Dissertations / Theses: 'GATE Monte Carlo simulations'

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Maigne, Lydia. "Personnalized dosimetry using GATE Monte Carlo simulations on a grid architecture." Clermont-Ferrand 2, 2005. http://www.theses.fr/2005CLF21607.

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Abstract:

Le but était d'optimiser la plate-forme de simulation Monte Carlo GATE ( Geant 4 Application for Tomographic Emission) pour fournir des planifications de traitements en dosimétrie précises, personnalisées et rapides. Une application à la curiethérapie oculaire est présentée. Une validation du logiciel GEANT4 est effectuée avec une modélisation de points sources émetteurs d'électrons. L'implémentation du processus de diffusion multiple doit être encore corrigé dans les prochaines versions de GEANT4. La transcription des unités Hounsfield en paramètres tissulaires est présentée pour une utilisation de GATE sur des images voxélisées. Les distributions de dose obtenues avec GATE pour les traitements de curiethérapie oculaire sont comparées et validées. Un déploiement de GATE sur grille de calcul est effectué, le gain en temps de calcul est très significatif. Un portail web d'accès convivial à la grille a été développé

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Burg, Samuel. "Segmentation 3D d'images scintigraphiques et simulations très réalistes GATE." Poitiers, 2011. http://nuxeo.edel.univ-poitiers.fr/nuxeo/site/esupversions/b5bc3be2-14be-4526-9e11-61619c11caaf.

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Abstract:

L’objectif de cette thèse était de proposer de nouvelles méthodes de segmentation 3D en imagerie scintigraphique. Une première partie des travaux réalisés a consisté à simuler des volumes 3D avec vérité de terrain connue afin de pouvoir valider une méthode de segmentation par rapport aux autres. Des simulations de MonteCarlo ont été réalisées à l’aide du logiciel GATE (Geant4 Application for Emission Tomography). Pour cela, nous avons caractérisé et modélisé la gamma camera "γ Imager" Biospace™ en comparant chaque mesure d'une acquisition réelle à une simulation équivalente. L'outil de segmentation "bas niveau" que nous avons développé s’appuie sur une modélisation des niveaux de l'image par une loi de mélange dont l'estimation des paramètres est réalisée par un algorithme SEM (Stochastic Expectation Maximization). La segmentation des volumes 3D est obtenue par un algorithme ICM (Iterative Conditional Mode). Nous avons comparé des segmentations basées sur des mélanges Gaussiens et Poissonniens à des segmentations par seuillage sur les volumes simulés. Ceci a montré la pertinence des segmentations obtenues à l’aide des lois de mélange, notamment celles obtenues avec les mélanges Poissonniens. Ces derniers ont été utilisés pour segmenter des images cérébrales réelles TEP 18FDG et calculer des statistiques descriptives des différents tissus. En vue d’obtenir une méthode de segmentation "haut niveau" et retrouver des structures anatomiques (zone nécrosée ou zone active d’une tumeur par exemple), nous avons proposé un processus exploitant le formalisme des processus ponctuels. Une étude de faisabilité nous a permis d’obtenir des résultats très encourageants
The objective of this thesis was to propose a new 3D segmentation method for scintigraphic imaging. The first part of the work was to simulate 3D volumes with known ground truth in order to validate a segmentation method over other. MonteCarlo simulations were performed using the GATE software (Geant4 Application for Emission Tomography). For this, we characterized and modeled the gamma camera "Imager" Biospace™ by comparing each measurement from a simulated acquisition to his real equivalent. The "low level" segmentation tool that we have developed is based on a modeling of the levels of the image by probabilistic mixtures. Parameters estimation is done by an SEM algorithm (Stochastic Expectation Maximization). The 3D volume segmentation is achieved by an ICM algorithm (Iterative Conditional Mode). We compared the segmentation based on Gaussian and Poisson mixtures to segmentation by thresholding on the simulated volumes. This showed the relevance of the segmentations obtained using probabilistic mixtures, especially those obtained with Poisson mixtures. Those one has been used to segment real 18FDG PET images of the brain and to compute descriptive statistics of the different tissues. In order to obtain a "high level" segmentation method and find anatomical structures (necrotic part or active part of a tumor, for example), we proposed a process based on the point processes formalism. A feasibility study has yielded very encouraging results

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Perrot, Yann. "Evaluation de la dose déposée par des faisceaux d'électrons en radiothérapie dans des fantômes voxelisés en utilisant la plateforme de simulation Monte Carlo GATE fondée sur GEANT4 dans un environnement de grille." Phd thesis, Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00721940.

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Abstract:

La planification de traitement en radiothérapie nécessite un calcul précis de la dose délivrée au patient. La méthode la plus fiable pour y parvenir est la simulation du transport des particules par technique Monte Carlo. Cette thèse constitue la première étude concernant la validation de la plateforme de simulation Monte Carlo GATE (GEANT4 Application for Tomographic Emission), basée sur les librairies de GEANT4 (GEometry ANd Tracking), pour le calcul de la dose absorbée déposée par des faisceaux d'électrons. L'objectif de cette thèse est de montrer que GATE/GEANT4 est capable d'atteindre le niveau d'exigences requis pour le calcul de la dose absorbée lors d'une planification de traitement, dans des situations où les algorithmes analytiques, actuellement utilisés dans les services de radiothérapie, n'atteignent pas un niveau de précision satisfaisant. L'enjeu est de prouver que GATE/GEANT4 est adapté pour la planification de traitement utilisant des électrons et capable de rivaliser avec d'autres codes Monte Carlo reconnus. Cet enjeu a été démontré par la simulation avec GATE/GEANT4 de faisceaux et des sources d'électrons réalistes utilisées en radiothérapie externe ou en radiothérapie moléculaire et la production de distributions de dose absorbée en accord avec les mesures expérimentales et avec d'autres codes Monte Carlo de référence pour la physique médicale. Par ailleurs, des recommandations quant à l'utilisation des paramètres de simulation à fixer, assurant un calcul de la distribution de dose absorbée satisfaisant les spécifications en radiothérapie, sont proposées.

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Zahra, Nabil. "Mesure de la dose physique par lms radiochromiques et simulation Monte Carlo pour l'hadronthérapie." Thesis, Lyon 1, 2010. http://www.theses.fr/2010LYO10088/document.

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Abstract:

En raison des forts gradients de dose générés par les interactions des particules avec la matière, les traitements par hadronthérapie nécessitent un contrôle très précis de la dose délivrée au patient. Les codes Monte Carlo représentent des outils indispensables dans la validation des systèmes de planification de traitement utilisé en clinique. Nous nous intéressons dans cette thèse au calcul de la dose physique à l'aide des simulations Monte Carlo Geant4/Gate. Nous étudions l'ajustement de plusieurs paramètres qui peuvent influencer la précision du calcul de dose requise en clinique (2%, 2mm) pour un faisceau d'ions carbone de 300 MeV/u dans l'eau. Ces paramètres sont : le seuil de production des particules secondaires et la taille maximale d'un segment de la trace de particule. Les critères de tolérance sur la valeur et la localisation de la dose sont fixés de manière à avoir le meilleur compromis en termes de distribution spatiale et de temps de calcul. Nous proposons ici des paramètres permettant d'atteindre ces critères de précision. Dans la deuxième partie du travail, nous étudions la réponse des films radiochromiques MDv2-55 pour le contrôle qualité des faisceaux d'ions carbone et protons. Nous avons en particulier observé et étudié l'effet de saturation de ces films dosimétriques pour les irradiations à TEL élevés (≥ 20 KeV/µm) dans des milieux homogènes et hétérogènes. Cet effet est dû à la forte densité d'ionisation autour de la trace de particule. Nous avons proposé et développé un modèle appelé « RADIS RAdiochromic films Dosimetry for Ions using Simulations » qui permet de prédire la réponse de ces films avec la prise en compte de cet effet de saturation. Ce modèle est basé sur la réponse des films en photons et la saturation des films à des dépôts d'énergies linéïques élevés calculée par Monte Carlo. Plusieurs types de faisceaux ont été étudiés : ions carbone, protons et photons à différentes énergies. Ces expérimentations ont été menées au Grand Accélérateur National d'Ions Lourds (GANIL), au Centre de protonthérapie d'Orsay (CPO), au Centre A. Lacassagne (CAL) et au Centre Léon Bérard (CLB). A l'aide du modèle, nous pouvons ainsi reproduire la densité optique des films le long du profil de Bragg pour tous les faisceaux avec une précision meilleure que 2%
Because of the increase in dose at the end of the range of ions, dose delivery during patient treatment with hadrontherapy should be controlled with high precision. Monte Carlo codes are now considered mandatory for validation of clinical treatment planing and as a new tool for dosimetry of ion beams. In this work, we aimed to calculate the absorbed dose using Monte Carlo simulation Geant4/Gate. The ejffect on the dose calculation accuracy of dierent Geant4 parameters has been studied for mono-energetic carbon ion beams of 300 MeV/u in water. The parameters are : the production threshold of secandary particules and the maximum step limiter of the particle track. Tolerated criterion were choosen to meet the precision required in radiotherapy (2%, 2mm) and to obtain the best compromise on dose distribution and computational time.We propose here the values of parameters in order to satisfy the precision required. In the second part of this work, we will study the response of radiochromic lms MD-v2-55 for quality control in proton and carbon ion beams. We have particularly observed and studie the quenching effect of dosimetric lms for high LET (20 KeV/m) irradiations in homogeneous and heterogeneous medium. This eject is due to the high ionization density around the track of the particule. We have developped a method to predict the response of radiochromic lms taking into account the saturation effect. This model is called the RADIS model forRAdiochromic films. Dosimetry for Ions using Simulations". It is based on the response of lms under photon irradiations and the saturation of lms due to high linear energy deposit calculated by Monte Carlo. Four beams were used in this study and aimed to validate the model for hadrontherapy applications : carbon ions, protons and photons at different energies. Experiments were performed at Grand Accélérateur National d'Ions Lourds (GANIL), Proton therpay center of Orsay (CPO), A. Lacassagne proton center (CAL) and Leon Berard cancer center (CLB). The model showed very good agreement between the measured and calculated optical density with an error less than 2%

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Thiam, C. O. "Dosimétrie en radiothérapie et curiethérapie par simulation Monte-Carlo GATE sur grille informatique." Phd thesis, Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00196405.

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Abstract:

Les traitements de radiothérapie nécessitent la délivrance d'une dose précise au niveau de la tumeur et une bonne connaissance de la dose dans les zones avoisinantes. Ce calcul, habituellement réalisé par les TPS, exige des outils précis et rapides. La plate-forme de simulation Monte-Carlo GATE, basée sur le code GEANT4, offre un outil performant pour les applications de la médecine nucléaire mais aussi des fonctionnalités permettant de faire des calculs dosimétriques de façon fiable et rapide. Dans cette thèse, deux études ont été menées en parallèle: la validation de la plate-forme GATE pour la modélisation de sources d'électrons et de photons de basse énergie et l'exploitation optimisée des infrastructures de grille informatique pour réduire les temps de calculs des simulations. GATE a été validé pour le calcul de points kernels de dose d'électrons mono-énergétiques et comparé avec les résultats d'autres études Monte-Carlo. Une étude détaillée a été faite sur la gestion du dépôt d'énergie au cours du transport des électrons dans GEANT4. Nous nous sommes intéressés aussi à la validation de GATE concernant le dépôt de dose de photons de très basse énergie ( < 35 keV). Pour cela, trois modèles de sources radioactives utilisés en curiethérapie et contenant de l'iode 125 (modèle 2301 de Best Medical International ; Symmetra de UroMed/Bebig et 6711 d'Amersham) ont été simulés. Plusieurs caractéristiques dosimétriques ont été étudiées selon les recommandations du groupe de travail N°43 de l'AAPM (American Association of Physicists in Medecine). Les résultats obtenus montrent une bonne concordance entre GATE et les études prises comme référence et recommandées par l'AAPM. L'utilisation de simulations Monte-Carlo dans les applications médicales pour une meilleure définition de la dose déposée dans un volume tumoral, nécessite des temps de calculs longs. Afin de réduire ces temps, nous avons exploité l'infrastructure de la grille EGEE sur laquelle nos simulations sont distribuées en utilisant des techniques novatrices pour la prise en compte de l'état de la grille de calcul. Les temps nécessaires pour la simulation d'une radiothérapie utilisant des électrons ont été réduits jusqu'à un facteur 30. Une plate-forme web basée sur le portail GENIUS a été développée pour rendre accessible de façon simple toutes les modalités de soumission et de gestion des simulations ainsi que la gestion de données médicales (informations sur les patients, images CT, IRM...) sur les ressources de la grille. L'objectif final visé est de faire de GATE un outil fiable et utilisé en clinique pour des planifications de traitements de radiothérapie avec des temps de calculs acceptables (pas plus de 12 heures de calcul).

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Thiam, Cheik Oumar. "Dosimétrie en radiothérapie et curiethérapie par simulation Monte-Carlo GATE sur grille informatique." Clermont-Ferrand 2, 2007. http://www.theses.fr/2007CLF21771.

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Abstract:

Les traitements de radiothérapie nécessitent la délivrance d'une dose précise au niveau de la tumeur et une bonne connaissance de la dose dans les zones avoisinantes. Ce calcul, habituellement réalisé par les TPS, exige des outils précis et rapides. La plate-forme de simulation Monte-Carlo GATE, basée sur le code GEANT4, offre un outil performant pour les applications de la médecine nucléaire mais aussi des fonctionnalités permettant de faire des calculs dosimétriques de façon fiable et rapide. Dans cette thèse, deux études ont été menées en parallèle : la validation de la plate-forme GATE pour la modélisation de sources d'électrons et de photons de basse énergie et l'exploitation optimisée des infrastructures de grille informatique pour réduire les temps de calculs des simulations. GATE a été validé pour le calcul de points kernels de dose d'électrons mono-énergétiques et comparé avec les résultats d'autres études Monte-Carlo. Une étude détaillée a été faite sur la gestion du dépôt d'énergie au cours du transport des électrons dans GEANT4. Nous nous sommes intéressés aussi à la validation de GATE concernant le dépôt de dose de photons de très basse énergie (inférieure 35 keV). Pour cela, trois modèles de sources radioactives utilisées en curiethérapie et contenant de l'iode 125 (modèle 2301 de Best Medical International , Symmetra de UroMed/ Bebig et 6711 d'Amersham) ont été simulés. Plusieurs caractéristiques dosimétriques ont été étudiées selon les recommandations du groupe de travail n°43 de l'AAPM (American Association of Physicists in Medecine). Les résultats obtenus montrent une bonne concordance entre GATE et les études prises comme référence et recommandées par l'AAPM. L'utilisation de simulations Monte-Carlo dans les applications médicales pour une meilleure définition de la dose déposée dans un volume tumoral, nécessite des temps de calculs longs. Afin de réduire ces temps, nous avons exploité l'infrastructure de la grille EGEE sur laquelle nos simulations sont distribuées en utilisant des techniques novatrices pour la prise en compte de l'état de la grille de calcul. Les temps nécessaires pour la simulation d'une radiothérapie utilisant des électrons ont été réduits jusqu'à un facteur de 30. Une plate-forme web basée sur le portail GENIUS a été développée pour rendre accessible de façon simple toutes les modalités de soumission et de gestion des simulations ainsi que la gestion de données médicales (informations sur les patients, images CT, IRM. . . ) sur les ressources de la grille. L'objectif final visé est de faire de GATE un outil fiable et utilisé en clinique pour des planifications de traitements de radiothérapie avec des temps de calculs acceptables (pas plus de 12 heures de calcul)

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Freudenberg, Robert, Rudi Apolle, Martin Walther, Holger Hartmann, and Jörg Kotzerke. "Molecular imaging using the theranostic agent 197(m)Hg: phantom measurements and Monte Carlo simulations." Springer Open, 2018. https://tud.qucosa.de/id/qucosa%3A33332.

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Abstract:

Background Radiomercury 197mHg and 197Hg, henceforth referred to as 197(m)Hg, is a promising theranostic radionuclide endowed with properties that allow diagnostic and therapeutic applications. The aim of this work was to investigate the capabilities of 197(m)Hg for nuclear medicine imaging. Therefore measurements were performed by using a Philips BrightView SPECT camera. Furthermore, Monte Carlo simulations using the GATE software were performed to theoretically explore the imaging contribution from the various gamma and X-ray emissions from 197(m)Hg for a commercial clinical camera with low-energy high-resolution (LEHR) and high-energy general-purpose (HEGP) collimators. We estimated the spatial resolution by using a four-quadrant bar phantom, and we evaluated the planar and tomographic images from an abdominal phantom containing three cylindrical sources of 197(m)Hg solution. Results A good accordance between measurements and simulations was found for planar and SPECT imaging. Simulations allowed the decomposition of the detected energy spectrum into photon origins. Measurements and simulations for the bar phantom revealed that for the LEHR collimator, the 6-mm pattern could be resolved, whereas for the HEGP collimator, the resolution is about 10 mm. Furthermore, we found that no significant image distortion results from high-energy photons when using the LEHR collimator. Conclusions We demonstrated the imaging capabilities of 197(m)Hg which is essential both for diagnostic applications and to determine the in vivo biodistribution for dose calculations in therapeutic applications.

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Zahra, Mohamad Nabil. "Mesure de la dose physique par lms radiochromiques et simulation Monte Carlo pour l'hadronthérapie." Phd thesis, Université Claude Bernard - Lyon I, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00520876.

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Abstract:

En raison des forts gradients de dose générés par les interactions des particules avec la matière, les traitements par hadronthérapie nécessitent un contrôle très précis de la dose délivrée au patient. Les codes Monte Carlo représentent des outils indispensables dans la validation des systèmes de planification de traitement utilisé en clinique. Nous nous intéressons dans cette thèse au calcul de la dose physique à l'aide des simulations Monte Carlo Geant4/Gate. Nous étudions l'ajustement de plusieurs paramètres qui peuvent influencer la précision du calcul de dose requise en clinique (2%, 2mm) pour un faisceau d'ions carbone de 300 MeV/u dans l'eau. Ces paramètres sont : le seuil de production des particules secondaires et la taille maximale d'un segment de la trace de particule. Les critères de tolérance sur la valeur et la localisation de la dose sont fixés de manière à avoir le meilleur compromis en termes de distribution spatiale et de temps de calcul. Nous proposons ici des paramètres permettant d'atteindre ces critères de précision. Dans la deuxième partie du travail, nous étudions la réponse des films radiochromiques MDv2-55 pour le contrôle qualité des faisceaux d'ions carbone et protons. Nous avons en particulier observé et étudié l'effet de saturation de ces films dosimétriques pour les irradiations à TEL élevés (≥ 20 KeV/µm) dans des milieux homogènes et hétérogènes. Cet effet est dû à la forte densité d'ionisation autour de la trace de particule. Nous avons proposé et développé un modèle appelé " RADIS RAdiochromic films Dosimetry for Ions using Simulations " qui permet de prédire la réponse de ces films avec la prise en compte de cet effet de saturation. Ce modèle est basé sur la réponse des films en photons et la saturation des films à des dépôts d'énergies linéïques élevés calculée par Monte Carlo. Plusieurs types de faisceaux ont été étudiés : ions carbone, protons et photons à différentes énergies. Ces expérimentations ont été menées au Grand Accélérateur National d'Ions Lourds (GANIL), au Centre de protonthérapie d'Orsay (CPO), au Centre A. Lacassagne (CAL) et au Centre Léon Bérard (CLB). A l'aide du modèle, nous pouvons ainsi reproduire la densité optique des films le long du profil de Bragg pour tous les faisceaux avec une précision meilleure que 2%.

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Maigne, Lydia. "Dosimétrie personnalisée par simulation Monte Carlo GATE sur grille de calcul. Application à la curiethérapie oculaire." Phd thesis, Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011404.

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Abstract:

Bien que souvent assez consommatrice en temps de calcul, la méthode Monte Carlo est l'algorithme de calcul qui modélise au plus près la physique liée aux processus de dépôts d'énergie. L'idée est d'utiliser les calculs Monte Carlo dans le traitement quotidien du cancer par rayonnement pour rivaliser avec les systèmes de planification de traitement (TPS) existants dans le but de délivrer une dose absorbée à la tumeur pour des traitements spécifiques. Pour atteindre cet objectif, deux points ont été particulièrement étudiés au cours de cette thèse : la validation de la plate-forme de simulation GATE pour des applications en dosimétrie utilisant des électrons, une étude particulière est faite concernant les traitements de curiethérapie oculaire utilisant des applicateurs ophtalmiques de 106Ru/106Rh, et le déploiement des simulations GATE dans un environnement de grille pour réduire les temps de calcul très élevés de ces simulations.
Des points kernels de dose d'électrons mono-énergétiques et poly-énergétiques ont été simulés en utilisant la plate-forme GATE et comparés à d'autres codes Monte Carlo. Trois versions des packages de librairies ont été utilisées pour les comparaisons (5.2, 6.2 et 7.0). Les résultats montrent que l'implémentation de la diffusion multiple est responsable des différences observées entre les codes. Les simulations de traitements de curiethérapie oculaire comparées avec d'autres Monte Carlo et des mesures montrent un bon accord. La transcription des unités Hounsfield, à partir des données scanner sur l'anatomie du patient, en paramètres tissulaires est l'autre étude présentée pour une utilisation prochaine de GATE sur des images voxélisées pour la dosimétrie personnalisée. Les infrastructures des projets DataGrid puis d'EGEE ont été utilisées pour déployer les simulations GATE afin de réduire leur temps de calcul dans le but de les utiliser en routine clinique.
La méthode utilisée pour paralléliser les simulations GATE est la division du générateur de nombres aléatoires (RNG) en séquences indépendantes. Des tests de temps de calcul réalisés sur des bancs tests de grille montrent qu'un gain significatif est obtenu. Les fonctionnalités pour diviser, lancer et contrôler les simulations GATE sur une infrastructure de grille ont été implémentées sur le portail web GENIUS. Un premier prototype de ce portail est accessible à partir d'un centre hospitalier pour l'utilisation de la précision des algorithmes Monte Carlo de manière transparente et sécurisée pour des traitements de cancer de l'œil.

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Pham, Quang Trung. "Couplage et validation de l'extension GeantA-DNA dans la plateforme de simulation Monte Carlo GATE pour l'irradiation de molécules d'ADN dans un environnement de grille de calcul." Thesis, Clermont-Ferrand 2, 2014. http://www.theses.fr/2014CLF22456/document.

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Abstract:

Les méthodes de simulation Monte-Carlo s’étendent avec succès à différents domaines de la physique médicale mais aussi à différentes échelles, par exemple de la planification des traitements de radiothérapie jusqu’à une prévision des effets des rayonnements au niveau des cellules cancéreuses. La plateforme de simulation Monte-Carlo GATE, basée sur l’outil Geant4, propose des fonctionnalités dédiées aux simulations en physique médicale (médecine nucléaire et radiothérapie). Pour les applications en radiobiologie, les modèles physiques Geant4-DNA implémentés jusqu’à très basse énergie (eV) permettent d’estimer des quantités micro-dosimétriques d’intérêt. Dans le but d’implémenter une plateforme de simulation Monte-Carlo multi-échelles, nous nous sommes d’abord intéressés à la validation des modèles physiques de Geant4-DNA, puis à leur intégration dans la plateforme de simulation GATE et enfin à une validation de cette implémentation dans un contexte de radiothérapie et protonthérapie. De manière à valider les modèles physiques de Geant4-DNA, des points kernels de dose en électrons mono-énergétiques (de 10 keV à 100 keV) ont été simulés en utilisant les modèles physiques de Geant4 et de Geant4-DNA et ils ont comparés au code Monte-Carlo EGSnrc. Les parcours et pouvoirs d’arrêts des électrons (de 7,4 eV à 1 MeV) et des protons (de 1 keV à 100 MeV) calculés avec Geant4-DNA (processus et modèles préalablement intégrés dans GATE) ont ensuite été validés. Nous avons alors proposé de simuler avec la plateforme GATE l’impact de faisceaux cliniques et pré-cliniques sur l’ADN cellulaire. Nous avons ainsi modélisé un faisceau de protonthérapie de 193,1 MeV, un accélérateur linéaire en mode électrons de 6 MeV et un irradiateur RX de 250 kV. Ces simulations ont d’abord été validées en milieu aqueux par une comparaison de la dose macroscopique avec des mesures expérimentales. Les faisceaux ont ensuite été utilisés pour calculer, pour chacun d’entre eux, les fréquences de dépôts d’énergie à l’ADN. La molécule d’ADN a été simulée tout d’abord grâce à des cylindres équivalents en dimension à 10 paires de base (2 nm x 2 nm), équivalents à la taille d’un nucléosome (10 nm x 5 nm) et équivalents à la taille d’une fibre de chromatine (25 nm x 25 nm). Tous ces cylindres ont été placés aléatoirement dans un volume d’eau liquide (de rayon 500 nm). Nous avons ensuite reconstruit la molécule d’ADN dans Geant4 à partir de la lecture de fichiers PDB (Protein Data Bank) représentant douze paires de base de la molécule d’ADN et un dinucléosome (347 paires de base). Enfin, nous avons développé un outil permettant de corréler les positions de dépôts d’énergie directs dans l’eau liquide avec les coordonnées des paires de base de l’ADN, afin de calculer les nombres de cassures simple et double brin de l’ADN. Tous les calculs réalisés au cours de ce travail, ont été déployés sur l’Infrastructure de Grille Européenne ; des tests de performance sont proposés pour mesurer l’intérêt de ce type d’architecture pour les calculs Monte-Carlo
The Monte Carlo simulation methods are successfully being used in various areas of medical physics but also at different scales, for example, from the radiation therapy treatment planning systems to the prediction of the effects of radiation in cancer cells. The Monte Carlo simulation platform GATE based on the Geant4 toolkit offers features dedicated to simulations in medical physics (nuclear medicine and radiotherapy). For radiobiology applications, the Geant4-DNA physical models are implemented to track particles till very low energy (eV) and are adapted for estimation of micro-dosimetric quantities. In order to implement a multi-scale Monte Carlo platform, we first validated the physical models of Geant4-DNA, and integrated them into GATE. Finally, we validated this implementation in the context of radiation therapy and proton therapy. In order to validate the Geant4-DNA physical models, dose point kernels for monoenergetic electrons (10 keV to 100 keV) were simulated using the physical models of Geant4-DNA and were compared to those simulated with Geant4 Standard physical models and another Monte Carlo code EGSnrc. The range and the stopping powers of electrons (7.4 eV to 1 MeV) and protons (1 keV to 100 MeV) calculated with GATE/Geant4-DNA were then compared with literature. We proposed to simulate with the GATE platform the impact of clinical and preclinical beams on cellular DNA. We modeled a clinical proton beam of 193.1 MeV, 6 MeV clinical electron beam and a X-ray irradiator beam. The beams models were validated by comparing absorbed dose computed and measured in liquid water. Then, the beams were used to calculate the frequency of energy deposits in DNA represented by different geometries. First, the DNA molecule was represented by small cylinders : 2 nm x 2 nm ( 10 bp), 5 nm x 10 nm ( nucleosome) and 25 nm x 25 nm ( chromatin fiber). All these cylinders were placed randomly in a sphere of liquid water (500 nm radius). Then we reconstructed the DNA molecule in Geant4 by reading PDB (Protein Data Bank) files representing twelve base pairs of the DNA molecule and a dinucleosome (347 base pairs). Finally, we developed a tool to correlate the positions of direct energy deposit in liquid water with the coordinates of the base pairs of DNA to calculate the number of single and double strand breaks in DNA. All calculations in this work were perfomed on the European Grid Infrastructure; performance tests are available to estimate the utility of this type of architecture for Monte Carlo calculations

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Bouzid, Dounia. "Simulation Monte Carlo GATE et dosimétrie en radiothérapie peropératoire pour le cancer du sein." Thesis, Brest, 2015. http://www.theses.fr/2015BRES0065.

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Abstract:

La radiothérapie externe représente une part importante du traitement conservateur du sein. Le calendrier classique consiste à délivrer une dose totale de 50 Gy en 25 fractions sur 5 semaines. Pour certaines catégories de femmes, une radiothérapie de 5 à 6 semaines, avec des transports longs et fréquents est parfois difficile à réaliser. La radiothérapie peropératoire (RIOP) permet de prévenir le risque de récidive locale dans le lit tumoral, et ne nécessite que quelques jours d’hospitalisation. Cette étude se concentre sur l’utilisation d'une source de rayons X miniaturisée de faible énergie (50kV). Après résection chirurgicale de la tumeur, un applicateur est inséré dans le lit tumoral et le système délivre une dose unique de 20 Gy à sa surface. Cependant, il n'y a pas de prescription personnalisée ni d'information sur la dose délivrée et ce point est contestable, car un texte officiel recommande une optimisation de la dose individuelle. Dans ce contexte, un calcul Monte Carlo permet d'évaluer avec précision la dose délivrée à la patiente en simulant le transport des particules. Cette thèse propose d'évaluer ce critère de dose absorbée le plus justement possible à partir d'une modélisation réaliste de la source de rayons X et de calculs de dose individuels à l'aide de simulations de Monte Carlo en prenant en compte les hétérogénéités tissulaires du sein. Des mesures dosimétriques in vivo viennent également confirmer les résultats de simulations
External radiation therapy is an important part of breast conservative treatment. The conventional calendar is to deliver a total dose of 50 Gy in 25 fractions over 5 weeks. For certain categories of women, 5 to 6 weeks of radiotherapy, with long and frequent transport is sometimes difficult to achieve. Intra-operative radiotherapy (IORT) helps to prevent the risk of local recurrence in the tumor bed, and only requires a few days of hospitalization. This study focuses on the use of a miniaturized low energy X-ray source (50kV). After surgical resection of the tumor, an applicator is inserted into the tumor bed and the system delivers a single dose of 20 Gy on its surface. However, there is no custom prescription and this is questionable since an official text recommends optimizing the individual dose. In this context, a Monte Carlo calculation makes it possible to accurately assess the dose delivered to the patient by simulating the transport of particles. This thesis proposes to assess the absorbed dose criterion as accurately as possible from a realistic model of the X-ray source and individual dose calculations using Monte Carlo simulations taking into account the tissue heterogeneities of the breast. In vivo dosimetric measurements also confirm the results of simulations

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Martineau, Antoine. "Optimisation d'un collimateur à ouverture codée avec la plate-forme de simulation Monte Carlo GATE." Paris 7, 2009. http://www.theses.fr/2009PA077208.

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Abstract:

En Médecine Nucléaire, l'imagerie par ouverture codée a été développée comme une alternative aux collimateurs à canaux parallèles pour atteindre une grande sensibilité de détection ainsi qu'une haute résolution spatiale. Les principales limites sont la formation d'artefacts et l'effet de collimation pour l'imagerie 2D, et une dégradation de la résolution spatiale longitudinale en imagerie 3D. Au cours de cette thèse, nous avons développé un algorithme de reconstruction ML-EM (Maximum Likelihood - Expectation Maximization) basé sur une matrice système estimée par des simulations Monte Carlo, et incluant la géométrie du masque codé ainsi que les effets physiques entrant en compte dans l'imagerie par ouverture codée. Nous avons validé la construction du masque codé dans la plate-forme de simulation GATE en comparant les données simulées avec les résultats expérimentaux. Le masque codé est basé sur un ensemble cyclique de différences de Singer et est monté sur une gamma-caméra clinique. Nous avons trouvé un bon accord entre les spectres en énergie mesurés et simulés avec et sans milieu diffusant et entre les fonctions de dispersions ponctuelles 3D mesurée et simulée. Nous avons calculé les coefficients de probabilité de la matrice système avec des simulations du masque code en utilisant GATE. Les résultats de la reconstruction d'une étude sur un fantôme simulé montrent que les artefacts en champ proche sont totalement supprimés en utilisant l'algorithme ML-EM à la place de la méthode de décodage classique par corrélation. Des d'études expérimentales sur fantôme et sur patient montrent la faisabilité de cette méthode de reconstruction pour la scintigraphie thyroïdienne 3D
In Nuclear Medicine, coded aperture imaging was developed as an alternative to parallel hole collimators in order to achieve high sensitivity and high spatial resolution. The main limitations consist of near-field artifacts and aperture collimation effect for 2D imaging, and on a poor longitudinal spatial resolution for 3D imaging. We developed during this thesis, a ML-EM (Maximum Likelihood - Expectation Maximization) reconstruction algorithm with a Monte Carlo-based system matrix, including the geometry of the coded mask and all the physical effects involved in coded aperture imaging. We validated the construction of the coded mask in GATE simulation toolkit by comparison between experimental and simulation data sets. The coded mask is based on a Singer cyclic difference set and is mounted on a clinical gamma camera. We found a good agreement between measured and simulated energy spectra 4n non-scatter and in scatter conditions and between the experimental and simulated 3D point spread fonction. We calculated the probability coefficients of the System matrix using GATE simulations of the coded aperture. The reconstruction results of a simulated phantom study show that near-field artifacts are totally suppressed using the ML-EM algorithm in place of the standard correlation decoding method. The reconstruction results on a phantom and on a patient studies prove the feasibility of this reconstruction method for 3D scintigraphy thyroid

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Elia, Alessio. "Characterization of the GATE Monte Carlo platform for non-isocentric treatments and patient specific treatment plan verification at MedAustron - Vienna - Austria." Thesis, Lyon, 2019. http://www.theses.fr/2019LYSEI002/document.

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Abstract:

L'objectif de cette thèse est de développer et de valider une méthode de calcul de dose indépendante afin de soutenir le travail de mise en service intense d'une installation de traitement par faisceaux d'ions légers (LIBT) et de valider le calcul de dose du système de planification de traitement (SP). Le travail porte sur les traitements de protonthérapie et est organisé en collaboration entre le laboratoire CREATIS (Lyon, France) et le centre de thérapie ionique MedAustron - Vienna - Austria (Wiener Neustadt, Autriche). Chez MedAustron - Vienna - Austria, afin d’exploiter une pénombre latérale aiguë du faisceau de protons et d’améliorer la précision des algorithmes de calcul de la dose TPS, l’intervalle entre la fenêtre de la tête de traitement et le patient est réduit en déplaçant le patient vers la tête de traitement. Par conséquent, les traitements non isocentriques doivent être pris en compte avec précision lors de la modélisation ainsi que lors de la phase de validation, car l'éloignement de la cible de l'isocentre de la pièce peut réduire la précision du traitement. Dans cette étude, la paramétrisation du faisceau de crayons à protons suit les recommandations de Grevillot et al. (2011), mais comprenant une description complète de la buse. Un soin particulier est apporté à la modélisation des propriétés du faisceau de crayon dans des conditions non isocentriques, y compris l'utilisation d'un Range Shifter (RaShi). La caractérisation du faisceau de crayon est basée uniquement sur les profils de fluence mesurés dans le profil de dose d’air et de profondeur acquis dans l’eau. De plus, le modèle présenté est calibré en dose absolue sur la base d'un nouveau formalisme produit-zone-dose présenté dans Palmans et Vatnitsky (2016). Finalement, une validation détaillée est effectuée dans l'eau, pour les distributions de doses tridimensionnelles de forme régulière. Plusieurs paramètres couramment exploités en dosimétrie des protons, tels que la distance parcourue, la pénombre distale, la modulation, la taille des champs et la pénombre latérale pour la dosimétrie protonique sont évalués à des fins de validation. Le modèle optique à faisceau de crayon a atteint une précision de l'exigence clinique de 1 mm / 10% et il n'est pas affecté par la complexité des traitements non isocentriques ni par l'utilisation d'un RaShi. Les plages sont reproduites entre 0,2 et 0,35 mm (déviation maximale) sans et avec le décaleur de plage, respectivement. La différence de dose dans les conditions de référence est de 0,5%. La validation de l'administration de la dose en 3D dans l'eau était à 1,2% maximum. La concordance des paramètres distaux et longitudinaux est généralement meilleure que 1 mm. Les résultats obtenus serviront de référence pour la future mise en œuvre clinique du système de calcul de dose indépendant MedAustron - Vienna - Austria
The goal of this PhD is to develop and validate an independent dose calculation method in order to support the intense commissioning work of a Light Ion Beam Therapy (LIBT) facility, and to validate the Treatment Planning System (TPS) dose calculation. The work focuses on proton therapy treatments and is held as a collaboration between the CREATIS laboratory (Lyon, France) and the MedAustron - Vienna - Austria Ion Therapy Center (Wiener Neustadt, Austria). At MedAustron - Vienna - Austria, in order to exploit a sharp lateral penumbra for the proton beam as well as to improve the accuracy of the TPS dose calculation algorithms, the air gap between the treatment head window and the patient is reduced by moving the patient towards the treatment head. Therefore, non-isocentric treatments have to be accurately taken into consideration during modeling as well as validation phase as moving the target away from the room isocenter may lead to reduced treatment accuracy. In this study, the parametrization of the proton pencil beam follows the recommendations provided in Grevillot et al. (2011), but including a full nozzle description. Special care is taken to model the pencil beam properties in non-isocentric conditions, including the use of a Range Shifter (RaShi). The characterization of the pencil beam is based solely on fluence profiles measured in air and depth dose profile acquired in water. In addition, the presented model is calibrated in absolute dose based on a newly formalism in dose-area-product presented in Palmans and Vatnitsky (2016). Eventually, a detailed validation is performed in water, for three-dimensional regular-shaped dose distributions. Several parameters commonly exploited in proton dosimetry such as range, distal penumbra, modulation, field sizes and lateral penumbra for proton dosimetry are evaluated for validation purposes. The pencil beam optics model reached an accuracy within the clinical requirement of 1mm/10% and it is not affected by the complexity of non-isocentric treatments and the use of a RaShi. Ranges are reproduced within 0.2 and 0.35 mm (max deviation) without and with range shifter, respectively. The dose difference in reference conditions is within 0.5%. The 3D dose delivery validation in water was within 1.2% at maximum. The agreement of distal and longitudinal parameters is mostly better than 1 mm. The obtained results will be used as a reference for the future clinical implementation of the MedAustron - Vienna - Austria independent dose calculation system. As an example of the potential clinical outcome of the presented work, the patient specific quality assurance measurements performed in water have been successfully reproduced within the clinical requirement of 5% accuracy for a few patients

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Vauclin, Sébastien. "Segmentation et étude par simulations Monte Carlo de l’apport de la synchronisation respiratoire en imagerie TEP ou 18F-FDG à visée de radiothérapie conformationnelle des tumeurs pulmonaires." Rouen, 2009. http://www.theses.fr/2009ROUES009.

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Abstract:

Pour la planification du traitement en radiothérapie externe, l'imagerie fonctionnelle thoracique par Tomographie d'Emission de Positons (TEP) au 2-[18F]fluoro-2-deoxy-D-glucose (18F-FDG) montre actuellement un grand intérêt dans la définition du volume cible tumoral, en particulier pour les patients présentant des cancers bronchiques "non à petites cellules". Pour cela, il est indispensable de disposer d'une méthode de segmentation automatique performante et de synchroniser de façon efficace l'acquisition des données TEP à la respiration du patient. Dans cet objectif, 3 méthodes de seuillage automatique et itératif (Méthodes №1, №2 et №3) inspirées d'approches de la littérature, mais avec des modifications algorithmiques notables ont été implémentées et étudiées à l'aide d'expérimentations sur des fantômes physiques, ainsi que sur des données patients. Les résultats obtenus ont été confrontés à ceux d'un seuillage fixe à 40% de l'intensité maximale au sein de l'hyperfixation (I_MaxHyp), ainsi qu'aux contourages "manuels" de deux médecins nucléaires expérimentés. Il ressort de ce travail que la Méthode №2 est la plus performante tout en étant facile à mettre en œuvre en routine clinique. Du point de vue de la restitution des volumes lésionnels sur fantômes physiques, les erreurs de mesure commises avec cette approche sont en médiane égale à 0,33 mL et 50% d'entre elles (c. -à-d. L'étendue interquartile) sont respectivement comprises entre -0,97 mL et 0,76 mL. Ensuite, l'apport de la synchronisation respiratoire a été étudié. Pour cela, des examens TEP thoraciques au 18F-FDG synchronisés en phase à la respiration ont été simulés par méthode Monte Carlo à l'aide du logiciel GATE, de la modélisation de la caméra TEP SIEMENS Biograph Sensation 16 Hi-Rez et du fantôme numérique thoracique voxelisé 4D NCAT. L'apport de la synchronisation respiratoire a été mis en avant et il a également été montré qu'il apparaît préférable de reconstruire les données acquises avec un nombre de pas temporels permettant d'optimiser les résultats obtenus en fonction de la finalité recherchée. En effet, un découpage du cycle respiratoire en 8, 5 et 3 pas temporels semble respectivement le mieux adapté pour la mesure des volumes lésionnels d'occupation réels couverts par les tumeurs au cours de la respiration, vis-à-vis de la restitution de l' I_MaxHyp et pour la détectabilité visuelle des tumeurs. Ces travaux devraient avoir un impact significatif sur la planification du traitement en radiothérapie externe
For external radiotherapy treatment planning, Positron Emission Tomography (PET) using 2-[18F]fluoro-2-deoxy-D-glucose (18F-FDG) thoracic functional imaging currently demonstrate a great interest in the definition of the tumoral target volume, especially in patients with "Non Small Cell Lung Cancers". To that end, it is essential to have efficient automatic segmentation method and to accuratly synchronize the acquisition of PET data to the patient breathing. For this purpose, 3 automatic and iterative thresholding methods (Methods №1, №2 and №3) inspired of literature approaches, but with significant algorithmic modifications were implemented and studied using data acquired on physical phantoms, as well as patients. The results were compared with those of a fixed threshold of 40% of the maximum intensity within the hyperfixation (I_MaxHyp), as well as the "manual" delineation of two experimented nuclear physicians. This work underlines that the Method №2 is the most accurate while being easy to implement in clinical routine. From the point of view of functionnal volume restitution on physical phantoms, measurement errors committed with this approach are in median equal to 0. 33 mL and 50% of them (i. E. The interquartile range) are respectively included between -0. 97 mL et 0. 76 mL. Then, the contribution of respiratory gating was studied. To that end, 18F-FDG phase respiratory-gated PET thoracic exams were simulated by Monte Carlo method using the GATE software, the SIEMENS Biograph Sensation 16 Hi-Rez PET scanner model and the 4D NCAT numerical thoracic voxelised phantom. The contribution of respiratory gating was emphasized and it was also shown that it seems preferable to reconstruct the acquired data with a number of temporal frames allowing to optimize obtained results according to the desired purpose. Indeed, a respiratory cycle sampling of 8, 5 and 3 frames seems respectively the best adapted for the measurement of real functionnal occupancy volumes covered by the lesions during breathing, towards the restitution of I_MaxHyp and for the visual detectability of tumors. These works should have a significant impact on the treatment planning in external radiotherapy

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Costa, Gustavo. "IRDose : un outil web de dosimétrie individualisée basé sur la méthode Monte Carlo pour les patients en thérapie avec le 177Lu." Thesis, Toulouse 3, 2019. http://www.theses.fr/2019TOU30027.

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Abstract:

La médecine nucléaire est une spécialité médicale qui utilise un radiopharmaceutique dont l'administration permet généralement de visualiser une fonction, en détectant les émissions gamma (γ) du radio-isotope vectorisé. Lorsque le but de cette pratique est la thérapie (radiothérapie moléculaire), on privilégie des isotopes qui émettent des radiation à courte portée (α, β ou électrons Auger). Les traitements utilisant 177Lu-DOTATATE ont obtenu leur autorisation de mise sur le marché (AMM) sur la base de l'administration de 7,4 GBq par cycle (activité fixe), sans tenir compte de la variabilité de fixation inter patient. Ceci entraîne une importante fluctuation de la dose absorbée délivrée aux organes à risque et aux cibles tumorales, et par conséquent, une grande difficulté à prédire les résultats du traitement. Des études récentes suggèrent que la planification basée sur une dosimétrie individuelle est une piste d'optimisation du traitement. L'objectif de ce travail est de participer au développement de la dosimétrie clinique en radiothérapie moléculaire, notamment par le développement d'un outil web dédié à la dosimétrie interne personnalisée de patients traités avec 177Lu et basé sur la méthode Monte-Carlo. Dans un premier temps, nous avons réalisé une étude sur la modélisation de systèmes SPECT avec le code Monte-Carlo GATE. L'optimisation des simulations a été réalisée par différentes méthodes pour réduire les temps de simulation. Ces techniques ont réduit le temps de simulation jusqu'à un facteur de 85. Certaines ont été utilisées dans la comparaison entre acquisitions tomographiques simulées et expérimentales. Cette comparaison a permis la modélisation du contexte expérimental utilisé dans la validation de l'outil web, Finalement, une page web a été conçue en utilisant le framework Django où une séquence de scripts en Python et Bash réalisent le calcul de la dose absorbée par simulation avec GATE. Les doses absorbée obtenues ont été comparées avec OLINDA (version 1 et 2). Nos résultats montrent des différences entre 0,3% et 6,1%, selon la version d'OLINDA
Nuclear medicine is a medical specialty that uses a radiopharmaceutical whose administration generally allows to visualize an organ function by detecting the gamma (γ) emissions of the targeted radioisotope. When the goal of this practice is molecular radiotherapy, isotopes emitting short-range radiation (α, β or electron Augers) are preferred. In general, treatments using 177Lu-DOTATATE still uses the historical practice of a fixed administration of 7.4 GBq per cycle, regardless the sex, age or inter-patient fixation variability. This causes a large fluctuation of the absorbed dose delivered to organs at risk and tumour targets, and therefore a great difficulty in predicting the treatment results. Recent studies suggest that treatment planning based on individual dosimetry is a way to optimize the treatment. The objective of this work is to contribute to the development of clinical dosimetry in molecular radiotherapy, in particular by developing a web tool based on the Monte Carlo method GATE dedicated to individualised internal dosimetry of patients treated with 177Lu. First of all, a study on the modelling of the SPECT systems by the Monte Carlo toolkit, GATE was realized, as well as the optimization of these simulations, where different methods were used in order to reduce simulation time. These techniques reduced simulation time by up to 85, and some of them were used in the comparison between simulated and experimental tomographic acquisitions. This comparison allowed the modelling of an experimental context which was used for the web tool validation. Finally, the web page was designed using the Django framework where a sequence of scripts in Python and Bash perform the calculation of the absorbed dose by GATE simulations. The absorbed doses obtained were compared with OLINDA versions 1 and 2, and the results show differences between 0.3% and 6.1%, depending on OLINDA's version

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Hammes, Jochen [Verfasser]. "GATE-basierte Monte-Carlo-Simulation planarer Szintigraphie zur Schätzung nodaler Dosen bei der Radioiodtherapie autonomer Schilddrüsenadenome / Jochen Hammes." Köln : Deutsche Zentralbibliothek für Medizin, 2013. http://d-nb.info/1037405129/34.

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Grevillot, Loïc. "Monte Carlo simulation of active scanning proton therapy system with Gate/Geant4 : Towards a better patient dose quality assurance." Phd thesis, INSA de Lyon, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00735746.

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Abstract:

Hadron Therapy is an advanced radiotherapy technique for cancer treatment. It offers a better irradiation ballistic than conventional techniques and therefore requires appropriate quality assurance procedures. In this work, we upgraded the GEANT4-based GATE Monte Carlo platform in order to recalculate the TPS dose distributions in view of further benchmarking. In a ﬁrst step, we selected an appropriate simulation environment (physics models and parameters) in order to produce accurate and eﬃcient simulations. GATE simulations were validated using measurements and other Monte Carlo codes for depth-dose and transverse proﬁles. While a good agreement was found for depth-dose proﬁles, larger discrepancies were pointed out for transverse proﬁles. In a second step, we developed a modeling method to simulate active scanning beam delivery systems, which does not require to simulate the components of the treatment nozzle. The method has been successfully applied to an IBA proton therapy system and validated against measurements for complex treatment plans. Interfaces have also been developed in order to link DICOM RT ION PLAN and DICOM RT DOSE with GATE. Finally, we compared in a third step the TPS and Monte Carlo dose distributions in homogeneous and heterogeneous conﬁgurations. The beam models of both dose engines were in satisfactory agreement, allowing further evaluation of clinical treatment plans. A two-ﬁeld prostate plan has been evaluated, showing a satisfactory agreement between the TPS and Monte Carlo, and demonstrating the novel capabilities of the platform for the evaluation of the TPS. To summarize, we selected an appropriate simulation environment for proton therapy, proposed a modeling method for active scanning systems and presented a method to compare the TPS and Monte Carlo dose distributions. All tools developed in GATE were or will be publicly released. A detailed validation stage of the system including absolute dosimetry is still necessary, in order to quantitatively evaluate its accuracy in various homogeneous and heterogeneous conﬁgurations. In this thesis, we have demonstrated that the GATE Monte Carlo platform is a good candidate for the simulation of active scanning delivery systems, allowing further TPS benchmarking. Moreover, the GATE platform also handles imaging applications, such as PET or prompt-gamma imaging towards online treatment monitoring and paves the way of interdisciplinary research advances.

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Noblet, Caroline. "Calcul tridimensionnel de la dose absorbée par simulation Monte Carlo GATE pour la radiothérapie guidée par l'image dédiée au petit animal." Nantes, 2014. https://archive.bu.univ-nantes.fr/pollux/show/show?id=33b2f3ad-6626-4163-a046-7b76a14c590d.

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Abstract:

Les irradiateurs innovants dédiés aux petits animaux permettent de reproduire les traitements de radiothérapie clinique guidée par l'image. La pratique clinique est mise à l'échelle de l'animal en réduisant les dimensions et l'énergie des faisceaux d'irradiation : des faisceaux millimétriques de moyenne énergie (<300keV) sont utilisés. Les contraintes induites par cette mise à l'échelle limitent la possibilité de transposer les techniques de calcul de dose cliniques à la pratique préclinique. L'utilisation de méthodes Monte Carlo devient nécessaire. Dans le cadre de ce travail, un modèle Monte Carlo de l'irradiateur préclinique XRAD225Cx a été développé avec le code GATE (Geant4) afin de fournir une distribution de dose précise dans l'animal. Ce modèle a été validé en comparant les résultats des simulations à des mesures ainsi qu'avec des résultats obtenus avec le code Monte Carlo de référence en radiothérapie externe, EGSnrc. Une problématique particulière a été mise en évidence : l'impact dosimétrique majeur de la segmentation des tissus dans les images CT des animaux. Aux énergies précliniques, un seuillage des images basé sur les valeurs de densité électronique des voxels ne permet pas d'atteindre un niveau de précision acceptable pour le calcul de la dose. Il est indispensable de définir rigoureusement les matériaux (composition élémentaire et densité massique). Une méthode de segmentation spécifique a donc été proposée dans le but d'obtenir des distributions réalistes dans les animaux. Finalement, la plateforme de calcul Monte Carlo a pu être utilisée dans le cadre de différentes études radiobiologiques précliniques sur souris et rats
Innovating irradiators dedicated to small animal allow to mimic clinical treatments in image-guided radiation therapy. Clinical practice is scaled down to the small animal by reducing beam dimensions (from cm to mm) and energy (from MeV to keV). Millimeter medium energy beams (<300keV) are used to treat animals. This scaling induces higher constraints than in clinical practice especially for absorbed dose calculation in animals. Due to the beam dimensions and the medium energy range, clinical dose calculation methods are not easily applicable to the preclinical practice. Monte Carlo methods are needed. To this aim, a Monte Carlo model of the XRAD225Cx preclinical irradiator has been developed with the GATE (Geant4) framework. This model was validated by comparing simulation results against measurements and results obtained with a reference Monte Carlo code in external beam radiation therapy, EGSnrc. A specific issue has been highlighted: the significant dosimetric impact of tissue segmentation in the animal CT images. Indeed, at medium energy range, thresholding based on electronic density cannot accurately take into account the heterogeneities. Materials should be defined using both the tissue elemental composition and the mass density. An original segmentation method has been developed to obtain realistic dose distributions in small animals. Finally, our Monte Carlo platform has been successfully used for several radiobiological studies with mice and rats

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Lazaro, Delphine. "Validation de la plate-forme de simulation GATE en Tomographie à Emission Monophotonique et application au développement d'un algorithme de reconstruction 3D complète." Clermont-Ferrand 2, 2003. http://www.theses.fr/2003CLF21440.

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Abstract:

Les simulations Monte-Carlo représentent actuellement en imagerie médicale nucléaire un outil puissant d'aide à la conception et à l'optimisation des détecteurs, et à l'évaluation des algorithmes de reconstruction et des méthodes de corrections des effets physiques. Parmi les nombreux simulateurs disponibles aujourd'hui, aucun n'est considéré comme standard en imagerie nucléaire ce qui a motivé le développement d'une nouvelle plate-forme de simulation Monte-Carlo générique (GATE), basée sur GEANT4 et dédiée aux applications SPECT/PET. Au cours de cette thèse, nous avons participé au développement de la plate-forme GATE dans le cadre d'une collaboration internationale. Nous avons validé GATE en SPECT en modélisant deux gamma-caméras de conception différente, l'une dédiée à l'imagerie du petit animal et l'autre utilisée en routine clinique (Philips, AXIS), et en comparant les résultats issus des simulations GATE avec les données acquises expérimentalement. Les résultats des simulations reproduisent avec précision les performances des deux gamma-caméras mesurées. La plate-forme GATE a ensuite été employée pour développer une nouvelle méthode de reconstruction 3D (F3DMC), consistant à calculer par simulation Monte-Carlo la matrice de transition utilisée dans un algorithme de reconstruction itératif (ici, ML-EM), en y incluant les principaux effets physiques perturbant le processus de formation de l'image. Les résulats de F3DMC sont comparés aux résultats obtenus avec trois autres méthodes de reconstruction plus classiques (FBP, MLEM, MLEMC) pour différents fantômes simulés. Les résultats de cette étude montrent que F3DMC permet d'améliorer l'efficacité de reconstruction, la résolution spatiale et le rapport signal-sur-bruit avec une quantification satisfaisante des images. Ces résultats devront être confirmés par des études cliniques et ouvrent la voie vers une méthode de reconstruction unifiée, pouvant être appliquée aussi bien en SPECT qu'en PET

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Mohamad, Hadi Abdul Fattah. "Simulation de l'imagerie à 3γ avec un télescope Compton au xénon liquide." Phd thesis, Ecole des Mines de Nantes, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00847425.

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Abstract:

L'imagerie 3γ est une technique innovante d'imagerie médicale nucléaire qui est étudiée au laboratoire SUBATECH. Elle repose sur la localisation tridimensionnelle d'un radioisotope émetteur (β+, γ), le 44Sc, à l'aide d'un télescope Compton au xénon liquide. Le lieu de désintégration de ce radioisotope est obtenu par l'intersection de la ligne de réponse, construite à partir de la détection des deux photons de 511 keV issus de l'annihilation d'un positron, et du cône déterminé à partir du troisième photon. Un prototype de petite dimension XEMIS1 (XEnon Medical Imaging System) a été développé afin de faire la preuve expérimentale de la faisabilité de l'imagerie à 3γ. Les résultats de ce prototype sont très promoteurs en terme de résolution en énergie, de pureté du xénon liquide et de faible bruit électronique. La simulation Monte Carlo est un outil indispensable pour accompagner la R&D et évaluer les performances de la nouvelle technique d'imagerie proposée. Les travaux rapportés dans cette thèse concernent le développement de la simulation du système d'imagerie 3γ avec GATE (Geant4 Application for Tomographic Emission). De nouvelles fonctionnalités ont été implémentées dans GATE afin de simuler un détecteur de type TPC (Time Projection Chamber). Nous avons effectué une simulation du prototype XEMIS1 et obtenu des résultats en bon accord avec nos données expérimentales. La prochaine étape du projet consiste à construire une caméra cylindrique au xénon liquide pour l'imagerie du petit animal. Les résultats des simulations de cette caméra présentés dans cette thèse montrent la possibilité de localiser chaque désintégration le long de la ligne de réponse avec une très bonne précision et une bonne sensibilité de détection. Des premières images de fantômes simples, réalisées évènements par événements, et après reconstruction tomographiques ont également présentées.

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Aguiar, Matheus Araújo. "Um agente jogador de GO com busca em árvore Monte-Carlo aprimorada por memória esparsamente distribuída." Universidade Federal de Uberlândia, 2013. https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/12547.

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Abstract:

The game of Go is very ancient, with more than 4000 years of history and it is still popular nowadays, representing a big challenge to the Articial Intelligence. Despite its simple rules, the techniques which obtained success in other games like chess and draughts cannot handle satisfactorily the complex patterns and behaviours that emerge during a match of Go. The present work implements the SDM-Go, a competitive agent for Go that seeks to reduce the usage of supervision in the search process for the best move. The SDMGo utilizes the sparse distributed memory model as an additional resource to the Monte- Carlo tree search, which is used by many of the best automatic Go players nowadays. Based upon the open-source player Fuego, the use of the sparse distributed by SDM-Go has the purpose of being an alternative to the strong supervised process used by Fuego. The Monte-Carlo tree search executed by agent Fuego uses a set of heuristics codied by human professionals to guide the simulations and also to evaluate new nodes found in the tree. In a dierent way, SDM-Go implements a non-supervised and domain independent approach, where the history of the values of board states previously visited during the search are used to evaluate new boards (nodes of the search tree). In this way, SDM-Go reduces the supervision of Fuego, substituting its heuristics by the sparse distributed memory, which works as a repository for the information from the history of visited board states. Thus, the contributions of SDM-Go consist of: (1) the utilization of a sparse distributed memory to substitute the supervised approach of Fuego to evaluate new nodes found in the search tree; (2) the implementation of a board state representation based on bit vectors, in order to not compromise the performance of the system due to the boards stored in the memory; (3) the extension of the usage of the Monte-Carlo simulation results to update the values of the board states stored in the memory. Distinctly from many other existing agents, the use of the sparse distributed memory represents an approach independent of domain. The results obtained in tournaments against the well known open-source agent Fuego show that SDM-Go can perform successfully the task of providing a non-supervised and independent of domain approach to evaluate new nodes found in the search tree. Despite the longer runtime required by the use of the sparse distributed memory, the core of the agent performance, SDM-Go can keep a competitive level of play, especially at the 9X9 board.
Com mais de 4000 anos de história, o jogo de Go é atualmente um dos mais populares jogos de tabuleiro e representa um grande desao para a Inteligência Articial. Apesar de suas regras simples, as técnicas que anteriormente obtiveram sucesso em outros jogos como xadrez e damas não conseguem lidar satisfatoriamente com os padrões e comportamentos complexos que emergem durante uma partida de Go. O presente trabalho implementa o SDM-Go, um agente jogador de Go competitivo que procura reduzir a utilização de supervisão no processo de busca pelo melhor movimento. O SDM-Go emprega o modelo de memória esparsamente distribuída como um recurso adicional à busca em árvore Monte- Carlo utilizada por muitos dos melhores agentes automáticos atuais. Baseado no jogador código-aberto Fuego o uso da memória esparsamente distribuída pelo SDM-Go tem como objetivo ser uma alternativa ao processo fortemente supervisionado utilizado por aquele agente. A busca em árvore Monte-Carlo executada pelo jogador Fuego utiliza um conjunto de heurísticas codicadas por prossionais humanos para guiar as simulações e também avaliar novos nós encontrados na árvore. De maneira distinta, o SDM-Go implementa uma abordagem não supervisionada e independente de domínio, onde o histórico dos valores dos estados de tabuleiros previamente visitados durante a busca são utilizados para avaliar novos estados de tabuleiro (nós da árvore de busca). Desta maneira, o SDM-Go reduz a supervisão do agente Fuego, substituindo as heurísticas deste pela memória esparsamente distribuída que funciona como repositório das informações do histórico de estados de tabuleiro visitados. Assim, as contribuições do SDM-Go consistem em: (1) a utilização de uma memória esparsamente distribuída para substituir a abordagem supervisionada do Fuego para avaliar previamente novos nós encontrados na árvore; (2) a implementação de uma representação de tabuleiro baseada em vetores de bits, para não comprometer o desempenho do sistema em função dos tabuleiros armazenados na memória; (3) a extensão da utilização dos resultados das simulações Monte-Carlo para atualizar os valores dos tabuleiros armazenados na memória. Diferentemente de muitos outros agentes atuais, o uso da memória esparsamente distribuída representa uma abordagem independente de domínio. Os resultados obtidos em torneios contra o conhecido agente código-aberto Fuego mostram que o SDM-Go consegue desempenhar com sucesso a tarefa de prover uma abordagem independente de domínio e não supervisionada para avaliar previamente novos nós encontrados na árvore de busca. Apesar do maior tempo de processamento requerido pela utilização da memória esparsamente distribuída, peça central para o desempenho do agente, o SDM-Go consegue manter um nível de jogo competitivo, principalmente no tabuleiro 9X9.
Mestre em Ciência da Computação

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El, Bitar Zihad. "Optimisation et validation d'un algorithme de reconstruction 3D en tomographie d'émission monophotonique à l'aide de la plateforme de simulation GATE." Phd thesis, Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00717405.

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Abstract:

Les simulations de Monte-Carlo, bien que consommatrices en temps de calcul, restent un outil puissant qui permet d'évaluer les méthodes de correction des effets physiques en imagerie médicale. Nous avons optimisé et validé une méthode de reconstruction baptisée F3DMC (Fully3D Monte CARLO) dans laquelle les effets physiques perturbant le processus de formation de l'image en tomographie d'émission monophotonique sont modélisés par des méthodes de Monte-Carlo et intégrés dans la matrice-système. Le logiciel de simulation de Monte-Carlo utilidé est GATE. Nous avons validé GATE en SPECT en modélisant la gamma-caméra (Philips AXIS) utilisé en routine clinique. Des techniques de seuillage, filtrage par analyse en composantes principales et de reconstruction ciblée (régions fonctionnelles, région hybrides) ont été testées pour améliorer la précision de la matrice-système et réduire le nombre de photons ainsi que le temps de calcul nécessaires. Les infrastructures de la grille EGEE ont été utilisées pour déployer les simulations GATE afin de réduire leur temps de calcul. Les résultats obtenus avec F3DMC sont comparés avec les méthodes de reconstruction (FBP,ML-EM,ML-EMC) pour un fantôme simulé et avec la méthode OSEM-C pour un fantôme réel. Les résultats de cette étude montrent que la méthode F3DMC ainsi que ses variantes permettent d'améliorer la restauration des rapports d'activité et le rapport signal sur bruit. L'utilisation de la grille de calcul EGEE a permis d'obtenir un gain de l'ordre de 300 en temps de calcul. Dans la suite, ces résultats doivent être confirmés par des études sur des fantômes complexes et des patients et ouvrent la voie vers une méthode de reconstruction unifiée, pouvant être appliquée aussi bien en SPECT qu'en PET.

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Lazaro, Delphine. "Validation de la plate-forme de simulation GATE en Tomographie d'Emission Monophotonique et application au développement d'un algorithme de reconstruction 3D complète." Phd thesis, Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2003. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00005443.

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Abstract:

Les simulations Monte-Carlo représentent actuellement en imagerie médicale nucléaire un outil puissant d'aide à la conception et à l'optimisation des détecteurs, et à l'évaluation des algorithmes de reconstruction et des méthodes de corrections des effets physiques. Parmi les nombreux simulateurs disponibles aujourd'hui, aucun n'est considéré comme standard en imagerie nucléaire, ce qui a motivé le développement d'une nouvelle plate-forme de simulation Monte-Carlo générique (GATE), basée sur GEANT4 et dédiée aux applications SPECT/PET. Au cours de cette thèse, nous avons participé au développement de la plate-forme GATE dans le cadre d'une collaboration internationale. Nous avons validé GATE en SPECT en modélisant deux gamma-caméras de conception différente, l'une dédiée à l'imagerie du petit animal et l'autre utilisée en routine clinique (Philips AXIS), et en comparant les résultats issus des simulations GATE avec les données acquises expérimentalement. Les résultats des simulations reproduisent avec précision les performances des deux gamma-caméras mesurées. La plate-forme GATE a ensuite été employée pour développer une nouvelle méthode de reconstruction 3D (F3DMC), consistant à calculer par simulation Monte-Carlo la matrice de transition utilisée dans un algorithme de reconstruction itératif (ici, ML-EM), en y incluant les principaux effets physiques perturbant le processus de formation de l'image. Les résultats de F3DMC sont comparés aux résultats obtenus avec trois autres méthodes de reconstruction plus classiques (FBP, MLEM, MLEMC) pour différents fantômes simulés. Les résultats de cette étude montrent que F3DMC permet d'améliorer l'efficacité de reconstruction, la résolution spatiale et le rapport signal-sur-bruit avec une quantification satisfaisante des images. Ces résultats devront être confirmés par des études cliniques et ouvrent la voie vers une méthode de reconstruction unifiée, pouvant être appliquée aussi bien en SPECT qu'en PET.

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El, Bitar Z. "Optimisation et validation d'un algorithme de reconstruction 3D en tomographie d'émission monophotonique à l'aide de la plate forme de simulation GATE." Phd thesis, Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00133711.

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Abstract:

Les simulations de Monte-Carlo, bien que consommatrices en temps de calcul, restent un outil puissant qui permet d'évaluer les méthodes de correction des effets physiques en imagerie médicale.
Nous avons optimisé et validé une méthode de reconstruction baptisée F3DMC (Fully 3D Monte Carlo) dans laquelle les effets physiques perturbant le processus de formation de l'image en tomographie d'émission monophotonique sont modélisés par des méthodes de Monte-Carlo et intégrés dans la matrice-système. Le logiciel de simulation de Monte-Carlo utilisé est GATE. Nous avons validé GATE en SPECT en modélisant la gamma-caméra (Philips AXIS) utilisé en routine clinique. Des techniques de seuillage, filtrage par analyse en composantes principales et de reconstruction ciblée (régions fonctionnelles, régions hybrides) ont été testées pour améliorer la précision de la matrice-système et réduire le nombre de photons ainsi que le temps de calcul nécessaires. Les infrastructures de la grille EGEE ont été utilisées pour déployer les simulations GATE afin de réduire leur temps de calcul. Les résultats obtenus avec F3DMC sont comparés avec les méthodes de reconstruction (FBP, ML-EM, ML-EMC) pour un fantôme simulé et avec la méthode OSEM-C pour un fantôme réel. Les résultats de cette étude montrent que la méthode F3DMC ainsi que ses variantes permettent d'améliorer la restauration des rapports d'activité et le rapport signal sur bruit. L'utilisation de la grille de calcul EGEE a permis d'obtenir un gain de l'ordre de 300 en temps de calcul. Dans la suite, ces résultats doivent être confirmés par des études sur des fantômes complexes et des patients et ouvrent la voie vers une méthode de reconstruction unifiée, pouvant être appliquée aussi bien en SPECT qu'en PET.

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Bryskhe, Henrik. "Optimization of Monte Carlo simulations." Thesis, Uppsala University, Department of Information Technology, 2009. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:uu:diva-121843.

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Abstract:

This thesis considers several different techniques for optimizing Monte Carlo simulations. The Monte Carlo system used is Penelope but most of the techniques are applicable to other systems. The two mayor techniques are the usage of the graphics card to do geometry calculations, and raytracing. Using graphics card provides a very efficient way to do fast ray and triangle intersections. Raytracing provides an approximation of Monte Carlo simulation but is much faster to perform. A program was also written in order to have a platform for Monte Carlo simulations where the different techniques were implemented and tested. The program also provides an overview of the simulation setup, were the user can easily verify that everything has been setup correctly. The thesis also covers an attempt to rewrite Penelope from FORTAN to C. The new version is significantly faster and can be used on more systems. A distribution package was also added to the new Penelope version. Since Monte Carlo simulations are easily distributed, running this type of simulations on ten computers yields ten times the speedup. Combining the different techniques in the platform provides an easy to use and at the same time efficient way of performing Monte Carlo simulations.

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Mercier, Fabien. "Cinq essais dans le domaine monétaire, bancaire et financier." Thesis, Paris 2, 2014. http://www.theses.fr/2014PA020065.

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Abstract:

La thèse étudie plusieurs problématiques centrales et actuelles de la finance moderne : la rationalité limitée des agents et leurs biais comportementaux vis-à-vis des valeurs nominales,le problème de la juste évaluation du prix des actions, la refonte du paysage de l'industrie post-négociation en Europe suite à l'introduction du projet de l'Euro système Target-2 Securities, ainsi que les modèles de défaut et les méthodes d’estimation des cycles de défaut pour un secteur donné. Les techniques employées sont variées: enquêtes sur données individuelles, économétrie, théorie des jeux, théorie des graphes, simulations de Monte-Carlo,chaînes de Markov cachées. Concernant l’illusion monétaire, les résultats confirment la robustesse des résultats d’études précédentes tout en dévoilant de nouvelles perspectives de recherche, par exemple tenter d’expliquer la disparité des réponses selon les caractéristiques individuelles des répondants,en particulier leur formation universitaire. L’étude du modèle de la Fed montre que la relation de long terme entre taux nominal des obligations d’Etat et rendement des actions n’est ni robuste, ni utile à la prédiction sur des horizons temporels réduits. L’étude sur Target 2 Securities a été confirmée par les faits. Enfin, le modèle d’estimation des défauts à partir de chaînes de Markov cachées fait preuve de bonnes performances dans un contexte européen, malgré la relative rareté des données pour sa calibration
The thesis studies various themes that are central to modern finance : economic agents rationality and behavioural biases with respect to nominal values, the problem of asset fundamental valuation, the changing landscape of the European post-trade industry catalysed by the Eurosystem project Target 2 Securities, and models of defaults and methods to estimate defaults cycles for a given sector. Techniques employed vary: studies on individual data,econometrics, game theory, graph theory, Monte-Carlo simulations and hidden Markov chains. Concerning monetary illusion, results confirm those of previous study while emphasizing new areas for investigation concerning the interplay of individual characteristics, such as university education, and money illusion. The study of the Fed model shows that the long term relationship assumed between nominal government bond yield and dividend yield is neither robust, nor useful for reduced time horizons. The default model based on hidden Markov chains estimation gives satisfactory results in a European context, and this besides the relative scarcity of data used for its calibration

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Brangian, Claudio. "Monte Carlo simulations of Potts glasses." [S.l.] : [s.n.], 2002. http://ArchiMeD.uni-mainz.de/pub/2002/0115/diss.pdf.

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Desplat, Jean-Christophe. "Monte Carlo simulations of amphiphilic systems." Thesis, Sheffield Hallam University, 1996. http://shura.shu.ac.uk/19557/.

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Abstract:

Results are presented from NVT Monte Carlo simulations of a three-dimensional lattice model of a binary mixture of solvent and surfactant chains in which free self assembly is allowed. It is demonstrated that the model exhibits a critical micelle concentration together with cluster size distributions consistent with experiment and theory (minimum and maximum in the distribution within the micellar region). The weight average aggregation number, N[w], increases linearly with the square root of the concentration of micellised surfactant as predicted theoretically. The dilute solution excess chemical potential (beta[0n] --- beta[01]) is determined from the cluster size distribution. It is found to be a monotonically decreasing function of n with different functional forms for small and large clusters. A single analytical expression is found to describe the cluster size distribution and the X[1] versus X[a] curve on the concentration range from 0 to 5 vol. % . It is necessary to introduce an activity coefficient to accurately describe the behaviour of the model for amphiphile concentrations greater than 5 vol. % . The dependence of this expression on temperature and molecular interaction parameters is determined. Results are also presented for the simulation of longer chains. Following investigation of three of the models free parameters, regions of phase space in which 'spongy' structures and vesicles --- either spherical or tubular --- are successfully identified. A preliminary phase diagram is established by considering the variation in the cavity size distribution function. These results are discussed in relation with experimental data and existing phenomenological studies. An extension of the Configurational-bias Monte Carlo (CBMC) based on a self-avoiding walk using sites selected from subsets of sites known a priori available for the regrowth is also established. Its theoretical fondation is laid out together with a partial assessment of its efficiency relative to both the classic reptation and CBMC for the simulation of chains lying on a lattice of high coordination number. A methodology for the simulation of polyoxyethylene oxide (POE) surfactants using a cubic lattice of coordination number c = 26 is briefly discussed.

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Jaeckel, Alain. "Simulations Monte Carlo de chaînes confinées." Montpellier 2, 1997. http://www.theses.fr/1997MON20206.

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Abstract:

Par simulation monte carlo (smc), nous generons a l'ordinateur des chemins statistiques (rfws) ou auto-evitants (saws) a l'interieur de pores spheriques de rayons variables. Ces chemins modelisent respectivement des chaines polymere confinees en solvant theta et en bon solvant. A partir des chaines ainsi construites, on estime les dimensions moyennes usuelles (distance moyenne bout a bout et rayon de giration moyen), les distributions des milieux et des extremites ou tous maillons confondus dans la sphere de confinement, la variation d'entropie en fonction du confinement impose et enfin la pression exercee par la chaine sur la surface de confinement. Nous donnons egalement une relation universelle entre le nombre de conformations d'une chaine de n pas, quel que soit son type, et un parametre de compacite determine par smc. Nous proposons aussi une extension de la theorie des blobs de de gennes. Nous discutons nos resultats au vu de resultats theoriques ou de publications anterieures. Nous etablissons l'existence de lois d'echelle, moyennant l'utilisation de parametres de reduction specifiques a chaque type de chaines (rfws ou saws), et montrons que rfws et saws presentent des comportements comparables pour des valeurs egales du rayon reduit de la sphere de confinement. Ainsi, certaines proprietes des saws confines dans des spheres peuvent etre deduits des resultats theoriques plus accessibles des rfws confines en tenant compte d'une simple renormalisation des dimensions, et ce avec un degre d'approximation satisfaisant, voire bon. Nous etendons nos smc au cas des parcours hamiltoniens dont le nombre peut etre estime, pour un carre de cote donne, via l'utilisation d'une loi d'echelle empirique que nous avons etablie. Enfin, nous avons cherche a elucider un vieux probleme de la litterature qui concerne l'exposant d'echelle et la dimension critique des chaines auto-evitantes generees par la procedure reflechissante non ponderee de rosenbluth et rosenbluth.

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Rönnby, Karl. "Monte Carlo Simulations for Chemical Systems." Thesis, Linköpings universitet, Matematiska institutionen, 2016. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:liu:diva-132811.

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Abstract:

This thesis investigates dierent types of Monte Carlo estimators for use in computationof chemical system, mainly to be used in calculating surface growthand evolution of SiC. Monte Carlo methods are a class of algorithms using randomsampling to numerical solve problems and are used in many cases. Threedierent types of Monte Carlo methods are studied, a simple Monte Carlo estimatorand two types of Markov chain Monte Carlo Metropolis algorithm MonteCarlo and kinetic Monte Carlo. The mathematical background is given for allmethods and they are tested both on smaller system, with known results tocheck their mathematical and chemical soundness and on larger surface systemas an example on how they could be used

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Aoun, Joe. "Validation de la simulation Monte-Carlo de la gamma-caméra petit animal Biospace sur la grille de calcul légère CiGri. Application à l'évaluation de l'algorithme de l'inversion analytique de la transformée de Radon atténuée." Phd thesis, Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00724964.

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Abstract:

Les simulations Monte-Carlo SMC représentent actuellement en imagerie médicale nucléaire un outil puissant d'aide à la conception et à l'optimisation des détecteurs, et à l'évaluation des algorithmes de reconstruction et des méthodes de correction des effets physiques responsables de la dégradation des images reconstruites (atténuation, diffusion, etc...). L'inconvénient majeur des simulations Monte-Carlo réside dans le temps de calcul important qu'elles nécessitent. Au cours de cette thèse, nous avons tiré parti de la plate-forme de SMC GATE (Geant4 Application for Tomographic Emission) dédiée aux examens SPECT/PET pour une modélisation réaliste des phénomènes physiques, et de la grille de calcul légère CiGri (Ciment Grid) afin de réduire le temps de calcul. Le premier objectif de cette thèse consiste à modéliser la gamma-caméra Biospace dédiée à l'imagerie petit animal à l'aide du logiciel GATE. Le modèle de la gamma-caméra est validé en comparant les résultats issus des simulations GATE avec les données acquises expérimentalement. Les résultats des simulations reproduisent avec précision les performances mesurées de la gamma-caméra. Le modèle validé est ensuite utilisé pour l'évaluation de l'algorithme de Novikov-Natterer de reconstruction analytique de la transformée de Radon atténuée. Les résultats de cette étude montrent que l'algorithme de reconstruction de Novikov-Natterer permet d'améliorer les images d'un point de vue qualitatif et quantitatif par rapport à la méthode analytique standard FBP.

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Wong, Hilda Evangeline. "Advanced Monte Carlo simulations and option pricing." Thesis, National Library of Canada = Bibliothèque nationale du Canada, 2001. http://www.collectionscanada.ca/obj/s4/f2/dsk3/ftp05/mq64991.pdf.

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Vliet, Johannes Henricus van. "Monte Carlo simulations of confined polymer systems." [S.l. : [Groningen : s.n.] ; University Library Groningen] [Host], 1991. http://irs.ub.rug.nl/ppn/293041210.

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Hanassab, Shabnam. "Monte Carlo simulations in non-Euclidean geometries." Thesis, Queen Mary, University of London, 2004. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.408221.

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Tully, Jonathan. "Monte Carlo simulations of hard QCD radiation." Thesis, Durham University, 2009. http://etheses.dur.ac.uk/145/.

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Abstract:

Monte Carlo event generators, such as Herwig++, provide a full simulation of events at collider experiments. They give a fully exclusive description of hadronic final states and are therefore crucial tools for the planning of future experiments and analysing of data from existing experiments. The key component that allows this description of high-multiplicity final states is the parton shower. There has been much recent progress improving the parton shower description of hard radiation using exact matrix elements. This thesis describes research into implementing and improving such methods within the Herwig++ event generator. In Chapter 1, the parton-shower formalism is reviewed and the structure of event generators described. Chapter 2 details the specifics of the \textsf{Herwig++} parton shower. In Chapters 3 and 4, the POWHEG next-to-leading-order matching procedure is described, and work implementing the scheme within Herwig++ is presented. The method is implemented for the processes e+e- to hadrons and Drell-Yan vector boson production and the results are compared to experimental data from LEP and the Tevatron. This work includes the first full implementation of the truncated shower. A description of the development and implementation of a modified matrix-element merging scheme is presented in Chapter 5. This scheme is based on CKKW merging but uses an extension of the POWHEG idea to improve the method using truncated showers. The method is implemented first for final-state radiation in e+e- to hadrons and then, in Chapter 6, extended to include initial-state radiation in Drell-Yan vector boson production.

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Amir-Azizi, Siamak. "Linear filtering algorithms for Monte Carlo simulations." Thesis, University of Southampton, 1990. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.280859.

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Webster, Stephen James. "Improved Monte Carlo simulations of massive quarks." Thesis, Durham University, 2019. http://etheses.dur.ac.uk/12954/.

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Abstract:

Motivated by the interest in top and bottom quark production processes at the LHC, we study the simulation of heavy quarks in the Herwig 7 Monte Carlo event generator. We first present a much improved treatment of heavy quarks in the dipole shower in Herwig 7 and extend the shower to handle decays of massive coloured particles. Taking advantage of these developments, we perform an in-depth study of the simulation of top quark pair production at the LHC, paying particular attention to the parton shower and matching uncertainties involved. Next we implement an algorithm in the dipole shower to include spin correlation effects. Using this algorithm we can produce accurate predictions of the angular distributions of top quark decay products in top pair production at the LHC. Following this we describe a modified version of the veto algorithm used in parton showers that enables the incorporation of weights. We show that the algorithm can be used to significantly reduce the CPU time required to evaluate the effects of scale variations in parton showers. Finally, we investigate the description of gluon splittings to heavy quark pairs in the angular-ordered and dipole parton showers in Herwig 7. While both parton showers correctly reproduce the leading-logarithmic term in the description of these splittings, we find that the effects of subleading contributions are significant.

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Joshi, Kriten J. (Kriten Jayant) 1971. "Monte-Carlo simulations of globular cluster dynamics." Thesis, Massachusetts Institute of Technology, 2000. http://hdl.handle.net/1721.1/53041.

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Abstract:

Thesis (Ph.D.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Physics, 2000.
Includes bibliographical references (leaves 156-163).
We present the results of theoretical calculations for the dynamical evolution of dense globular star clusters. Our new study was motivated in part by the wealth of new data made available from the latest optical, radio, and X-ray observations of globular clusters by various satellites and ground-based observatories, and in part by recent advances in computer hardware. New parallel supercomputers, combined with improved computational methods, now allow us to perform dynamical simulations of globular cluster evolution using a realistic number of stars (N - 10 - 106) and taking into account the full range of relevant stellar dynamical and stellar evolutionary processes. These processes include two-body gravitational scattering, strong interactions and physical collisions involving both single and binary stars, stellar evolution of single stars, and stellar evolution and interactions in close binary stars. We have developed a new numerical code for computing the dynamical evolution of a dense star cluster. Our code is based on a Monte Carlo technique for integrating numerically the Fokker-Planck equation. We have used this new code to study a number of important problems. In particular, we have studied the evolution of globular clusters in our Galaxy, including the effects of a mass spectrum, mass loss due to the tidal field of the Galaxy, and stellar evolution. Our results show that the direct mass loss from stellar evolution can significantly accelerate the total mass loss from a globular cluster, causing most clusters with low initial central concentrations to disrupt completely. Only clusters born with high central concentrations, or with relatively few massive stars, are likely to survive until the present and remain observable. Our study of mass segregation in clusters shows that it is possible to retain significant numbers of very-low-mass (m < 0.1M.) objects, such as brown dwarfs or planets, in the outer halos of globular clusters, even though they are quickly lost from the central, denser regions. This is contrary to the common belief that globular clusters are devoid of such low-mass objects. We have also performed, for the first time, dynamical simulations of clusters containing a realistic number of stars and a significant fraction of binaries. We find that the energy generated through binarybinary and binary-single-star interactions in the cluster core can support the system against gravothermal collapse on timescales exceeding the age of the Universe, explaining naturally the properties of the majority of observed globular clusters with resolved cores.
by Kriten J. Joshi.
Ph.D.

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Denholm, David Richardson. "Monte Carlo simulations of random anisotropy magnets." Thesis, University of Southampton, 1995. https://eprints.soton.ac.uk/394155/.

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Cox, Isaiah. "Monte Carlo Simulations of Ultracold Neutron Velocities." Digital Commons @ East Tennessee State University, 2020. https://dc.etsu.edu/honors/588.

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Abstract:

An electric dipole moment (EDM) in the neutron would indicate a source of CP-violation that is needed to explain the dominance of matter over antimatter in the universe. Several experiments are currently looking for a neutron EDM and so far, the value has been constrained to dn 1.8 x10 26 ecm. Presented here is work supporting the nEDM experiment at Los Alamos National Laboratory which utilizes ultracold neutrons (UCNs) and Ramsey’s separated oscillating fields method. In such an experiment, it is important to understand the velocity of the neutrons due to false EDM signals that can be pro- duced by the presence of a magnetic field. Monte Carlo simulations were used to study the optimal design parameters of a chopper system that would reproduce a given velocity spectrum of a population of neutrons by measuring the time of flight to a detector.

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Wang, Dong-Mei. "Monte Carlo simulations for complex option pricing." Thesis, University of Manchester, 2010. https://www.research.manchester.ac.uk/portal/en/theses/monte-carlo-simulations-for-complex-option-pricing(a908ec86-2fb2-4d5d-83e5-9bff78033edd).html.

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Abstract:

The thesis focuses on pricing complex options using Monte Carlo simulations. Due to the versatility of the Monte Carlo method, we are able to evaluate option prices with various underlying asset models: jump diffusion models, illiquidity models, stochastic volatility and so on. Both European options and Bermudan options are studied in this thesis.For the jump diffusion model in Merton (1973), we demonstrate European and Bermudan option pricing by the Monte Carlo scheme and extend this to multiple underlying assets; furthermore, we analyse the effect of stochastic volatility.For the illiquidity model in the spirit of Glover (2008), we model the illiquidity impact on option pricing in the simulation study. The four models considered are: the first order feedback model with constant illiquidity and stochastic illiquidity; the full feedback model with constant illiquidity and stochastic illiquidity. We provide detailed explanations for the present of path failures when simulating the underlying asset price movement and suggest some measures to overcome these difficulties.

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Wand, Charlie Ray. "Monte Carlo simulations of confined nematic systems." Thesis, University of York, 2013. http://etheses.whiterose.ac.uk/4897/.

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Abstract:

In this thesis, a systematic Monte Carlo simulation study of confined nematic and cholesteric systems is carried out. A simple off-lattice model is developed to explore a range of confined systems. Double emulsion nematic shells are investigated with planar anchoring which is then extended to solid particles of different geometries with nematic coatings before progressing to single and n-fold toroidal droplets. For shells and coatings with planar anchoring the total topological charge on both surfaces must be +2. A bipolar structure is found in thick shells and four s=+1/2 defects are found for thin nematic shells. A metastable defect configuration comprising of two s=+1/2 and one s=+1 defects is occasionally observed for intermediate thicknesses. With the addition of chirality, a transition to a twisted bipolar director configuration is observed at all thicknesses. A single toroidal droplet with planar anchoring has a defect free ground state. Previous work has predicted the presence of a twisted director configuration ground state. The relative stabilities of the twisted and untwisted configurations are investigated here. It was found that, for all the systems investigated, the twisted director configuration is only stable for a cholesteric torus. For multiple tori system, with each additional handle the total topological charge on the surface decreases by 2. In a non-chiral nematic system the constraint on the topological charge on the surface is fulfilled by the required number of s=-1 defects located at either the innermost surface of a handle or the join between two tori. With increasing chirality, the s=-1 defects detach from the surface and migrate to form s=-1/2 disclination lines through the cholesteric. In handled droplets with homeotropic anchoring, two s=+1/2 disclination lines are found that, with the addition of chirality form a helical structure around the tube.

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Brown, M. "Monte Carlo simulations of cold atom ratchets." Thesis, University College London (University of London), 2008. http://discovery.ucl.ac.uk/1444166/.

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Abstract:

This thesis reports the theoretical study of several cold atom ratchet systems. In particular the focus of the work is the determination of the ratchet current as a function of the ratchet parameters through analysis of the system symmetries and through numerical simulation. Ratchets are devices that exhibit directed motion in the absence of net forces. It is necessary to drive them away from thermal equilibrium so as to not violate the second law of thermodynamics. Currents are generated when the symmetries of the ratchet do not forbid it, a consequence of Curie's principle. An analysis of the symmetries will help determine for what parameters currents will be generated we perform such analyses in our investigations. The ratchets studied are modelled on the experimentally realised implementation of cold atoms in a driven optical lattice. Through the parameters of the driving and the optical lattice itself, we control the breaking of the symmetries and thus the generation of atomic currents. The precise relationship between current and ratchet parameters is explored by numerical simulation. In experiments the driving is achieved through a phase-modulation of the optical lattice beams. In numerical simulations we include the driving force directly in the equations of motion. We verify theoretically and numerically that the two approaches are equivalent. We have modelled the dynamics of atoms in light-fields through semiclassical and quantum treatments. The semiclassical treatment results in stochastic differential equations for the external degrees of freedom. These are simulated using the Monte-Carlo technique. For the fully quantum treatment we apply a stochastic trajectory method to simulate the master equation. We perform a comparison between different treatments for an over-damped ratchet.

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Dubreus, Terrance Maurice. "Monte Carlo simulations for small-world stochastic processes." Diss., Mississippi State : Mississippi State University, 2005. http://library.msstate.edu/content/templates/?a=72.

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Eichinger, David Albert. "Non-Lattice Monte Carlo Simulations of Polymer Motion." W&M ScholarWorks, 1989. https://scholarworks.wm.edu/etd/1539625515.

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Malone, Fionn Dara. "Quantum Monte Carlo simulations of warm dense matter." Thesis, Imperial College London, 2017. http://hdl.handle.net/10044/1/53379.

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Abstract:

Recent experimental progress in laser technology has led to renewed interest in warm dense matter. Found in the interiors of gas giants and in inertial confinement fusion experiments, warm dense matter is relevant to problems of fundamental and technological importance but is a challenge to create experimentally and describe theoretically. Modern electronic structure theory, in the form of density functional theory coupled with molecular dynamics, in principle offers a route to describing realistic warm dense matter. However, until quite recently, no accurate exchange correlation free energy functionals existed and the accuracy of existing fits was largely unknown. %Moreover, existing accurate quantum Monte Carlo data for the exchange correlation energy of the warm dense electron gas differ substantially. In this thesis we extend the independent, systematically exact, density matrix quantum Monte Carlo method, to address these issues. Focussing on the warm dense uniform electron gas, we first outline how sampling issues present in the original formulation can be overcome and how numerical basis set corrections can significantly reduce the computational burden at high electronic temperatures. We next introduce a systematic approximation allowing larger system sizes to be tackled. In the process we resolve a controversy present between two competing path integral Monte Carlo methods, whose results for the exchange correlation energy of the uniform electron gas differ substantially in the warm dense regime. Finally, we develop a general procedure for deriving analytic finite size corrections in the warm dense regime, thus removing the final barrier to reaching the thermodynamic limit.

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Li, Lulu Ph D. Massachusetts Institute of Technology. "Acceleration methods for Monte Carlo particle transport simulations." Thesis, Massachusetts Institute of Technology, 2017. http://hdl.handle.net/1721.1/112521.

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Abstract:

Thesis: Ph. D., Massachusetts Institute of Technology, Department of Nuclear Science and Engineering, 2017.
Cataloged from PDF version of thesis.
Includes bibliographical references (pages 166-175).
Performing nuclear reactor core physics analysis is a crucial step in the process of both designing and understanding nuclear power reactors. Advancements in the nuclear industry demand more accurate and detailed results from reactor analysis. Monte Carlo (MC) eigenvalue neutron transport methods are uniquely qualified to provide these results, due to their accurate treatment of space, angle, and energy dependencies of neutron distributions. Monte Carlo eigenvalue simulations are, however, challenging, because they must resolve the fission source distribution and accumulate sufficient tally statistics, resulting in prohibitive run times. This thesis proposes the Low Order Operator (LOO) acceleration method to reduce the run time challenge, and provides analyses to support its use for full-scale reactor simulations. LOO is implemented in the continuous energy Monte Carlo code, OpenMC, and tested in 2D PWR benchmarks. The Low Order Operator (LOO) acceleration method is a deterministic transport method based on the Method of Characteristics. Similar to Coarse Mesh Finite Difference (CMFD), the other acceleration method evaluated in this thesis, LOO parameters are constructed from Monte Carlo tallies. The solutions to the LOO equations are then used to update Monte Carlo fission sources. This thesis deploys independent simulations to rigorously assess LOO, CMFD, and unaccelerated Monte Carlo, simulating up to a quarter of a trillion neutron histories for each simulation. Analysis and performance models are developed to address two aspects of the Monte Carlo run time challenge. First, this thesis demonstrates that acceleration methods can reduce the vast number of neutron histories required to converge the fission source distribution before tallies can be accumulated. Second, the slow convergence of tally statistics is improved with the acceleration methods for the earlier active cycles. A theoretical model is developed to explain the observed behaviors and predict convergence rates. Finally, numerical results and theoretical models shed light on the selection of optimal simulation parameters such that a desired statistical uncertainty can be achieved with minimum neutron histories. This thesis demonstrates that the conventional wisdom (e.g., maximizing the number of cycles rather than the number of neutrons per cycle) in performing unaccelerated MC simulations can be improved simply by using more optimal parameters. LOO acceleration provides reduction of a factor of at least 2.2 in neutron histories, compared to the unaccelerated Monte Carlo scheme, and the CPU time and memory overhead associated with LOO are small.
by Lulu Li.
Ph. D.

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Galassi, Giulio Roberto. "Monte Carlo simulations of diatomics, polymers and alkanes." Thesis, University of Southampton, 1993. https://eprints.soton.ac.uk/421719/.

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Odof, Serge. "Microanalyse x des isolants : simulations de monte-carlo." Reims, 2000. http://www.theses.fr/2000REIMS022.

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Abstract:

La grande majorite des materiaux dans l'environnement humain sont des materiaux isolants. Ces materiaux jouent un role tres important dans differents domaines d'etude notamment en geologie et en biologie. Il est bien connu que ces materiaux sont difficiles a caracteriser a l'aide de techniques utilisant des particules chargees (microscopie electronique et techniques associees (epma, cathodoluminescence, etc. )). En effet, sous irradiation electronique, ils developpent une charge d'espace qui perturbe l'observation et l'analyse. Le but de ce travail, est de montrer l'influence de cette charge sur les signaux x emis, que l'echantillon soit recouvert par un film metallique mis a la masse ou non. L'etude des isolants recouverts est abordee theoriquement en utilisant les simulations de monte-carlo. Il s'agit d'inclure dans ces simulations le champ electrique interne resultant de la charge d'espace pour determiner les variations du signal x emis dues soit aux modifications des parametres d'interaction electron-matiere, soit aux modification chimiques (electromigration). Une etude experimentale de ces phenomenes (effets de charge) a ete realisee pour valider ces simulations. Dans cette etude nous avons mesure pour la premiere fois la quantite de charge piegee dans l'isolant recouvert par une methode basee sur le phenomene d'influence. Les isolants nus sont abordes qualitativement. Nous avons mis en evidence a l'aide d'un spectrometre d'electrons de type toroidal, une source d'electrons parasite responsable d'un spectre d'emission x perturbateur qui deforme le spectre initial, empechant toute analyse meme qualitative. D'autre part, nous avons mis en cause les methodes mesurant le potentiel de surface utilisant la limite de duane-hunt.

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Ercolano, Barbara. "Three-dimensional Monte Carlo simulations of photonized nebulae." Thesis, University College London (University of London), 2002. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.398087.

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Dissertations / Theses on the topic 'GATE Monte Carlo simulations'

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