Le développement de nouvelles modalités de traitement telles que la RCMI et la radiothérapie stéréotaxique s'accompagne d'une utilisation croissante de champs d'irradiation complexes obtenus par superposition de faisceaux de petite taille ayant de multiples angles d'incidence. Ces nouvelles conditions de traitement sont très différentes des conditions de référence sur lesquelles se basent les protocoles dosimétriques internationaux. Ces travaux de thèse se proposent de réaliser des références dosimétriques pour des champs d'irradiation de dimensions inférieures à 10 x 10 cm², à savoir 4 x 4 et 2 x 2 cm². Il s'agit, dans la pratique, de comparer les coefficients d'étalonnage d'une chambre d'ionisation en termes de dose absorbée dans l'eau, pour les faisceaux de photons de 6 MV (avec et sans cône égalisateur) et de 12 MV de l'accélérateur linéaire médical du LNHB. Les références ont été déterminées à partir d'une mesure par calorimétrie graphite. Pour les mesures en champ 2 x 2 cm², un calorimètre disposant d'un absorbeur de petites dimensions a été construit. Par ailleurs, une chambre d'ionisation adaptée à cette taille de champ a été recherchée. Nous avons montré que, pour les faisceaux étudiés, le coefficient d'étalonnage de la chambre d'ionisation de référence est indépendant de la dimension du champ d'irradiation entre 10 x 10 et 2 x 2 cm², aux incertitudes près (environ 0,4 % à un écart-type).

Ces dernières années, les techniques de traitement des cancers par radiothérapie externe se sont complexifiéesafin de cibler la tumeur tout en protégeant les organes à risque. Les systèmes de planification de traitement (TPS)réalisent un calcul prévisionnel de la distribution de la dose absorbée dans le patient (via des images CT).Afin d’obtenir un résultat de dose précis dans un temps raisonnable, le calcul est effectué par des algorithmessimplifiés. En présence de dispositifs médicaux métalliques de masses volumiques élevées (prothèses de hancheou prothèses dentaires), les algorithmes atteignent leurs limites. De plus, ces dispositifs perturbent lareconstruction tomodensitométrique en créant des artéfacts sur les images rendant difficile la délinéation desorganes. L’objectif de ce travail a été d’évaluer les algorithmes implémentés dans les TPS en présenced’hétérogénéités de forte densité avec des mesures expérimentales et le code de calcul Monte-Carlo BEAMnrcdans un fantôme anthropomorphique tout d’abord avec des échantillons naturels, puis avec des échantillonscalibrés. Ensuite, une évaluation rétrospective des algorithmes cliniques par rapport à Monte-Carlo a été réaliséeavec des patients traités en RC3D et en RCMI.Les mesures ont mis en évidence une atténuation pouvant aller jusqu’à 17 % pour l’amalgame dentaire parrapport à l’algorithme clinique sur les images CT avec artéfacts, créant une zone de sous-dosage dans le volumecible. L’ensemble des résultats a donné lieu à des recommandations pour la clinique (corriger les images CT si levolume cible est à moins de 3 cm d’une prothèse, privilégier l’algorithme AAA plutôt que Pencil Beam…). / The last few years, cancer treatment techniques in radiation therapy have become more complex to better targetthe tumor while protecting the organs at risk. The treatment planning systems (TPS) achieve a predictivecalculation of the distribution of the dose absorbed by the patient (via CT images).In order to obtain an accurate dose result within a reasonable time, the calculation is performed with simplifiedalgorithms. In the presence of medical devices made of high density metal (hip prosthesis or dental prosthesis),the algorithms reach their limits. Moreover, these devices disrupt computed tomography reconstruction, creatingartifacts on the images and thus making difficult the delineation of organs. The aim of this work is to evaluatethe algorithms of the TPS in the presence of high density heterogeneity using experimental measurements andthe Monte Carlo BEAMnrc code in an anthropomorphic phantom: on one hand with natural samples, and on theother hand, with calibrated samples. Then, a retrospective evaluation of clinical algorithms compared to MonteCarlo is achieved using treated patients in Conformal Radiotherapy and in Intensity Modulated RadiationTherapy (IMRT). The measurements show an attenuation of up to 17 % for dental amalgam compared with theclinical algorithm on CT images with artifacts, creating an under-dosage area in the target volume. All theseresults lead to recommendations for the clinical treatments (corrected CT images if the target volume is closerthan 3 cm to prosthesis, favor the AAA algorithm rather than Pencil Beam …).

Une des innovations technologiques majeures de ces dernières années a été le lancement des caméras de profondeur qui peuvent être utilisées dans un large spectre d’applications, notamment pour la robotique, la vision par ordinateur, l’automatisation, etc. Ces dispositifs ont ouvert de nouvelles opportunités pour la recherche scientifique appliquée au domaine médical. Dans le cadre de cette thèse, nous évaluerons l’apport potentiel de l’utilisation du capteur de profondeur grand public « Kinect V2 » dans l’optique de répondre à des problématiques cliniques actuelles en radiothérapie ainsi qu’en réanimation. Le traitement par radiothérapie étant administré sur plusieurs séances, l'un des objectifs clés de ce traitement est le positionnement quotidien du patient dont la précision est impactée par les mouvements respiratoires. D’autre part, les mouvements de la machine ainsi que les éventuels mouvements du patient peuvent entraîner des collisions machine/machine ou machine/patient. Nous proposons un système de détection surfacique pour la gestion des mouvements inter- et intrafractions en radiothérapie externe. Celui-ci est basé sur un algorithme rigide de recalage surfacique pour estimer la position de traitement et un système de détection de collisions en temps réel pour satisfaire les conditions de sécurité durant le traitement. Les résultats obtenus sont encourageants et montrent un bon accord avec les systèmes cliniques. Coté réanimation médicale, la recherche de nouveaux dispositifs non invasifs et sans contact tend à optimiser la prise en charge des patients. La surveillance non invasive de la respiration des patients sous ventilation spontanée est capitale pour les patients instables mais aucun système de suivi à distance n’existe à ce jour. Dans ce contexte, nous proposons un système de mesure sans contact capable de calculer les paramètres ventilatoires en observant les changements morphologiques de la zone thoracique des patients. La méthode développée donne une précision de mesures cliniquement acceptable. / In recent years, one of the major technological innovations has been the introduction of depth cameras that can be used in a wide range of applications, including robotics, computer vision, automation, etc. These devices have opened up new opportunities for scientific research applied to the medical field. In this thesis, we will evaluate the potential use of the "Kinect V2" depth camera in order to respond to current clinical issues in radiotherapy and resuscitation in intensive care unit.Given that radiotherapy treatment is administered over several sessions, one of the key task is to daily reposition the patient in the same way as during the planning session.The precision of such repositioning is impacted by the respiratory motion. On the other hand, the movements of the machine as well as the possible movements of the patient can lead to machine / machine or machine /patient collisions. We propose a surface detection system for the management of inter and intra-fraction motion in external radiotherapy. This system is based on a rigid surface registration algorithm to estimate the treatment position and a real-time collision detection system to ensure patient safety during the treatment.Obtained results are encouraging and show a good agreement with available clinical systems.Concerning medical resuscitation, there is a need for new non-invasive and non-contact devices in order to optimize patient care. Non-invasive monitoring of spontaneous breathing for unstable patients is crucial in the intensive care unit. In this context, we propose a non-contact measurement system capable of calculating the parameters of patient's ventilation by observing thoracic morphological movements. The developed method gives a clinically acceptable precision. Such system is the first to solve previously described issue.

Le cancer de la prostate est l'un des cancers les plus fréquents chez l'homme. L'un des traitements standard est la radiothérapie externe, qui consiste à délivrer un rayonnement d'ionisation à une cible clinique, en l'occurrence la prostate et les vésicules séminales. Les objectifs de la radiothérapie externe sont la délivrance d'une dose d'irradiation maximale à la tumeur tout en épargnant les organes voisins (principalement le rectum et la vessie) pour éviter des complications suite au traitement. Comprendre les relations dose/toxicité est une question centrale pour améliorer la fiabilité du traitement à l'étape de planification inverse. Des modèles prédictifs de toxicité pour le calcul des probabilités de complications des tissus sains (normal tissue complication probability, NTCP) ont été développés afin de prédire les événements de toxicité en utilisant des données dosimétriques. Les principales informations considérées sont les histogrammes dose-volume (HDV), qui fournissent une représentation globale de la distribution de dose en fonction de la dose délivrée par rapport au pourcentage du volume d'organe. Cependant, les modèles actuels présentent certaines limitations car ils ne sont pas totalement optimisés; la plupart d'entre eux ne prennent pas en compte les informations non-dosimétrique (les caractéristiques spécifiques aux patients, à la tumeur et au traitement). De plus, ils ne fournissent aucune compréhension des relations locales entre la dose et l'effet (dose-espace/effet relations) car ils n'exploitent pas l'information riche des distributions de planification de dose 3D. Dans un contexte de prédiction de l'apparition de saignement rectaux suite au traitement du cancer de la prostate par radiothérapie externe, les objectifs de cette thèse sont : i) d'extraire des informations pertinentes à partir de l'HDV et des variables non-dosimétriques, afin d'améliorer les modèles NTCP existants et ii) d'analyser les corrélations spatiales entre la dose locale et les effets secondaires permettant une caractérisation de la distribution de dose 3D à l'échelle de l'organe. Ainsi, les stratégies visant à exploiter les informations provenant de la planification (distributions de dose 3D et HDV) ont été proposées. Tout d'abord, en utilisant l'analyse en composantes indépendantes, un nouveau modèle prédictif de l'apparition de saignements rectaux, combinant d'une manière originale l'information dosimétrique et non-dosimétrique, a été proposé. Deuxièmement, nous avons mis au point de nouvelles approches visant à prendre conjointement profit des distributions de dose de planification 3D permettant de déceler la corrélation subtile entre la dose locale et les effets secondaires pour classer et/ou prédire les patients à risque de souffrir d'un saignement rectal, et d'identifier les régions qui peuvent être à l'origine de cet événement indésirable. Plus précisément, nous avons proposé trois méthodes stochastiques basées sur analyse en composantes principales, l'analyse en composantes indépendantes et la factorisation discriminante en matrices non-négatives, et une méthode déterministe basée sur la décomposition polyadique canonique de tableaux d'ordre 4 contenant la dose planifiée. Les résultats obtenus montrent que nos nouvelles approches présentent de meilleures performances générales que les méthodes prédictives de la littérature. / Prostate cancer is among the most common types of cancer worldwide. One of the standard treatments is external radiotherapy, which involves delivering ionizing radiation to a clinical target, in this instance the prostate and seminal vesicles. The goal of radiotherapy is to achieve a maximal local control while sparing neighboring organs (mainly the rectum and the bladder) to avoid normal tissue complications. Understanding the dose/toxicity relationships is a central question for improving treatment reliability at the inverse planning step. Normal tissue complication probability (NTCP) toxicity prediction models have been developed in order to predict toxicity events using dosimetric data. The main considered information are dose-volume histograms (DVH), which provide an overall representation of dose distribution based on the dose delivered per percentage of organ volume. Nevertheless, current dose-based models display limitations as they are not fully optimized; most of them do not include additional non-dosimetric information (patient, tumor and treatment characteristics). Furthermore, they do not provide any understanding of local relationships between dose and effect (dose-space/effect relationship) as they do not exploit the rich information from the 3D planning dose distributions. In the context of rectal bleeding prediction after prostate cancer external beam radiotherapy, the objectives of this thesis are: i) to extract relevant information from DVH and non-dosimetric variables, in order to improve existing NTCP models and ii) to analyze the spatial correlations between local dose and side effects allowing a characterization of 3D dose distribution at a sub-organ level. Thus, strategies aimed at exploiting the information from the radiotherapy planning (DVH and 3D planned dose distributions) were proposed. Firstly, based on independent component analysis, a new model for rectal bleeding prediction by combining dosimetric and non-dosimetric information in an original manner was proposed. Secondly, we have developed new approaches aimed at jointly taking advantage of the 3D planning dose distributions that may unravel the subtle correlation between local dose and side effects to classify and/or predict patients at risk of suffering from rectal bleeding, and identify regions which may be at the origin of this adverse event. More precisely, we proposed three stochastic methods based on principal component analysis, independent component analysis and discriminant nonnegative matrix factorization, and one deterministic method based on canonical polyadic decomposition of fourth order array containing planned dose. The obtained results show that our new approaches exhibit in general better performances than state-of-the-art predictive methods.

Ce travail de thèse présente la conception et la mise en œuvre de méthodes innovantes d'évaluation quantitative et automatique de la qualité des outils de planification géométrique des traitements en radiothérapie externe. Le contrôle de qualité des systèmes de planification des traitements (TPS) est obligatoire en France et dans le monde de par les risques encourus, mais les outils physiques<br />recommandés pour mener à bien ce contrôle de qualité sont inadaptés. Nous présentons une nouvelle méthodologie de contrôle qualité basée sur la définition d'Objets-Tests Numériques (OTN) qui sont directement introduits dans le TPS sans passer par le capteur. Ces objets numériques sont définis à la fois sous des représentations continues et discrètes cohérentes. Les réponses des TPS aux OTN d'entrée sont comparées aux résultats théoriques grâce à des figures de mérite spécifiquement définies pour chaque type de données. Ce procédé permet alors d'évaluer quantitativement et automatiquement la qualité des TPS. Les tests effectués au cours de ce travail ont permis de valider nos solutions de contrôle qualité pour les outils de contourage automatique, d'expansion et d'érosion automatiques, de positionnement de l'isocentre, de conformation du collimateur, de génération des radiographies digitales reconstruites, de positionnement des marqueurs cutanés, ainsi que pour la rotation du collimateur, l'incidence, la divergence et les dimensions des faisceaux affichés. Les solutions d'assurance qualité des TPS que nous proposons dans ce travail sont donc rapides et efficaces d'une part (aucune acquisition par le capteur source, manipulations réduites), et plus précises d'autre part, de par l'équivalence continue-discrète mise en place à la source de la modélisation.

Contrôle de qualité dosimétrique des systèmes de planification des traitements par radiothérapie externe à l'aide d'Objets-Tests Numériques calculés par simulations Monte-Carlo PENELOPE En raison des besoins de précision et de l'importance des risques associés, les traitements anticancéreux par radiothérapie externe sont simulés sur des Systèmes de Planification des Traitements ou TPS avant d'être réalisés, afin de s'assurer que la prescription médicale est respectée tant du point de vue de l'irradiation des volumes cibles que de la protection des tissus sains. Ainsi les TPS calculent des distributions de dose prévisionnelles dans le patient et les temps de traitement par faisceau qui seront nécessaires pour délivrer la dose prescrite. Le TPS occupe une position clé dans le processus décisionnel des traitements par radiothérapie. Il est donc impératif qu'il fasse l'objet d'un contrôle approfondi des ses performances (contrôle de qualité ou CQ) et notamment de ses capacités à calculer avec précision les distributions de dose dans les patients pour l'ensemble des situations cliniques qu'il est possible de rencontrer. Les méthodes " traditionnelles " recommandées pour le CQ dosimétrique des algorithmes de calcul de dose implémentés dans les TPS s'appuient sur des comparaisons entre des distributions de dose calculées par le TPS et des distributions de dose mesurées sous l'appareil de traitement dans des Objets-Tests Physiques (OTP). Dans ce travail de thèse nous proposons de substituer aux mesures de dose de référence réalisées dans des OTP des calculs de distribution de dose dans des Objets-Tests Numériques, calculs réalisés grâce au code Monte-Carlo PENELOPE. L'avantage de cette méthode est de pouvoir d'une part, simuler des conditions proches de la clinique, conditions très souvent inaccessibles par la mesure du fait de leur complexité, et d'autre part, de pouvoir automatiser le processus de CQ du fait de la nature d'emblée numérique des données de référence. Enfin une telle méthode permet de réaliser un CQ du TPS extrêmement complet sans monopoliser les appareils de traitement prioritairement utilisés pour traiter les patients. Cette nouvelle méthode de CQ a été testée avec succès sur le TPS Eclipse de la société Varian Medical Systems.

La prostate est un organe pelvien qui joue un rôle important dans son environnement anatomique, notamment en assurant la sécrétion d’un liquide essentiel dans la composition du liquide séminal. Le cancer de la prostate représente la première cause mortalité chez l’homme à un âge avancé. Ce travail concerne le développement par la méthode des éléments finis d'un modèle numérique du mouvement des organes pelviens (prostate, vessie, rectum) et de leurs interactions. L’objectif est la réduction des marges d'irradiation du volume cible au cours d'une séance de radiothérapie, afin de ne pas altérer les organes sains avoisinants. Les marges choisies sont importantes compte tenu du fait que la prostate subi des déplacements importants lors des interactions permanentes avec les organes avoisinants. Un premier modèle est construit à partir de la géométrie des organes pelviens générée à partir d'images scanner acquises sur patients. Des lois hyper-élastiques sont adoptées pour modéliser le comportement mécanique du rectum et de la vessie et un comportement Hookéen est considéré pour la prostate. Les paramètres physiques du modèle sont déterminés à partir de la littérature, des données expérimentales et de nos propres mesures. Les conditions aux limites cinématiques et statiques (pressions de distension intra-vésicale et intra-rectale) sont définies à partir des observations anatomiques et reflètent la présence de l’entourage anatomique et les conditions de chargement. Des comparaisons entre les variations de forme et de position d'organes obtenues par simulation et les mesures obtenues par imagerie scanner (Keros et al. ; 2006) montrent des amplitudes de déplacements proches, avec des écarts variant entre 8% et 11%. Un modèle prenant en compte la variabilité des paramètres physiques inter et intra patients est envisagé en perspectives / The prostate plays an important biological role in the human body, such as secretion of some prostatic liquid essential in the semen composition. Prostate cancer is the first cause of mortality for men at an advanced age. The prostate motion due to the interactions with the surrounding anatomic entities is difficult to predict, hence important margins are usually adopted during X-ray irradiation, in order not to damage the surrounding healthy organs (bladder and rectum). The principal objective of this work is to set up a FE model of the motion and deformation of the human pelvic organs in order to reduce the margins. A first model is constructed from CT-scans of the human pelvic organs, allowing the generation of the organ geometrics. Hyperelastic modeling of the bladder and rectum behaviors were considered whereas a Hookean model was retained for the prostate. The model parameters are fixed by adopting literature data, experimental data (from CHU-Nancy) and experimental measurements achieved on pig. Boundary conditions are defined according either surrounding anatomy kinematic constraints or internal pressures that correspond to the bladder and rectum repletion’s. Simulated displacements show order of magnitudes of the prostate motion very close to measurements carried out by Keros et al. (2006) on a deceased person, with a relative error ranging from 8% to 11%. Those differences are essentially due to the variability in the physical parameters, pointing out the need for a statistical approach in order to take into account the material, geometrical and loading variability related to a panel of patients

En radiothérapie externe, le traitement est administré au patient avec une séance chaque jour en utilisant le traitement établi en amont et répété jusqu’à la fin du traitement. La planification du traitement est établie par un système de planification du traitement (TPS) qui utilise des informations basées sur l’anatomie du patient (CT, IRM, TEP) et un calcul de dose. L'intégration aux unités de traitement des dispositifs d´ imagerie embarquée peuvent être utilisées pour vérifier la position du patient et son anatomie (dispositif d’imagerie Portal Électronique - EPID-, tomodensitométrie à faisceau conique - CBCT -). L'objectif principal est de fournir une solution robuste pour la routine afin de contrôler la dose délivrée au patient avec la dose prévue établie à partir du TPS. La première partie de ce travail consiste à intégrer une comparaison d'images EPID pour chaque fraction par rapport à la fraction planifiée (images CT) en acceptant, rejetant ou ignorant la différence de position et de niveau de dose du patient selon une tolérance seuil définie par l’utilisateur. La deuxième partie consiste à utiliser l´ imagerie volumique embarquée pour reconstruire la dose délivrée fraction par fraction en réalisant un calcul de dose. Avec la dose reçue par le patient jour après jour, sur la base de nouveaux indicateurs, il est possible d’établir une traçabilité permettant d’identifier les déviations et d’évaluer la qualité du traitement.Pour conclure, ces nouveaux indicateurs permettraient une double traçabilité : d'une part l'amélioration du calcul de dose puis l'efficacité du traitement ; d´ autre part, la sécurité du traitement et de la technique utilisée. / In external radiation therapy, the treatment is delivered to the patient with a fraction every day using the treatment established before and repeated until the end of the treatment. Treatment planning is establish using anatomical information of the patient and a dose calculation. New technologies already integrated to the treatment units can be used to check the positioning of the patient and anatomical information (Electronic Portal Imaging Device - EPID-, Cone Beam Computed Tomography - CBCT - ).The main goal is to develop a system to control the dose delivered to the patient from the dose establish with the TPS.The first aim of this work is to integrate portal images to compare and assess the position of the patient at each fraction to the planned one (CT images) by accepting, rejecting or ignoring the patient positioning and dose level discrepancy according to a tolerance threshold defined by the user. The second aim is to integrate on boardimaging to reconstruct the delivered dose using a dose calculation. Following the dose received by the patient day after day, based on new indicators, it can be established a traceability to identify deviation and assess treatment quality.To conclude, these new indicators would allow a double traceability : in one hand the improvement of the calculation and then the efficiency of the treatment ; in another hand the safety of the treatment and the technique used.

Les atteintes cardiovasculaires consécutives à la radiothérapie font partie des effets secondaires tardifs soulevant de nombreuses interrogations au sein de la communauté scientifique, notamment du point de vue de la relation dose-Effet et des effets concomitants d’autres facteurs de risque (chimiothérapie, cholestérol, âge, tension artérielle,…). Les coronaropathies post-Radiques sont une des principales causes de morbidité cardiaque. Cependant, l’étude des doses reçues par les coronaires lors d’une radiothérapie requiert des approximations importantes, notamment d’un point de vue morphologique. Pour les études rétrospectives avec des dossiers médicaux anciens, les informations anatomiques sont réduites à des radiographies orthogonales et quelques contours au simulateur. Pour les dossiers médicaux plus récents, l’utilisation de l’imagerie scanner pour la planification de traitement permet la considération d’une anatomie 3D, toutefois extrêmement limitée pour les coronaires en raison d’une résolution et d’un contraste trop faibles. Par ailleurs, lors de la planification de traitement des patients traités actuellement, les doses reçues par les artères coronaires sont rarement quantifiées en clinique, et quand elles le sont, c’est au moyen d’une segmentation par a priori anatomique. Ce travail de thèse propose une utilisation originale des fantômes numériques hybrides afin d’étudier les doses aux coronaires dans le cadre de radiothérapies du sein gauche et du lymphome de Hodgkin.Au cours de la thèse, une méthode d’insertion de fantômes numériques hybrides au format DICOM dans le système de planification de traitement a été développée et validée. Elle a été adaptée et testée avec des informations anatomiques limitées aux radiographies comme c’est le cas pour les dossiers médicaux anciens, pour des traitements du sein gauche.La méthode a également été adaptée pour effectuer des reconstructions dosimétriques précises aux artères coronaires de patients traités par radiothérapie pour un lymphome de Hodgkin médiastinal, ayant bénéficié d’un suivi cardiovasculaire incluant le diagnostic de sténoses coronariennes à l’aide d’un coroscanner. Par une étude cas-Témoin, le risque de sténoses à un segment d’artère coronaire donné a été évalué comme étant multiplié par 1,049 à chaque Gray aditionnel sur la dose médiane au segment d’artère coronaire.Pour les dossiers actuels, les incertitudes associées à l’approche de segmentation par a priori anatomique des artères coronaires ont été estimées dans le cadre du traitement du sein gauche, en simulant différentes topologies réalistes d’artères coronaires dans un unique thorax et en évaluant les doses, pour une balistique donnée avec et sans irradiation de la chaîne mammaire interne. La variabilité inter-Topologique de la dose moyenne à l’artère coronaire la plus irradiée, l’interventriculaire antérieure, a été estimée à respectivement 35%et 19% avec et sans irradiation de la chaîne mammaire interne tandis qu’avec la dose aux 2% du volume de l’artère interventriculaire les plus irradiés, cette variabilité est respectivement de 76% et 49%.Enfin, l’ordre de grandeur des écarts entre des mesures par films radiochromiques et des calculs de dose du système de planification de traitement ISOgray en bordure de champ et hors du champ a été évalué pour des configurations simple (fantôme physique homogène parallélépipédique, champ carré ouvert) et complexe (fantôme physique anthropomorphe avec hétérogénéités, faisceaux tangentiels rectangulaires avec filtres en coin). Ces écarts sont jugés significatifs essentiellement en bordure de champ quelle que soit la configuration. / Cardiovascular diseases following radiotherapy are major secondary late effects raising questions among the scientific community, especially regarding the dose-Effect relationship and confounding risk factors (chemotherapy, cholesterolemia, age at treatment, blood pressure,…). Post-Radiation coronary diseases are one of the main causes of cardiac morbidity. Some approximations are made when coronary doses due to radiotherapy are estimated, especially regarding the morphology. For retrospective studies with old medical records, only radiographs are usually available with sometimes some contours made with a simulator. For recent medical records, CT scans displaying the anatomy in 3D are used for radiotherapy simulation but do not allow the coronary artery visualization due to low resolution and contrast. Currently, coronary doses are barely assessed in clinical practice, and when it is done, anatomical prior knowledge is generally used. This thesis proposes an original approach based on hybrid computational phantoms to study coronary artery doses following radiotherapy for left-Side breast cancer and Hodgkin lymphoma.During the thesis, a method inserting hybrid computational phantoms in a DICOM format into the treatment planning system has been developed and validated. It has been adapted and tested in conditions where only radiographs provide anatomical information, as with old medical records for left side breast radiotherapy.The method has also been adapted to perform precise dose reconstructions to the coronary artery for patients treated for a mediastinal Hodgkin lymphoma and diagnosed with coronary stenosis through a coroscanner. A case-Control study was carried out and the risk of coronary stenosis on a coronary artery segment was assessed to be multiplied by 1.049 at each additional gray on the median dose to the coronary artery segment.For recent medical records, coronary doses uncertainties related to an approach by anatomical prior knowledge segmentation were estimated for a left side breast radiotherapy by simulating different realistic coronary artery topologies in a single representative thorax anatomy and calculating doses due to beam sets, with and without irradiation of the internal mammary chain. The inter-Topology variability of the mean dose to the most irradiated coronary artery, the left descending coronary artery, was assessed to 35% and 19% with and without the internal mammary chain irradiation, respectively; and it was of 76% and 49%, respectively, considering the dose to the most irradiated 2% of this coronary artery volume.Finally, an order of magnitude of the differences between measurments by radiochromic films and dose calculations by the ISOgray treatment planning system in the peripheral field area, has been estimated by for both a simple configuration (parallelepiped physical phantom, homogeneous media, open square field) and a complex configuration (anthropomorphic physical phantom, heterogeneous media, rectangular tangential beams with wedge filter). These differences were judged significant essentially around the geometrical border of the irradiation field for both configuration.

Les imageurs embarqués sur les appareils de traitement par radiothérapie sont des dispositifs très efficaces pour améliorer la précision géométrique des irradiations. Cependant, ils ne sont pertinents que s'ils font l'objet de contrôles de performances précis et réguliers. Notre propos a donc été de développer des solutions logicielles permettant d'automatiser l'analyse des images de contrôle de qualité des principaux modes utilisés en imagerie de repositionnement : le mode 2D-MV qui mesure l'image radiante bidimensionnelle haute énergie transmise par le patient pendant le traitement, les modes 2D-kV (images bidimensionnelles basse énergie) et mode 3D (images tridimensionnelles MV ou kV) qui permettent de réajuster la position du patient avant de traiter. Nous avons également automatisé l'analyse des images du test de Winston & Lutz utilisé pour évaluer la précision mécanique des appareils de traitement sur lesquels s'exercent des contraintes supplémentaires dues au poids supplémentaire de l'imageur embarqué. Enfin nous avons développé et mis en oeuvre une méthodologie originale et performante utilisant des objetstest numériques pour évaluer les performances des solutions logicielles mises au point. Au bilan, l'automatisation des contrôles de qualité des imageurs embarqués avec les solutions logicielles développées dans le cadre de ces travaux de thèse permet de réduire d'un facteur de 100 le temps consacré par l'équipe de physique médicale à l'analyse des résultats des contrôles tout en améliorant leur précision grâce à l'utilisation d'analyses objectives et reproductibles et leur traçabilité grâce à l'édition automatique de rapports de contrôle et d'études statistiques.