Life Sciences Division

Récemment, le Centre de calcul recherche et technologie (CCRT), installé dans les locaux du centre DAM-Ile-de-France, s’est enrichi d’un nouveau calculateur, fourni par la société Bull. Financé par Genci (Grand équipement national de calcul intensif), c'est l’un des puissants calculateurs au monde. Cette puissance de calcul, dédiée cet été à la réalisation de grands challenges scientifiques et industriels, a notamment permis à des chercheurs du SHFJ et du CNRS de simuler un traitement par hadronthérapie aux ions de carbone 12 sur deux modèles de cancer (poumon et cerveau) ainsi que le contrôle en ligne du dépôt de la dose réalisé par Tomographie à Emission de Positons (TEP). Contrairement à la radiothérapie conventionnelle qui utilise essentiellement des faisceaux de photons comme projectile contre les tumeurs, l'hadronthérapie par ions de carbone 12 ou d'hydrogène (protonthérapie) utilise des faisceaux d'ions chargés dont les propriétés physiques leur confèrent une précision balistique et un effet biologique bien supérieurs aux traitements standards (Figure 1). Par ailleurs, les interactions physiques entre le carbone 12 et la matière traversée engendrent, par fragmentation nucléaire, la production d'isotopes émetteurs de positons comme l'oxygène 15 et le carbone 11 qu'il est possible de détecter à l'aide d'une caméra TEP. Ceci devrait permettre de calculer la distribution spatiale et dosimétrique du traitement.

"L'expérience numérique", à cette échelle, a permis, pour la première fois au monde, de modéliser l'ensemble des processus et étapes depuis la production des faisceaux incidents d'ions de carbone, de leurs interactions dans les "patients numériques", jusqu'à la détection par TEP des isotopes émetteurs de positons émis par le faisceau d'irradiation qui permet ainsi le contrôle thérapeutique en ligne et in vivo. Les résultats de cette simulation, dont une partie est illustrée ci-dessus (figure 2), montrent que la détection par TEP du carbone 11 permet de localiser le dépôt d'énergie au maximum d'intensité (pic de Bragg) et que l'oxygène 15 apporte une information sur la dose déposée dans les tissus sains. Ces simulations, réalisées avec la plateforme de calcul Gate, dont le SHFJ coordonne les développements depuis 2003, sont un premier pas vers une meilleure définition et optimisation des plannings de traitements par hadronthérapie en association avec un contrôle thérapeutique efficace par imagerie TEP. Le développement de cette plateforme et son utilisation, ont déjà donné lieu à des publications. Pour l'une d'entre elles, S.Jan & al. "GATE: a simulation toolkit for PET and SPECT", parue en 2004 dans Physics in Medicine & Biology, les chercheurs ont reçu le prix Rotblat 2009 pour l'article le plus cité ces cinq dernières années.