​La simulation numérique est largement utilisée pour optimiser et individualiser les protocoles de radiothérapie conventionnelle (qui utilise des photons pour traiter la cible tumorale). Cette approche souffre néanmoins d’un manque de précision pour des applications en hadronthérapie, une forme de radiothérapie en plein essor qui utilise des faisceaux de protons ou d’ions carbone-12 : en effet, les codes classiquement utilisés ne reproduisent pas fidèlement les interactions hadroniques dans les processus de collisions particule/matière.

GATE est un code de calcul développé ces dernières années, dans le cadre de la collaboration internationale OpenGATE impliquant des chercheurs du laboratoire BioMaps (Service Hospitalier Frédéric-Joliot), pour modéliser des systèmes d’imagerie médicale (imagerie nucléaire, radiographie par rayons X, imagerie optique) et également de radiothérapie. Ce logiciel open-source aide aussi bien à concevoir de nouveaux dispositifs d’imagerie, qu’à optimiser des protocoles d’acquisition, ou à évaluer des algorithmes de reconstruction d’images. Il est également très performant pour le calcul de doses en radiothérapie : il propose un calcul des interactions particules/matière par approche Monte-Carlo, permettant d’atteindre un niveau de précision supérieure aux techniques analytiques classiquement utilisées pour ces applications.  

Dans un article publié dans Medical Physics, des chercheurs décrivent et valident l’utilisation de GATE pour simuler des traitements en hadronthérapie sur la base de protocoles concrets d’hadronthérapie réalisés dans 3 grands centres européens (Imagerie protonique et calcul de dose en protonthérapie au Centre Antoine Lacassagne, Nice, France et au Christie NHS Foundation Trust, Manchester, Royaume-Uni ; calcul de la dose en faisceaux de protons et d'ions carbone au centre MedAustron IonTherapy, Wiener Neustadt, Autriche). Les applications présentées utilisent trois machines totalement différentes (constructeurs et technologies), ce qui a permis de mettre en évidence la polyvalence et l’applicabilité de la plateforme GATE dans un environnement clinique.

Ce nouveau pont entre la recherche fondamentale en physique des particules, la simulation numérique, et l’expérience des thérapeutes utilisateurs de faisceaux d'ions légers montre la pertinence de la collaboration OpenGATE au profit de l’optimisation des protocoles de radiothérapie du cancer.

Estimation par simulation GATE de la distribution de la dose lors d'un traitement d'une tumeur cérébrale par faisceaux d'ions carbone 12. Grevillot et al. 

Contact : 

Sébastien JAN (sebastien.jan@cea.fr) 

[1] Sébastien JAN, actuellement directeur adjoint de l'UMR BioMaps, a été le coordonnateur scientifique de la collaboration OpenGATE entre 2003 et 2018.