Traçabilité des valeurs dosimétriques générées dans le domaine préclinique lors de la mise à jour d’un code Monte-Carlo

Thibault Mauxion CRCNA – Université de Nantes INSERM UMR-892 Equipe 13 : « Recherche en Oncologie Nucléaire »

21 Octobre 2010

27ème journées des LARDs, Nantes

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Intérêts et mise en œuvre de la dosimétrie préclinique dans l’équipe

Génération de « benchmarks » par méthodes de Dose Point Kernel et Voxel Dose Kernel

Traçabilité des valeurs dosimétriques générées dans le domaine préclinique lors de la mise à jour d’un code Monte-Carlo

Antigènes

Cellules tumorales

Vecteur biologique

Radioélément

Ciblage

marquage

La radioimmunothérapie cible les tumeurs avec un anticorps marqué par un radioélément

Ce traitement est utilisé en clinique pour le traitement du lymphome B non Hodgkinien : Bexxar® (131I) ; Zevalin® (90Y)

Les études translationnelles permettent d’évaluer la réponse thérapeutique à différentes échelles

La dosimétrie préclinique peut être appliquée pour :

- optimiser la quantité de radiopharmaceutique - comparer différents protocoles thérapeutiques - établir un lien entre la dose absorbée et les effets biologiques

Le schéma du MIRD est utilisé pour calculer la dose absorbée dans une cible

€

D(rT ,TD ) = ˜ A (rS ,TD ) ⋅ S(rT ← rS ,t)rS

∑

Cible rT

Source rS(1)

Source rS(3) Source rS(2)

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L’activité cumulée est en général déterminée par mesures directes sur les organes prélevés

€

D(rT ,TD ) = ˜ A (rS ,TD ) ⋅ S(rT ← rS ,t)rS

∑

à = Aire sous la courbe Activité

Temps

S. Boutaleb a développé un générateur de facteurs S à partir d’atlas de modèles dosimétriques

Atlas intégré

- choix du modèle - variation de la masse - insertion de tumeurs

Table facteurs S Fichier d’entrée MCNPX

€

D(rT ,TD ) = ˜ A (rS ,TD ) ⋅ S(rT ← rS ,t)rS

∑

Boutaleb et al., proceedings of the IEEE, 2009

Appliquer un modèle dosimétrique représentatif n’est pas toujours possible !

Et pour une même expérience ?

Facteurs S ≠ sexes, lignées, âges ≠ Mise à l’échelle par la masse totale

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Les échelles énergétiques et spatiales considérées dans le domaine préclinique sont souvent faibles

keV MeV GeV TeV

≤ millimètre < ≥ mètre

Les simulations sont effectuées avec MCNPXv2.7a

Code :

MCNPX v2.7a Tally: F6 ou MESH sphérique Erreur relative < 0,05 ESTEP en énergie minimum : 10 dans chaque couronne

Système :

Mac pro OS 10.6 / Multi processeur / “Multi threaded“ Temps de simulation: de quelques minutes (photons) à plusieurs semaines (électrons)

Spectres des radionucléides:

Basés sur le “MIRD Radionuclide Data and Decay Schemes”

La méthode de VDK consiste à comptabiliser l’énergie absorbée dans une géométrie voxelisée

Voxel source : Radionucléides (90Y, 99mTc, 131I) Electron (100, 500 keV and 1 MeV ) Photon (50, 200 and 500 keV)

Taille des voxels : 0,1 mm ; 3 mm ; 6 mm

Valeurs des VDK : Facteur S (mGy.MBq-1.s-1)

Milieu aqueux infini et homogène

1.E-08

1.E-02

1.E+04

0 1.5 3

1.E-08

1.E-02

1.E+04

0 3 6

Y-90 MIRD17 Y-90 MCNPX Tc-99m MIRD17 Tc-99m MCNPX I-131 MIRD17 I-131 MCNPX

VDK (mGy.MBq-1.s-1) VDK (mGy.MBq-1.s-1)

r (cm) r (cm) VDK (mGy.MBq-1.s-1)

r (cm)

Voxel 0,1 mm Voxel 3 mm

Voxel 6 mm

Les profils VDK sont générés pour les sources de RADIONUCLEIDES

1.E-10

1.E-03

1.E+04

0 3 6

100 keV 500 keV 1 MeV

1.E-10

1.E-03

1.E+04

0 1.5 3

VDK (mGy.MBq-1.s-1) VDK (mGy.MBq-1.s-1)

r (cm) r (cm) VDK (mGy.MBq-1.s-1)

r (cm)

Voxel 0,1 mm Voxel 3 mm

Voxel 6 mm

Les profils VDK sont générés pour les sources d’ELECTRONS

Amélioré par le module OMPI

Ogawa, supercomputing, 1996

VDK (mGy.MBq-1.s-1)

r (cm)

Voxel 0,1mm

L’implémentation d’OMPI permet une réduction de temps équivalente au nombre de CPU ajoutées

1,5.107 ; 5 jours

1.E-10

1.E-03

1.E+04

0 0.1 0.2 r (cm)

1,5.108 ; 2,5 jours

x 10 / 2

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La méthode de DPK comptabilise la fraction d’énergie absorbée à distance d’un point source

Milieu aqueux infini et homogène

Electron :

10 keV -> 1 MeV Radionucléides (90Y, 131I)

DPK=d(E/E0)/d(r/r0)

Photon :

10 keV -> 1 MeV Radionucléides (99mTc, 131I)

DPK=D(r).r2 ou Φ(r) Axe radial

-50%

-25%

0%

25%

50%

0 1.2

10 keV 50 keV 100 keV 500 keV 1 MeV

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Les DPK calculés avec MCNPX concordent avec les valeurs de référence pour les sources d’ELECTRONS

Monoénergétique Erreur relative – ETRAN (Seltzer, 1991)

r/r0

Faibles valeurs absolues

0

1

2

0 1.2

DPK

r/r0

0

12

0 1

MCNPX v2.7a MIRD 7 Prestwich et al.

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Les DPK calculés avec MCNPX concordent avec les valeurs de référence pour les RADIONUCLEIDES

90Y

131I

DPK

r/r0(Emax)

-50%

-25%

0%

25%

50%

0 1 5 50

50 keV 100 keV 300 keV 500 keV 1 MeV

0

1

2

0.05 0.5 5 50

Les DPK calculés avec MCNPX concordent avec les valeurs de référence pour les sources de PHOTONS

Monoénergétique

18

r (cm)

Erreur relative – ETRAN (Berger, 1968)

r ( cm)

DPK

0

1

2

0.05 0.5 5 50

-50%

-25%

0%

25%

50%

0 1 5 50

10 keV 50 keV 100 keV 300 keV 500 keV 1 MeV

Les DPK calculés avec MCNPX concordent avec les valeurs de référence pour les sources de PHOTONS

Monoénergétique

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r (cm)

r ( cm)

DPK Erreur relative – EGS4(Luxton, 1999)

Les DPK calculés avec MCNPX concordent avec les valeurs de référence pour les RADIONUCLEIDES

-5%

-3%

-1%

1%

3%

5%

0 30

Erreur relative – EGS4(Furhang, 1996)

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99mTc

131I r (cm)

21

Les valeurs de DPK sont en accord avec la littérature

Questions?

Nous disposons d’un jeu de données pouvant être utilisé pour de futures versions de code MCNPX

L’utilisation du générateur de modèles peut être effectuée sur de nouvelles versions de code

Un travail similaire est envisagé pour GEANT4

Un modèle peut il être représentatif d’une expérience donnée?