Grille de calcul et validation des processus EM Geant4/GATE Lydia Maigne, Cheick Thiam R

1
Grille de calcul et validation des processus EM
Geant4/GATE Lydia Maigne, Cheick ThiamRéunion
du GDR, Lyon 22-03-2007
2
Contenu

• PARTIE I Simulation MC Geant4/GATE sur la grille
  EGEE
• Apport de la grille et tests de temps de calcul
• Utilisation dimages médicales dans les
  planifications de dosimétrie avec GEANT4/GATE
  sur la grille
• PARTIE II Validation des processus EM dans
  Geant4/GATE
• Etudes des points sources (Electrons)
• Etudes des sources I125 utilisées en
  curiethérapie

3
Simulations GATE sur la grille Description
Site1
Site2
Scanner slices DICOM format
User interface
Site3
Concatenation
Anonymisation
Database
Image text file
Site4
Binary file Image.raw Size 19M
4
Soumission de job GATE

• Modèle de Job GATE sur la grille

• Requirements
• GATE TAG (localisation sur la grille)
• MaxCPUTime

• RANK
• - site sans travaux en attentes
• - site avec le plus grand nombre de CPUs libres

5
Etat de GATE sur la grille et tests de temps de
calcul

• Installation réalisée à partir des packages RPMS
  
• Resources de biomed 115 CEs, 3500 CPUs, 120 TB,
  75 utilisateurs
• Installation courente sur la grille gate_v3.0.0
  adaptée à geant4.8.0
• Simulation en radiothérapie
• Simulation de SPECT
• 1813 Jobs, 24h/job
• Gain800(907 jours avec un CPU 3 GHz)

Calcul local 260 jours sur un processeur de 3GHz
Sur grille de calcul 10 jours pour une
partition en 50 jobs
GAIN maximun 30 / 50 jobs
6
Utilisation dimages médicales Gestion des
données
Upload
Upload DICOM medical data from a PACS system
Visualization of DICOM and DICOM RT
data Functionalities confidentiality, coulors,
zoom, multi frames, etc
Visualization
Uncorelate confidential information concerning
patient from images
Anonymization
Extract data concerning medical images Prepare
and use medical data in GATE/G4 simulations
Extract data
Metadata management AMGA grid services
Database access on grid
7
Accès aux images du PACS
SECURITY processes

• Authentification et autorisation
• Une connexion sécurisée
• Mots de passe et certificat de grille
• VOMS (Gestion des utilisateurs)
• Transfers de données
• Protocoles (GridFRP)
• Crypter des données
• Séparer les images et informations
• Possibilité de visualiser
• Accès sécurisé des images dans AMGA
• ACL (Access Control List) connexion sur données
  ou arborescences de données

8
Accès aux images du PACS
9
Chargement de copie d images
10
Visualisation des images
11
Anonymisation et extraction des données
12

• Validation des processus EM dans Geant4/GATE

13
Sources ponctuelles délectrons
Conditions de Simulations - Source ponctuelle
(isotrope) - Sphère deau découpée en couches
concentriques dépaisseur dr 0,05 rE
- 5 000 000 délectrons monoénergétiques
- Coupures X-ray 1 keV d-ray 1 keV
e- 0,0043 mm
- Récupération de lénergie déposée directement
dans chacun des volumes sensibles
Méthode basée sur la formule de berger
Référence http//physics.nist.gov/PhysRefData/Sta
r/Text/ESTAR.html
14
Electrons monoénergétiques 100 keV
15
Electrons monoénergétiques 100 keV
16
Electrons monoénergétiques de 4 MeV
17
Electrons monoénergétiques de 4 MeV
18
Discussions et conclusions
Variations relatives entre les 4 versions de
Geant4
Différences importantes G4.6/G4.7
implémentation du MSC
Variations relatives entre la version Geant4.8.0
et dautres codes Monte-Carlo
Nous observons de large variations entre Geant4
et les autres Monte-Carlo (de lordre de 10
pour la référence EGS4) gt Ne convient pas pour
une utilisation de G4.8 en dosimétrie avec e-
?Influence de la distribution angulaire dans
limplémentation du MSC (multiple Scattering)
19
Source e- mono-énergétiquesdiffusion multiple
Etude de la diffusion multiple Conditions de
simulation Irradiation dune couche deau par
un faisceau délectrons - Energie électrons E 4
MeV - Position du point source 1,273 cm de la
couche deau - Couche deau dépaisseur 1.02 mm
dans un milieu en air - Coupure 2 keV dans leau
et 1 keV dans lair
20
Source e- mono-énergétiquesdiffusion multiple
Etude de la diffusion multiple Conditions de
simulation Irradiation dune couche deau par un
faisceau délectrons - Energie électrons E 4
MeV - Position du point source 1,273 cm de la
couche deau - Couche deau dépaisseur 1.02 mm
dans un milieu en air - Coupure 2 keV dans leau
et 1 keV dans lair
21
Etudes dosimétriques des sources I125

• Trois modèles de sources diode 125 ont été
  modélisés avec GATE

désintégration de liode 125 par capture
électronique
Modèle 2301 de  Best Medical International 
Modèle Symmetra de  UroMed/Bebig 
Calcul de doses basé sur le formalisme du
TG-43 de lAAPM (fonction de dose radiale,
constante de débit de dose, fonction
danisotropie)
Couronne de récupération de lénergie déposée
Modèle 6711 de  Amersham 
Source
22
Résultats pour le modèle Symmetra
Fonction de dose radiale (Effets dabsorption et
de diffusion dans le milieu entre un point de
référence et le point de mesure de la dose
P(r,?)) comparaisons entre les 4 versions de
geant4 (Différences relatives lt 0.5)
23
Résultats pour le modèle Symmetra
Fonction de dose radiale comparaisons entre
MCPT et Geant4 (bonne concordance entre MCPT et
Geant4 (Low-energy))
24
Résultats pour le modèle Symmetra
Fonction danisotropie (Caractère non ponctuel
de la source et encapsulation de la
source) comparaisons entre MCPT et Geant4
(Différences relatives lt 2)
25
Discussions et conclusions
Variations relatives entre la version
Geant4.8.0, MCPT et Mesures TLD

• Conclusions
• Pour les photons nous avons un bon accord entres
  les 4 versions de Geant4 (ltlt 0.5 )
• La différence entre les packages Standard et
  Low-energy est assez importante (de lordre de 7
  )
• Le modèle Low-energy de Geant4 concorde bien
  avec MCPT