t-GATE: une plateforme de simulation numérique intégrée pour les modélisations en théranostique – t-GATE

Le concept des théranostics, défini comme une stratégie thérapeutique (par exemple chimiothérapie, hyperthermie radiothérapie) combinée avec une ou plusieurs modalités d’imagerie in-vivo (par exemple TEP, TEMP, TDM, IRM), s’inscrit dans la tendance actuelle vers une médecine personnalisée. Le nombre grandissant de techniques et de protocoles implique des interactions importantes et des allers retours incessants entre imagerie et thérapie, par exemple pour l’utilisation de l’imagerie afin de guider et suivre la réponse thérapeutique. Il n’existe pour l’instant pas de plateforme logicielle intégrant la possibilité de simuler in silico de tels scénarios théranostiques et qui pourrait aider à la conception, l’optimisation, le test et la validation de tels protocoles dans différentes applications cliniques. L’objectif global de ce projet est de fournir des solutions en rupture avec l’état de l’art actuel, permettant le développement d’une telle plateforme unique de simulation.

Les développements proposés faciliteront i) la création de liens entre différents types de simulations et de modélisations telles les analytiques avec les Monte Carlo (MC), ii) couvrir un large champ d’applications théranostiques couvrant plusieurs modalités d’imagerie et de régimes thérapeutiques, iii) à différentes échelles de résolution spatiale et temporelle, iv) le tout bénéficiant d’une structure de calculs intensifs.

Différents défis méthodologiques majeurs seront relevés au cours de ce projet. Ces derniers incluent la capacité de modéliser l’imagerie multimodale et les protocoles de thérapie ainsi que leurs interactions au sein du même contexte de modélisation, en prenant en compte la simulation de processus dynamiques. Le deuxième défi à relever est celui des différentes résolutions, celles associées aux modalités d’imagerie utilisées pour guider la thérapie (essentiellement à l’échelle millimétrique) et celles des effets de la thérapie (essentiellement à l’échelle micrométrique et sous-micrométrique). Enfin, la plateforme proposée devra être efficiente en termes de temps de calcul, ce qui ne pourra être obtenu qu’en combinant des solutions d’accélération matérielle avec des développements de modélisations hybrides combinant modélisations analytiques et MC. Tous ces développements méthodologiques seront validés au travers de différents démonstrateurs pour plusieurs protocoles théranostiques actuellement utilisés en routine clinique, ou encore de développement et/ou d’évaluation pour un usage clinique futur.

La plateforme proposée sera fondée sur la plateforme MC GATE qui est déjà populaire dans la communauté scientifique, afin de bénéficier des capacités existantes à simuler différentes modalités d’imagerie et de régimes thérapeutiques, ainsi que la grande librairie de processus physiques offerte par Geant4. Les différentes équipes impliquées possèdent une grande expérience dans le développement de simulations pour l’imagerie multimodale et les applications thérapeutiques et pourront mener à bien ce projet, dont le but final est le développement de la première plateforme in-silico de modélisation théranostiques.