Les cathéters veineux centraux sont utilisés pour des traitements dont la chimiothérapie, l'hydratation, l'antibiothérapie et la nutrition parentérale chez les patients ayant un cancer. Cependant, ces cathéters sont responsables de graves complications dont les infections. Elles peuvent entraîner la suspension ou l'arrêt des traitements et peuvent engager le pronostic vital des patients. Le taux d'incidence et les facteurs de risque des infections liées aux cathéters veineux centraux (ILCVC) en oncologie restent mal connus. Une étude prospective menée pendant 5 ans à l'hôpital Edouard Herriot et à l'hôpital de la Croix Rousse nous a permis de décrire les ILCVC chez 425 patients ayant un cancer digestif. Nous avons d'abord estimé le taux d'incidence des ILCVC selon la localisation du cancer primitif. Ensuite, nous avons analysé les facteurs de risque. Pour mieux estimer l'impact de la nutrition parentérale sur le risque d'ILCVC, nous avons utilisé le score de propension pour imiter certaines caractéristiques d'un essai randomisé. Enfin, nous avons analysé la mortalité dans les 30 jours qui ont suivi l'ILCVC. Les résultats ont montré que le taux d'incidence des ILCVC était plus élevé chez les patients ayant un cancer pancréas ou un cancer de l'œsophage que ceux qui ont un cancer colorectal. Les facteurs de risque indépendamment associés à une ILCVC étaient le performance status, les journées d'utilisation du cathéter, le cancer du pancréas et la nutrition parentérale. Le risque d'ILCVC était supérieur à 5 chez les patients qui recevaient de la nutrition parentérale associée à la chimiothérapie intraveineuse. Le diabète était un facteur de risque indépendamment associé à la mortalité dans les 30 jours qui suivent la survenue l'ILCVC.

En curiethérapie interstitielle à haut débit de dose pour le cancer de la prostate et du sein, les cathéters sont généralement implantés à l'aide d'un gabarit, sans regard précis à la taille ou à la forme de la tumeur. Bien que ces façons de procéder soient efficaces, un traitement ayant une efficacité supérieure ou égale pourrait être obtenu en implantant moins de cathéters. Deux méthodes ont été élaborées afin d'optimiser le nombre et la position des cathéters avant l'étape d'implantation. Dans la première méthode, une version recherche de l'algorithme IPSA (Inverse Planning by Simulated Annealing) a été modifiée afin d'éliminer graduellement des positions de cathéters selon leur fraction du temps total de traitement. La deuxième méthode, quant à elle, est basée sur un système dynamique où la distribution géométrique optimale des cathéters est déterminée en fonction des autres cathéters et des frontières du volume cible et des organes à risque.

Dans le présent mémoire, le potentiel d’un prototype de la sonde Clariry AutoScan modifiée pour la curiethérapie gynécologique est évalué. Au terme du projet, le but est de déterminer si la sonde peut être intégrée au processus clinique et si la planification de traitement faite sur image par tomodensitométrie (TDM) peut être améliorée par l’ajout d’une échographie transabdominale tridimensionnelle (3DTAUS). Pour ce faire, un total de 19 patientes ont été analysées au cours des différentes étapes du projet. La première partie, l’analyse des contours, comprenant une analyse de faisabilité a été réalisée. Dans cette section, différents éléments devaient être jugés visibles ou non sur les trois modalités d’imagerie (imagerie par résonnance magnétique (IRM), TDM et 3DTAUS) sur les images de 6 patientes. Par la suite, le volume cible clinique à hauts risque (High Risk Clinical Target Volume, HR-CTV) de 8 patientes a été délimité et une analyse comparative de volume et de dimensions a été réalisée. La dernière étape a été d’évaluer les plans de traitements optimisés sur IRM, TDM et TDM-3DTAUS réalisés pour 5 patientes. Pour fin de comparaison, les plans faits sur IRM ont été également évalués sur TDM et TDM-3DTAUS et les plans TDM et TDM-3DTAUS, sur l’IRM. L’analyse de faisabilité a montré que la sonde permet de voir le HR-CTV. Cependant, le rectum, le sigmoïde de même que les ovoïdes ne peuvent être visualisés sur le 3DTAUS. Pour les analyses de contours, en moyenne, les contours se rapprochant davantage du standard à atteindre, l’IRM, sont faits sur le 3DTAUS, mais avec une plus grande variation des contours que le TDM. Pour la planification de traitement, l’ajout du 3DTAUS au TDM permet d’obtenir une dosimétrie plus près de celle obtenue sur l’IRM comparativement au TDM seul. L’utilisation clinique du 3DTAUS est plausible. L’ajout du 3DTAUS permet d’obtenir une dosimétrie plus près de celle sur IRM que le TDM seul, et dans le cas de l’Hôtel-Dieu, avec une charge clinique moindre que l’IRM. / The present work explores the clinical potential of the adapted prototype of the Clarity AutoScan probe for gynecological brachytherapy use. The goal of this project is to determine whether a 3D transabdominal ultrasound (3DTAUS) can improve treatment planning when combine to computed tomography (CT) compared to CT-based treatment planning. For the purpose of this work, 19 patients were analyzed along the various steps of the study. The two main parts are the contour analysis and the treatment planning analysis. In the first part, images set (magnetic resonance images (MRI), CT and 3DTAUS) of 6 patients were analyzed to determine the visibility of various structures. The comparative high-risk clinical target volume (HR-CTV) contour analysis included 5 patients was performed with 4 images sets (MRI, CT, 3DTAUS and CT-3DTAUS). The HR-CTV volume and lateral dimensions were compared to the reference set, the MRI. Treatment plans optimized on MRI, CT and CT-3DTAUS were elaborated for 5 patients. MRI treatment plans were evaluated on CT and CT-3DTAUS, and CT and CT-3DTAUS were evaluated on MRI. HR-CTV and tandem can be seen on 3DTAUS counter to rectum, sigmoid and ovoids. HRCTV contour analysis shows that 3DTAUS contours, on average, are the ones closer to MRI but with the higher variability. For treatment planning, the treatment plans optimized on CT-3DTAUS are the one closer to MRI, showing improvement to CT plans while combining it to 3DTAUS. For complete 3D treatment planning, 3DTAUS can be used alone. However, the CT-3DTAUS fusion allows treatment plans closer to MRI than CT alone. For the reason, 3DTAUS should be added to the current clinical workflow when MRI is not available.

Cette thèse porte sur le développement et la validation d’outils afin d’améliorer l’efficacité des traitements de curiethérapie à haut débit de dose (HDR) du sein. Le but du projet vise donc à concevoir et valider un nouveau système de planification et de guidage en temps réel des traitements de curiethérapie HDR du sein, basé principalement sur l’échographie 3D (3DUS). Dans un premier temps, une étude clinique a été réalisée à l’aide d’un premier prototype 3DUS linéaire développé par le groupe. L’étude a permis de constater que le volume mesuré par échographie 3D est environ trois fois plus petit que celui mesuré par tomodensitomètre et que le système possède plusieurs limitations (ex : volume d’acquisition trop petit, guidage des cathéters impossible). Dans un deuxième temps, un algorithme d’optimisation de la position et du nombre de cathéters a été développé. Il s’est avéré que la méthode développée est robuste aux erreurs d’implantation et qu’il est possible de réduire significativement le nombre de cathéters sans avoir un impact important sur la dosimétrie. Dans un troisième temps, une étude a comparé cet algorithme au seul algorithme commercialement disponible, HIPO. Les résultats ont démontré que l’algorithme HIPO produit des plans significativement inférieur, en terme de dosimétrie, à l’algorithme présenté dans cette thèse. Dans un quatrième temps, deux méthodes ont été développées afin de réaliser une planification personnalisée, en temps réel des traitements de curiethérapie HDR du sein. Les deux méthodes se sont avérées efficaces pour réduire le nombre de cathéter. Une preuve de concept a été validée et elle a démontré le potentiel d’une planification personnalisée, en temps réel des traitements de curiethérapie HDR du sein. À l’aide des connaissances acquises dans l’étude clinique, un nouveau prototype 3DUS a été développé. Il inclut un nouveau mode d’acquisition hybride et un module de guidage de la position des cathéters. Les résultats présentés dans cette étude ont mis en évidence le fait que le système 3DUS hybride a la capacité de mesurer avec justesse les dimensions linéaires ainsi que les volumes. Il reconstruit également avec justesse la trajectoire des cathéters. Pour terminer, dans le but d’effectuer une reconstruction dynamique des cathéters, un système de guidage électromagnétique a été validé. Les résultats ont démontré que la reconstruction des cathéters, en curiethérapie HDR, est significativement plus juste et plus précise à l’aide d’un système de guidage électromagnétique qu’en utilisant les méthodes conventionnelles. / This thesis focuses on the development and validation of different tools to increase the efficacy of high dose rate (HDR) breast brachytherapy treatments. The project goal aim at designing and validating a new system for real-time guidance and planning of HDR breast brachytherapy treatments, based mainly on 3D ultrasound (3DUS). As a first step, a clinical study was performed using the first linear 3DUS prototype developed by our group. This study has shown the limitations of the current system (ex : small acquisition volume, no catheter tracking possibility) and that 3DUS volumes are three times smaller than computed tomography volumes. As a second step, a catheter optimization algorithm was developed. The algorithm was shown to be robust to catheter implantation errors and it was possible to reduce significantly the number of catheters without having a significant negative impact on the dosimetry. As a third step, a study was designed to compare the present catheter optimization algorithm to the only commercially available algorithm, HIPO. The results demonstrated that the HIPO algorithm produce significantly worse plan, in term of dosimetry, than the algorithm that was developed in the present thesis. As a fourth step, two methods were developed for personalized, real-time planning of breast HDR brachytherapy treatments. The two methods were efficient and they were able to reduce the number of catheters. A proof-of-concept was validated and it demonstrated the potential of a personalized, real-time planning approach for breast HDR brachytherapy. Using the experience acquired during the clinical study, a new 3DUS system was developed. The system includes a new hybrid acquisition approach and a module for catheter tracking. The results presented in this study have shown the ability of the hybrid 3DUS system to accurately measure linear dimensions and volumes. Furthermore, it allows the reconstruction of the catheters trajectory with accuracy as well as track them in real-time. Finally, in order to dynamically reconstruct catheters, an electromagnetic tracking system was validated. This study has shown that the reconstruction of catheters, in HDR brachytherapy, is significantly more accurate and precise with an electromagnetic tracking system than with the conventional methods.

Les cathéters veineux centraux sont utilisés pour des traitements dont la chimiothérapie, l’hydratation, l’antibiothérapie et la nutrition parentérale chez les patients ayant un cancer. Cependant, ces cathéters sont responsables de graves complications dont les infections. Elles peuvent entraîner la suspension ou l’arrêt des traitements et peuvent engager le pronostic vital des patients. Le taux d’incidence et les facteurs de risque des infections liées aux cathéters veineux centraux (ILCVC) en oncologie restent mal connus. Une étude prospective menée pendant 5 ans à l’hôpital Edouard Herriot et à l’hôpital de la Croix Rousse nous a permis de décrire les ILCVC chez 425 patients ayant un cancer digestif. Nous avons d’abord estimé le taux d’incidence des ILCVC selon la localisation du cancer primitif. Ensuite, nous avons analysé les facteurs de risque. Pour mieux estimer l’impact de la nutrition parentérale sur le risque d’ILCVC, nous avons utilisé le score de propension pour imiter certaines caractéristiques d’un essai randomisé. Enfin, nous avons analysé la mortalité dans les 30 jours qui ont suivi l’ILCVC. Les résultats ont montré que le taux d’incidence des ILCVC était plus élevé chez les patients ayant un cancer pancréas ou un cancer de l’œsophage que ceux qui ont un cancer colorectal. Les facteurs de risque indépendamment associés à une ILCVC étaient le performance status, les journées d’utilisation du cathéter, le cancer du pancréas et la nutrition parentérale. Le risque d’ILCVC était supérieur à 5 chez les patients qui recevaient de la nutrition parentérale associée à la chimiothérapie intraveineuse. Le diabète était un facteur de risque indépendamment associé à la mortalité dans les 30 jours qui suivent la survenue l’ILCVC. / Central venous catheters are commonly used in cancer patients for administration of chemotherapy, hydration, parenteral nutrition and antibiotic. However, their use is associated with complications such as infections. An often serious complication is bloodstream infections. This can cause a suspending of cancer treatment. Central venous catheter-related bloodstream infections also contribute to increased mortality in theses patients. The incidence rates and CVC-RBSI risk factors are not well known in patients with cancer. Then in a prospective study conducted during 5 years, we have analysed data from 425 patients with digestive cancer. Study took place at Edouard Herriot Hospital and Croix Rousse Hospital in Lyon. First, we estimated rate of CVC-RBSI according to the location of primary cancer. To the best estimation of parenteral nutrition effect on the risk of CVC-RBSI, we performed the propensity score analysis, which can mimic some characteristics of randomized trial. Finally, we analyzed the 30-day mortality after CVC-BSI. The results showed that the infection rate was higher in pancreatic and oesophageal cancer patients, compared with colorectal cancer patients. The risk factors independently associated with CVC-RBSI were pancreatic cancer, performance status, cumulative catheter utilization-days and parenteral nutrition. The risk of CVC-RBSI was at least 5 times greater in patients with parenteral nutrition. Attributable mortality rate within 1 month of CVC-RBSI was 16.6%. Diabetes mellitus was independently associated with death.

Les cathéters veineux centraux (CVC) sont des dispositifs médicaux utilisés quotidiennement dans les unités de réanimation. Leur pose et leur maintenance ne sont pas sans présenter de risque pour les patients. De nombreuses études médicales ont été menées sur ce sujet ces dernières années afin de réduire les complications consécutives à l'utilisation de ces dispositifs. Cependant, ces recherches sont très majoritairement centrées sur l'étude du dispositif ou sur les risques inhérents au patient lui-même. Peu de recherches prennent en compte les risques liés à l'organisation des soins ou au fonctionnement des équipes. L'étude que nous avons menée dans deux unités de réanimation (Réanimation polyvalente du CHU de Saint Etienne et Réanimation chirurgicale de l'Hôpital Européen G. Pompidou à Paris) avait pour objectif d'identifier les risques associés au dispositif et au patient mais également de rechercher les facteurs de risque liés à la gestion même du dispositif et à l'organisation des équipes soignantes. In fine, ce travail de recherche permet d'identifier les scenarii de survenue des complications liées aux CVC, d'estimer leur évitabilité et de proposer par la suite des protocoles sécurisés de gestion de ces dispositifs. Dans ce but, nous avons développé une méthodologie combinant plusieurs types d'approche: * une approche médicale, avec une analyse des facteurs de risque liés au CVC et au patient, * une approche sociologique avec une analyse du fonctionnement organisationnel des unités à partir de l'adaptation d'une méthodologie issue des techniques de retour d'expérience (REXAO©), * une approche systémique avec une analyse des causes racines des diverses complications survenues. Un suivi des CVC a été mis en place grâce à un système de recueil de données, tout au long de l'année 2006. Ainsi, la gestion d'environ 600 CVC a pu être analysée. L'analyse des protocoles et des pratiques combinée à l'analyse multivariée réalisée à partir des données recueillies ont permis de mettre en évidence des facteurs de risque inhérents au patient et au mode de maintenance du dispositif. L'impact du mode de fonctionnement des équipes de soins a également été identifié notamment dans la genèse de complications mécaniques ainsi que dans leur délai de détection et de prise en charge.

La douleur abdominale post chirurgicale reste une douleur difficile à gérer. Cette douleur présente 2 composantes : (1) une composante pariétale liée à l’agression des muscles de la paroi abdominale et du péritoine pariétal et (2) une composante viscérale liée à l’agression du péritoine viscérale et des viscères. La douleur pariétale est bien systématisée, elle correspond à des métamères bien identifiés. Par contre la douleur viscérale est souvent mal localisée, irradiée ou transférée à un site cutané. Les AL administrés par l’intermédiaire d’un cathéter d’infiltration pariétal, d’un bloc de la paroi abdominale ou par voie systémique montrent une efficacité clinique dans l’analgésie post opératoire d’une chirurgie abdominale. Cependant le mécanisme d’action des AL en fonction de leurs voies d’administration n’est pas bien élucidé. Le but de nos études est d’explorer l’effet des AL sur les deux composantes de la douleur abdominale dans un modèle animal en fonction de leur voie d’administration. Nous avons réalisé 3 études expérimentales :1-Dans l’étude 1 nous avons comparé l’effet de la ropivacaïne administrée par voie systémique ou par un cathéter pré péritonéal sur la douleur pariétale et viscérale dans un modèle de laparotomie chirurgicale chez le rat.. 2-Dans l’étude 2 nous avons validé un bloc de la paroi abdominale chez le rat.. 3-Dans l’étude 3 nous avons comparé l’effet de la bupivacaïne par voie systémique à l’effet obtenu par l’administration de la bupivacaïne par un bloc de la paroi abdominale. Nous avons également comparé l’effet des Al par voie systémique à une vagotomie chimique préventive. L’ensemble de ces travaux montrent que lors d’une laparotomie, les AL sont efficaces dans le traitement de la nociception aussi bien par voie systémique que par voie locorégionale. Nous avons démontré qu’un bloc de la paroi abdominale, ainsi qu’une infiltration pré péritonéale diminuaient la transmission de la nociception viscérale vers le SNC par action directe sur les terminaisons nerveuses pariétales. De plus, lors d’une laparotomie, l’administration systémique d’AL montre une efficacité dans l’inhibition de la transmission de la nociception viscérale vers le SNC associée à un effet anti inflammatoire local et systémique supérieure à celui d’une administration locorégionale. / The abdominal post surgical pain has two components : (1) a parietal component due toaggression of the abdominal wall muscles and the parietal peritoneum and (2) a visceralcomponent due to aggression of the visceral peritoneum and viscera. Parietal pain is welllocalized; it corresponds to identified dermatomes. Otherwhise, visceral pain is often badlylocalized. Local anesthetics injected through a parietal catheter of infiltration, an abdominal wall blockor by a systemic administration show clinical efficiency in post operative analgesia afterabdominal surgery. However, the action mechanisms of local anesthetics according to theiradministration route are not well clarified. The purpose of our studies is to explore localanesthetics effect on both components of the abdominal pain in an animal model according totheir administration route.In this purpose we realized three experimental studies :1- In the first study, we compared the effect of systemic administration or through a preperitoneal catheter of ropivacaïne on parietal and visceral pain in a model of surgicallaparotomy in the rat. 2- In the second study, we established a block of the abdominal wall in the rat. 3- In the third study, parietal and peritoneal inflammation were induced by carrageenaninjection in the abdominal wall or in the peritoneal cavity in the rat according to theexperimental group. Then, we compared the effect of a systemic administration of bupivacaïneto its administration by an abdominal wall block. Furthermore, the systemic effect of localanesthetics was compared to a preventive chemical vagotomy. These works showed that during laparotomy, local anesthetics are effective in thetreatment of the nociception as well as by systemic or locoregional administration. We showedthat an abdominal wall block as well as a pre peritoneal administration decreased thetransmission of the visceral nociception towards the central nervous system by direct action onthe parietal nerve endings. Furthermore, during a laparotomy, systemic administration of localanesthetics inhibited the transmission of visceral nociception towards the central nervoussystem associated with a local and systemic anti inflammatory effects. This anti inflammatoryeffect was higher than that what we showed by locoregional administration of bupivacaïne.

Dans la première partie de cette thèse, nous considérons plusieurs problèmes d'estimation de paramètre de dimension finie pour les séquences de Markov dans l'asymptotique des grands échantillons. Le comportement asymptotique des estimateurs bayésiens et les estimateurs obtenus par la méthode des moments sont décrits. Nous montrons que sous les conditions de régularité ces estimateurs sont consistants et asymptotiquement normaux et que l'estimateur bayésien est asymptotiquement efficace. Les estimateur-processus du maximum de vraisemblance un-pas et deux-pas sont étudiés. Ces estimateurs nous permettent de construire des estimateurs asymptotiquement efficaces sur la base de certainsestimateurs préliminaires, par exemple, les estimateurs obtenus par la méthode des moments ou l'estimateur deBayes et la structure de l'estimateur du maximum de vraisemblance un-pas. Nous proposons notamment des processus autorégressifs non linéaires comme exemple et nous illustrons les propriétés de ces estimateurs à l'aide de simulations numériques. Dans la deuxième partie, nous donnons les applications de processus de Markov en économie de la santé. Nous comparons les modèles de Markov homogènes et non-homogènes pour l'analyse coût-efficacité de l'utilisation depansements transparents contenant un gel de gluconate de chlorhexidine par rapport aux pansements transparents standard. Le pansement antimicrobien protège les accès vasculaire centrale et réduit le risque de bactériémies liées aux cathéters. L'impact de l'approche de modélisation sur la décision d'adopter des pansements antimicrobiens pour les patients gravement malades est discuté. / In the first part of this dissertation we consider several problems of finite-dimensional parameter estimation for Markov sequences in the asymptotics of large samples. The asymptotic behavior of the Bayesian estimators and the estimators of the method of moments are described. It is shown that under regularity conditions these estimators are consistent and asymptotically normal. We show that the Bayesian estimator is asymptotically efficient. The one-step and two-step maximum likelihood estimator-processes are studied. These estimators allow us to construct the asymptotically efficient estimators based on some preliminary estimators, say, the estimators of the method of moments or Bayes estimator and the one-step maximum likelihood estimator structure. We propose particular non-linear autoregressive processes as examples and we illustrate the properties of these estimators with the help of numerical simulations. In the second part we give theapplications of Markov processes in health economics. We compare homogeneous and non-homogeneous Markov models for cost-effectiveness analysis of routine use of transparent dressings containing a chlorhexidine gluconate gel pad versus standard transparent dressings. The antimicrobial dressing protects central vascular accesses reducing the risk of catheter-related bloodstream infections. The impact of the modeling approach on the decision of adopting antimicrobialdressings for critically-ill patients is discussed.