Algorithmes de calcul de dose basé sur des modèles pour des applications avancées en physique médicale

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Le rapport du groupe de travail 186 de l'AAPM s'est penché sur les MBDCA (algorithme de calcul de dose basé sur des modèles). Ces algorithmes permettent de calculer la dose de radiation déposée dans un patient modélisé à partir d'images médicales quantitatives. Ces méthodes permettent un calcul plus exact grâce à différentes techniques, dont les deux principales sont les simulations Monte Carlo (MC) et les solveurs Boltzmann sur grille. Les algorithmes MBDCA font très lentement leur entrée dans les cliniques parce que, entre autres, ils sont trop lents pour les applications visées. Cette demande de subvention vise le développement et la validation de versions accélérés d'algorithmes MBDCA que nous développons pour des applications spécifiques. Notre groupe développe une plateforme de calcul de dose multimodale (en langage python) que nous utilisons pour plusieurs programmes de recherche maison. Notre objectif, avec la demande de subvention actuelle, est de nourrir cette plateforme avec des algorithmes de calcul dosimétrique rapides et exacts, orientés vers des applications spécifiques. En physique des réacteurs, la neutronique vise à développer et implémenter les méthodes de résolution numérique de l'équation de transport de Boltzmann sous sa forme intégrale ou intégro-différentielle. Nous désirons nous appuyer sur cette expertise pour développer un algorithme de calcul de dose propre à la radiothérapie et idéal pour le calcul d'optimisation. Nous développerons une technique de calcul de dose en utilisant un solveur Boltzmann basé sur la méthode des ordonnées discrètes avec schéma diamant et utilisant un algorithme massivement parallèle. En médecine nucléaire thérapeutiques et diagnostiques, une connaissance exacte de la dose de radiation reçue par les différents organes est nécessaire pour bien évaluer les risques et bénéfices. Notre objectif est de développer des outils de calcul de dose rapide et exact en médecine nucléaire. Les stratégies d'accélération intégrerons les réseaux neuronaux convolutifs (RNC). Nous développerons aussi des algorithmes basés sur le calcul MC pour bien évaluer la dose livrée pour chaque acquisition de médecine nucléaire (gold standard). Parmi les différentes méthodes d'accélération des calculs MC, nous nous intéressons aux techniques de MC précalculé (PMC) en raison de la simplicité de mise en ouvre ainsi que de la vitesse et la précision dans les calculs de dose. La technique implique la création d'une base de données complète de pistes (tracks) de particules générées par un code MC. La technique PMC nous apparait idéale pour une nouvelle application de curiethérapie : diffusing alpha-emitter radiation therapy (DaRT) Cette technique implique des sources radioactives au Ra-224 émettrices de particules alphas implantées dans la tumeur. Comme le Ra-224 crée 3 produits de désintégration (alpha, beta et gamma), le calcul de dose dans la tumeur et les tissus avoisinants est plus complexe.