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L’AXE SANTE DU LABEX P2IO P. LANIECE Kick off meeting, 11 Janvier 2012.

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1 L’AXE SANTE DU LABEX P2IO P. LANIECE Kick off meeting, 11 Janvier 2012

2 PLAN  Pourquoi un axe ‘santé’ dans le labex P2IO  Structuration et organisation de l’axe  Quelques exemples thématiques  Perspectives

3 Pourquoi un axe santé à P2IO Tradition historique de la physique Demande sociétale croissante + enjeux de l’interdisciplinarité Exemple grand centre de recherche américain comme Brookhaven (BNL), Berkeley (LBL), Jefferson Lab 348 | VOL.8 NO.4 | APRIL 2011 | nature methods

4 Excellence monodisciplinaire  Savoir faire et compétences + Autonomie et ressources des laboratoires Projets interdisciplinaire physique-santé d’excellence pré-existants  ThomX, CaLIPSO, Trecam, … Environnement favorable  ➜ ➜➜ ➀ Les principaux piliers CONTEXTE Adéquation de P2IO pour une interdisciplinarité de qualité Structure d’interface de référence  (instrumentation, méthodologie, modélisation) ➜

5 Projet TRECAM projet POCI Imagerie per-opératoire: traitement chirurgical du cancer assisté par radioguidage Un exemple de projet santé P2IO Principe de détection Points d’injection du traceur Ganglion Sentinelle Protocole du ganglion sentinelle dans le cadre du cancer du sein projet TRECAM, pole omega Principe d’analyse Analyse en bloc

6 ➜ EXEMPLE d’un projet P2IO  Compétences spécifiques : simulation (GATE), instrumentation, électronique, méthodologie et évaluation clinique Regulators, High power voltage supply ADCs, FPGA, USB 2 Hardroc 2b/ chip 256 MAPMT channels on the 4 ✕ 64 hardroc Multi-anode PMT (Hamamatsu H9500) ➜ 16 x 16 pixels (3mm pitch) Crystal LaBr 3 :Ce (BrilLanCe 380 Saint Gobain Crystals) ➜ thickness : 5 mm ➜ coating : Absorbent edges, Teflon top Multi channels electronics readout ➜ 4 chips HARDROC2 [6], OMEGA/LAL) Parallel hole collimator (Nuclear Fields) ➜ thickness : e = 15 mm ➜ holes : ϕ = 1.5mm, septa = 0.23 mm Regulators, High power voltage supply ADCs, FPGA, USB 2 Hardroc 2b/ chip 256 MAPMT channels on the 4 ✕ 64 hardroc Multi-anode PMT (Hamamatsu H9500) ➜ 16 x 16 pixels (3mm pitch) Crystal LaBr 3 :Ce (BrilLanCe 380 Saint Gobain Crystals) ➜ thickness : 5 mm ➜ coating : Absorbent edges, Teflon top Multi channels electronics readout ➜ 4 chips HARDROC2 [6], OMEGA/LAL) Parallel hole collimator (Nuclear Fields) ➜ thickness : e = 15 mm ➜ holes : ϕ = 1.5mm, septa = 0.23 mm Sensibilité 50 kBq (expo 10 sec.) Résolution spatiale < 1 mm BILAN ❖ EVALUATION CLINIQUE : ➞ PHRC, Collab. Hopital Tenon (APHP), IMNC (162 patientes) ➞ PHRC, Collab. CHU Lariboisière (APHP-Paris 7) IMNC (> 30 patientes) 2012 ❖ RESULTATS : Intérêt clinique démontré Impact scientifique : de IEEE TNS à Journal Nuclear Medecine valorisation industrielle : ➞ projet commun IN2P3 : IMNC/IPHC (D. Brasse) retour vers le physique : ➞ imagerie  haute résolution, feedback électronique Scintillateur ➜ LaBr 3 :Ce (SGC) Collimateur ➜ trous // (NF) Multi-anode PMT ➜ 16 x 16 (Hamamatsu H9500) Multi-channels electronics readout ➜ 4 chips HARDROC2 [3], OMEGA/LAL) Regulators, HV pow. supp. ADCs, FPGA, USB 2 PCB impl. 4 Hardroc2 256 MAPMT channels (4 hardroc2 chips) TRECAM set-up & performances

7 Structuration des thèmes AXE SANTE A P2IO ImagerieRadiothérapie Instrumentation Accélérateur Modélisation/ Simulation cancérologie neurosciences

8 Structuration des thèmes par entité AXE SANTE A P2IO ImagerieRadiothérapie CSNSM IMNC IPNO IRFU LAL LLR

9 Imagerie préclinique AXE SANTE: les thèmes Motivations:  Développer un outil d’analyse temps-réel  Eliminer les perturbations produits par l’anesthésie  Approche imagerie multi-modale (association comportement) PIXSIC: une sonde optimisée pour la mesure chez l’animal éveillé Développement d’un Détecteur Silicium pixelisé autonome: Stabilisation courant de fuite: collaboration Analyse sous SILVACO Test sous pointe

10 Imagerie clinique CaLIPSO: nouvelle génération de caméra TEP pour l’imagerie en neurosciences AXE SANTE: les thèmes Motivations:  Optimisation de l’efficacité et de la résolution pour l’imagerie TEP  Développer un outil d’imagerie dynamique adapté aux neurosciences  Proposer une alternative à la détection TEP pour le suivi dosimétrique en hadronthérapie Performances attendues: sensibilité 10 %, résolution spatiale 1 mm, grand angle solide TMBi dépôt pixels métalliques (métaux stables) et réalisation couche résistive par implantation Modélisation CaLIPSO (plateforme GATE) Une double détection: Signal « Scintillation » Décl. détecteur et temps. Signal Ionisation Mes. Energie et Posit 3D.

11 Imagerie/Radiothérapie ThomX: nouvelle génération de source X pour l’imagerie et le traitement par radiothérapie AXE SANTE: les thèmes Motivations:  Développer un irradiateur X monoénergétique, et modulable en intensité  applications potentielles en imagerie et radiothérapie  La source doit être compactable pour être exploitée en milieu hospitalier et de coût modéré Principe: source X compton obtenus par collision d’e- (50 à 70 Mev) et photons (laser fibré amplifié ) dans une très petite cavité Equipex 2011:  Partenariat LAL, SOLEIL, CELIA (laser), Neel (Instrumentation)  Exploitation scientifique (C2RMF, ESRF, Inserm) : medicale et heritage culturel  Industrialisation: discussion Thales TED

12 Hadronthérapie AXE SANTE: les thèmes Hadronthérapie : Méthode innovante pour le traitement des cellules cancéreuses Particules chargées (protons, 12 C 6+...) Traitement des tumeurs radiorésistantes et/ou voisines d’organes à risque ● Avantages : Dépôt de dose localisé Parcours dans la matière modulable par l’énergie Diffusion latérale limitée Tumour Optical nerve  Besoins : outils de simulation performants et fiables  Planning de traitement individuel  Contrôle de la dose grâce aux particules secondaires  Estimation des effets secondaires à long terme

13 Hadronthérapie AXE SANTE: les thèmes  Base de données nucléaires et/ou modèles de réactions nucléaires suffisamment précis (en particulier pour la fragmentation du carbone)  Objectifs:  Comprendre le mécanisme de réaction à travers des expériences les plus contraignantes possibles  Modéliser Extension du modèle développé pour les réactions proton-noyau aux ions jusqu'à l’oxygène (INCL4-HI)  Valider Inclusion dans GEANT4, comparaison avec ensemble de données existantes  Appliquer Génération de bases de données spécifiques, simulations de références L’expérience FIRST (Fragmentation of Ions Relevant for Space and Therapy) au GSI : C+C 400 MeV/u Projet ANR PROUESSE PRotonthérapie : développement et validation d’un OUtil de modélisation Et Simulation monte carlo précises et rapides du dépôt de doSE CEA/DRT/LIST, CEA/DSM/Irfu, Institut Curie - Centre de Protonthérapie d'Orsay, DOSISOFT, Centre Antoine Lacassagne/Cyclotron Biomédical, INSA/Lyon CNDRI  Utilisation de l’imagerie TEP pour le contrôle de la dose délivrée en hadronthérapie 511 keV Cibl e Production d’émetteurs  + ( 11 C, 10 C, 15 O…) Collisions nucléaires inélastiques Activité  + mesurée GSI Darmstadt (Germany) Modélisation de la chaîne de mesure TEP en ligne complète GATE simulationIn-beam PET imager (GSI )Heterogeneous phantom Faisceau de traitement + cible hétérogène ou patient + imageur TEP dédié

14 Structuration des projets ImagerieRadiothérapie CSNSM CaLIPSO IMNC PIXSIC, IBAC, SIPMED, MoniTEP, TrioP, TRECAM, MEMBO, QIM, Sigahrs, CaLIPSO Envision, Imadron (GATE) IRFU CaLIPSO, ART, Iseult (IRM)Envision, Prouesse IPNO CaLIPSOprotonthérapie LAL ThomX, SIPMED, PIXSICThomX LLR Hadronthérapie (profileur faisceau AXE SANTE à P2IO

15 Enjeux AXE SANTE à P2IO  EXPLORER :  certains mécanismes cérébraux physiologiques et physiopathologiques  De nouvelles voies de lutte contre le cancer  TRANSFORMER :  Connaissances scientifiques et techniques au profit des enjeux de santé objectifs moyens actions  STRUCTURER : ❖➙ cf perspectives

16 Perspectives AXE SANTE à P2IO Priorités Parallel hole collimator  STRUCTURER  Favoriser les synergies sur des projets fédérateurs ‘locaux’ : animation scientifique, collabo AAP (thèses/post-docs en commun, projets …)  Mailler la chaine entre RD amont et validation préclinique et clinique  Ouvrir et ancrer le pôle Santé de P2IO dans le paysage de l’interface Physique- Santé national et international : GDR, réseau, AAP, liens labos bio et hôpitaux…

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18 Enjeux AXE SANTE à P2IO  EXPLORER:  certains mécanismes cérébraux physiologiques et physiopathologiques  De nouvelles voies de lutte contre le cancer Exploiter un potentiel scientifique et technique d’excellence pour:  TRANSFORMER  Connaissances scientifiques et techniques au profit des enjeux de santé objectifs moyens actions  STRUCTURER  Favoriser les synergies sur des projets fédérateurs ‘locaux’  Construire la chaine entre RD amont et validation préclinique et clinique  Ancrer les acteurs P2IO dans le paysage de l’interface physique- santé national et international: GDR, réseau, AAP

19 Perspectives AXE SANTE à P2IO  favoriser les projets fédérateurs  développer une animation scientifique avec les différents acteurs  pérenniser la visibilité de l’activité dans les différentes instances d’interface  développer un comité Priorités

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21 Hadronthérapie AXE SANTE: les thèmes

22 ➞ 2010: développement et validation clinique méthode originale pour la caractérisation précoce de la réponse à la thérapie en TEP/TDM détecteurmesure image quantitative paramètre physique paramètre(s) physiologique(s) simulations reconstruction tomographique analyse ➜➜➜ Quantification en tomographie d’émission (TEMP et TEP) BILAN SCIENTIFIQUE ❖ COLLABORATION : ➞ académique : IN2P3 (LPC, CPPM, IPHC, IPN Lyon), CEA-SHFJ, Institut J. Bordet, OpenGATE (leadership), ➞ entreprise : Dosisoft, Biospace, Guerbet ❖ FINANCEMENT : ➞ FP7 : ENVISION ( leadership WP6), ➞ ANR : TecSan ( ), Cosinus ( ), ➞ PC MEDICEN : SIGAHRS ( ), dépôt projet IMOVA (2010) ➞ DP IN2P3 collaboration Inst. J. Bordet (ULB) Imagerie clinique QIM: Quantification en Imagerie Moléculaire AXE SANTE: les thèmes

23 Adéquation de P2IO pour une interdisciplinarité de qualité CONTEXTE 3 piliers Environnement favorable Excellence monodisciplin. Structure de référence Savoir faire et compétences + Autonomie et ressources des laboratoires

24 ILLUSTRATION 4 cartes x 64 canaux PMMA 256 pixels LaBr3(Ce) Collimateur Electronique développée avec le 8 cm x 8 cm Hauteur : 12 cm 2,2 kg FOV : 5 x 5 cm 2 Sensibilité : 300 cps/MBq Résolution spatiale : 1,8 mm Résolution énergétique : 11% TRECAM : version optimisée Valorisation société LITEF

25 Imagerie préclinique ART: détecteur pour la mesure de la fonction d’entrée chez le petit animal AXE SANTE: les thèmes


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