Plateforme de Calcul pour les Sciences du Vivant Grille de calcul et validation des processus EM Geant4/GATE Lydia Maigne, Cheick Thiam Réunion du GDR, Lyon

Plateforme de Calcul pour les Sciences du Vivant REUNION GDR – LYON – 22 MARS Contenu PARTIE I: Simulation MC Geant4/GATE sur la grille EGEE Apport de la grille et tests de temps de calcul Utilisation d’images 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

Plateforme de Calcul pour les Sciences du Vivant REUNION GDR – LYON – 22 MARS Simulations GATE sur la grille: DescriptionStorageElement ComputingElement StorageElement ComputingElement StorageElement ComputingElement StorageElement ComputingElement GATE Image: text file Binary file: Image.raw Size 19M Scanner slices: DICOM format Database User interface Site1 Site2 Site3 Site4 Anonymisation Concatenation Submission of jdls to the CEs Copy the medical image from the SE to the CE Retrieving of root output files from CEs

Plateforme de Calcul pour les Sciences du Vivant REUNION GDR – LYON – 22 MARS 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

Plateforme de Calcul pour les Sciences du Vivant REUNION GDR – LYON – 22 MARS 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: g ate_v3.0.0 adaptée à geant4.8.0 Simulation en radiothérapie Simulation de SPECT: –1813 Jobs, 24h/job –Gain=800 (907 jours avec un CPU 3 GHz) –Résultats obtenus en 3 jours GAIN maximun ~ 30 / 50 jobs Calcul local: 260 jours sur un processeur de 3GHz Sur grille de calcul: 10 jours pour une partition en 50 jobs

Plateforme de Calcul pour les Sciences du Vivant REUNION GDR – LYON – 22 MARS Utilisation d’images médicales :Gestion des données Upload Visualization Anonymization Extract data Metadata management AMGA grid services Upload DICOM medical data from a PACS system Visualization of DICOM and DICOM RT data Functionalities : confidentiality, coulors, zoom, multi frames, etc… Uncorelate confidential information concerning patient from images Database access on grid Extract data concerning medical images Prepare and use medical data in GATE/G4 simulations

Plateforme de Calcul pour les Sciences du Vivant REUNION GDR – LYON – 22 MARS 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

Plateforme de Calcul pour les Sciences du Vivant REUNION GDR – LYON – 22 MARS Accès aux images du PACS

Plateforme de Calcul pour les Sciences du Vivant REUNION GDR – LYON – 22 MARS Chargement de copie d’ images

Plateforme de Calcul pour les Sciences du Vivant REUNION GDR – LYON – 22 MARS Visualisation des images

Plateforme de Calcul pour les Sciences du Vivant REUNION GDR – LYON – 22 MARS Anonymisation et extraction des données

Plateforme de Calcul pour les Sciences du Vivant REUNION GDR – LYON – 22 MARS Validation des processus EM dans Geant4/GATE

Plateforme de Calcul pour les Sciences du Vivant REUNION GDR – LYON – 22 MARS Sources ponctuelles d’électrons - Récupération de l’énergie déposée directement dans chacun des volumes sensibles drdr r Conditions de Simulations - Source ponctuelle (isotrope) - Sphère d’eau découpée en couches concentriques d’épaisseur dr = 0,05 r E d’électrons monoénergétiques - Coupures : X-ray : 1 keV δ-ray : 1 keV e- : 0,0043 mm Z Y X dr r Méthode basée sur la formule de berger Référence:

Plateforme de Calcul pour les Sciences du Vivant REUNION GDR – LYON – 22 MARS Electrons monoénergétiques 100 keV

Plateforme de Calcul pour les Sciences du Vivant REUNION GDR – LYON – 22 MARS Electrons monoénergétiques 100 keV

Plateforme de Calcul pour les Sciences du Vivant REUNION GDR – LYON – 22 MARS Electrons monoénergétiques de 4 MeV

Plateforme de Calcul pour les Sciences du Vivant REUNION GDR – LYON – 22 MARS Electrons monoénergétiques de 4 MeV

Plateforme de Calcul pour les Sciences du Vivant REUNION GDR – LYON – 22 MARS Discussions et conclusions Variations relatives entre les 4 versions de Geant4 Variations relatives entre la version Geant4.8.0 et d’autres codes Monte-Carlo Nous observons de large variations entre Geant4 et les autres Monte-Carlo: (de l’ordre de 10 % pour la référence EGS4) => Ne convient pas pour une utilisation de G4.8 en dosimétrie avec e-  Influence de la distribution angulaire dans l’implémentation du MSC (multiple Scattering) Différences importantes G4.6/G4.7 : implémentation du MSC

Plateforme de Calcul pour les Sciences du Vivant REUNION GDR – LYON – 22 MARS Source e- mono-énergétiques: diffusion multiple Etude de la diffusion multiple : Conditions de simulation: Irradiation d’une couche d’eau par un faisceau d’électrons - Energie électrons E= 4 MeV - Position du point source: 1,273 cm de la couche d’eau - Couche d’eau d’épaisseur 1.02 mm dans un milieu en air - Coupure: 2 keV dans l’eau et 1 keV dans l’air

Plateforme de Calcul pour les Sciences du Vivant REUNION GDR – LYON – 22 MARS Source e- mono-énergétiques: diffusion multiple Etude de la diffusion multiple : Conditions de simulation Irradiation d’une couche d’eau par un faisceau d’électrons - Energie électrons E= 4 MeV - Position du point source: 1,273 cm de la couche d’eau - Couche d’eau d’épaisseur 1.02 mm dans un milieu en air - Coupure: 2 keV dans l’eau et 1 keV dans l’air

Plateforme de Calcul pour les Sciences du Vivant REUNION GDR – LYON – 22 MARS Etudes dosimétriques des sources I 125 Trois modèles de sources d’iode 125 ont été modélisés avec GATE Modèle 2301 de « Best Medical International » Modèle Symmetra de « UroMed/Bebig » Modèle 6711 de « Amersham » Calcul de doses basé sur le formalisme du TG-43 de l’AAPM (fonction de dose radiale, constante de débit de dose, fonction d’anisotropie) Couronne de récupération de l’énergie déposée Source désintégration de l’iode 125 par capture électronique

Plateforme de Calcul pour les Sciences du Vivant REUNION GDR – LYON – 22 MARS Résultats pour le modèle Symmetra Fonction de dose radiale (Effets d’absorption 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 < 0.5%)

Plateforme de Calcul pour les Sciences du Vivant REUNION GDR – LYON – 22 MARS Résultats pour le modèle Symmetra Fonction de dose radiale : comparaisons entre MCPT et Geant4 (bonne concordance entre MCPT et Geant4 (Low-energy))

Plateforme de Calcul pour les Sciences du Vivant REUNION GDR – LYON – 22 MARS Résultats pour le modèle Symmetra Fonction d’anisotropie : (Caractère non ponctuel de la source et encapsulation de la source) comparaisons entre MCPT et Geant4 (Différences relatives < 2%)

Plateforme de Calcul pour les Sciences du Vivant REUNION GDR – LYON – 22 MARS 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 (<< 0.5 %)  La différence entre les packages Standard et Low-energy est assez importante (de l’ordre de 7 %)  Le modèle Low-energy de Geant4 concorde bien avec MCPT