Le but de cette thèse est de développer de nouveaux systèmes de dosimétrie par scintillateurs plastiques afin de faciliter leur implémentation comme détecteurs de dose in vivo en temps réel pour la radiothérapie et surtout pour la curiethérapie à haut débit de dose. Dans un premier temps, la nécessité de soustraire la lumière induite dans le guide optique par effet de tige a été démontrée pour cette modalité d'irradiation. Le détecteur développé pour cette étude a ensuite été utilisé afin de démontrer sa capacité à effectuer des mesures de dose en temps réel lors de la délivrance d'un traitement de curiethérapie de prostate à haut débit de dose à l'intérieur d'un fantôme d'eau. La dose déposée à chaque position de source, dans chaque cathéter et pour la fraction entière était comparable à la dose attendue par le système de planification de traitement. Comme les dosimètres à scintillation jusqu’à ce jour nécessitent une fibre optique de transmission par scintillateur, la preuve de faisabilité pour la mesure adéquate de doses de radiation avec un détecteur multi-points utilisant une seule fibre de transmission a été effectuée. Cela a d’abord été effectué pour des détecteurs à 2 et 3 points de mesure exposés à des irradiations externes de haute énergie. Comme l'approche proposée permet la décomposition du signal en ses diverses composantes, une étude sur l'importance du signal de fluorescence dans l'effet de tige a été effectuée pour une multitude de modalités d'irradiation. Finalement, un détecteur à 3 points de mesure et une seule fibre optique collectrice a été utilisé en curiethérapie à haut débit de dose et inséré dans un unique cathéter pour effectuer la mesure de dose dans un fantôme d’eau. Sa capacité de mesurer efficacement la dose en de multiples positions simultanément a été démontrée. Un budget d'incertitude a aussi été effectué afin d'évaluer les limites sous lesquelles ce détecteur peut être utilisé comme potentiel dosimètre in vivo en clinique pour la curiethérapie à haut débit. / The goal of this thesis is to develop new plastic scintillation dosimetry systems to enable the measurement of in vivo doses in real time and the verification of the treatment delivery accuracy for radiation therapy, especially for high dose rate brachytherapy. The necessity to account for the stem effect light produced in the optical guide by radiation was first shown. The detector built for this study was then used to verify its accuracy to measure dose in real time during the delivery of a typical prostate treatment plan in high dose rate brachytherapy. This measurement was performed inside a water phantom. Dose deposited at each dwell position, inside each catheter and for the entire treatment delivery was measured and compared to the treatment planning system. Another part of this research project was on the development of an approach to render possible measurement at multiple positions with the use of multiple scintillating elements and only a single collecting optical guide. Plastic scintillation detectors with 2 and 3 points of measurement were first developed and used under external beam high energy radiation therapy. The approach enabled the calculation of different signal contributions over the total optical signal; a study was then performed to evaluate the importance of the fluorescence component on the total stem effect under a variety of irradiation modalities and conditions. Finally, a 3-point detector was inserted inside a single catheter to perform dosimetry under Ir-192 high dose rate brachytherapy in a water phantom. Its accuracy to measure dose was demonstrated. An uncertainty budget was also calculated in order to evaluate the limitations of this detector for its clinical potential as a real-time in vivo dosimeter.

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On expose ici deux méthodes de déformation de globules rouges. La première méthode constituée de deux faisceaux laser contre propageant non focalisés est appelée « optical stretcher ». On y décrit les forces et stress appliqués à la cellule pour ensuite déterminer la déformation. La comparaison des résultats théoriques avec les expériences réalisées a permis de déterminer l’élasticité membranaire à (20±2)μNm-1. Une méthode originale n’utilisant aucun système d’imagerie et permettant de mesurer la déformation de la cellule déformée en utilisant le couplage résiduel dans les fibres optique est mathématiquement expliquée et les résultats théoriques utilisés pour étudier la faisabilité d’une telle expérience. La seconde méthode appelée « oscillating tweezer » est constituée d’une trappe optique à forte ouverture numérique où un modulateur acousto-optique permet de changer discrètement la position du foyer de la trappe avec une fréquence ajustable. A basse fréquence, la cellule se dandine de gauche à droite, mais à plus haute fréquence, la cellule se déforme. On expliquera donc l’origine de la déformation causée par la distribution de la force. Une théorie approximative est présentée pour calculer la déformation. Encore une fois, une comparaison avec les expériences réalisées a été effectuée. L’élasticité membranaire pour des globules rouges humains a pu être mesurée entre 20uNm-1 et 29uNm-1 et autour de 11uNm-1 pour des globules rouges de souris. / Two methods for deforming red blood cell (RBC) are studied. The first method is made of a non focalised dual beam counter-propagating optical stretcher. The stress and forces applied to the cell are described and analysed to compute the resulting deformation. The comparison with experimental result is made and allows to determinate the elasticity of human RBC at (20±2)μNm-1. An original method using no imaging system and allowing to measure the cells deformation by using the fiber-to-fiber coupling is mathematically explained and used to study the feasibility of such an experiment. The other method called oscillating tweezers is built from a high numerical aperture optical tweezers where an acousto-optic modulator allows to discretely changing the focal position at a given frequency. At low frequency, the cell moves from left to right, however at higher frequency, the RBC deform. The origin of the deformation is explained by calculating an approximate stress distribution. Here again, we compare the results with the experimental work. The value of elasticity found for human RBC is between 20uNm-1 and 29uNm-1 and around 11uNm-1 for mice RBC.

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