Le modèle de Skyrme, dont la première apparition remonte au milieu du 20ième siècle, est maintenant interprété comme une théorie efficace de la chromodynamique quantique dans la limite des basses énergies. Dans ce modèle, une description des noyaux atomiques les plus stables s’avère possible à l’aide d’une structure solitonique qui possède une charge topologique conservée. Ce présent travail s’appuie sur une récente extension du modèle de Skyrme original suggérée par Marleau et coll., c’est-à-dire le modèle de Skyrme quasi-BPS, et propose l’étude de deux hypothèses de départ (ansatz) pour la paramétrisation du champ mésonique. Les résultats obtenus à partir de ces deux hypothèses de départ ont été comparés et analysés selon deux approches principales, la première favorisant un développement perturbatif des équations de champs (qui permet des solutions analytiques) et la seconde s’appuyant sur un algorithme de recuit simulé pour obtenir des solutions numériques complètes du modèle au niveau classique.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdorales, 2014-2015 / La théorie des superpolynômes symétriques ([DLM03, DLM06]) est généralisée avec l’introduction d’une nouvelle base de superfonctions qui dépend de deux paramètres q et t. Cette nouvelle base, que l’on appelle les polynômes de Macdonald dans le superespace (ou simplement, les superpolynômes de Macdonald), généralise toutes les autres bases de superfonctions connues. Celles-ci sont retrouvées via différentes spécialisations (ou limites) de q et t. On démontre que les superpolynômes de Macdonald sont uniquement déterminés par les deux propriétés suivantes. Premièrement, ils se décomposent de façon triangulaire dans la base des superfonctions monomiales (par rapport à l’ordre de dominance entre les superpartitions). Deuxièmement, ils sont orthogonaux par rapport à un produit scalaire donné dans la base des superfonctions sommes de puissances et qui dépend de q, t. L’étape clef pour démontrer ce résultat est la connexion avec la théorie des polynômes non symétriques de Macdonald. En fait, il est montré que les superpolynômes de Macdonald sont également donnés par un processus de symétrisation particulier des polynômes non symétriques de Macdonald. Cette connexion peut être alors exploitée pour obtenir une famille d’opérateurs qui est diagonale dans la base des superpolynômes de Macdonald ainsi qu’une seconde relation d’orthogonalité donnée par l’évaluation d’un terme constant. Ces deux éléments, i.e. famille d’opérateurs et orthogonalité (analytique), permettent de relier les superpolynômes de Macdonald à un problème de mécanique quantique supersymétrique généralisant le modèle Ruijsenaars-Schneider (RS). L’hamiltonien de ce modèle est défini par l’anticommutateur d’une supercharge qui est le générateur de la transformation supersymétrique. La structure algébrique sous-jacente à ce modèle est l’algèbre de Poincaré supersymétrique (i.e. une algèbre de Lie graduée). Tous les états propres de l’hamiltonien sont donnés par le produit de la fonction d’onde de l’état du vide par les superpolynômes de Macdonald. L’intégrabilité du modèle est également démontrée. / The theory of symmetric superpolynomials ([DLM03, DLM06]) is further extended with the introduction of a family of superpolynomials that depends upon two parameters, denoted by q and t. This new basis, that can be called Macdonald polynomials in superspace (or simply stated, Macdonald superpolynomials), generalizes all the previously discovered bases of superpolynomials. These are obtained by the evaluation (or by a limiting process) of the parameters q and t. It is proved that the Macdonald superpolynomials are uniquely defined by the two following properties. First, they decompose triangularly in the monomial basis (with respect to a certain ordering between superpartitions). Second, they are orthogonal with respect to a given scalar product evaluated in the power sum basis and which depends on q and t. The crucial step to prove this result is the connection between Macdonald superpolynomials and the theory of non-symmetric Macdonald polynomials. More precisely, it is showed that the Macdonald superpolynomials can be expressed by a certain symmetrizer acting on the non-symmetric analogue. Using this connection, a family of eigen-operators is obtained, which is diagonalized by the Macdonald superpolynomals basis. In addition, another orthogonality relation that involves a constant term evaluation (referred to as the analytic orthogonality) is obtained. These two elements, i.e. the eigen-operators and the orthogonality (analytic), link the Macdonald superpolynomials to a supersymmetric quantum mechanic model that generalizes the Ruijsenaars-Schneider (RS) model. The Hamiltonian of this model is naturally written as an anticommutator of a supercharge which is the generator of supersymmetric transformation. The underlying algebra of this model is the super Poincaré algebra (i.e. a graded Lie algebra). All the quantum states of the Hamiltonian are given as a product of the ground state function times Macdonald superpolynomials. Finally, the integrability of the supersymmetric RS model is demonstrated.

Le contrôle de l’alignement des molécules de cristaux liquides (CL) est d’une importance majeure pour la plupart des applications électro-optique comme les afficheurs, les modulateurs et les atténuateurs variables. Ce contrôle est réalisé plus spécifiquement par les interactions entre les molécules de CL et la surface adjacente. L’alignement par la surface est ainsi un des facteurs clés pour l’amélioration des performances des systèmes basés sur les CL. Cette thèse rapporte une étude expérimentale sur le contrôle de l’alignement des molécules de CL par la surface, et explore des avenues pratiques. Dans un premier temps, des CL nématiques à double fréquence (DF-NLC) et des films minces de mésogènes réactifs (MR) déposés sur la surface intérieure d’une cellule, ont été utilisés pour produire des structures polymères stabilisées en surface. Pour former ces structures, une interpénétration partielle entre les molécules de CL et de MR a été réalisée pendant l’application d’un couple diélectrique (positif ou négatif) sur le système de matériau. Après une courte période d’interpénétration entre la couche de MR et les CL, une exposition UV a été appliquée pour polymériser totalement le système de matériau. Ces systèmes ont démontré un fort potentiel pour le contrôle de l’alignement des CL par la surface. Ils permettent la « programmation » de cellule de CL présentant une diffusion de la lumière électriquement contrôlable, pouvant être utilisé dans des applications telles que des fenêtres intimités et l’éclairage intelligent. Des analyses électro-optiques et microscopiques ont été faites pour caractériser ces structures. Nous avons montré que les modulations de contraste de la lumière diffusée, ainsi que la dépendance de la polarisation et les temps de réponses peuvent être améliorées de façon notable par le contrôle à double fréquence. Dans un deuxième temps, des CL chiraux double fréquence (DF-CLC) ont été utilisé pour produire des structures stabilisées en surface, qui, en addition d’une diffusion contrôlable, ont montré des phénomènes de réflexion résonante. Des couches de MR orientées et partiellement polymérisées furent utilisées comme couche d’alignement pour les DF-CLC. Le rôle du temps de pré-polymérisation des MR sur les propriétés des cellules ont été étudiées par des analyses électro-optiques et spectroscopiques. Nos études morphologiques ont démontré que l’interdiffusion des molécules entre la couche de MR et le volume des CL durant le procédé de programmation génère des agrégats polymères sur les surfaces internes de la cellule, qui sont à l’origine de la diffusion contrôlable de la lumière. / The alignment control of liquid crystal (LC) molecules is of great importance for the most of LC based electro-optical applications such as displays, modulators, and variable attenuators. This control realises, particularly, by the interactions between LC molecules and the adjacent surface. This makes the surface alignment one of the key factors for the improvement of LC-based devices’ performance. This PhD thesis reports an experimental study of alignment control of LC molecules by surfaces, and explores the possibility of practical avenues. First, dual frequency nematic LCs (DF-NLC) and thin reactive mesogen (RM) films, cast on internal surfaces of cell substrate, were used to build surface polymer stabilized structures. To form these surface-stabilized structures, a partial interpenetration between the LC and RM molecules was allowed while applying an orienting dielectric torque (positive or negative) to the material system. Then, after a short interpenetration period between the RM layer and the bulk LC, UV exposition was added to definitely cure the material system. These systems demonstrated great potential for the surface alignment control of LCs, enabling the ‘‘programming’’ of LC cells with electrically controllable light scattering, which can be used in privacy windows and smart lighting applications. Electro-optic and microscopic studies were done to characterize these surface-stabilized structures. We showed that the contrasts of light scatter modulation, polarization dependence and response times can be noticeably improved by the dual-frequency control. Afterward, dual frequency chiral LCs (DF-CLC) were used to build surface-stabilized structures, which in addition to the controllable scattering, showed also resonant reflection phenomenon. Partially cured and oriented RM layers were used as alignment layers for DF-CLC. The role of the pre-curing duration of RM in the behavior of the cell was observed by electro-optical and spectroscopic studies. Our morphological studies showed that the molecular interdiffusion between RM layer and bulk LC during the programming process generates polymer aggregates on the cell’s internal surfaces, which are at the origin of formation of controllable light scattering.

La génération de supercontinuum est un élargissement spectral extrême survenant dans un matériau dispersif et non linéaire comme la fibre optique. Ce phénomène est mis à profit dans plusieurs domaines comme la spectroscopie, la métrologie et la sécurité. Plusieurs de ces applications nécessitent de la lumière dans la fenêtre de transmission atmosphérique entre 3 et 5 μm. Par contre, les matériaux les plus utilisés actuellement pour la génération de supercontinuum, comme la silice et le ZBLAN, sont opaques dans cette plage spectrale, ce qui justifie l’utilisation de nouveaux matériaux ayant une transparence accrue à ces longueurs d’onde. Nous proposons donc l’utilisation de fibres de fluoroindate et de trisulfure d’arsenic pour pallier cette limitation. Les fibres fabriquées de ces matériaux possèdent des pertes intrinsèques assez faibles pour la génération de supercontinuum dans cette plage spectrale. Dans ce travail, nous avons démontré un supercontinuum très large dans la fibre de fluoroindate en la pompant avec des impulsions femtosecondes à 2,5 μm en régime de dispersion anomale. Les résultats n’ont pas été aussi prometteurs pour la fibre de chalcogénure étant donnée la dispersion fortement normale à cette longueur d’onde et son seuil de dommage très faible. / Supercontinuum generation is an extreme spectral broadening that takes place in a dispersive and nonlinear medium like an optical fiber. It has found applications in various fields such as spectroscopy, metrology and defense and security. Some of them require light with a broad spectrum covering the atmospheric transmission window between 3 and 5 μm. However, currently used fibers like silica and ZBLAN have limited transmission in this range, thus justifying the use of new materials. We propose the use of fluoroindate and arsenic trisulfide fibers to serve this purpose. Both of these materials have been drawn in fibers with very low transmission losses over this spectral range. In this work, we used femtosecond pulses to generate supercontinuum in fluoroindate and arsenic trisulfide fibers. We demontrated a very broad supercontinuum in the fluoroindate fiber using femtosecond pulses in the anomalous dispersion regime of the fiber at 2.5 μm. The results were not that promising in chalcogenide fibers because of large normal dispersion at the wavelength used and low damage threshold.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdorales, 2015-2016

Générer des impulsions laser attosecondes requiert l’utilisation d’impulsions laser femtosecondes focalisées dans un gaz qui produit, par rediffusion, les harmoniques du rayonnement incident. Ce processus donne naissance au spectre XUV qui composera les impulsions désirées. Leur génération est optimisée par le contrôle des paramètres qui caractérisent l’impulsion femtoseconde : puissance, durée de l’impulsion, spectre fréquentiel et phase absolue. Tous ces paramètres, sauf la phase absolue, se mesurent avec des équipements facilement disponibles. Pour mesurer la phase absolue, nous construisons un Stéréo-ATI selon le concept proposé et démontré par une équipe de recherche en 2003. Plusieurs propriétés de l’ionisation induite par impulsions femtosecondes, dont les spectres photoélectroniques, sont montrées pour expliquer le fonctionnement de l’appareil. Des simulations de spectres de temps de vol et des explications plus techniques sont utilisées pour définir les propriétés de la machine et les appareils utilisés pour monter une expérience complète de détection de phase absolue. / Attosecond laser pulse generation requires the use of femtosecond laser pulses focused in a gas which produces, by rescattering, harmonics of the incident beam. This process gives birth to the XUV spectra composing the desired pulses. Their generation is optimised by controlling the characteristic parameters of the femtosecond pulses: power, pulse duration, frequency spectra and absolute phase. All these parameters, excluding the absolute phase, can be measured with some easily available equipment. To measure the absolute phase, we build a Stereo-ATI from the concept proposed and demonstarted by a research team in 2003. Many properties of the femtosecond induced ionization, among which photoelectronic spectra, are shown to explain how the apparatus works. Simulations of time of flight spectra and some more technical explanations are used to define the apparatus properties and the equipment used to mount a complete absolute phase detection experiment.

Ce travail est consacré à la théorie et aux simulations numériques des nouveaux textiles qui peuvent communiqués sans-fil et composé des antennes fibre multimatériaux. La recherche est conduite par une tentative à changer le concept de "wearables" de grands dispositifs montés sur le corps à des dispositifs cachés confortables intégrés dans vos vêtements. Les textiles RF peuvent être prévus dans divers secteur des soins de santé, pour la surveillance des enfants et des personnes âgées, dans les domaines de télémédecine, de sécurité et de la recherche et sauvetage. Les antennes RF textiles, précédemment développées dans notre groupe, sont constituées de fibre multimatériaux en incorporant une couche conductrice d'argent dans un capillaire silice de 100 µm de diamètre à l'aide de la technique de déposition de phase liquide. La structure de ces antennes portables est flexible, se conforme au corps et non invasif. Dans ce travail, la performance de deux antennes de fibre, l'antenne dipôle et boucle, sont examinés à la bande de fréquence ISM par des simulations numériques à l'aide de logiciel ANSYS HFSS dans l'espace libre et sur le corps. À cette fin, le modèle de corps humain à plusieurs couches spécifiques a été développé en s'inspirant des valeurs proposées par le FCC "Federal Communications Commission" pour assigner les propriétés diélectriques de chaque tissu et pour satisfaire toutes les mesures de sécurité. Les résultats stimulés comprennent le déplacement de fréquence de résonance, les diagrammes de rayonnement affectés, le champ de rayonnement au-dessus du corps, l'efficacité et les mesures de SAR. En outre, la séparation de corps de l'antenne et les effets météorologiques sont également examinés. Les résultats présentés sont ensuite analysés en ce qui concerne les avantages et les inconvénients des deux designs, particulièrement dans le scénario sur le corps, tel qu'une attention spéciale est accordée à la robustesse et l'immunité contre la proximité du corps humain. / This work is devoted to the theory and numerical simulations of novel wireless-communicating textiles featuring multi-material RF fiber antennas embedded into textiles. The research is driven by an attempt to change the concept of wearables from large devices mounted on the body to a hidden and comfortable wearables integrated into your clothes. RF textiles antennas are expected to find multiple applications in various sectors of healthcare, child and elderly monitoring - telemedicine and home-nursing, security, search and rescue. RF textiles antennas, previously developed in our group, are made from multi-material fiber by incorporating a conductive layer of silver within a silica capillary of 100μm diameter using liquid phase deposition technique. The structure of these wearable antennas is flexible, conform to the body, and non-invasive. In this work the performance of two fiber antennas, namely dipole and loop, is investigated at ISM-band through numerical simulations using ANSYS HFSS both in free space and on-body scenario. For this purpose, the specific multi-layer human body model was developed using the “Federal Communication Commission” guidelines to assign the dielectric properties of each tissue and to satisfy all safety regulations. Simulated results include the shifting of resonance frequency, affected radiation patterns, radiation field above the body, efficiency and SAR measurements. In addition, antenna-body-separation distance and weather effects are also investigated. Presented results are then analyzed in terms of pros and cons of the two fiber antenna designs, especially in on-body scenario, as special attention is given to the robustness and immunity against the vicinity of human body.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2015-2016 / Lorsque fortement focalisées, les impulsions laser de haute puissance génèrent des champs électromagnétiques d’amplitude gigantesque. Ces derniers peuvent être mis à profit pour accélérer des électrons à une grande énergie sur une très courte distance. Les progrès récents dans le domaine des lasers de haute puissance laissent ainsi entrevoir des perspectives excitantes dans le développement d’une nouvelle génération d’accélérateurs laser qui seraient beaucoup plus compacts et moins dispendieux que les accélérateurs d’électrons conventionnels. Parmi les différents schémas d’accélération laser proposés, l’utilisation d’impulsions laser de polarisation radiale s’avère prometteuse. Cette méthode tire profit de la composante longitudinale du champ électrique au centre d’un faisceau laser de type TM01 afin d’accélérer des électrons le long de l’axe optique. L’objectif spécifique du projet de doctorat présenté dans cette thèse est d’étudier l’accélération d’électrons par impulsions TM01 dans le régime des impulsions ultrabrèves et fortement focalisées. Dans ces conditions extrêmes, les impulsions laser doivent impérativement être modélisées à l’aide de solutions exactes aux équations de Maxwell. Nous présentons d’abord une technique permettant d’obtenir une solution exacte sous forme fermée aux équations de Maxwell pour décrire le champ électromagnétique de l’impulsion TM01. Cette solution exacte nous permet de modéliser rigoureusement la dynamique en régime d’impulsions ultrabrèves et fortement focalisées et d’en faire ressortir les caractéristiques intéressantes. Il est également mis en évidence qu’une solution exacte pour le champ électromagnétique n’est pas seulement utile en régime non paraxial, mais qu’elle est également nécessaire pour modéliser correctement la dynamique dans des conditions de faible focalisation. Une partie de cette thèse s’intéresse finalement à une application intéressante de l’accélération par impulsions TM01 ultrabrèves et fortement focalisées, soit la production d’impulsions ultrabrèves d’électrons sous-relativistes. À l’aide de simulations particle-in-cell, nous démontrons la possibilité d’accélérer des impulsions d’électrons d’une durée de l’ordre de la femtoseconde à quelques centaines de keV d’énergie lorsqu’une impulsion TM01 de quelques centaines de gigawatts est focalisée dans un gaz de faible densité. Étant situées dans la fenêtre énergétique adéquate, ces impulsions d’électrons pourraient permettre d’améliorer significativement la résolution temporelle dans les expériences d’imagerie atomique et moléculaire par diffraction électronique ultrarapide. / When focused on a tiny spot, high-power laser pulses generate gigantic electromagnetic fields. Under these strong field conditions, charged particles can be accelerated up to high energies over short distances. Recent advances in high-power laser technology hint at exciting new possibilities in the development of a new generation of laser-driven electron accelerators that are expected to offer a robust, compact, and low-cost alternative to conventional linear accelerators. Among the many proposed laser-driven acceleration schemes, the use of radially polarized laser pulses is very promising. In this method, the electrons are accelerated along the optical axis by the strong longitudinal electric field component at the center of a TM01 beam. The main objective of this thesis is to investigate electron acceleration driven by TM01 pulses under ultrashort pulse and strong focusing conditions. In this nonparaxial and ultrashort pulse regime, the laser pulses must be rigorously modeled as exact solutions to Maxwell’s equations. We first present the tools that are used to obtain an exact closed-form solution to Maxwell’s equations for a TM01 pulse. This exact solution allows us to accurately model the acceleration process and to highlight several interesting properties of the dynamics in the nonparaxial and ultrashort pulse regime. It is also shown that an exact solution is not only useful to investigate electron acceleration under nonparaxial conditions, but also necessary to correctly describe the dynamics in the weak focusing limit. A part of this thesis is also concerned with an interesting property of the acceleration driven by ultrashort and tightly focused TM01 pulses, namely the generation of ultrashort bunches of subrelativistic electrons. Using particle-in-cell simulations, we demonstrate the possibility of generating one-femtosecond electron pulses at few-hundred-keV energies when a few-hundred-GW TM01 pulse is tightly focused in a low-density gas. Since they are located in the appropriate energy window, these electron pulses could potentially lead to a significant improvement in the time resolution of atomic and molecular imaging experiments based on ultrafast electron diffraction.

Le récent développement de la méthode de discrimination spectrale pour la calibration des dosimètres à fibres scintillantes plastiques (PSD) a conduit au développement du premier dosimètre commercial de ce type, soit l’Exradin W1 (STANDARD IMAGING INC., Middleton, WI, U.S.). Comme tout nouveau dosimètre, celui-ci se devait d’être caractérisé afin d’évaluer sa fiabilité en conditions standards d’irradiation. Le but premier du projet était d’effectuer cette validation. Les résultats obtenus ont démontré que le dosimètre à scintillation était un excellent candidat pour réaliser des mesures de dose hors-champ telles que rencontrées lors de l’évaluation de la réduction de dose aux appareils cardiaques implantables (ACI) par blindage. Les mesures effectuées avec l’Exradin W1 ont démontré une importante réduction de dose autant pour les simples champs antéro-postérieurs (de 40 % à 80 % de réduction de dose) que pour les traitements cliniques complexes (entre 5 % et 45 % de réduction de dose). / The recent development of the spectral method for correction of the Cˇ erenkov light in plastic scintillation detectors (PSD) have led to the first commercial dosimeter of this type, the Exradin W1 (STANDARD IMAGING INC., Middleton, WI, U.S.). As any new commercial dosimeter, it had to be characterized and validated in different situations of radiation. The first purpose of this project was to perform this validation. The results of characterization have shown that PSD is an efficient dosimeter to make out-of-field doses measurements as required in the evaluation of the feasibility of using a lead sheet to reduce dose to Cardiac Implantable Electronic Devices, CIED. Measurements performed with PSD shown an important reduction of doses by the shielding for square anterior-posterior field (40 % to 80 %) and also for complex clinical treatments (5 % to 45 %).

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.