L’AXE SANTE DU LABEX P2IO

1. L’AXE SANTE DU LABEX P2IO P. LANIECE Kick off meeting,11 Janvier 2012

2. PLAN • Pourquoi un axe ‘santé’ dans le labex P2IO • Structuration et organisation de l’axe • Quelques exemples thématiques • Perspectives

3. 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

4. CONTEXTE Adéquation de P2IO pour une interdisciplinarité de qualité ➀ Les principaux piliers ➜ 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 

5. Ganglion Sentinelle Points d’injection du traceur 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 Principe de détection Analyse en bloc projet TRECAM , pole omega projet POCI

6. EXEMPLE d’un projet P2IO Collimateur ➜ trous // (NF) TRECAM set-up & performances Scintillateur ➜ LaBr3:Ce (SGC) Multi-anode PMT ➜ 16 x 16 (Hamamatsu H9500) Résolution spatiale < 1 mm 256 MAPMT channels (4 hardroc2 chips) 2 PCB impl. 4 Hardroc2 ADCs, FPGA, USB ➜ Sensibilité 50 kBq (expo 10 sec.) Multi-channels electronics readout ➜ 4 chips HARDROC2 [3], OMEGA/LAL) Regulators, HV pow. supp. 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 Multi-anode PMT(Hamamatsu H9500) ➜ 16 x 16 pixels (3mm pitch) 256 MAPMT channels on the 4 ✕ 64 hardroc Multi-anode PMT(Hamamatsu H9500) ➜ 16 x 16 pixels (3mm pitch) 256 MAPMT channels on the 4 ✕ 64 hardroc Parallel hole collimator (Nuclear Fields) ➜ thickness : e = 15 mm ➜ holes : ϕ = 1.5mm, septa = 0.23 mm Parallel hole collimator (Nuclear Fields) ➜ thickness : e = 15 mm ➜ holes : ϕ = 1.5mm, septa = 0.23 mm 2 Hardroc 2b/ chip 2 Hardroc 2b/ chip Multi channels electronics readout ➜ 4 chips HARDROC2 [6], OMEGA/LAL) Multi channels electronics readout ➜ 4 chips HARDROC2 [6], OMEGA/LAL) 2 Hardroc 2b/ chip 2 Hardroc 2b/ chip ADCs, FPGA, USB ADCs, FPGA, USB CrystalLaBr3:Ce (BrilLanCe 380 Saint Gobain Crystals) ➜ thickness : 5 mm ➜ coating : Absorbent edges, Teflon top CrystalLaBr3:Ce (BrilLanCe 380 Saint Gobain Crystals) ➜ thickness : 5 mm ➜ coating : Absorbent edges, Teflon top Regulators, High power voltage supply Regulators, High power voltage supply

7. AXE SANTE A P2IO Structuration des thèmes

8. AXE SANTE A P2IO Structuration des thèmes par entité

9. 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 Test sous pointe Analyse sous SILVACO

10. 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

11. 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

12. Optical nerve Tumour AXE SANTE: les thèmes Hadronthérapie • Hadronthérapie : • Méthode innovante pour le traitement des cellules cancéreuses • Particules chargées (protons, 12C6+...) • Traitement des tumeurs radiorésistantes et/ou voisines d’organes à risque • 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

13. AXE SANTE: les thèmes Hadronthérapie • Base de données nucléaires et/ou modèles de réactions nucléaires suffisamment précis (en particulier pour la fragmentation du carbone) • Utilisation de l’imagerie TEP pour le contrôle de la dose délivrée en hadronthérapie • 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 • Activité + mesurée 511 keV Cible 511 keV Collisions nucléaires inélastiques Production d’émetteurs + (11C, 10C, 15O…) L’expérience FIRST (Fragmentation of Ions Relevant for Space and Therapy)au GSI : C+C 400 MeV/u GSI Darmstadt (Germany) Modélisation de la chaîne de mesure TEP en ligne complète Projet ANR PROUESSEPRotonthérapie : développement et validation d’un OUtil de modélisation Et Simulation monte carlo précises et rapides du dépôt de doSECEA/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

14. AXE SANTE à P2IO Structuration des projets

15. AXE SANTE à P2IO Enjeux • EXPLORER : • certains mécanismes cérébraux physiologiques et physiopathologiques • De nouvelles voies de lutte contre le cancer objectifs • TRANSFORMER : • Connaissances scientifiques et techniques au profit des enjeux de santé moyens • STRUCTURER : • ❖ ➙ cf perspectives actions

16. 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… Parallel hole collimator Parallel hole collimator

18. 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

19. AXE SANTE à P2IO Perspectives Priorités 2012-2013 • 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

21. AXE SANTE: les thèmes Hadronthérapie

22. AXE SANTE: les thèmes Imagerie clinique QIM: Quantification en Imagerie Moléculaire Quantification en tomographie d’émission (TEMP et TEP) reconstruction tomographique simulations analyse ➜ ➜ ➜ image quantitative paramètre physique paramètre(s) physiologique(s) détecteur mesure ➞ 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 2010: développement et validation clinique méthode originale pour la caractérisation précoce de la réponse à la thérapie en TEP/TDM collaboration Inst. J. Bordet (ULB)

23. CONTEXTE Adéquation de P2IO pour une interdisciplinarité de qualité 3 piliers Excellence monodisciplin. Structure de référence Environnement favorable Savoir faire et compétences + Autonomie et ressources des laboratoires

24. ILLUSTRATION TRECAM : version optimisée 8 cm x 8 cm Hauteur : 12 cm 2,2 kg FOV : 5 x 5 cm2 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

25. AXE SANTE: les thèmes Imagerie préclinique ART: détecteur pour la mesure de la fonction d’entrée chez le petit animal