Simulations GATE sur architectures hybrides pour des applications biomédicales – HGATE

L’utilisation des simulations Monte Carlo en routine clinique représente un enjeu important pour améliorer la précision et la qualité des données simulées dans des applications diagnostiques et thérapeutiques. L’imagerie médicale et la radiothérapie représentent deux applications particulièrement porteuses dans ce contexte. Malgré le niveau élevé de précision offert par les simulations MC, leur exploitation en clinique reste aujourd’hui extrêmement limitée. En pratique, les simulations MC dans le domaine médical sont essentiellement employées pour la validation des algorithmes analytiques, souvent moins précis mais compatibles en termes de temps de calcul avec la pratique clinique. D’autre part, il n’existe pas de plateforme universelle de simulation, qui pourrait être distribuée et utilisée pour plusieurs applications médicales différentes. Ce projet vise à proposer des solutions et à lever des verrous technologiques qui permettront d’une part d’utiliser des simulations MC en routine clinique, et d’autre part d’ouvrir de nouvelles applications dans le domaine préclinique. Pour atteindre ces objectifs, le projet contient plusieurs niveaux de ruptures technologiques, en proposant l’utilisation d’une nouvelle version de plateforme de simulation MC GATE qui permettra de répondre aux besoins en termes de simulations pour l’imagerie médicale multimodale clinique et préclinique, ainsi que pour les applications de la radiothérapie. La précision qualitative et quantitative de GATE est déjà reconnue, comme le montre le très grand nombre de chercheurs qui l’utilisent dans le domaine de l’imagerie médicale ainsi que les résultats de nombreux articles publiés pendant les cinq dernières années. Afin de réaliser des simulations MC dans des temps de calcul réalistes pour les applications cliniques, le projet vise l’implémentation de GATE sur les architectures hybrides CPU/GPU. L’utilisation de ces architectures hybrides s’est répandue au cours de ces dernières années dans plusieurs champs du calcul scientifique, mais à l’heure actuelle le domaine des simulations de physique destinées aux sciences nucléaires n’y figure pas. Jusqu'à présent, la majorité des travaux s’étant intéressés à l’implémentation de simulations MC sur des architectures hybrides pour d’autres domaines d’application, comme par exemple la finance, se sont largement concentrés sur la qualité des générateurs de nombres aléatoires. Le verrou technologique à lever pour cette étape du projet concerne l’implémentation sur architectures hybrides des aspects associés au passage des particules dans la matière, un aspect qui est au centre des simulations MC pour les applications médicales concernées, tant au plan clinique que préclinique. Les développements proposés dans ce projet vont clairement renforcer l’impact de cette plateforme de simulation en (i) confortant sa position dominante parmi les codes de simulation MC en imagerie médicale, (ii) établissant son rôle primordial pour les applications en radiothérapie, et (iii) ouvrant des nouvelles applications dans le domaine de l’imagerie préclinique. Les applications médicales visées par ce projet ont également de forts enjeux de valorisation via les industriels impliqués dans ces domaines spécifiques.