L’AXE SANTE DU LABEX P2IO

P. LANIECE Kick off meeting,

11 Janvier 2012

PLAN

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Pourquoi un axe ‘santé’ dans le labex P2IO

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Structuration et organisation de l’axe

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Quelques exemples thématiques

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Perspectives

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

CONTEXTE

Adéquation de P2IO pour une interdisciplinarité de qualité

Excellence monodisciplinaire



Savoir faire et compétences + Autonomie et ressources des laboratoires

Projets interdisciplinaire physique-santé d’excellence pré-existants

 ThomX, CaLIPSO, Trecam, …

Structure d’interface de référence

 (instrumentation, méthodologie, modélisation)

Environnement favorable



Un exemple de projet santé P2IO

Projet TRECAM

Imagerie per-opératoire: traitement chirurgical du cancer assisté par radioguidage

Protocole du ganglion sentinelle dans le cadre du cancer du sein

Principe d’analyse

projet POCI

Ganglion Sentinelle Points d’injection du traceur Principe de détection

projet TRECAM , pole omega

Analyse en bloc

EXEMPLE d’un projet P2IO

Collimateur ➜

trous // (NF)

Scintillateur ➜

LaBr 3 :Ce (SGC)

TRECAM set-up & performances Multi-channels electronics readout ➜ Multi-anode PMT ➜

16 x 16 (Hamamatsu H9500)

256 MAPMT channels (4 hardroc2 chips)

4 chips HARDROC2 [3], OMEGA/LAL)

2 PCB impl. 4 Hardroc2 ADCs, FPGA, USB Regulators, HV pow. supp.

Résolution spatiale < 1 mm Sensibilité 50 kBq (expo 10 sec.)

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

g

haute résolution, feedback électronique

Compétences spécifiques : simulation (GATE), instrumentation, électronique, méthodologie et évaluation clinique

Instrumentation Accélérateur Modélisation/ Simulation cancérologie neurosciences

AXE SANTE A P2IO

Structuration des thèmes

Imagerie     Radiothérapie     

AXE SANTE A P2IO

Structuration des thèmes par entité

Imagerie Radiothérapie CSNSM IMNC IPNO IRFU LAL LLR          

AXE SANTE: les thèmes

Imagerie préclinique

PIXSIC: une sonde optimisée pour la mesure chez l’animal éveillé Motivations:



Développer un outil d’analyse temps-réel



Eliminer les perturbations produits par l’anesthésie



Approche imagerie multi-modale (association comportement) Développement d’un Détecteur Silicium pixelisé autonome: Stabilisation courant de fuite: collaboration Analyse sous SILVACO Test sous pointe

AXE SANTE: les thèmes

Imagerie clinique

CaLIPSO: nouvelle génération de caméra TEP pour l’imagerie en neurosciences 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

Une double détection: Signal « Scintillation » Décl. détecteur et temps.

Signal Ionisation Mes. Energie et Posit 3D.

 dépôt pixels métalliques (métaux stables) et réalisation couche résistive par implantation  Modélisation CaLIPSO (plateforme GATE)

TMBi

AXE SANTE: les thèmes

Imagerie/Radiothérapie

ThomX: nouvelle génération de source X pour l’imagerie et le traitement par radiothérapie 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

AXE SANTE: les thèmes



Hadronthérapie

Hadronthérapie :    Méthode innovante pour le traitement des cellules cancéreuses Particules chargées (protons, Traitement des tumeurs 12 C 6+ ...) radiorésistantes et/ou voisines d’organes à risque

Optical nerve Tumour

●    Avantages : Dépôt de dose localisé Parcours dans la matière modulable par l’énergie Diffusion latérale limitée  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

AXE SANTE: les thèmes

Hadronthérapie

 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 (F ragmentation of I ons R elevant for S pace and T herapy) au GSI : C+C 400 MeV/u

 Utilisation de l’imagerie TEP pour le contrôle de la dose délivrée en hadronthérapie

Cibl e 511 keV 511 keV Activité



+ mesurée

Collisions nucléaires inélastiques Production d’émetteurs  + ( 11 C, 10 C, 15 O…)

GSI Darmstadt (Germany)

Modélisation de la chaîne de mesure TEP en ligne complète 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

GATE simulation In-beam PET imager (GSI ) Heterogeneous phantom

Faisceau de traitement + cible hétérogène ou patient + imageur TEP dédié

AXE SANTE à P2IO

Structuration des projets

CSNSM IMNC IRFU IPNO LAL LLR Imagerie Radiothérapie

CaLIPSO

PIXSIC, IBAC, SIPMED, MoniTEP, TrioP, TRECAM, MEMBO, QIM, Sigahrs,

CaLIPSO

CaLIPSO, ART, Iseult (IRM)

Envision, Imadron (GATE) Envision, Prouesse CaLIPSO protonthérapie

ThomX,

SIPMED, PIXSIC

ThomX

Hadronthérapie (profileur faisceau

AXE SANTE à P2IO

Enjeux

objectifs

 EXPLORER :  certains mécanismes cérébraux physiologiques et physiopathologiques  De nouvelles voies de lutte contre le cancer

moyens

 TRANSFORMER :  Connaissances scientifiques et techniques au profit des enjeux de santé

actions

 STRUCTURER : ❖ ➙

cf perspectives

AXE SANTE à P2IO

Perspectives

Priorités 2012-2014

 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…

AXE SANTE à P2IO

Enjeux

Exploiter un potentiel scientifique et technique d’excellence pour:

objectifs

 EXPLORER:  certains mécanismes cérébraux physiologiques et physiopathologiques  De nouvelles voies de lutte contre le cancer

moyens

 TRANSFORMER  Connaissances scientifiques et techniques au profit des enjeux de santé

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

Priorités 2012-2013 AXE SANTE à P2IO

Perspectives



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

AXE SANTE: les thèmes

Hadronthérapie

détecteur

AXE SANTE: les thèmes

Imagerie clinique

QIM: Quantification en Imagerie Moléculaire

Quantification en tomographie d’émission (TEMP et TEP) simulations ➜ reconstruction tomographique ➜ analyse ➜ mesure image quantitative paramètre physique paramètre(s) physiologique(s) 2010: développement et validation clinique méthode originale pour la caractérisation précoce de la réponse à la thérapie en TEP/TDM BILAN SCIENTIFIQUE ➞ ❖

COLLABORATION :

➞

académique : IN2P3 (LPC, CPPM, IPHC, IPN Lyon), CEA-SHFJ, Institut J. Bordet, OpenGATE (leadership),

➞

entreprise : Dosisoft, Biospace, Guerbet

❖

FINANCEMENT :

➞ ➞ ➞ ➞

FP7 : ENVISION (2010-2014 leadership WP6), ANR : TecSan (2009-2012) , Cosinus (2009-2012), PC MEDICEN : SIGAHRS (2008-2011), dépôt projet IMOVA (2010) DP IN2P3 collaboration Inst. J. Bordet (ULB)

CONTEXTE

Adéquation de P2IO pour une interdisciplinarité de qualité

3 piliers Excellence monodisciplin.

Savoir faire et compétences + Autonomie et ressources des laboratoires Structure de référence Environnement favorable

ILLUSTRATION

TRECAM : version optimisée

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

AXE SANTE: les thèmes

Imagerie préclinique

ART: détecteur pour la mesure de la fonction d’entrée chez le petit animal