Modélisation du transport des électrons de basse énergie avec des modèles physiques alternatifs dans le code Geant4-DNA et application à la radioimmunothérapie

Résumé : Ce travail de thèse nous a mené à apporter de nouveaux développements au code Monte-Carlo de simulation détaillée Geant4-DNA pour étudier les interactions des électrons de basse énergie dans l’eau liquide, principal constituant des organismes biologiques. La précision des résultats obtenus avec les codes Monte-Carlo repose sur le réalisme de leurs modèles physiques : les sections efficaces. CPA100 est un autre code Monte-Carlo de structure de trace. Il dispose de sections efficaces d’ionisation, d’excitation électronique et de diffusion élastique dont les méthodes de calculs sont indépendantes de celles utilisées pour les sections efficaces de Geant4-DNA (modèles physique « option 2 » et son amélioration « option 4 »). De plus, les sections efficaces de CPA100 sont en meilleur accord avec certaines données expérimentales. Nous avons implémenté les sections efficaces de CPA100 dans Geant4-DNA pour offrir aux utilisateurs l’opportunité d’utiliser des modèles physiques alternatifs désignés Geant4-DNA-CPA100. Ils sont disponibles en libre accès dans la plateforme Geant4 depuis juillet 2017. La vérification de l’implémentation correcte de ces modèles physiques dans Geant4-DNA a consisté à comparer la simulation de plusieurs grandeurs de base obtenues avec Geant4-DNA-CPA100 et CPA100 et des résultats très similaires ont été obtenus. Par exemple, un excellent accord entre les longueurs de trajectoire et les nombres d’interactions a été mis en évidence. Puis, nous avons évalué l’impact des sections efficaces en utilisant les modèles physiques originaux de Geant4-DNA (« option 2 » et « option 4 »), Geant4-DNA-CPA100 et le code PENELOPE, pour obtenir des grandeurs d’intérêt pour des calculs dosimétriques : les « dose-point kernels » (DPK, pour des électrons monoénergétiques) et les facteurs S (pour des électrons monoénergétiques et des émetteurs d’électrons Auger). Les calculs de DPK de Geant4-DNA avec les modèles physiques « option 2 » et « option 4 » sont similaires et une différence systématique a été mise en évidence avec Geant4-DNA-CPA100. Les DPK calculés par ce dernier ont montré un bon accord avec le code PENELOPE. Les facteurs S obtenus avec Geant4-DNA « option 2 » sont globalement proches de Geant4-DNA-CPA100. Enfin, nous avons cartographié les dépôts d’énergie dans un contexte de radioimmunothérapie. De telles simulations sont habituellement réalisées en considérant des tumeurs sphériques et des biodistributions uniformes d’anticorps monoclonaux. Nous avons extrait des données plus réalistes d’un modèle 3D innovant de lymphome folliculaire, incubé avec des anticorps. Les dépôts d’énergie ont été calculés pour différents émetteurs d’électrons Auger (111In et 125I) et de particules β- (90Y, 131I et 177Lu). Ces calculs ont montré que les émetteurs de particules β- délivrent plus d’énergie et irradient une plus grande fraction du volume que les émetteurs d’électrons Auger. L’émetteur de particule β- le plus efficace dépend de la taille du modèle qui est utilisé.
Type de document :
Thèse
Modélisation et simulation. Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2017. Français
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Contributeur : Julien Bordes <>
Soumis le : lundi 23 juillet 2018 - 11:39:17
Dernière modification le : jeudi 13 septembre 2018 - 01:00:34

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Julien Bordes. Modélisation du transport des électrons de basse énergie avec des modèles physiques alternatifs dans le code Geant4-DNA et application à la radioimmunothérapie. Modélisation et simulation. Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2017. Français. 〈tel-01847128〉

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