Certains problèmes scientifiques et techniques, imparfaitement résolus dans la mise en œuvre des traitements par ions légers ont été étudiés. La thèse développe successivement les trois approches suivantes :<br />1) La première partie de cette thèse travaille sur la définition de l'équipement (faisceaux fixes versus gantry) pour un centre de traitement et ainsi traiter la plus large variété possible de tumeurs pour un spectre élargi de situations cliniques caractéristiques chez l'adulte. Les tumeurs étudiées sont des tumeurs de la base du crâne, du rachis cervical haut, bronchiques, ganglionnaires thoraciques, ganglionnaires abdominales et de la prostate, l'on obtient ainsi un éventail assez large d'indications thérapeutiques. <br />2) La seconde partie met à contribution une partie des outils développés dans la première phase (traitement chez l'adulte). Le même design de salle de traitement est utilisé mais pour un ensemble de tumeurs intracrâniennes de la base du crâne et de la sphère ORL chez l'enfant et l'adulte jeune. <br />Il peut être conclu que l'étude de multiples situations anatomo-pathologiques en thérapie protons n'a pas permis de dégager d'incidences faisceaulogiques originales et particulières à la gantry. <br />3) La dernière phase donne lieu à l'étude des caractéristiques physiques propres aux faisceaux d'ions carbones. Une comparaison est menée sur la base de simulations de données par l'utilisation de modèles de calcul du risque d'induction néoplasique après traitement chez l'adulte et plus spécifiquement chez l'enfant. La simulation semble indiquer que les ions carbones induiraient un phénomène de stérilisation cellulaire à doses intermédiaires & hautes dans les tissus & organes chez l'adulte et l'enfant.

La radiothérapie, qui représente un des traitements principaux des cancers, consiste à détruire les cellules tumorales par des radiations. Elle est délivrée sur plusieurs séances et nécessite une précision de plus en plus importante dans la localisation de la tumeur pour ne pas endommager les tissus sains avoisinants par des doses toujours plus élevées. Deux enjeux sont alors cruciaux : le positionnement quotidien du patient et le suivi de sa tumeur si celle-ci est mobile. Dans ce travail, nous abordons ces deux points en proposant tout d'abord un système de repositionnement précis et non irradiant. Ce système est composé de deux caméras temps de vol qui permettent une acquisition surfacique du patient à une fréquence pouvant atteindre les 50 Hz. Nous proposons ensuite une nouvelle approche de traitement prenant en compte les mouvements de la tumeur et des tissus sains tout en gardant à l'esprit que le temps de délivrance de traitement ne doit pas être trop augmenté. Nous combinons alors une irradiation par modulation d'intensité qui protège les tissus non tumoraux avec une irradiation délivrée sur une seule phase respiratoire. La nouveauté consiste ici à reproduire ce schéma sur plusieurs phases afin de stopper l'irradiation un minimum de temps par cycle respiratoire et donc d'achever la délivrance du traitement plus rapidement. Nous terminons par l'évaluation d'un modèle respiratoire créé et appliqué à nos données cliniques qui pourrait, couplé au système et au traitement proposés dans cette thèse, augmenter leurs performances en fournissant des informations anatomiques en temps réel. / Radiation therapy is one of the principal cancer treatments which uses radiations to kill cancerous cells. It is delivered over several days and requires an increasing tumor location accuracy in order irradiate well the tumor while protecting the surrounding healthy tissues. Therefore, we have to deal with two major issues: daily patient positioning and tumor motion management. As a first step, we propose an accurate non irradiant system for patient positioning. This system is composed of two times of flight cameras which acquire the patient surface at a frequency of 50 Hz. Then, we suggest a new treatment method that accounts for tumor and healthy tissue motion without increasing treatment duration. For this purpose, we combine an intensity modulated radiation therapy to the gating technique that delivers radiations on a unique respiratory phase. Our contribution consists on reproducing this scheme on several phases while increasing irradiation time efficiency. Finally, we evaluate a breathing model created and validated on our clinical datasets. This model, if coupled with our previous developments, could improve their accuracy by offering a real-time anatomical motion tracking.