La tomodensitométrie (TDM) effectuée dans les centres référents chez les patients ayant une indication de transfert immédiat ainsi que la TDM répétée dans le centre de traumatologie spécialisé sont déconseillés dans les guides de pratiques cliniques. Nous avons mené une étude de cohorte rétrospective multicentrique pour estimer l'incidence de la TDM avant et après le transfert dans l'ensemble et dans les groupes de patients ayant une indication de transfert (traumatismes crâniens modérés ou sévères, blessures médullaires, fractures pelviennes et polytraumatismes). Nous avons également évalué les variations interhospitalières ; identifié les prédicteurs ; et quantifié l'influence de la TDM avant le transfert sur le délai du transfert. Nous avons observé que plus de la moitié et plus du tiers des patients avaient subi respectivement une TDM avant et après le transfert. La variation interhospitalière était modérée pour la TDM avant le transfert et faible pour la TDM répétée après le transfert. L'augmentation de l'âge, le sexe masculin, les chutes et des antécédents médicaux étaient associés à une probabilité élevée de subir une TDM avant le transfert. La TDM répétée après le transfert était associée à la période d'étude, l'âge, la blessure à la tête, la sévérité des blessures, des antécédents médicaux et le niveau de désignation du centre référent. Quel que soit le type de traumatisme, le délai de transfert était deux fois plus long chez les patients ayant subi une TDM avant le transfert. Ces informations peuvent être utilisées afin d'améliorer l'adhésion aux directives de pratique clinique. / Clinical guidelines advise against computed tomography (CT) imaging performed at referral centers in patients with an indication for immediate transfer as well as repeat CT scans at the major trauma center. We conducted a multicenter retrospective cohort study to estimate the incidence of pre- and post-transfer CT overall and in injury groups with an indication for immediate transfer (moderate to severe traumatic brain injuries, spinal cord injuries, severe pelvic fractures, and multi-system trauma). We also assessed interhospital variation; identified predictors; and quantified the influence of pre-transfer CT on delays to transfer. We observed that more than half and more than one-third of patients underwent pre- and post-transfer CT imaging, respectively. Interhospital variation was moderate for pre-transfer CT and lower for repeat post-transfer CT. Increased age, male sex, falls, and certain pre-existing conditions were associated with an increased odds of pre-transfer CT. Repeat post-transfer CT was associated with study year, age, head injury, injury severity, certain pre-existing conditions, and designation level of the referral center. Regardless of trauma types, delays to transfer were doubled in patients who had a pre-transfer CT. This information may be used to drive improvements adherence to clinical practice guidelines.

La tomodensitométrie (TDM) effectuée dans les centres référents chez les patients ayant une indication de transfert immédiat ainsi que la TDM répétée dans le centre de traumatologie spécialisé sont déconseillés dans les guides de pratiques cliniques. Nous avons mené une étude de cohorte rétrospective multicentrique pour estimer l'incidence de la TDM avant et après le transfert dans l'ensemble et dans les groupes de patients ayant une indication de transfert (traumatismes crâniens modérés ou sévères, blessures médullaires, fractures pelviennes et polytraumatismes). Nous avons également évalué les variations interhospitalières ; identifié les prédicteurs ; et quantifié l'influence de la TDM avant le transfert sur le délai du transfert. Nous avons observé que plus de la moitié et plus du tiers des patients avaient subi respectivement une TDM avant et après le transfert. La variation interhospitalière était modérée pour la TDM avant le transfert et faible pour la TDM répétée après le transfert. L'augmentation de l'âge, le sexe masculin, les chutes et des antécédents médicaux étaient associés à une probabilité élevée de subir une TDM avant le transfert. La TDM répétée après le transfert était associée à la période d'étude, l'âge, la blessure à la tête, la sévérité des blessures, des antécédents médicaux et le niveau de désignation du centre référent. Quel que soit le type de traumatisme, le délai de transfert était deux fois plus long chez les patients ayant subi une TDM avant le transfert. Ces informations peuvent être utilisées afin d'améliorer l'adhésion aux directives de pratique clinique. / Clinical guidelines advise against computed tomography (CT) imaging performed at referral centers in patients with an indication for immediate transfer as well as repeat CT scans at the major trauma center. We conducted a multicenter retrospective cohort study to estimate the incidence of pre- and post-transfer CT overall and in injury groups with an indication for immediate transfer (moderate to severe traumatic brain injuries, spinal cord injuries, severe pelvic fractures, and multi-system trauma). We also assessed interhospital variation; identified predictors; and quantified the influence of pre-transfer CT on delays to transfer. We observed that more than half and more than one-third of patients underwent pre- and post-transfer CT imaging, respectively. Interhospital variation was moderate for pre-transfer CT and lower for repeat post-transfer CT. Increased age, male sex, falls, and certain pre-existing conditions were associated with an increased odds of pre-transfer CT. Repeat post-transfer CT was associated with study year, age, head injury, injury severity, certain pre-existing conditions, and designation level of the referral center. Regardless of trauma types, delays to transfer were doubled in patients who had a pre-transfer CT. This information may be used to drive improvements adherence to clinical practice guidelines.

L’appendicite aiguë est la pathologie abdominale aiguë courante et la plus fréquente parmi celles qui nécessitent une intervention chirurgicale rapide. L’imagerie occupe une place croissante dans son diagnostic parce qu’elle tente d’éviter simultanément les appendicectomies inutiles et les perforations appendiculaires compliquées de péritonite tout en recherchant des pathologies alternatives. Si plusieurs techniques d’imagerie sont disponibles – dont la radiographie sans préparation de l’abdomen (dont la performance est faible) et l’imagerie par résonance magnétique (peu disponible, en particulier en urgence) – l’ultrasonographie (US) et la tomodensitométrie (TDM) occupent des positions centrales. Nos études ont investigué la performance de ces dernières, en considérant notamment la réduction de la dose d’irradiation et le recours aux contrastes artificiels. En effet, l’irradiation liée à l’usage de la TDM est à considérer puisque les patients souffrant d’appendicite aiguë sont jeunes (en moyenne 30 ans) tout comme le recours aux contrastes associé à des coûts, de l’inconfort et des risques. Enfin, la performance de ces techniques étant susceptibles d’être influencée par la corpulence des patients et leur quantité de graisse intra-abdominale, l’influence de ces paramètres sur la performance a été évaluée. A travers quatre études, nous avons montré que l’US et la TDM sans contraste IV ou entérique ont des performances similaires quant au diagnostic d’appendicite aiguë et de pathologies alternatives, indépendamment de l’expérience du radiologue et de la corpulence du patient. Néanmoins, les examens non concluants (sans diagnostic d’appendicite aiguë ni de pathologie alternative mais où l’appendice n’est pas vu) sont plus fréquents en US qu’en TDM. L’appendice normal, dont la visualisation permet d’exclure le diagnostic d’appendicite aiguë, est plus fréquemment visible en TDM qu’en US, mais en TDM la reproductibilité quant à considérer la même structure comme étant l’appendice dépend du lecteur. L’injection IV de contraste iodé n’augmente pas la proportion d’appendices détectés mais la reproductibilité d’un lecteur particulier. Aucune caractéristique du sujet ni de son appendice, y compris son environnement abdominal, ne permet de prédire cette reproductibilité. La performance de la TDM est constante quelle que soit la dose d’irradiation ou le recours au contraste IV et/ou entérique, indépendamment de la corpulence du patient. La hiérarchie de l’information apportée par les signes évocateurs d’appendicite aiguë n’est pas influencée par la dose; l’infiltration de la graisse péri-appendiculaire et le diamètre appendiculaire en étant les signes les plus prédictifs, malgré le moindre rapport signal/bruit de l’image générée à faible dose. La fréquence de visualisation de l’appendice est aussi indépendante de cette dose. L’exactitude du diagnostic dépend principalement du lecteur mais pas du contraste – quelle qu’en soit la voie d’administration (orale ou IV) – ni de la dose d’irradiation. Le genre du patient influence cependant cette exactitude, le diagnostic étant plus fréquemment correct chez l’homme que chez la femme, en particulier dans les pathologies alternatives. En conclusion, comme les techniques US et TDM que nous avons investiguées ont des performances équivalentes, les risques associés à l’irradiation et au contraste doivent intervenir dans leur choix. L’US, utilisée en première intention, devrait être complétée par la TDM si son résultat n’est pas concluant. Dans ce cas, la TDM devrait être réalisée, toujours à basse dose d’irradiation, d’abord sans puis, si nécessaire, avec contraste IV et/ou oral.

L’hypertension artérielle pulmonaire (HTAP) est une vasculopathie progressive des vaisseaux pulmonaires. Elle est caractérisée par une augmentation anormale des résistances vasculaires pulmonaires causée par une oblitération et un remodelage des artères distales qui mènent ultimement à la défaillance cardiaque et au décès prématuré. La tomodensitométrie thoracique est un examen d’imagerie non invasive utile pour l’investigation de ces patients. Elle a une valeur essentiellement diagnostique, permettant de préciser de quel type d’HTAP il s’agit, ainsi que les conditions pulmonaires associées. On y observe également certains changements de l’arbre vasculaire pulmonaire. Récemment, le facteur de transcription Runt-related transcription factor 2 (RUNX2) fut associé à une cascade de signalisation promouvant la trans différenciation des cellules musculaires lisses en un phénotype similaire à l’ostéoblaste. Via l’augmentation de la rigidité artérielle, il fut avancé que cette voie moléculaire contribuerait à la pathogénèse de la maladie. La calcification vasculaire résulte d’un processus de remodelage similaire avec l’expression de marqueurs ostéoblastiques et une biominéralisation artérielle. Celle-ci constitue un facteur de risque cardiovasculaire bien établi et potentiellement une cible thérapeutique en athérosclérose et en hypertension artérielle. Cette calcification est visible à la tomodensitométrie grâce à sa radiodensité élevée la distinguant de la paroi vasculaire saine. Considérant le lien établi entre le phénotype ostéogénique et la calcification des artères, nous nous sommes intéressés au remodelage et à la biominéralisation artérielle pulmonaire à la tomodensitométrie thoracique et à sa valeur pronostique en HTAP. Nous avons documenté une augmentation de la radiodensité de la paroi des artères pulmonaires proximales à la tomodensitométrie. La radiodensité des artères démontra une bonne corrélation avec la calcification in situ chez une cohorte de 8 patients. Nous avons également documenté que cette radiodensité prédisait la survie chez les patients atteints d’HTAP. Ceci était indépendant des marqueurs traditionnels de sévérité clinique en HTAP, ainsi que de la réponse au traitement.

L'ostéotomie périacétabulaire (OPA) est indiquée pour traiter la dysplasie de la hanche symptomatique avant l'apparition d'arthrose. Cette étude avait pour but de documenter les changements biomécaniques de la hanche après une OPA et d'en déterminer l'impact clinique. La surface de contact et les contraintes articulaires maximales ont été calculées avec la méthode HIPSTRESS selon des radiographies antéropostérieures du bassin. Le déplacement du centre de rotation de la hanche a été mesuré dans le plan frontal avec des radiographies antéropostérieure et dans le plan sagittal avec des tomodensitométries pré et postopératoires. La relation colonne-hanche a été évaluée par la mesure de l'incidence pelvienne et par l'amplitude de mouvement sagittale du bassin, mesurée sur des radiographies latérales en position debout puis assise. Le statut clinique postopératoire a été évalué avec le questionnaire iHOT33. Dix-huit hanches ont été incluses dans l'étude. La surface de contact articulaire a augmenté de 13,28 à 19,04 cm² (p<0,001) après l'OPA et les contraintes articulaires maximales ont diminué de 5,31 à 2,82 Mpa (p=0,02). Il n'y avait pas s'association significative entre le statut clinique postopératoire et ces paramètres biomécaniques. Dans le plan frontal, le centre de rotation de la hanche a été médialisé de 3 mm en moyenne. Dans le plan sagittal, l'OPA a peu affecté la relation colonne-hanche, tel que démontré par une incidence pelvienne inchangée et une amplitude de mouvement sagittale normale pour tous sauf deux patients. Cette étude s'intègre dans un projet multidisciplinaire s'intéressant aux technologies d'analyse tridimensionnelle personnalisée de la hanche. Les connaissances acquises au cours de ce projet permettront au clinicien de planifier son traitement de la dysplasie avec plus de précision et de reproductibilité. Éventuellement, une étude clinique pourrait comparer la planification standard de l'OPA à l'analyse tridimensionnelle personnalisée. / Periacetabular osteotomy (PAO) is indicated for treatment of hip dysplasia before the onset of osteoarthritis. The aim of this study was to assess hip biomechanics and its clinical relevance after periacetabular osteotomy. Hip weight bearing area and peak contact stress were calculated with HIPSTRESS method on pelvis AP radiograph. Hip center or rotation displacement was measured in the frontal plane with AP radiographs and in the sagittal plane with pre and postoperative CT-scans. Spine-hip relation was assessed with pelvic incidence and sagittal range of motion as measured on standing-sitting lateral radiographs. Postoperative clinical status was assessed with the iHOT33 survey. Eighteen hips were included in this study. Mean weight bearing area went from 13.28 to 19.04 cm² (p<0.001) after PAO and peak contact stress went from 5.31 to 2.82 Mpa (p=0.02). In the frontal plane, hip center of rotation was medialized by 3 mm on average. In the sagittal plane, PAO had little effect on spine-hip relation, as shown by an unchanged pelvic incidence and a normal sagittal range of motion for all patients except two. This is a two-part study on 3D hip assessment technologies. Acquired knowledge could help the clinician better plan his surgical treatment of hip dysplasia. Eventually, a clinical trial could compare standard planification of PAO to personalized 3D hip analysis.

Les avancées récentes dans la connaissance de la biologie moléculaire du cancer ont permis le développement des thérapeutiques ciblées, parmi lesquelles les traitements antiangiogéniques (AA), qui enrichissent les stratégies de prise en charge du cancer broncho-pulmonaire non à petites cellules (CBNPC). Induisant plus souvent un effet cytostatique que cytotoxique, les AA mettent en défaut les critères morphologiques d’évaluation de la réponse tumorale tels que les critères RECIST (Response Evaluation Criteria In Solid Tumors).Ce travail s’est attaché à explorer la perfusion tumorale en tomodensitométrie (TDM) dynamique. La première étude a validé le substratum anatomopathologique des informations quantitatives sur le volume sanguin (VS) et la perméabilité capillaire (PC) intratumoraux sur 15 CBNPC traités chirurgicalement. La maîtrise des techniques d’acquisition et de post-traitement a permis de les appliquer à l’évaluation de la néoangiogénèse tumorale de CBNPC sous chimiothérapie. Il a été possible de démontrer une réduction significative du VS et de la PC sous chimiothérapie standard associée à un agent AA (bevacizumab) (Groupe 1; n=17), non observés sous chimiothérapie standard seule (Groupe 2; n=23). Dès la première cure d’AA, la réduction du VS était significativement plus marquée chez les patients répondeurs que chez les non-répondeurs (p=0.0128), la réponse n’étant établie qu’après 3 cures de chimiothérapie. Objectivant des modifications précoces de la vascularisation avant toute modification de la taille tumorale, la TDM de perfusion permet de prédire la réponse du CBNPC au traitement AA. / Recent advances in molecular biology have dramatically accelerated our understanding of tumoral lesions and triggered development of novel targeted therapies. Among them, antiangiogenic drugs represent a promising strategy for non-small cell lung carcinomas (NSCLC). These agents are more cytostatic rather than cytotoxic, explaining the limitations of tumor response assessment based on morphological criteria, such as the RECIST criteria (Response Evaluation Criteria In Solid Tumors). The purpose of this thesis was to investigate tumoral perfusion using dynamic contrast-enhanced (DCE) CT, a novel technology enabling whole-tumor analysis with 64 slices per rotation. Our first study validated the pathological substratum of quantitative CT information on tumoral blood volume (BV) and capillary permeability (CP) in 15 NSCLC treated by surgery. Confident interpretation of CT data sets then allowed us to investigate changes in tumoral neovascularisation of NSCLC under chemotherapy. DEC-CT showed significant reduction in BV and CP of tumors treated by standard chemotherapy combined with antiangiogenic drugs (bevacizumab) (Group 1; n=17), not observed in tumors treated by standard chemotherapy alone (Group 2; n=23). In Group 1, the reduction in BV after one cycle of chemotherapy was significantly higher in responders than in non-responders (p=0.0128), response to treatment being only defined after 3 cycles of chemotherapy. DCE-CT can depict early changes in lung cancer vascularity, before tumour shrinkage, that may help predict response to antiangiogenic drugs.

Objectifs : Etudier le développement osseux de l'oreille interne chez le foetus humain. Matériel et Méthode : Notre institution dispose d'une banque de foetus humains qui ont été étudiés par tomodensitométrie. Les images ont été exploitées grâce au logiciel Amira . 13 dimensions cochléo-vestibulaires standards ont été mesurées chez 153 foetus. L'angulation entre les 3 canaux semi-circulaires (CSC) et le positionnement du vestibule ont été étudiés chez 54 foetus. L'analyse statistique a été réalisée grâce au logiciel R. Résultats : Il n'y a pas de dimorphisme sexuel, ni de différence droite-gauche dans les distances mesurées. 8 mesures cochléo-vestibulaires n'évoluent pas en taille de 21 à 40 SA. L'îlot osseux du CSC latéral croît jusqu'à 25 SA. L'aqueduc de la cochlée et le conduit auditif interne sont corrélés à l'âge foetal. L'angle entre les CSC est proche de 90°, malgré de larges écarts physiologiques, et n'évolue pas entre 21 et 40 SA. Il n'y a pas de dimorphisme sexuel. Le centre du vestibule est stable dans son positionnement anatomique au sein du rocher pendant le développement foetal. Conclusion : Conformément aux données de la littérature, la croissance cochléo-vestibulaire se termine à 21 SA ou moins. Certains éléments de l'oreille interne croissent avec l'os pétreux et évoluent avec l'ossification du rocher. La stabilité du positionnement du vestibule dans le rocher évoque une détermination génétique forte. Notre série est quantitativement la plus importante jamais publiée dans la littérature / Objectives: Our goal is to clarify the course of inner ear bony development in human fetuses. Material and Methods: Our institution hosts a collection of human fetuses from 21 to 40 WA that were CT scanned and studied with Amira(tm) software. We studied 13 measurements in the inner ear of 153 fetuses. We also studied semi-circular canals orientation and the vestibular ear positioning in petrous bone of 54 human fetuses. Statistical analysis was performed with R(tm) software. Results: We found no side-related differences or sexual dimorphism. 8 cochlear and vestibular bone measurements did not show growth from 21 to 40 WA and are similar to those of adults in literature. The lateral semicircular canal bony island grows until 25 WA. Internal auditory canal and cochlear aqueduct growth are correlated with gestational age. Mean angles between the three semi-circular canals are close to orthogonality, despite important physiologic variations, and did not change significantly from 21 to 40 WA. There was no sexual dimorphism. The center of vestibular ear has a stable positioning within the three angles of petrous bone during fetal gestation. Conclusions: In accordance with literature, we confirm that the cochlea and semi-circular canals 3D configuration reaches their adult size at or before 21 WA. Some parts of the inner ear (cochlear aqueduct, IAC) continue to grow with petrous bone and evolve with its ossification. To the best of our knowledge, our series is the largest series of human fetal inner ear ever published.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / L'objectif principal de cette thèse est d'explorer les applications de l'imagerie par résonance magnétique multiparamétrique (IRMmp) en radio-oncologie. Les images IRM sont utilisées à différentes étapes de la radiothérapie, notamment la planification, le guidage et le suivi. L'étape de planification utilise généralement le contraste des tissus mous de l'IRM ou des images physiologiques pour délimiter les cibles. L'étape de guidage utilise le contraste des tissus mous de l'IRM pour guider les traitements de radiothérapie. L'IRM quantitative (qMRI) et l'IRMmp sont utilisées pour évaluer une réponse au traitement. Cette thèse vise à utiliser les cartes qMRI pour quantifier la réponse des tissus de la tête et du cou à l'oxygénation, réduire les artefacts et les distorsions de l'IRM, et enfin fusionner l'IRM et la tomodensitométrie (TDM). Un des objectif est d'optimiser les cartes qMRI incluant T₁ et R₂* pour quantifier la préservation de l'oxygène après avoir administré de l'oxygène pur (pO₂) aux volontaires sains. Cette étude était la première in vivo quantifiant la préservation de l'oxygène dans les tissus de la tête et du cou après l'administration de pO₂. Deux expériences distinctes ont été réalisées : (1) délivrer une oxygénation normobare (NBO) et comparer les cartes qMRI en série T₁ et R₂* acquises pendant et après la NBO avec la ligne de base (avant de délivrer la NBO), et (2 ) délivrant une oxygénation hyperbare (HBO) et comparant les cartes qMRI en série T₁ et R₂* acquises après HBO avec la ligne de base (avant de délivrer HBO). Nous avons réalisé que le niveau d'oxygène de la glande parotide et du muscle masséter augmentait de manière significative (*p* < 0,05) après l'administration du NBO pendant 15 minutes et revenait à la valeur de base environ sept minutes après le NBO. Dans l'expérience HBO, une tendance similaire a été observée. Nous n'avons pas trouvé de différence entre les images qMRI de base et post-HBO. Ensuite, le travail s'est concentrée sur les distorsions et les artefacts de l'IRM. Dans cette étude, nous avons proposé un modèle d'apprentissage profond pour prédire les distorsions géométriques spécifiques aux patients (PSgD) causées par les différences de susceptibilité entre deux tissus. Ensuite, le T₁w (ceT₁w) amélioré en contraste a été corrigé pour le PSgD. Nous avons formé notre modèle d'apprentissage profond (DL) à l'aide d'un ensemble de données de 380 sujets. Nous avons comparé les distributions de doses de radiochirurgie stéréotaxique Gamma Knife (GK-SRS) pour les patients atteints de schwannome vestibulaire, calculées à l'aide d'images corrigées et corrompues par le PSgD. Nous avons constaté qu'en moyenne D$_μ$, D$_\textup{95\%}$ et D$_\textup{min}$ en Gy ont augmenté de manière significative après correction PSgD de 16,85 à 17,25, 12,30 à 12,77 et de 8,98 à 9,92. La couverture moyenne des objectifs et l'indice de conformité de Paddick ont considérablement augmenté, passant de 0,97 à 0,98 et de 0,94 à 0,96. L'indice de gradient de Paddick moyen a diminué de manière significative, passant de 2,24 à 2,15 après correction du PSgD. Les troisième et quatrième études visaient à réduire les artefacts de mouvement de l'IRM à l'aide de nouveaux modèles génératifs. Les deux études ont été formées et testées auprès de 230 patients postopératoires. De plus, un ensemble de données de 148 patients présentant des artefacts de mouvement réels a été utilisé pour valider notre modèle afin de supprimer les artefacts de mouvement réels. Cette troisième étude a exploité la T₂ fluid-attenuated inversion recovery pour former un modèle génératif non supervisé permettant de supprimer les artefacts de mouvement ceT₁w. Nous avons comparé notre modèle avec deux modèles génératifs bien connus. Nous avons également réalisé une étude d'ablation pour évaluer différentes variantes de notre modèle proposé. Notre modèle a mieux performé quantitativement et qualitativement par rapport aux autres modèles. Dans la quatrième étude, nous avons utilisé un modèle probabiliste de diffusion conditionnelle stable pour supprimer les artefacts de mouvement ceT₁w. Cette étude a proposé une nouvelle méthode pour simuler le modèle de diffusion directe dans l'espace *k*, permettant la génération d'ensembles de données in silico avec différents niveaux d'artefacts de mouvement. Notre méthode a surpassé quantitativement et qualitativement deux modèles génératifs et un modèle supervisé. Le dernier volet a proposé une méthode non supervisée pour fusionner la tomodensitométrie et l'IRM, car elles fournissent des informations complémentaires pour la planification de la radiothérapie. Les images TDM sont géométriquement corrigées et fournissent des informations sur la densité électronique pour un calcul précis de la dose et l'IRM fournit des images avec un excellent contraste des tissus mous. Cette étude a proposé un modèle génératif de fusion médicale non supervisé pour fusionner la tomodensitométrie et le ceT₁w haute résolution afin de générer une image avec la structure osseuse de la tomodensitométrie et le contraste des tissus mous de l'IRM. Ainsi, la délimitation des tumeurs et des organes à risque sera améliorée et le temps de planification de la radiothérapie sera réduit. Les résultats de notre méthode ont été comparés quantitativement et qualitativement à sept méthodes traditionnelles et à huit méthodes de pointe DL, où notre méthode les a toutes surpassées. / The main goal of this thesis is to explore multi-parametric magnetic resonance imaging (mpMRI) applications in radiation oncology. MRI images are used in different stages of the treatments including planning, guiding, and following up. The planning step usually utilizes MRI soft-tissue contrast or physiological images to delineate targets. The guiding step uses MRI soft-tissue contrast to guide radiation treatments. Quantitative MRI (qMRI) and mpMRI are used to evaluate a response to the treatment. This thesis aimed to use qMRI maps to quantify head and neck tissues' response to oxygenation, reduce MRI artifacts and distortions, and finally fuse MRI and computed tomography (CT). This thesis was started to optimize qMRI maps including T₁ and R₂* to quantify oxygen preservation after delivering pure oxygen (pO₂) to the healthy volunteers. This study was the first in vivo quantifying head and neck tissue oxygen preservation after delivering pO₂ . Two separate experiments were carried out : (1) delivering normobaric oxygenation (NBO) and comparing serial qMRI T₁ and R₂* maps acquired during and after NBO with the baseline (before delivering NBO), and (2) delivering hyperbaric oxygenation (HBO) and comparing the serial qMRI T₁ and R₂* maps acquired after HBO with the baseline (before delivering HBO). We realized that the parotid gland and masseter muscle oxygen level increased significantly (*p* < 0.05) after delivering NBO for 15 minutes and returned to the baseline around seven minutes after the NBO. In the HBO experiment, a similar trend was observed. We did not find a difference between baseline and post-HBO qMRI images. Then, our thesis concentrated on the MRI distortions and artifacts. In the second study, we proposed a deep learning model to predict MRI patient-specific geometry distortions (PSgD) caused by susceptibility differences between two tissues. Then, the contrast-enhanced T₁W (ceT₁W) was corrected for the PSgD. We trained our deep learning (DL) model using a dataset of 380 subjects. We compared the Gamma Knife stereotactic radiosurgery (GK-SRS) dose distributions for the patients with vestibular schwannoma calculated using PSgD-corrected and PSgD-corrupted images. We found that on average D$_μ$, D$_\textup{95\%}$ et D$_\textup{min}$ in Gy significantly increased after PSgD correction from 16.85 to 17.25, 12.30 to 12.77, and from 8.98 to 9.92. Average target coverage and Paddick's conformity index significantly increased from 0.97 to 0.98, and 0.94 to 0.96. Average Paddick's gradient index decreased significantly from 2.24 to 2.15 after PSgD correction. The third and fourth studies aimed to reduce MRI motion artifacts using novel generative models. Both studies were trained and tested using post-surgery 230 patients. In addition, a dataset of 148 patients with real motion artifacts was used to validate our model to remove real motion artifacts. The third study leveraged T₂-fluid-attenuated inversion recovery to train an unsupervised generative model for removing ceT₁W motion artifacts. We compared our model with two well-known generative models. Also, we performed an ablation study to evaluate different variations of our proposed model. Our model outperformed quantitatively and qualitatively other models. In the fourth study, we used a stable conditional diffusion probabilistic model to remove ceT₁W motion artifacts. This study proposed a novel method for simulating the forward diffusion model in *k*-space, enabling the generation of in-silico datasets with varying levels of motion artifacts. Our method quantitatively and qualitatively outperformed two generative models and one supervised model. The fifth study proposed an unsupervised method to fuse CT and MRI because they provide complementary information for radiation therapy planning. CT images are geometrically corrected and provide electron density information for accurate dose calculation and MRI provides images with excellent soft-tissue contrast. This study proposed an end-to-end unsupervised medical fusion generative model to fuse CT and high-resolution ceT₁W to generate an image with CT bone structure and MRI soft-tissue contrast. Thus, tumor and organs at risk delineation will be improved and the radiotherapy planning time will be reduced. The results of our method were quantitatively and qualitatively compared with seven traditional and eight DL state-of-the-art methods where our method outperformed the traditional and DL approaches.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Parmi les outils de réduction de dose d’exposition en scanner, le plus récent est l’emploi des Reconstructions Itératives (RI). Ces nouveaux algorithmes permettent de corriger de façon répétée les données d’acquisition par modélisation, rendant envisageable la compensation sur les images reconstruites, du bruit engendré par une acquisition scanographique à basse dose. Ce travail a eu pour but d’évaluer, à travers 5 études originales, la performance des RI en scanner thoracique, en particulier leur potentiel de réduction de dose et leurs applications cliniques. La 1ère étude a permis de valider la réduction de bruit sans perte d’information diagnostique sur 32 scanners thoraciques grâce à un algorithme de RI de 1ère génération (IRIS). L’évaluation initiale de cette technique a permis de l’intégrer en pratique clinique donnant lieu à la 2e étude évaluant IRIS chez 80 patients ayant bénéficié de 2 scanners thoraciques successifs dans le cadre d’un suivi. Malgré une réduction de dose de 35% par réduction du milliampérage, IRIS a permis de maintenir une qualité image similaire à celle du scanner initial. L’évaluation d’un algorithme de RI de 2e génération (SAFIRE) a ensuite été réalisée sur des examens acquis à dose encore plus réduite : (a) chez 80 patients étudiés par angioscanner à bas kilovoltage avec 50% de réduction de dose ; et (b) chez 50 patients étudiés en scanner double source avec acquisition simultanée d’images pleine dose et d’images à dose réduite de 60%. Enfin, SAFIRE a été évalué dans une situation clinique particulière, l’embolie pulmonaire, permettant une réduction de dose de 60% sans perte de performance diagnostique. / Among the different tools available to save dose in CT, the most recent option is the use of Iterative Reconstructions (IR) instead of Filtered Back Projection. These new algorithms can correct repeatedly the acquisition by modeling data, making possible the compensation of the noise generated in reconstructed images by a low-dose CT acquisition. The purpose of the present work was to evaluate, through 5 original studies, the performance of IR in chest CT, especially their potential for dose reduction and clinical applications.Based on 32 chest CT examinations, the first study validated the level of noise reduction achievable with a first-generation IR algorithm (IRIS). This initial evaluation allowed us to investigate the performance of IRIS in clinical practice, giving rise to the second IRIS study; the latter evaluated 80 patients who underwent two successive chest CT examinations for monitoring. Despite a 35% dose reduction achieved by reduction of the tube current, IRIS provided a similar image quality in comparison with that of the initial examination. A second-generation IR algorithm (SAFIRE) was then evaluated on examinations obtained at lower dose levels in (a) 80 patients who had undergone low-kilovoltage chest CT angiography with a 50% dose reduction; and (b) 50 patients studied with a dual source CT system providing simultaneously full-dose and low- dose (reduction of 60%) images. Lastly, SAFIRE has been evaluated in the specific context of acute pulmonary embolism where the diagnostic performance of low-dose SAFIRE images was found to be similar to that of full-dose FBP images.