Jean

Fiche Technique " Le Grand Rex"

Joshua fit the battle of Jericho