Les stages

PDF

Etude de la thérapie de capture de neutrons par le bore (BNCT) dans le cadre des sources compactes de neutrons à l'aide du code de simulations Monte Carlo GEANT4

Spécialité

Physique nucléaire

Niveau d'étude

Bac+4/5

Formation

Ingenieur/Master

Unité d'accueil

Candidature avant le

31-03-2017

Durée

3 mois

Poursuite possible en thèse

non

Contact

MARCHIX Anthony
+33 1 69 08 56 02

Résumé/Summary

Le but de ce stage concerne le développement d'outils de simulations qui seraient en mesure de fournir une description complète des processus physiques impliqués lors d'un traitement médical via la BNCT, des faisceaux de protons à la dose administrée. Une étude préliminaire sera réalisée avec un ensemble cible/modérateur simplifié afin de tester les capacités de ces nouveaux outils de simulations et également d'étudier les avantages du BNCT en terme de dose administrée.

Sujet détaillé/Full description

La thérapie de capture de neutrons au bore (BNCT) s'impose dans le monde entier comme le futur moyen de traitement par accélérateur en milieu hospitalier. Il existe des projets en Russie, au Royaume-Uni, en Italie, au Japon, en Israël et en Argentine pour développer la BNCT autour de différents types d'accélérateurs [1]. Ce travail est à la croisée de nombreux domaines qui impliquent des connaissances sur les sources d'ions de haute puissance, les tubes d'accélération, le transport des faisceaux intenses, le diagnostic du faisceau, les cibles de haute puissance, les réactions nucléaires et la conception des salles de traitement. L'une des questions les plus importantes est la détermination de la dose administrée au patient. La dosimétrie en BNCT est perturbée par l'existence de radiations secondaires produites principalement par des interactions neutroniques avec des atomes autres que le Bore, présents à la fois dans le corps du patient et dans son environnement [2]. Cela peut non seulement augmenter les effets biologiques sur les cellules cancéreuses, mais également augmenter les dommages incontrôlés sur les cellules saines. Cela nécessite une compréhension plus détaillée des processus liés aux interactions entre le faisceau de neutrons et le milieu traversé, ainsi que son efficacité biologique relative (RBE). Outre les études in vitro, l'une des approches les plus importantes est basée sur les simulations Monte Carlo qui ont le potentiel de décrire complètement le processus d'interactions nucléaires et le rayonnement ionisant des particules secondaires. Depuis 2007, Geant4 propose des modèles physiques pour décrire les interactions des particules dans l'eau liquide au niveau du micromètre à travers le module Geant4-DNA [4]. Ce module fournit un ensemble complet de modèles décrivant les interactions électromagnétiques, événement par événement, des particules avec l'eau liquide, ainsi que des développements pour la modélisation de la radiolyse de l'eau. Depuis sa parution, le module Geant4-DNA a été adopté comme un outil de recherche en radiothérapie externe du keV au MeV, en thérapies hadroniques utilisant des protons et des ions lourds, en thérapies ciblées et pour les études radiobiologiques [5].
Au CEA, nous avons lancé le projet de la SONATE (Source COmpacte de Neutrons s'Appuyant sur la Technologie des accélératEurs). Le but de ce projet est de développer une source de neutrons compacts basée sur des faisceaux de protons à haute intensité et faible énergie (moins de 20 MeV) consacrés à des applications spécifiques telles que les expériences de diffusion de neutrons pour les études de physiques fondamentales, la qualification des matériaux par imagerie neutronique pour l'industrie, ainsi que la production de radio-isotopes ou la BNCT à des fins médicales. Ces développements impliquent de maîtriser les connaissances et le savoir-faire des processus neutroniques dans la matière pour les convertir efficacement dans la gamme d'énergie requise pour l'application désirée et en transporter un maximum au point d'intérêt. Le but de ce stage concerne le développement d'outils de simulations qui seraient en mesure de fournir une description complète des processus physiques impliqués lors d'un traitement médical via la BNCT, des faisceaux de protons à la dose administrée au patient.
Le travail à réaliser concerne le couplage des modèles de physique nucléaire présents dans Geant4 avec le module Geant4-DNA. Une étude préliminaire sera réalisée avec un ensemble cible/modérateur simplifié afin de tester les capacités de ces nouveaux outils de simulations et également d'étudier les avantages de la BNCT en terme de dose administrée.
[1] A. Valda et al., Accelerator technology and SPECT developments for BNCT, 10th Latin American Symposium on Nuclear Physics and Applications, 1-6 Dec 2013. Montevideo, Uruguay.
[2] J.W. Hopewell et al., The radiobiological principles of boron neutron capture therapy: A critical review, Applied Radiation and Isotopes 69 (2011) 1756–1759.
[3] R. L. Moss, Critical review, with an optimistic outlook, on Boron Neutron Capture Therapy (BNCT), Volume 88, June 2014, Pages 2–11.
[4] S. Incerti et al., Comparison of Geant4 very low energy cross section models with experimental data in water, , Med. Phys. 37 (2010) 4692-4708.
[5] S. Incerti et al., Review of Geant4-DNA applications for micro and nanoscale simulations, Physica Medica 32 (2016) 1187–1200.

Mots clés/Keywords

thérapie de capture de neutrons au bore, source compacte de neutrons, simulation Monte Carlo GEANT4

Compétences/Skills

Simulations Monte Carlo, neutronique, physique nucléaire

Logiciels

Geant4, C/C++
Retour en haut