Radiothérapie par photoactivation de nanoparticules de Z élevé : modélisation Monte Carlo et comparaison expérimentale

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HAL Id: cea-02626165

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Submitted on 26 May 2020

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Radiothérapie par photoactivation de nanoparticules de

Z élevé : modélisation Monte Carlo et comparaison

expérimentale

R. Delorme, Mathieu Agelou, Christophe Champion, Hélène Elleaume,

Florence Taupin, Mélanie Flaenders, Jean-Luc Ravanat

To cite this version:

R. Delorme, Mathieu Agelou, Christophe Champion, Hélène Elleaume, Florence Taupin, et al..

Radio-thérapie par photoactivation de nanoparticules de Z élevé : modélisation Monte Carlo et comparaison

expérimentale. 51èmes Journées Scientifiques de la SFPM (JS-SFPM 2012), Société Française de

Physique Médicale, Jun 2012, Strasbourg, France. �cea-02626165�

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ORAL

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» Delorme Rachel(1), A gelou Ma thieu(1), Champion Chris tophe(2), Elleaume Hélène(3), T aupin Flor enc e(3), Flaenders Mélanie(3), Ra v ana t Jean-Luc(4) 1 CEA, LIS T , LM2S, 91191 Gif-Sur-Y v ett e , Fr anc e 2 Labor a toir e de Ph y sique Moléculair e et des C ollisions, UP V , Metz, Fr anc e 3 INSERM U836 team 6, GIN, ESRF Gr enoble , Fr anc e 4 INA C/ SCIB/LAN CEA Gr enoble , Fr anc e Delorme Rachel rachel. delorme@c ea. fr

Intr

oduction

Une appr oche thér apeutique inno v ant e utilisant l’adjonction d’ éléments de Z éle v é à une radiothé -rapie de qualit é diagnos tique semble offrir une v oie pr omett euse pour le tr ait ement des tumeurs c ér ébr ales résis tant es. Une telle technique es t dé v eloppée sur la ligne médicale de l’ESRF (Eur opean S ynchr otr on Radia tion F acility) utilisant un ra y onnement monochr oma tique allant de 25 à 90 k eV [1,2]. Des résulta ts enc our ageants ont ét és obt enus en tr aitant des souris canc ér euses a v ec injection de nanoparticules d’ or [3]. C ependant, les pr oc es sus ph y siques et l'impact biologique is sus de la phot oactiv a tion de nanoparticules sont mal c ompris et ne peuv ent êtr e e xpliqués par des calculs de doses macr osc opiques [4,5]. L e but de c ett e étude es t d'é v aluer par simula tion Mont e Carlo , au niv eau subc ellulair e , l'augmenta tion de dose en pr ésenc e de nanoparticules et les car act éris tiques des électr ons sec ondair es pr oduits.

Ma

tériel

et

Méthode

Dans un pr emier temps, une étude c ompar a tiv e en amont a ét é fait e pour é v aluer le c omport e -ment d’une nanoparticule sous irr adia tion. Ainsi, les spectr es d’ électr ons pr oduits ont ét é étudiés pour deux éléments lour ds, l’or et le gadolinium, et pour des éner gies de faisc eau de 25 k eV à 2 MeV . D’ autr e part, des calculs d’ augmenta tion de dose en pr ésenc e d’un mélange homogène eau-gadolinium ont ét é réalisés en utilisant une géométrie c ellulair e de manièr e à c ompar er les données simulées aux e xpérimenta tions menées à l’ESRF . Des tes ts de clonogénicit é ont ét é

réalisés pour mesur

er le taux de radiosensibilit é des c ellules (SER) en pr ésenc e de nanoparticules de gadolinium, pour diff ér ent es éner gies d'irr adia tion (25 à 80 k eV).

R

ésulta

ts

Une augmenta tion de la pr oduction d’ électr ons jusqu'à un fact eur 1000 a ét é observ ée en pr ésenc e d'une nanoparticule . L'éner gie mo y enne des électr ons pr oduits es t plus bas se apr ès la raie K du gadolinium, Y[ gk_ f[kj \ ekhd_h kd Zfj Z[ Zei[ fbki beYWb c ompar é à l'or . Des résulta ts enc our ageants ont ét é obt enus en c ompar ant le fact eur d'augmenta tion de dose calculé (DEF) dans la géométrie c ellulair e a v ec le SER mesur é mais néc es sit ent une étude appr of ondie . C onclusions : Des calculs de dose sont en c ours c onsidér ant la pr ésenc e de nanos tructur es multiples dans c ett e même géométrie c ellulair e pour tent er d’ e xpliquer les diff ér enc es de c orr éla tion actuel -lement observ ées entr e le SER et le DEF a v ec un modèle plus pr oche des c onditions e xpérimentales. 1. A dam, J . F ., H. Elleaume , et al. (200 3).Int J Radia t Onc ol Biol Ph y s 5 7(5): 14 13-26. 2 . A dam, J . F ., A. Joubert, et al. (2006). Int J Radia t Onc ol Biol Ph y s 64(2): 60 3-11. 3 . Hainf eld, J . F ., D . N. Sla tkin, et al. (2004) Ph y s Med Biol 4 9(18): N309-15. 4 . Cho , S. H., et al. (2005). Ph y s. Med. Biol. 50 N16 3– 7 3 5 .

Zhang, S.X., et al. (2009). Biomed Micr

ode vic es 11:9 25–9 33 Mots Clés : nanoparticules, radiothér apie , simula tion Mont e Carlo 9 edÔ_ji 0 WkYkd

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ADIO

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EDI

13 JU

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Radiothér apie par phot oactiv a tion de nanoparticules de Z éle v é : modélisa tion Mont e Carlo et c ompar aison e xpérimentale . » Ger d Lutt ers Lutt ers Ger d ger d.lutt ers@ksa. ch

Intr

oduction

R egional Hyperthermia can impr o v e the response and surviv al when c ombined with sy st emic chemother ap y and / or phot on radiother ap y. Pr ot on ther ap y is an es tablished indica tion for the tr ea tment of soft tis sue sar c oma in or der to reduc e dose to critical or gans c ompar ed to phot on radiother ap y . Is a c ombined Pr ot on – Hyperthermia tr ea tment f easible ? W e will discus s our e xperienc e with local Hyperthermia and phot on tr ea tment in gener al. In a case report w e dr a w c onclusions for pr ot on tr ea tment based on tr ea tment plan c omparison. Ma terial and methods: T he case of a y oung pa tient with a soft tis sue sar c oma in the upper leg and abdomen is used for planning c omparison (phot on v s. pr ot on R T). T he phot on/ pr ot on R T is optimiz ed and calcula ted for sta tic IMR T /IMPT with Pinnacle (Philips )/ pr oprietary TPS (PSI). CT scans applied in the diff er ent tr ea tment positions for R T and Hyperthermia ar e ma tched using def ormable regis tr a tion (V elocity Medical Solutions ) and planning structur es ar e def ormed ac c or dingly . T he Hyperthermia tr ea tment is calcula ted and optimiz ed with Hyperplan (Senne w ald) and tr ea tment is applied with a BSD 2000 /3D (BSD ) micr o w a v e sy st em to a tar get temper a tur e of abo v e 4 1.5°. T he Hyperthermia tr ea tment is c ontr olled with c ontinuous temper a tur e measur ements on e v ery tr ea tment.

R

esult

T he pa tient is curr ently (April 20 12) under tr ea tment with local h yperthermia and phot on IMR T . T he phot on IMR T w as chosen because of the lar ge tumour v olume and ther ef or e technical challenges for pr ot on R T . T he tr ea tment c omparison is based on a phot on IMR T pa tient setup and does not tak e int o ac c ount a specific pr ot on setup . In the pr esenta tion w e will report ho w w ell the tr ea tment w as toler a ted and on the clinical results. C onclusion: A modern Hyperthermia tr ea tment planning pr oc edur e is c ompar able to a phot on IMR T tr ea tment planning and equally challenging. But planning and tr ea tment QA is not y et de v eloped to the same le v el. A clinical s tudy should further in v es tiga te c ombined Pr ot on – Hyperthermia tr ea tment based on the results of this pa tient ’s case planning c omparison and tr ea tment. T he study should also in v es tiga te ho w to setup pa tients or ma tch ana tom y in softw ar e in or der to achie v e identical tr ea ted v olumes. Mots Clés : Hyperthermia, Pr ot on, plan c omparison 9 edÔ_ji 0 WkYkd