GDR MI2B Simulations Geant4

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GDR MI2B Simulations Geant4

• Objectifs de cette réunion
• Liste des exposés
• Bilan des activités G4 du groupe IPB au CENBG
• Ouvertures
• Laboratoire Associé International (LAI) IN2P3/KEK
• ENLIGHT
• G4EMU
• Ecole Geant4 2007 _at_ Paris
• Financement du groupe de travail

Sébastien Incerti CENBG
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Objectifs

• Reconduite du GDR MI2B pour les deux prochaines
  années
• Aujourdhui, chaque équipe membre du groupe de
  travail Simulations Geant4 (groupe B du précédent
  proposal) présente rapidement lavancement de ses
  travaux
• En fin de journée, nous essayons de dégager
  quelques axes concrets communs de collaboration
  et rédigeons un bref proposal

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Orateurs
Orateur Sujet
Sébastien Incerti (CENBG) Introduction - Geant4 DNA et autres activités
Ziad Francis (LPCCl) Sections efficaces dans Geant4
Christophe Champion (U. Metz) Modèles de sections efficaces
Cheick Oumar Thiam (LPCCl) Validation processus EM Geant4 et grille de calcul
Michel Maire (LAPP) Derniers développements Geant4
Sophie Kerhoas (SPhN) Simulation pour la protonthérapie au CPO
Joël Herault (CAL) Simulations pour la protonthérapie des mélanomes oculaires
David Sarrut (CREATIS) Simulations Geant4 pour l'hadronthérapie, ThIS
Estelle Batin (LPCC) Simulations Geant4 pour l'hadronthérapie
Processus élémentaires
Dispositifs exp.
Hadronthérapie
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Activités Geant4 au CENBG (IPB)

1. Microdosimétrie à léchelle cellulaire en
   irradiation ciblée par microfaisceau dions
2. Projet Geant4 DNA et extensions
3. Irradiation spatiale de biomatériaux
4. (Faisceaulogie à léchelle sub-micrométrique)

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Microdosimétrie
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Microdosimétrie

• Simulation du dispositif expérimental
  dirradiation par ligne microfaisceau du CENBG
  permettant dirradier des cellules individuelles
  en mode ion par ion (protons et alphas jusquà
  3.5 MeV)
• Modèle cellulaire haute résolution
• Fantôme 3D jusquà 512x512x512 voxels
• Empilement dimages obtenues en microscopie
  confocale
• Analyse de la composition chimique élémentaire
  des cellules par PIXE / STIM / RBS
• Permet destimer les doses déposées dans les
  compartiments cellulaires
•  advanced example microbeam disponible depuis
  G4 v8.2
• Perspectives
• différentes morphologies cellulaires
• tissus 3D

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Composition chimique (HaCat 24h)
Dry cells
PIXE on Cytoplasm
Cytoplasm
Nucleus
Mass fraction () Mass fraction ()
Element Cytoplasm Nucleus
H 21.77 21.86
C 12.25 13.01
N 2.13 1.29
O 62.35 62.34
Na 0.04 -
Mg 0.03 -
Si 0.01 0.06
P 0.60 0.48
S 0.12 0.11
Cl 0.10 0.29
K 0.60 0.57
Total 100.00 100.00
PIXE on Nuclei
In a  wet  cell 70 liquid water 30 dry matter
- 95 organic - 5 minerals
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ROOT macro example delivered with the code(104
incident a)
Dose in Nucleus
Dose in Cytoplasm
dE/dx
range
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Effet géométrie sur le CPU
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Effet de la résolution
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Effet de la durée dincubation
Cell Incubation duration (h) Volume (µm3) Volume (µm3) Mean dose in nucleus (Gy)
Cell Incubation duration (h) Cytoplasm Nucleus Mean dose in nucleus (Gy)
a 4 158 555 0.34 0.05
b 4 144 469 0.34 0.06
c 24 651 471 0.38 0.07
d 24 1735 1373 0.080 0.003
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Effet de la composition chimique
Chemical composition Mean dose in nucleus (Gy)
Liquid water 0.14 0.02
Reference cell (ICRU44) 0.32 0.06
CENBG measurements 0.38 0.07
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Geant4 DNA
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Geant4 DNA

• Collaboration INFN Genova / ESA / IN2P3
• Objectifs (pour lactivité GDR seulement)
• Extensions des processus EM à très basse énergie
  (e-, p, H, a) dans leau liquide
• Processus chimiques (radicaux)
• Géométrie moléculaire
• Mécanismes de dommages (cassures ADN)
• Première version des processus disponible dans G4
  v8.2
• Design en cours de re-écriture
• Release finale prévue pour Juin
• Publication sur les processus physiques en revue

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Modèles théoriques de G4 DNA
Incident particle Processes
Electron Elastic scattering Excitation Ionisation
Proton Charge decrease Excitation Ionisation
H Charge increase Ionisation
He Charge decrease Excitation Ionisation
He Charge decrease Charge increase Excitation Ionisation
He Charge increase Excitation Ionisation
Eau liquide
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Comparaison théorie / expériences / Geant4
Proton and H charge transfer
Proton excitation
Electron elastic scattering
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Design en cours
G4
héritage
G4 DNA
un processus physique spécifique est configuré en
liant les paramètres formels à des classes de
policy qui implémentent les modèles de section
efficace et détat final. On parle de
spécialisation de classe patron.

• trois paramètres formels
• Cross Section
• FinalState
• PhysicsModel pour définir les limites en
  énergie dun processus

• - classe paramétrée (patron) définissant la
  famille de classes représentant les processus
  physiques de G4 DNA. Cest une classe hôte.
• - deux paramètres formels ou principes (policy)
• Cross Section
• FinalState

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Irradiation spatiale
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A life marker chip

• Definition
• ? A miniature method allowing identification of
  biological molecules (biomarkers) for the
  detection of traces of life in the solar system
• ? Recognition using specific molecules (ligands)
  fixed on a support

• Principle

antibodies
Y
Y Y
Chemical link
Ligands fixed on the support
Biochip
l 25 mm
H 1mm
L 75 mm
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G4EMU
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G4EuropeanMedicalUsers (G4EMU)

• Regroupement européen des activités Geant4 pour
  les applications biomédicales
•  à la G4NAMU 
• Avons été récemment contactés
• Géré par
• A. Heikkinen (Helsinki Institute of Physics)
• P. Cirrone (INFN Catania)
• http//g4emu.wikispaces.com

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Message de A. Heikkinen
Aatos HeikkinenHelsinki Institute of
PhysicsGeant4 hadronic physics working group
co-coordinatorI've been asked to initiate the
launch Geant4 medical users community, so I
started this Wiki-based collaborating environment
in January 2007.The G4EMU program statement, as
I see it now (February, 2007) First, we want to
collect all the interested European parties to
express their opinions on this matter Based on
the feedback, we must create a concrete program
and plans to fulfill our goals I propose the
main working method for this community to be
collective submission and editing of G4EMU-site
http//g4emu.wikispaces.com I propose this to be
open forum for anyone interested. By default any
page can be edited by anyone. frequent backups
and automatically mailed 'visual difference'
between versions should help us to keep
wiki-pages uncorrupted. If needed we can limit
the editing rights for registerd users
only. Everyone should have the same access to
Geant4 medical users data and possibility to
express opinions. In the beginning, we should
put emphasis on contacting right people and
collecting useful material to G4EMU-site. We
should also follow closely collaborate with The
Geant4 North American Medical User Organization
G4NAMU .
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Message de P. Cirrone

• Pablo CirroneLaboratori Nazionali del SudINFN,
  CataniaI think that the constitution of an
  European Group devoted to the G4 application in
  Medical Physics isvery important also in order
  to permit more dissemination of the code in the
  medical physicists community that is often very
  far from the computing tools.Our medical
  physicists, for example, very often have no idea
  how run a simulation and the only tool they are
  familiar with is (somethime!) EGS.EGS people I
  think was and are able to create a relative
  friendly product, simple to install and manage
  and with familiar outputs (ASCII file in most
  cases!!!).This is probably what medical
  physicist need. And also we must consider that a
  medical physic work in hospital and spend the
  major part of its time in the routine so he need
  a product as simple as possible from a technical
  point of view.Also I think some Institution like
  EFOMP or IAEA should be involved.We could share
  our experience and competence, above all in two
  fields1. Hadron therapy field both with
  proton and carbon ion. You now we actually are
  the unique proton therapy faicity in Italy and we
  are moving toward the carbon ion therapy hoping
  to build a new cyclotron in the next years.2.
  In the nuclear physics field we are involved
  (among other experiments) in a specific
  experiment for the measurements of fragmentation
  product from 12C on different target (especially
  biological target) and for different energies.
  Actually we are acquiring data in our laboratory
  at 62AMeV and performing simulation (GEant4 and
  FLUKA) in order to test the better models. Anyway
  we could discuss this later.Another field in
  which we are involved (from the computing side)
  is the study of the RBE effects for proton and
  carbon beams used in hadrontherapy these
  information are fundamentals for the development
  of analitycal treatment planning code as well as
  Monte Carlo based.

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Ecole Geant4 2007 _at_ Paris

• Enorme succès (gt100 élèves)
• Inscriptions officiellement closes
• Co-organisation avec S.Kerhoas et M. Verderi et
  al.
• Pluri-disciplinaire médical, spatial, HEP
• Le GDR pourrait soutenir la participation des
  jeunes chercheurs du GDR (300/personne)
• Périodicité annuelle
• http//geant4.in2p3.fr/2007

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Laboratoire Associé International IN2P3-KEK

• Représentant français Denis Perret-Gallix
• Représentant japonais Takashi Sasaki
• Finance séjours de visiteurs (staff) et workshops
• Trois équipes du GDR ont déclaré une
  collaboration approuvée par les japonais
• M. Maire et al. applications pédagogiques
• V. Breton et al. grille
• S. Incerti et al. G4 DNA et irradiation
  spatiale
• Proposal final à déposer avant le 31/3
• Présentation des projets 9-11/5 au KEK

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COST/ENLIGHT

• Travaille à l'établissement et à la mise en
  oeuvre de protocoles de traitement communs pour
  renforcer le réseau paneuropéen actuel
• Plusieurs groupes de travail
• Clinical Studies Strategies and protocols
• Radiobiology
• Treatment planning for Intensity Modulated
  Particle Therapy
• Adaptive ion therapy and treating of moving
  organs
• Novel in-beam PET systems
• Feasibility study for innovative gantry designs
• Information and Communication Technologies
  infrastructures for Hadron therapy      
• Workshop préparatoire pour le FP7 au CERN 3-4 Mai
• D. Sarrut et al.
• M. Beuve et al.
• S. Incerti et al.
• Autres membres du GDR ?

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Financements

• 5 k (HT) demandés à Y. Sureau
• Gestion au CENBG
• A nous partager
• Nest pas destiné à la participation aux réunions
  du GDR

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Merci pour votre attention