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Metodi Monte Carlo su sistemi distribuiti per il calcolo della dose in trattamenti radioterapici

Metodi Monte Carlo su sistemi distribuiti per il calcolo della dose in trattamenti radioterapici. Istituto Superiore di Sanità Roma, 13 Dicembre 2005. Stéphane Chauvie*, Giueppe Scielzo^. ^Ordine Mauriziano, Torino *INFN e Ospedale S Croce e Carle, Cuneo. Le spine del Monte Carlo.

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Metodi Monte Carlo su sistemi distribuiti per il calcolo della dose in trattamenti radioterapici

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Presentation Transcript

  1. Metodi Monte Carlo su sistemi distribuiti per il calcolo della dose in trattamenti radioterapici Istituto Superiore di Sanità Roma, 13 Dicembre 2005 • Stéphane Chauvie*, Giueppe Scielzo^ ^Ordine Mauriziano, Torino *INFN e Ospedale S Croce e Carle, Cuneo

  2. Le spine del Monte Carlo • 10 anni di Monte Carlo in Italia • Esistono molti ex-Monte Carlisti • Esistono pochi Monte Carlisti, e sono tutti qui • Problemi in MC-making: • scientifici • non scientifici

  3. amministratore: • di rete • di sistema PC, intranet, PACS, R&V, Gruppi di continuità IN OUT infrastrutture isolamento ambiente Non scientifici tempo radioterapia personale • Preparato: • HW • SW • medphys dedicato PC, farm, cluster, GRID scalabile

  4. Top Secret Sorgente di radiazione Modelizzazione acceleratore e fascio di elettroni primario Calibrata a mano Geometria MC Scientifici Quale? Fisica Cuts et al. Rayleigh, Fotoelettrico, Compton, produzione Coppie, bremmstrahlung, ionizzazione, eccitazione..

  5. Incertezza nella determinazione della dose Totale Totale con calcolo della dose 4,1% 4,2%(1%) a 6,5% (5%) Ahnesjo 1999 Potere di calcolo Calcolo della dose • Analitici (Pencil beam, Convolution/Superposition) • Monte Carlo Molto lenti ma accurati Economici (anche gratis) Costosi Veloci ma poco accurati misura Dref, omogeneità e stabilità, dati CT, set-up Parallelizzare!!!

  6. Beowulf Parallelizzazione su un cluster Beowulf + = PC & Ethernet Una rete di PC è un’alternativa realistica ai supercomputer offrendo capacità di calcolo analoghe ad un prezzo 3-10 volte inferiore

  7. Parallelizzazione del codice Monte Carlo Installazione Hardware Simulazione Monte Carlo Configurazione Software Benchmarking Parallelizzazione del Monte Carlo Run e Analisi

  8. alla LAN ospedaliera Node03 Node08 Node04 Node07 Node06 Node05 Node02 Master Sup = Tser/Tpar = 3.99 SW I T C H E = Sup/ N = 0,997 Installazione, configurazione e benchmarking Bios OS Configurazione dischi Partizioni RAID Memoria CPU Compilatori Linking Parallelizzazione: LAM-MPI Sicurezza: SSH

  9. Modellizzazione dell’acceleratore V = 6 MV e- • Varian 600C/D Millenium • 120-leaf MLC

  10. Modellizzazione del paziente Tessuti molli: - relazione CT-tessuto ICRU Interfaccia DICOM Osso: - linearità CT-el - diluizione osso-midollo Polmone: linearità CT-

  11. Parallelizzazione del Monte Carlo Attenzione ai PRNG Campi IMRT prova in fantoccio omogeneo Spazio delle Fasi Misure in Acqua Campi IMRT paziente in fantoccio omogeneo Misure in fantoccio antropomorfo Simulazione in paziente Simulazione di trattamento IMRT

  12. E Spazio delle Fasi PSD (x,y,z) (px,py,pz)

  13. px,py pz Spazio delle Fasi Sotto i jaws 50,4 cm dalla sorgente

  14. 10X10 20X20 PDD % Misure in acqua PDD in acqua Scanner con camera a ionizzazione IC15 SSD=SAD

  15. Misura Monte Diff Broad Diff Pencil Diff Super/ Diff Carlo % beam % beam % conv % 100,02,4 100,02,2 0,0 103,1 3,1 102,9 2,9 101,9 1,9 178,43,0 175,42,3 -1,7 166,0 -6,9 173,2 -2,9 176,3 -1,2 120,12,7 118,02,2 -1,7 122,3 1,8 124,7 3,8 121,8 1,4 98,83,4 97,02,3 -1,8 100,0 1,2 107,0 8,3 98,3 -0,5 Misure in fantoccio antropomorfo Microcamera A14SL SSD=SAD

  16. Simulazione in paziente TAC X=10 Y=10 SSD=SAD Gantry 0°

  17. Skip&shoot Campi IMRT in fantoccio omogeneo • Pellicole • - Simulazione 12 segmenti Pellicole X-OMAT V SSD=90 cm

  18. Simulazione trattamento IMRT 10X10 Tecnica Isocentrica 7 campi! Ogni campo N segmenti 165,415,3 N eventi (15,50,5)107 N hits (4,02  0,39) 105 Tempo (ore) 0,510,03

  19. CONCLUSIONI E=0.9925 MC: studiare il comportamento in prossimità di interfacce e zone ad alto gradiente di densità e verificare algoritmi tradizionali Cluster: scalabile, economico e facile da usare Valutazione piano IMRT in 3,5 ore con 280000 hits con 3 nodi

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