Missions

Projet :"Développement d'une nouvelle technique d'imagerie proton par temps de vol"
Une très haute précision balistique et une couverture tumorale optimale peuvent en principe être obtenues avec la protonthérapie, mais des incertitudes concernant la composition tissulaire du patient, les mouvements physiologiques ou les modifications transitoires de l'anatomie peuvent conduire à des erreurs significatives en phase de traitement.
Afin d'exploiter pleinement le potentiel de cette technique, nous développons actuellement un nouveau système pour le contrôle en ligne de la protonthérapie, basé sur l'imagerie Prompt Gamma (PG) par temps de vol avec une résolution temporelle de 100 ps. Le détecteur (TIARA, pour Tof Imaging ARray) sera constitué d'un ensemble de détecteurs de pixels ultra-rapides de petite taille (~1 cm3) fixés sur un support rigide entourant le volume irradié afin de réaliser une couverture 3D de la cible. TIARA sera lu en coïncidence temporelle avec un moniteur à faisceau rapide. Le TOF entre le moniteur faisceau et les pixels TIARA, ainsi que les positions des pixels TIARA contraignent les coordonnées du sommet PG permettant une reconstruction 3D du parcours du proton, en temps réel et avec une précision millimétrique. L’algorithme de reconstruction dédié développé ouvre la voie à une nouvelle technique d’imagerie médicale, le Prompt Gamma Time Imaging (PGTI), qui peut être utilisée à la fois pour la surveillance du parcours des protons et pour réaliser une image des pouvoirs d’arrêt des protons dans le patient. Si la faisabilité de la première application a déjà été prouvée par notre collaboration, la seconde reste encore à étudier. Grâce à la simulation MC et à des expériences dédiées dans des installations de protonthérapie, notre objectif est désormais d'établir le potentiel et les limites de l'imagerie proton par temps de vol avec le détecteur TIARA.
Ce projet multidisciplinaire a récemment été financé par la Communauté Européenne (ERC grant PGTI) pour une durée de cinq ans. Des physiciens, ingénieurs, mathématiciens et physiciens médicaux cliniciens de trois instituts français (deux laboratoires du CNRS, le LPSC et le CPPM et le centre de protonthérapie CAL) travaillent conjointement au développement du détecteur TIARA et de l'algorithme de reconstruction PGTI afin d'atteindre leur applicabilité clinique.
Nous recherchons un candidat très motivé pour étudier l'utilisation de la reconstruction PGTI pour l'imagerie proton par temps de vol. La personne recrutée concevra et mettra en œuvre des simulations Monte Carlo dédiées pour étudier la qualité d'image (résolution spatiale, SNR…) atteignable avec cette technique et la dose délivrée au patient dans différents scénarios. À partir de géométries simplifiées, l’étude inclura progressivement tous les paramètres qui auront un impact sur l’application expérimentale, y compris la simulation d’anatomies réalistes de patients basées sur des fantômes numériques et des images tomodensitométriques des patients. Suite aux résultats de la simulation, le candidat retenu proposera des expériences pratiques pouvant être reproduites dans un centre de protonthérapie pour valider la faisabilité de la technique.
Ce poste implique principalement des tâches de simulation MC, de reconstruction d'images et d'analyse de données mais, selon le profil et les intérêts du candidat, il ou elle pourra participer directement aux campagnes expérimentales au CAL.
Le candidat sélectionné collaborera avec les mathématiciens et les physiciens du CPPM qui ont développé l'algorithme de reconstruction PGTI et avec les ingénieurs, les chercheurs et les physiciens médicaux du LPSC et du CAL qui sont impliqués dans le développement et les tests du détecteur TIARA

Activités

- Concevoir et mettre en œuvre des simulations MC pour étudier la faisabilité de l'imagerie proton par temps de vol ;
- Participer à la conception d'expériences menées aux centres de protonthérapie ;
- Télécharger, documenter et maintenir sur la plateforme GitLab les logiciels développés ;
- Se conformer au plan de gestion des données du projet ;
- Interagir et coordonner son travail avec les autres membres de la collaboration ;
- Présenter son travail lors de réunions de collaboration et de conférences ;
- Rédiger des articles scientifiques, des notes techniques et des rapports.

Compétences

- Doctorat en physique/ physique médicale ou équivalent ;
- Connaissance approfondie de la physique nucléaire et de la physique des détecteurs ;
- Expérience avérée en simulation Monte-Carlo (Geant4, GATE…) ;
- Expérience avec Python et ses bibliothèques scientifiques les plus courantes ;
- Une expérience antérieure dans la recherche en imagerie médicale est souhaitable
- Une expérience antérieure dans le développement des détecteurs est la bienvenue
- Capacité à présenter et synthétiser les résultats de recherche ;
- Bonnes compétences en anglais écrit et oral ;
- Capacité à travailler en équipe.

Contexte de travail

Le laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie de Grenoble (LPSC) (http://lpsc.in2p3.fr) est une unité mixte de recherche associant le CNRS-IN2P3, l'Université Grenoble Alpes (UGA) et l'école Grenoble INP, pour un effectif moyen d'environ 230 personnes.
Le chercheur sera affecté dans l'équipe "Physique Nucléaire et Applications Médicales" qui comprend 7 chercheurs,enseignants-chercheurs, ingénieur de recherche et 5 doctorants et mènera ses activités sous la supervision de la responsable d'équipe et de la responsable du projet PGTI.


Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.