No / This paper examines humeral cross-sectional properties in two different samples of later medieval date: a group of blade-injured males from the sites of Towton, North Yorkshire, and Fishergate in the City of York, England, and a comparative group of nonblade-injured males also from the site of Fishergate in York. CT image slices were taken of the humeral shaft at 20%, 35%, 50%, 65%, and 80% from the distal end to investigate population differences in levels and patterns of mechanical loading. Bilateral asymmetry is investigated and comparisons are made with different populations of varying activity levels. Architectural changes such as humeral torsion are also investigated to determine the relationship between architectural changes and biomechanical efficiency. Results show significant differences in diaphyseal robusticity between the Towton sample and the comparative population, as well as significant differences in diaphyseal shape both between limbs within the Towton sample and between blade-injured samples. Population differences were also identified in the level of bilateral asymmetry, further demonstrating the differences in movement and activity patterns both between and within samples. These variations may relate to distinctive, more strenuous weapon use and differences in strenuous movement patterns in the two groups.

Cette thèse porte sur la prise en compte des incertitudes et du mouvement dans le traitement des tumeurs pulmonaires en radiothérapie, que ce soit par photons, par protons ou par ions légers (hadronthérapie). L’accent est mis sur les méthodes de prise en compte du mouvement dites "passives". Ces méthodes, ne nécessitant pas d’asservissement respiratoire pour la délivrance de la dose, sont moins lourdes à mettre en place, et limitent l’introduction de nouvelles sources d’incertitudes. Des contributions cliniques et méthodologiques sont proposées. Tout d’abord, l’imagerie tomodensitométrique (TDM) pour la planification des traitements doit faire l’objet d’une attention particulière dans le cas de tumeurs soumises aux mouvements respiratoires. Nous avons évalué l’influence de la présence d’artéfacts de mouvements dans les images TDM sur la qualité de la planification. Nous avons également proposé des méthodologies et des recommandations pour l’optimisation des paramètres d’acquisition ainsi qu’un algorithme original de détection automatique des artéfacts dans les images TDM 4D. L’une des principales sources d’incertitudes lors de la planification de traitements en radiothérapie concerne la délinéation des volumes cibles. Nous avons évalué la variabilité inter-observateur de délinéation du volume cible macroscopique (GTV) et du volume cible interne (ITV) via une méthode originale permettant de l’intégrer dans le calcul des marges de sécurité. La réduction des incertitudes dues au mouvement respiratoire peut être réalisée en associant au système de contention une compression abdominale afin de limiter l’amplitude du mouvement respiratoire. Nous avons proposé une étude visant à évaluer l’impact de l’utilisation d’un tel système en fonction de la localisation dans le poumon. En radiothérapie par photons, une stratégie appelée mid-position consiste à irradier la tumeur dans sa position moyenne pondérée dans le temps et permet de réduire les marges par rapport à une stratégie ITV tout en conservant une couverture dosimétrique correcte. Une partie du travail de la thèse a consisté à participer à l’élaboration d’une étude clinique visant à comparer les deux stratégies, ITV et mid-position. Dans la plupart des cas, le mouvement respiratoire a une distribution de probabilité non-gaussienne et asymétrique, pouvant invalider la recette de calcul de marges de van Herk pour des mouvements tumoraux fortement asymétriques et de grande amplitude. Nous avons proposé un modèle numérique afin de prendre en compte cette asymétrie. Enfin, la prise en compte du mouvement respiratoire en hadronthérapie par des marges de sécurité doit faire l’objet de considérations spécifiques, en particulier en raison de la sensibilité du dépôt de dose aux variations de densité sur la trajectoire du faisceau. Dans une dernière partie, la définition des marges de sécurité pour prendre en compte le mouvement respiratoire de manière optimale est discutée. / This PhD thesis focuses on the uncertainties and motion management in lung radiation therapy and particle therapy. Passive motion management techniques are considered. They consist in delivering the dose without any respiratory beam monitoring which may be difficult to set up or may introduce additional uncertainties. Clinical and methodological contributions about different treatment steps are proposed. First of all, computed tomography (CT) images for treatment planning must be carefully acquired in the presence of respiration-induced tumor motion. We assessed the impact of motion artifacts on the quality of treatment planning. We also proposed methodologies and recommendations about the optimization of 4D-CT acquisition parameters and an original method for automated motion artifact detection in 4D-CT images. Target delineation introduces one of the main source of uncertainties during radiation therapy treatment planning. We quantified inter-observer variations in the delineation of the gross tumor volume (GTV) and the internal target volume (ITV) using an original method in order to incorporate them in margin calculation. Reduction of motion uncertainties can be achieved by combining an abdominal pressure device with the immobilization system to reduce the amplitude of respiratory motion. We proposed a study to evaluate the usefulness of such a device according to the tumor location within the lung. Delivering the dose to the ITV implies an important exposure of healthy tissues along the tumor trajectory. An alternative strategy consists in irradiating the tumor in its time-averaged mean position, the mid-position. Margins are reduced compared with an ITV-based strategy while maintaining a correct tumor coverage. One part of the work consisted in participating in the implementation of a clinical trial in photon radiation therapy to compare the two strategies, ITV and mid-position. In the margin recipe proposed by van Herk, a Gaussian distribution of all combined errors is assumed. In most cases, respiratory motion has an asymmetric non-Gaussian distribution and the assumption may not be valid for strongly asymmetric tumor motions with a large amplitude. We proposed a numerical population-based model to incorporate asymmetry and non-Gaussianity of respiratory motion in margin calculation. Finally, when taking respiratory motion into account in particle therapy with safety margins, one must consider various parameters, particularly the dose deposit sensitivity to density variations. The last part is dedicated to a discussion on the defining of safety margins in order to optimally take into account respiratory motion.

La proton thérapie est une modalité de traitement du cancer qu’utilise des faisceaux de protons. Les systèmes de planification de traitement actuels se basent sur une image de l’anatomie du patient acquise par tomodensitométrie. Le pouvoir d’arrêt des protons relatif à l’eau (Stopping Power Ratio en Anglais, SPR) est déterminé à partir des unités Hounsfield (Hounsfield Units en Anglais, HU) pour calculer la dose absorbée au patient. Les protons sont plus vulnérables que les photons aux modifications du SPR du tissu dans la direction du faisceau dues au mouvement, désalignement ou changements anatomiques. De plus, les inexactitudes survenues de la CT de planification et intrinsèques à la conversion HU-SPR contribuent énormément à l’incertitude de la portée des protons. Dans la pratique clinique, au volume de traitement s’ajoutent des marges de sécurité pour tenir en compte ces incertitudes en détriment de perdre la capacité d’épargner les tissus autour de la tumeur. L’usage de l’imagerie bi-énergie en proton thérapie a été proposé pour la première fois en 2009 pour mieux estimer le SPR du patient par rapport à l’imagerie mono-énergie. Le but de cette thèse est d’étudier la potentielle amélioration de l’estimation du SPR des protons en utilisant l’imagerie bi-énergie, pour ainsi réduire l’incertitude dans la prédiction de la portée des protons dans le patient. Cette thèse est appliquée à un nouveau système d’imagerie, l’Imaging Ring (IR), un scanner de tomodensitométrie conique (Cone-Beam CT en Anglais, CBCT) développé pour la radiothérapie guidée par l’image. L’IR est équipé d’une source de rayons X avec un système d’alternance rapide du voltage, synchronisé avec une roue contenant des filtres de différents matériaux que permet des acquisitions CBCT multi-énergie. La première contribution est une méthode pour calibrer les modèles de source et la réponse du détecteur pour être utilisés en simulations d’imagerie X. Deuxièmement, les recherches ont évalué les facteurs que peuvent avoir un impact sur les résultats du procès de décomposition bi-énergie, dès paramètres d’acquisition au post-traitement. Les deux domaines, image et basée en la projection, ont été minutieusement étudiés, avec un spéciale accent aux approches basés en la projection. Deux nouvelles bases de décomposition ont été proposées pour estimer le SPR, sans avoir besoin d’une variable intermédiaire comme le nombre atomique effectif. La dernière partie propose une estimation du SPR des fantômes de caractérisation tissulaire et d’un fantôme anthropomorphique à partir d’acquisitions avec l’IR. Il a été implémentée une correction du diffusé, et il a été proposée une routine pour interpoler linéairement les sinogrammes de basse et haute énergie des acquisitions bi-énergie pour pouvoir réaliser des décompositions en matériaux avec données réelles. Les valeurs réconstruits du SPR ont été comparées aux valeurs du SPR expérimentales déterminés avec un faisceau d’ions de carbone. / Proton therapy is a promising radiation treatment modality that uses proton beams to treat cancer. Current treatment planning systems rely on an X-ray computed tomography (CT) image of the patient's anatomy to design the treatment plan. The proton stopping-power ratio relative to water (SPR) is derived from CT numbers (HU) to compute the absorbed dose in the patient. Protons are more vulnerable than photons to changes in tissue SPR in the beam direction caused by movement, misalignment or anatomical changes. In addition, inaccuracies arising from the planning CT and intrinsic to the HU-SPR conversion greatly contribute to the proton range uncertainty. In clinical practice, safety margins are added to the treatment volume to account for these uncertainties at the expense of losing organ-sparing capabilities. The use of dual-energy (DE) in proton therapy was first suggested in 2009 to better estimate the SPR with respect to single-energy X-ray imaging. The aim of this thesis work is to investigate the potential improvement in determining proton SPR using DE to reduce the uncertainty in predicting the proton range in the patient. This PhD work is applied to a new imaging device, the Imaging Ring (IR), which is a cone-beam CT (CBCT) scanner developed for image-guided radiotherapy (IGRT). The IR is equipped with a fast kV switching X-ray source, synchronized with a filter wheel, allowing for multi-energy CBCT imaging. The first contribution of this thesis is a method to calibrate a model for the X-ray source and the detector response to be used in X-ray image simulations. It has been validated experimentally on three CBCT scanners. Secondly, the investigations have evaluated the factors that have an impact on the outcome of the DE decomposition process, from the acquisition parameters to the post-processing. Both image- and projection-based decomposition domains have been thoroughly investigated, with special emphasis on projection-based approaches. Two novel DE decomposition bases have been proposed to estimate proton SPRs, without the need for an intermediate variable such as the effective atomic number. The last part of the thesis proposes an estimation of proton SPR maps of tissue characterization and anthropomorphic phantoms through DE-CBCT acquisitions with the IR. A correction for X-ray scattering has been implemented off-line, and a routine to linearly interpolate low-energy and high-energy sinograms from sequential and fast-switching DE acquisitions has been proposed to perform DE material decomposition in the projection domain with real data. DECT-derived SPR values have been compared with experimentally-determined SPR values in a carbon-ion beam.

La tomodensitométrie intégrant une source de rayons X à faisceau divergent et un détecteur grand champ est une technique bien connue dans le domaine de la tomographie industrielle. La nature des matériaux et les épaisseurs traversées conduisent inévitablement à la génération de rayonnement diffusé. Ce dernier est généré par l’objet mais également par le détecteur. La présence de rayonnement parasite conduit à ne plus respecter l’hypothèse de la loi de Beer-Lambert. Par conséquent, on voit apparaitre sur les coupes tomographiques des artefacts de reconstruction comme des streaks, des effets ventouses ou des valeurs d’atténuation linéaire erronée. Par conséquence, on retrouve dans la littérature de nombreuses méthodes de correction du diffusé. Ce travail vise à mettre en point et tester une méthode originale de correction du diffusé. Le premier chapitre de cette étude, dresse un état de l’art de la plupart des méthodes de corrections existantes. Nous proposons, dans le deuxième chapitre, une évolution de la méthode de superposition des noyaux de convolution (Scatter Kernel Superposition). Notre méthode repose sur une description continue des noyaux en fonction de l’épaisseur traversée. Dans cette méthode, les noyaux de diffusion sont paramétrés analytiquement sur toute la plage d'épaisseur. Le procédé a été testé pour des objets à la fois mono-matériaux et poly-matériaux, ainsi que sur des données expérimentales et simulées. Nous montrons dans le troisième chapitre l’importance de la contribution du diffusé détecteur dans la qualité de l’image reconstruite. Mais également l’importance de décrire les noyaux de convolution à l'aide d'un modèle à quatre gaussienne. Les résultats obtenus à partir de données expérimentales prouvent que la correction du diffusé de l'objet seul ne suffit pas pour obtenir une image de reconstruite sans artefacts. Afin de disposer d’une meilleur modélisation du diffusé du détecteur, nous décrivons, dans le dernier chapitre, une méthode basée sur la combinaison de données expérimentales et simulées permettant d’améliorer l’estimation des noyaux de diffusé. / Advanced Cone Beam Computed Tomography (CBCT) typically uses a divergent conebeam source and a large area detector. As a result, there an inevitable increase in the size area of illumination causing an increase in the intensity of X-ray scatter signal, both from the object and the detector. This leads to the violation of prime assumption of reconstruction process which is based on straight line integrals path followed by the photons. Consequently scatter artifacts appear in the reconstruction images as steaks, cupping effect and thus produce wrong reconstruction values. Due to the severity of the reconstruction artifact caused by scatter, many scatter corrections methods have been adopted in literature. The first part of this study, reviews most of the existing scatter correction methods. The effect of scattering becomes more prominent and challenging in case of X-ray source of high energy which is used in industrial Non Destructive Testing (NDT), due to higher scatter to primary ratio (SPR). Therefore, in this study, we propose a continuously thickness-adapted deconvolution approach based on improvements in the Scatter Kernel Superposition (SKS) method. In this method, the scatter kernels are analytically parameterized over the whole thickness range of the object under study to better sample the amplitude and shape of kernels with respect to the thickness. The method is tested for both homogeneous and heterogeneous objects as well as simulated and experimental data. Another important aspect of this study is the comprehensive evaluation of contribution of the detector scatter performed using continuous method by separating the contribution of scatter due to the object and the detector. This is performed by modeling the scatter kernels using a four-Gaussian model. In the first approach, we performed this evaluation based on simulation of kernels from Monte Carlo simulations and the corrections are performed on typical industrial experimental data. The results obtained prove that the scatter correction only due to the object is not sufficient to obtain reconstruction image, free from artifacts, as the detector also scatters considerably. In order to prove this point experimentally and to have a better modeling of the detector, we describe a method based on combination of experiments and simulations to calculate the scatter kernels. The results obtained also prove, the contribution of the detector scattering becomes important and the PSF of the detector is not constant as considered in the studies so far, but it varies to a great extend with the energy spectrum.

L’imagerie à rayons X couplée aux détecteurs résolus en énergie permet de différencier les matériaux présents et d’estimer leurs contributions respectives. Cependant, ces techniques nécessitent des images très précises. La présence du rayonnement diffusé conduit à une perte du contraste spatial et un biais dans l’imagerie radiographique ainsi que des artefacts dans la tomodensitométrie (TDM). L’objectif principal de cette thèse était de développer une approche de correction du rayonnement diffusé adaptée à l’imagerie multi-énergies. Pour réaliser cette tâche, un objectif secondaire a été défini : la conception et la validation d’un outil de simulation capable de fournir des images du diffusé résolu en énergie dans un temps raisonnable. Une fois validé, cet outil a permis d’étudier le comportement du diffusé dans le domaine spatial et énergétique. Sur la base de cette analyse du diffusé, une approche originale dite « Partial Attenuation Spectral Scatter Separation Approach » (PASSSA) adaptée à l’imagerie multi-énergies a été développée. L’évaluation de PASSSA en mode radiographique par des simulations numériques et des mesures expérimentales a révélé des résultats remarquables en termes d’amélioration du contraste d’image et de la réduction du biais induit par la présence du diffusé. De plus, des études de simulation ont permis d’évaluer la performance de l’approche développée dans la TDM, où PASSSA s’est révélée d’être très efficace pour corriger les distorsions in-duites par le rayonnement diffusé. D’autre part, l’amélioration de la performance dans le contexte de la décomposition des matériaux de base en radiographie après avoir appliqué la méthode développée a également été analysée : l’application de PASSSA se traduit par une amélioration substantielle de l’estimation des épaisseurs des matériaux de base. Finalement, sur la base des différents résultats de validation obtenus, une analyse des développements potentiels a été menée. / X-ray imaging coupled with recently emerged energy-resolved photon counting detectors provides the ability to differentiate material components and to estimate their respective thicknesses. However, such techniques require highly accurate images. The presence of scattered radiation leads to a loss of spatial contrast and, more importantly, a bias in radiographic material imaging and computed tomography (CT). Additionally, artifacts are also introduced in the case of the latter. The main aim of the present thesis was to develop a scatter correction approach adapted for multi-energy imaging. In order to achieve this task, a secondary objective was also set. Namely, the conception and validation of a simulation tool capable of providing energy-resolved scatter simulations in a reasonable time. Once validated through simulations and experimentally, this tool gave the ability to study the behavior of scattered radiation both in spatial and energy domains. Based on the conducted scatter analysis, a Partial Attenuation Spectral Scatter Separation Approach (PASSSA) adapted for multi-energy imaging was developed. The evaluation of PASSSA in radiographic mode through simulations and experiments revealed noteworthy results both in terms of image contrast improvement and scatter induced bias reduction. Additionally, simulation studies examined the performance of the developed approach in CT, where PASSSA also proved to be quite effective at correcting scatter induced distortions. Moreover, the performance improvement in the context of basis material decomposition in radiography after applying the designed method was also analyzed. It was concluded that the application of PASSSA results in a substantial improvement in basis material thickness estimation. Finally, based on the obtained simulated and experimental method evaluation results an analysis of perspective developments was also conducted.

La transition entre le Sylvicole moyen tardif (500 à 1000 apr. J.-C.) et le Sylvicole supérieur ancien (1000 à 1200 apr. J.-C.) n’est plus un moment obscur pour les archéologues; cependant, il est toujours vrai que bien des questions demeurent sans réponses. Sur le complexe archéologique de Pointe-du-Buisson, situé au sud-ouest de l’Île de Montréal, la question de l’origine des Iroquoiens du Saint-Laurent fait à nouveau couler de l’encre, cette fois par une perspective tournée vers la technologie céramique. Nous savons, ou croyons savoir, que le montage des vases céramiques passe du colombin vers la méthode du battoir et enclume, mais nous ne savons pas si cette transition technologique s’est faite dans la continuité ou dans la discontinuité. Pour y répondre, 106 tessons de bord provenant de la Station-3 et du site Hector-Trudel de la Pointe-du-Buisson furent sélectionnés, dont 56 datant du Sylvicole moyen tardif et appartenant à la Tradition Melocheville, puis 50 du Sylvicole supérieur ancien et appartenant à la Tradition Saint-Maurice, à l’exception de cinq de culture Pickering. L’échantillon fut soumis au CT-Scan afin de produire des images numériques en trois dimensions qui ont ensuite été étudiées à l’aide du logiciel ImageJ FIJI. Grâce à une approche d’analyse par attributs technologiques, avec un accent sur la comparaison entre mes deux groupes et aussi entre mes données et celles de Guyane Beaulieu (2019), diverses variables contenues dans la fabrique céramique ont été étudiées et quantifiées. D’après les résultats obtenus, et à la lumière d’une rétrospection sur le débat plus large entre les théories migratoires et l’archéologie processuelle, la transition technologique dans la production céramique se serait certes produite graduellement, mais pourrait ne pas être le fruit d’un développement sur place sans aucun apport extérieur. Néanmoins, les technologies céramiques que l’on attribue aux Iroquoiens du Sylvicole supérieur ancien ont été clairement héritées de potières du Sylvicole moyen tardif : par conséquent, l’hypothèse migratoire de Snow ne concorde pas avec les résultats de cette étude. / The transition between the late Middle Woodland period (500 – 1000 AD) and the early Late Woodland period (1000 – 1200 AD) is no longer shrouded in mystery for the archaeologist; even so, many unanswered questions remain. For the archaeological complex of Pointe-du-Buisson located to the south-west of Montreal, research is once more tackling the question of the origin of the Northern Iroquoians, this time using a technological perspective of ceramic production. We know that the construction of ceramic vessels using the coiling method was replaced by the paddle-and-anvil during the transition from the Middle to Late Woodland period. What we are less certain of is the pattern of said change: continuous or discontinuous. For this reason, 106 rim sherds from the Station-3 and Hector-Trudel sites ( the Pointe-du-Buisson archaeological complex) were selected, of which 56 belong to the Melocheville Tradition from the late Middle Woodland period, and 50 belong to the St-Maurice Tradition, of which five are actually Pickering, from the early Late Woodland period. The sample was then analyzed by CT-Scan in order to obtain 3D digital images which were later processed and analyzed with the ImageJ FIJI software. With a technological attribute analysis approach, coupled with a focus on a comparison between my two subgroups as well as between my data and those from a previous study by Guyane Beaulieu (2019), diverse variables contained within the fabric of ceramic vessels were studied and quantified. According to the results, and along with a retrospection on the debate between migration theories and the processual archaeology perspectives, the technological transition within ceramic production would appear to have been a gradual process but might not necessarily point to a strict in situ development. It is clear, however, that there is a continuity within the cultural traits of the ceramic technology attributed to the Iroquoians of the Late Woodland Period with those of the previous period, which refutes Snow’s migration hypothesis.

Le but de ce travail était la mise en place d’une chaîne méthodologique de planification virtuelle d’une ostéotomie sagittale des branches mandibulaires (OSBM) et son transfert au bloc opératoire. Dans la première partie, les méthodes classiques de planification et de transfert sont exposées. Habituellement réalisées à partir de modèles en plâtre sur articulateur, la planification et la production de guides occlusaux chirurgicaux souffrent d’une imprécision potentiellement à l’origine de troubles fonctionnels temporo-­‐mandibulaires. Le contrôle per-­‐opératoire du condyle mandibulaire lors de l’OSBM est un élément de stabilité squelettique dont dépend la qualité du résultat fonctionnel. Une évaluation des pratiques professionnelles des chirurgiens maxillo-­‐faciaux a été réalisée sur ce point. Une méthode de positionnement condylien utilisant un dispositif, moins fréquemment utilisée que la méthode empirique, est proposée comme présentant le meilleur rapport bénéfice/risque. Cette méthode a été reproduite virtuellement à travers les différents maillons de la chaîne méthodologique. Des techniques innovantes informatisées d’acquisition, de conception et modélisation, et d’impression en 3 dimensions ont été utilisées. Dans la seconde partie, la méthodologie de chacun des maillons de la chaîne a été présentée et évaluée, soit sur sujets cadavériques, soit sur patients. L’objectif était de démontrer la faisabilité de la chaîne. Le maillon « acquisition et extraction de surface » a mis en exergue le problème des artéfacts dus aux matériaux métalliques dentaires ou orthodontiques. Dans 90% des cas le maillage obtenu était satisfaisant, permettant de s’affranchir des modèles en plâtre. Le maillon « planification chirurgicale virtuelle » a montré une valorisation par rapport à la technique classique en terme de prévention des interférences des pièces osseuses déplacées. Le maillon « modélisation et impression du guide chirurgical » a décrit les étapes d’invention d’un guide de positionnement occlusal et condylien (OCPD : occlusal and condylar positionning device). Ses caractéristiques techniques, ses modalités de production par impression 3D ainsi que son utilisation peropératoire, ont été précisées. Enfin le maillon « évaluation de l’OCPD » a permis de montrer la faisabilité de la méthode et l’équivalence clinique, technique et biologique de ce dispositif médical sur mesure par rapport à ceux utilisés dans la méthode classique. Enfin le positionnement condylien obtenu grâce à ce dispositif a été évalué de manière préliminaire et comparé aux données de la littérature. Grâce à l’OCPD, nous avons montré la possibilité de transférer au bloc opératoire la planification virtuelle d’une OSBM contrôlant la position des condyles / The purpose of this work was the implementation of a methodological chain for bilateral sagittal split osteotomy (BSSO) virtual planning and its transfer in the operating room. In the first part of the work, usual methods for planning BSSO are exposed. Usually realized from plaster models on articulator, the planning and the occlusal surgical guides production are at risk of temporo-­‐mandibular functional disorders. The quality of the functional result depends on the correct positioning of the mandibular condyle, considered as a skeletal stability element. An assessment of the maxillofacial surgeons practices was realized regarding intra-­‐operative condyle positioning. Using a condylar positioning device (CPD),less frequently employed than the empirical method, meets an acceptable benefit/risk balance. This method was virtually reproduced through various steps of the methodological chain described. Computerized innovative techniques for three-­‐dimensional acquisition, design and manufacturing were used. In the second part of the work, the methodology of each step of the chain was presented and estimated, either on cadaveric subjects, or on patients. The aim was to demonstrate the feasibility of the whole chain. The “acquisition and surface extraction” step pointed the issue of artefacts due to dental or orthodontic metallic devices. Ninety % of the obtained meshes were satisfactory, allowing not to use plaster models. The “virtual surgical planning” step allowed reproducing the usual method and showed great interest in bone interferences prevention. The “modelling and printing of the surgical guide” step described the stages of occlusal and condylar positioning device (OCPD) invention. Its technical characteristics, its methods of manufacturing by 3D printing, and its intraoperative use were specified. The step “OCPD evaluation” showed the method feasibility and the clinical, technical and biological equivalence of this custom-­‐made medical device as compared to those used in the usual method. Finally the condylar position obtained with this device was estimated in a preliminary clinical study and compared with the literature. Thanks to the OCPD, we showed the possibility of transferring in the operating room an OSBM virtual planning controlling condyles position.

La tomographie par émission de positons (TEP) est une méthode d’imagerie clinique en forte expansion dans le domaine de l’oncologie. De nombreuses études cliniques montrent que la TEP permet, d’une part de diagnostiquer et caractériser les lésions cancéreuses à des stades plus précoces que l’imagerie anatomique conventionnelle, et d’autre part d’évaluer plus rapidement la réponse au traitement. Le raccourcissement du cycle comprenant le diagnostic, la thérapie, le suivi et la réorientation thérapeutiques contribue à augmenter le pronostic vital du patient et maîtriser les coûts de santé. La durée d’un examen TEP ne permet pas de réaliser une acquisition sous apnée. La qualité des images TEP est par conséquent affectée par les mouvements respiratoires du patient qui induisent un flou dans les images. Les effets du mouvement respiratoire sont particulièrement marqués au niveau du thorax et de l’abdomen. Plusieurs types de méthode ont été proposés pour corriger les données de ce phénomène, mais elles demeurent lourdes à mettre en place en routine clinique. Des travaux récemment publiés proposent une évaluation de ces méthodes basée sur des critères de qualité tels que le rapport signal sur bruit ou le biais. Aucune étude à ce jour n’a évalué l’impact de ces corrections sur la qualité du diagnostic clinique. Nous nous sommes focalisés sur la problématique de la détection des lésions du thorax et de l'abdomen de petit diamètre et faible contraste, qui sont les plus susceptibles de bénéficier de la correction du mouvement respiratoire en routine clinique. Nos travaux ont consisté dans un premier temps à construire une base d’images TEP qui modélisent un mouvement respiratoire non-uniforme, une variabilité inter-individuelle et contiennent un échantillonnage de lésions de taille et de contraste variable. Ce cahier des charges nous a orientés vers les méthodes de simulation Monte Carlo qui permettent de contrôler l’ensemble des paramètres influençant la formation et la qualité de l’image. Une base de 15 modèles de patient a été créée en adaptant le modèle anthropomorphique XCAT sur des images tomodensitométriques (TDM) de patients. Nous avons en parallèle développé une stratégie originale d’évaluation des performances de détection. Cette méthode comprend un système de détection des lésions automatisé basé sur l'utilisation de machines à vecteurs de support. Les performances sont mesurées par l’analyse des courbes free-receiver operating characteristics (FROC) que nous avons adaptée aux spécificités de l’imagerie TEP. L’évaluation des performances est réalisée sur deux techniques de correction du mouvement respiratoire, en les comparant avec les performances obtenues sur des images non corrigées ainsi que sur des images sans mouvement respiratoire. Les résultats obtenus sont prometteurs et montrent une réelle amélioration de la détection des lésions après correction, qui approche les performances obtenues sur les images statiques. / Positron emission tomography (PET) is nuclear medicine imaging technique that produces a three-dimensional image of functional processes in the body. The system detects pairs of gamma rays emitted by a tracer, which is introduced into the body. Three-dimensional images of tracer concentration within the body are then constructed by computer analysis. Respiratory motion in emission tomography leads to image blurring especially in the lower thorax and the upper abdomen, influencing this way the quantitative accuracy of PET measurements as well a leading to a loss of sensitivity in lesion detection. Although PET exams are getting shorter thanks to the improvement of scanner sensitivity, the current 2-3 minutes acquisitions per bed position are not yet compatible with patient breath-holding. Performing accurate respiratory motion correction without impairing the standard clinical protocol, ie without increasing the acquisition time, thus remains challenging. Different types of respiratory motion correction approaches have been proposed, mostly based on the use of non-rigid deformation fields either applied to the gated PET images or integrated during an iterative reconstruction algorithm. Evaluation of theses methods has been mainly focusing on the quantification and localization accuracy of small lesions, but their impact on the clinician detection performance during the diagnostic task has not been fully investigated yet. The purpose of this study is to address this question based on a computer assisted detection study. We evaluate the influence of two motion correction methods on the detection of small lesions in human oncology FDG PET images. This study is based on a series of realistic simulated whole-body FDG images based on the XCAT model. Detection performance is evaluated with a computer-aided detection system that we are developing for whole-body PET/CT images. Detection performances achieved with these two correction methods are compared with those achieved without correction, ie. with respiration average PET images as well as with reference images that do not model respiration effects. The use of simulated data makes possible the creation of theses perfectly corrected images and the definition of known lesions locations that serve as a reference.