Définition des données d’entrée

3.1. Définition de l’anatomie

La géométrie à considérer pour les simulations Monte Carlo est une description tridimensionnelle de l’anatomie du patient et est définie à l’aide d’un fantôme voxelisé (cf. chapitre I, § 3.2.2). Ce dernier correspond à une matrice tridimensionnelle de voxels différenciés les uns des autres selon la ROI à laquelle ils appartiennent et le matériau les constituant. Le détail de l’onglet « Fantôme » de l’interface principale d’OEDIPE est présentée en Figure 17.

D’une part, des fantômes voxelisés préexistants, comme, par exemple, les derniers fantômes voxelisés de référence de la CIPR [6], peuvent être chargés pour définir l’anatomie. D’autre part, des fantômes voxelisés spécifiques peuvent être créés de différentes manières à partir des images anatomiques (TDM ou IRM) du patient. Pour cela, la première technique repose sur une segmentation automatique par seuillage des niveaux de gris des images anatomiques. Par ailleurs, une deuxième technique consiste à utiliser des contours définissant les ROI tracés sur les images anatomiques du patient avec un logiciel externe. Les fichiers décrivant ces contours sont alors importés directement dans OEDIPE pour créer un fantôme voxelisé spécifique au patient. Par le passé, cette dernière option était uniquement disponible pour des contours segmentés à l’aide du logiciel Isogray® (Dosisoft, Cachan, France). Les travaux réalisés au cours de cette thèse ont permis de rendre cette option possible pour des fichiers de contours exportés

Chapitre II Le logiciel OEDIPE : Outil d’Evaluation de la Dose Interne Personnalisée

65 sous des formats différents à partir d’autres logiciels de segmentation. Le logiciel OEDIPE permet aujourd’hui d’exploiter des fichiers au format .aql (Aquilab®) et RTSTRUCT. Ce dernier type de fichier est par ailleurs un format d’exportation utilisé par un nombre grandissant de logiciels de segmentation (Isogray®, Hermes®, Pinnacle®, Integrated Registration®, …).

Une fois créé ou chargé, le fantôme peut être modifié à l’aide de différents outils. Il existe notamment un outil d’élimination de l’air permettant de réduire la taille du fantôme en supprimant les zones périphériques ne contenant pas d’information anatomique utile. De plus, des outils de redimensionnement et de fusion de ROI peuvent également permettre de réduire la taille du fantôme ou le nombre de ROI selon les besoins de l’étude réalisée. Enfin, des outils permettent d’apporter des modifications à certaines structures si cela est jugé nécessaire par l’utilisateur.

Pour finir, des matériaux, définis en termes de densité et de composition élémentaire, peuvent être attribués à chaque ROI. Ces matériaux sont sélectionnés à partir d’une base de données contenue dans OEDIPE qui peut être modifiée ou complétée par l’utilisateur selon ses besoins. La Figure 19 présente des exemples de fantômes voxelisés créés avec OEDIPE.

Figure 19 : Exemples de fantômes voxelisés créés avec OEDIPE : fantôme voxelisé personnalisé de la région thorax-abdomen d’un patient (gauche) et fantôme voxelisé corps entier d’un lapin (droite).

3.2. Définition de la distribution d’activité cumulée

La distribution d’activité cumulée à considérer dans les simulations Monte Carlo doit être définie en termes de propriétés physiques des radionucléides considérés et de localisation spatiale au sein de la géométrie.

3.2.1. Propriétés physiques des radionucléides

Afin de définir les propriétés physiques des radionucléides à considérer pour la génération du fichier d’entrée au code de calcul MCNPX, une base de données est disponible dans le logiciel OEDIPE. Celle-ci contient, pour tous les radionucléides, les données de décroissance nucléaire publiées dans la publication 38 de la CIPR [7].¹¹

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A l’heure actuelle, l’utilisation des données de décroissance nucléaire publiées dans la publication 107 de la CIPR nécessite une modification manuelle du fichier d’entrée MCNPX (cf. § 4.2.4). Des modifications pourront être apportées ultérieurement pour les intégrer de manière automatique.

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3.2.2. Localisation spatiale de l’activité

La localisation spatiale de l’activité cumulée au sein de la géométrie peut être définie comme un ensemble de sources homogènes localisées dans des ROI spécifiques ou comme une distribution tridimensionnelle hétérogène. L’onglet « Source » de l’interface principale d’OEDIPE est présenté en Figure 20.

3.2.2.1. Distribution d’activité cumulée homogène

La distribution spatiale de l’activité cumulée peut être définie sous forme de distributions homogènes dans certaines ROI. Pour cela, la définition d’une source nécessite uniquement d’identifier la ROI contenant la source, son activité cumulée et le radionucléide. Selon les applications, il est ensuite possible de définir plusieurs sources homogènes.

3.2.2.2. Distribution d’activité cumulée hétérogène

Une distribution tridimensionnelle d’activité cumulée hétérogène est définie sous la forme d’une matrice tridimensionnelle de mêmes dimensions et résolutions que le fantôme voxelisé considéré. Cette matrice sera appelée par la suite « matrice source ». Dans la version d’OEDIPE disponible au début de ces travaux, cette matrice source devait être générée à l’aide de procédures externes avant d’être importée dans OEDIPE sous la forme d’un fichier texte. Afin de répondre aux objectifs de personnalisation de la dosimétrie et d’automatisation du logiciel OEDIPE, plusieurs développements ont été effectués. Dans un premier temps, OEDIPE a été automatisé afin d’exploiter directement les données d’émission (TEMP ou TEP), importées au format DICOM, pour générer une matrice source d’activité cumulée. En fonction de l’application, cette dernière peut alors être générée avec ou sans biocinétique (cf. chapitre I, § 3.3 et 3.4). Les détails de l’onglet « source » dans cette dernière version du logiciel sont présentés en Figure 20 pour la génération d’une matrice source d’activité cumulée sans biocinétique. On peut noter que dans les deux cas, la possibilité d’importer une matrice source d’activité cumulée générée avec des procédures externes a été conservée. Les paragraphes suivants présenteront les fonctionnalités implémentées pour générer des matrices sources d’activité cumulée sans et avec biocinétique.

Figure 20 : Onglet « Source » de l’interface principale d’OEDIPE avec le détail des options disponibles pour définir une matrice source hétérogène sans biocinétique.

Distribution d’activité cumulée sans biocinétique

Tout d’abord, le nombre de désintégrations dans chaque voxel de la géométrie doit être défini à partir de données d’émission (TEMP ou TEP). Pour cela, deux techniques sont possibles. D’une part, les données d’émission peuvent être recalées sur les images anatomiques utilisées pour la segmentation à l’aide d’un logiciel de recalage externe. Ces images recalées peuvent alors être importées directement dans OEDIPE au format DICOM pour générer une matrice décrivant les nombres d’événements détectés par voxel. D’autre part, les données d’émission peuvent être recalées sur les images anatomiques de segmentation avec le module de recalage développé dans le logiciel OEDIPE, qui permet le recalage rigide d’examens

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67 TEMP/TDM ou TEP/TDM sur des images TDM ou IRM. Les données recalées sous OEDIPE sont alors utilisées pour générer la matrice décrivant les nombres d’événements détectés dans chaque voxel du fantôme.

Pour finir, l’utilisateur doit ensuite sélectionner le radionucléide dans la base de données et saisir l’activité dans le champ de vue ou un facteur de conversion pour les données d’émission utilisées. Ces deux dernières informations permettent, alors de convertir les nombres d’événements détectés en activité cumulée à l’infini.

Distribution d’activité cumulée avec biocinétique

Dans le paragraphe 3.2.2.1, la matrice source d’activité cumulée est définie en considérant uniquement la décroissance radioactive sans prise en compte d’une éventuelle biocinétique du radiopharmaceutique. De nouveaux outils ont donc été développés pour générer une matrice source d’activité cumulée définie à partir de l’hétérogénéité de distribution issue des données d’émission à un instant t donné et de la biocinétique spécifique à chaque ROI du fantôme.

Cette dernière peut être définie de différentes manières. Tout d’abord, il est possible d’utiliser des biocinétiques standards ou modélisées à l’aide d’un logiciel externe (cf. chapitre I, § 3.4.3). Pour cela, les équations résultant de la modélisation de ces biocinétiques ou les activités cumulées dérivées de cette modélisation peuvent être renseignées par l’utilisateur. De plus, un nouveau module a été implémenté dans OEDIPE pour permettre de modéliser la biocinétique spécifique de chacune des ROI à partir de données d’émission à différents temps. Pour cela, après recalage (en externe ou dans OEDIPE) sur le fantôme voxelisé des données d’émission aux différents temps, le nombre d’événements détectés total dans chaque ROI est calculé par OEDIPE pour définir les courbes temps-activité (cf. chapitre I, § 3.4.1). Pour chaque ROI indépendamment, une régression mono- ou bi-exponentielle est alors réalisée pour modéliser la biocinétique de la ROI.

Une fois définies les biocinétiques propres à chaque ROI, que ce soit par saisie directe des paramètres biocinétiques ou par modélisation avec OEDIPE, une matrice source d’activité est générée à partir de la distribution spatiale de l’activité définie à l’aide de données d’émission (TEMP ou TEP). Dans le cas d’une saisie directe des paramètres biocinétiques, l’utilisateur devra charger, au format DICOM, les données d’émission à un instant t donné qu’il désire utiliser. Dans le cas d’une modélisation de la biocinétique avec OEDIPE, l’utilisateur pourra choisir, parmi les données d’émission aux différents temps utilisées pour la modélisation biocinétique, la série de données d’émission à utiliser. Une matrice source d’activité cumulée est alors générée à partir de cette matrice source d’activité en tenant compte des activités cumulées propres à chaque ROI du fantôme.

Pour finir, quel que soit l’option utilisée pour créer la matrice source d’activité cumulée, une interface permet alors de visualiser cette matrice source superposée au fantôme voxelisé. Un outil, disponible depuis cette interface, permet ensuite à l’utilisateur de supprimer l’activité dans certaines ROI en fonction des objectifs de son étude.

3.3. Choix des paramètres de la simulation

Après avoir défini l’anatomie (§ 3.1) et la distribution d’activité cumulée (§ 3.2), l’utilisateur doit choisir le type de résultat qu’il souhaite obtenir à l’issue de la simulation Monte Carlo, à savoir des doses absorbées moyennes aux ROI ou des doses absorbées aux voxels et le nombre d’histoires à simuler au cours des

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68 calculs Monte Carlo. Ces choix sont faits à partir de l’onglet « Fichier d’entrée » de l’interface principale d’OEDIPE, dont les détails sont présentés en Figure 21. A l’issue de cette étape, le fichier d’entrée au code de calcul MCNPX tenant compte de l’ensemble des données d’entrée définies aux étapes précédentes est généré. Le contenu de ce fichier est détaillé par le paragraphe suivant.

Figure 21 : Détails de l’onglet « Fichier d’entrée » de l’interface principale d’OEDIPE.