Lieu : Institut Daniel Hollard · Contrat : Stage · Rémunération : Gratification minimum €
Le Groupe Hospitalier Mutualiste de Grenoble est un Établissement de Santé Privé d’Intérêt Collectif (ESPIC) à but non lucratif, participant au service public hospitalier depuis plus de 60 ans. Deuxième acteur de santé en Isère, il offre environ 436 lits et places, répartis dans les 6 instituts qui composent le groupement hospitalier : chirurgie, médecine, cardiovasculaire, soins non programmés, urgences, femme et nouveau-né.
Contexte et description générale :
En radiothérapie, les algorithmes de calcul de dose constituent le cœur de la planification des traitements. Leur précision conditionne directement la qualité de la délivrance et la sécurité du patient.
Les systèmes cliniques (AAA, AcurosXB, Collapsed Cone, etc.) implémentent des compromis temps–précision afin d’obtenir des résultats utilisables en pratique quotidienne. Pour le physicien médical, la dose calculée par ces algorithmes représente le “référentiel de vérité”, bien qu’elle reste une approximation.
En réalité, un même plan irradiant le même patient donnera des distributions de dose 3D différentes selon l’algorithme employé. De plus, la précision numérique (nombre de directions, taille des voxels, discrétisation en énergie, etc.) est rarement accessible à l’utilisateur.
Le gold standard reste la méthode Monte-Carlo (Gate, Penelope, FLUKA, MCNP, EGSnrc…), offrant une précision de niveau recherche, mais à un coût computationnel prohibitif et avec une intégration DICOM souvent laborieuse.
L’alternative consiste à résoudre directement les équations stationnaires du transport de Boltzmann pour les photons et les électrons. Cette approche déterministe permet un contrôle fin de la précision par la discrétisation de l’espace des phases (énergie, position, direction).
Objectifs du stage :
Le but de ce stage est de développer un solveur 3D des équations du transport de Boltzmann appliqué à la radiothérapie, intégrant nativement les formats DICOM et permettant un ajustement explicite du compromis entre précision et temps de calcul.
Le projet s’articulera autour des axes suivants:
1- Modélisation mathématique : formulation discrète des équations stationnaires de Boltzmann (spatial, angulaire, énergétique).
2- Implémentation du solveur : sur différents types de maillages (grille régulière, octree adaptatif, grille tesselée / maillage tétraédrique).
3- Intégration DICOM native : lecture automatique des CT, RTPlan et RTStruct pour créer le domaine de calcul à partir de données réelles.
4- Optimisation du code : conception d’une architecture modulaire et paramétrable permettant de régler la précision sans modifier le code utilisateur.
5- Validation : comparaison des résultats avec un code Monte-Carlo de référence (Gate ou EGSnrc) sur des cas test simples.
Le but final est de concevoir un moteur de calcul “recherche–clinique”, combinant rigueur scientifique, interopérabilité DICOM et simplicité d’utilisation pour le physicien médical.
Compétences développées au cours du stage :
• Physique du transport de particules (photons, électrons) et équations de Boltzmann.
• Simulation numérique et discrétisation d’équations intégrales–différentielles.
• Programmation scientifique avancée (Python, C++) et gestion de maillages 3D.
• Lecture et exploitation de données DICOM RT (CT, RTPlan, RTDose, RTStruct). Maintenance prédictive et interprétation physique des signaux de dérive.
• Comparaison avec Monte-Carlo et analyse de convergence / performance.
Perspectives :
Ce projet a vocation à poser les bases d’un solveur open-source à précision ajustable, comblant le vide entre les algorithmes cliniques opaques et les codes de recherche lourds. Il s’inscrit dans une perspective de développement d’un moteur de calcul opensource pour la recherche translationnelle en radiothérapie.
Profil Ingénieur M2 Recherché
1. Maîtrise Théorique (Le Cœur Scientifique)
Physique du Transport et Rayonnement : Doit avoir des bases solides ou un intérêt marqué pour la physique des particules (photons, électrons) et comprendre les principes des équations de Boltzmann.
Analyse Numérique & Discrétisation : Expertise dans les méthodes de discrétisation (différences finies, éléments finis, etc.) et la résolution d'équations intégro-différentielles complexes.
Modélisation Mathématique : Capacité à transformer une formulation continue (équation de Boltzmann) en un schéma discret applicable au calcul.
2. Compétences Techniques (L'Implémentation)
Programmation Scientifique (C++/Python) : Maîtrise avancée du C++ (pour les performances et l'optimisation) et de Python (pour l'architecture, l'interface DICOM, et les scripts de validation).
Calcul 3D et Maillage : Expérience essentielle avec la gestion des maillages 3D (octree, tétraédrique) et les librairies géométriques pour implémenter le solveur sur différentes grilles.
Architecture Modulaire / HPC : Connaissance des techniques d'optimisation de code et de conception d'architectures logicielles paramétrables pour le calcul haute performance et l'ajustement du compromis temps-précision.
3. Contextualisation (L'Application)
Interfaçage DICOM : Capacité à lire et exploiter des formats DICOM-RT (CT, RTPlan, RTStruct) pour créer le domaine de calcul à partir de données cliniques réelles.
Validation et Référence : Rigueur dans la comparaison aux codes Monte-Carlo (Gate, EGSnrc) et l'analyse de la convergence et de la performance.
Le stagiaire idéal est un profil théoricien capable de s'intégrer dans un environnement de recherche translationnelle, visant à créer un outil précis, rapide, et interopérable cliniquement. Vous ne cochez pas toutes les cases? Postulez quand même nous vous recevrons avec plaisir.
Envoyer un CV à dimitri.reynard@avec.fr avec un petit mail de présentation.