Ce travail présente les résultats obtenus dans le cadre de développements méthodologiques en imagerie par résonance magnétique. Tout d'abord, la mise en place de la technique d'imagerie rapide utilisant un échantillonnage de l'espace k le long d'une trajectoire spirale à densité variable est exposée. L'optimisation des paramètres d'acquisition et la comparaison de différentes techniques de reconstruction ont été menées via des simulations numériques. Une approche originale de la calibration de la trajectoire dans l'espace k est proposée. L'imagerie spirale a été utilisée pour mettre en œuvre une méthode de mesure de la perméabilité de la BHE au Gd-DOTA. Ce protocole a été intégré aux mesures de volume sanguin et d'index de taille des vaisseaux utilisant le Sinerem®. Les résultats obtenus montrent des différences au niveau des paramètres de la microvascularisation sur les modèles de tumeurs C6 et RG2. La présence du Sinerem® conduit à une diminution des valeurs de constante d'échange à travers la paroi vasculaire (Ktrans) dans la tumeur de 24% en moyenne. Cette étude a également mis en évidence l'extravasation du Sinerem®, pendant les deux premières heures après injection du produit, uniquement dans les tumeurs RG2.

L'objectif de ce travail de thèse est de développer une sonde optique dédiée à aider le neurochirurgien à parfaire la résection des glioblastomes. Ce type de tumeurs est le plus fréquent et le plus agressif. Améliorer son exérèse permettrait d'augmenter la durée de survie moyenne du patient. Une exposé des tumeurs cérébrales et de leur prise en charge médicale introduit cette thèse. Le développement comporte trois volets. En premier lieu, le dispositif expérimental et la sonde utilisée fibrée sont caractérisés. Pour ce faire, des fantômes optiques calibrés aux géométries variées ont été conçus. Après validation, ils ont permis de définir la profondeur détectée en fonction de la variation de coefficients optiques.Deuxièmement, un programme de simulation Monte-Carlo a été développé et adapté au dispositif de mesures. Grâce aux mesures sur fantômes, ce programme a été validé. Cet outil permet un gain de temps considérable dans le processus de définition des propriétés de détection d'une sonde en fonction de sa géométrie.Enfin, dans le but d'identifier des indicateurs potentiels du tissu cérébral tumoral, une campagne de mesures sur modèle animal a été menée. Une étude spectroscopique approfondie a été effectuée sur des échantillons frais ex vivo. Plusieurs indices caractéristiques des tissus tumoraux ont été mis en évidence grâce à ce travail.

Le traitement des gliomes de haut grade constitue aujourd'hui encore un réel enjeu médical. Les techniques actuellement disponibles sont principalement palliatives et permettent d'augmenter la survie des patients de quelques mois seulement. Une technique innovante de radiothérapie consiste à renforcer la dose déposée dans la tumeur grâce à l'injection d'atomes lourds de manière spécifique dans celle-ci au préalable d'une irradiation de photons de basse énergie (50-100 keV). Cette technique a fait l'objet d'essais précliniques et maintenant d'essais cliniques de phases I et II sur la ligne médicale du synchrotron Européen dont le rayonnement monochromatique et intense est particulièrement adapté pour l'application. L'utilisation d'un agent de contraste (AC) iodé (Z=53) injecté par voie veineuse permet d'améliorer le bénéfice de la radiothérapie mais n'est cependant pas suffisante pour l'élimination complète de la tumeur. En effet, l'accumulation passive d'atomes lourds dans la tumeur n'est pas assez importante et le caractère extracellulaire d'un AC ne maximise pas l'efficacité biologique de l'irradiation. Les nanoparticules (NPs) métalliques apparaissent comme un moyen efficace pour repousser ces limites. Dans le cadre de cette thèse, des études ont été conduites sur la lignée cellulaire de gliome F98 afin de caractériser la toxicité et l'internalisation de trois types de nanoparticules différents : nanoparticules de gadolinium (GdNPs 3 nm), d'or (AuNPs 13 nm) et de platine (PtNPs 6 nm). La survie cellulaire a également été évaluée après différentes conditions d'irradiation de photons monochromatiques en présence de ces nano-objets. La dépendance de la réponse cellulaire à l'énergie du rayonnement incident ainsi qu'à la distribution subcellulaire des NPs a permis de mettre en évidence plusieurs mécanismes mis en jeu dans ce traitement. A concentration identique, les NPs diminuent la survie cellulaire de manière plus importante qu'un AC, validant ainsi l'intérêt microdosimétrique des NPs. L'effet est préférentiel à basse énergie (keV) indiquant que la photoactivation des atomes lourds est en partie responsable la réponse cellulaire. Par ailleurs, les GdNPs et les PtNPs se sont aussi montrées efficaces pour diminuer la survie cellulaire en combinaison à une irradiation à haute énergie (1.25 MeV) indiquant qu'un mécanisme de radiosensibilisation différent de la photoactivation intervient également. Les études précliniques, ont montré que le recouvrement complet de la tumeur par les NPs constitue un point clé pour garantir le bénéfice thérapeutique du traitement. Dans cette optique, une méthode de tomographie à deux énergies développée au synchrotron, a été caractérisée dans le cadre de ce travail. L'étude a permis d'imager de manière quantitative et simultanée la tumeur (mise en évidence par un AC iodé) et son recouvrement par des GdNPs (injectées par voie directe) chez le rongeur porteur d'un gliome. La correspondance entre la distribution de l'AC et la tumeur a également été étudiée à l'aide de techniques d'imagerie à haute résolution (IRM, tomographie X par contraste de phase et histologie).

Malgré un intérêt grandissant pour la question du devenir des survivants de tumeur cérébrale pédiatrique, l’évaluation de leur équilibre est souvent négligée. Les objectifs de nos travaux étaient de 1) examiner les écrits portant sur l’équilibre chez les survivants de tumeur cérébrale pédiatrique; 2) comparer l'équilibre debout et la qualité de vie entre les survivants et un groupe d’enfants témoins; et 3) examiner l'association entre l'équilibre debout et qualité de vie chez les survivants. Notre recension des écrits démontra que les survivants de tumeur cérébrale présentent des troubles de l’équilibre, mais les limites méthodologiques des études nous empêchent de conclure de manière définitive. Ensuite, nous avons recruté un groupe d’enfants survivants d’une tumeur cérébrale de la fosse postérieure et un groupe d’enfants sains. Leur équilibre était évalué à l’aide du Bruininks-Oseretsky Test of Motor Proficiency-2nd edition (BOT-2) et du Pediatric Balance Scale (PBS). Certains participants ont aussi été évalués avec une plate-forme de force où les limites de stabilité étaient documentées. Finalement, tous les enfants et leurs parents remplissaient le Pediatric Quality of Life Inventory (PedsQL4.0). Nos résultats démontrent que les survivants présentent une diminution de l’équilibre mise en évidence par le BOT-2, mais que leur qualité de vie est similaire aux enfants sains. La performance au BOT-2 est associée à la dimension physique du PedsQL4.0, suggérant une relation entre l’équilibre et la qualité de vie. Nos résultats suggèrent qu’une évaluation de l’équilibre pourrait être bénéfique chez cette clientèle afin de mieux cerner ses besoins de réadaptation. / There is growing interest in studying outcomes in survivors of pediatric brain tumours. Physical outcomes, especially balance abilities, are less investigated. Objectives of this thesis are to: 1) examine the literature for balance outcomes in survivors of pediatric brain tumours, 2) compare standing balance and health-related quality of life (HRQOL) between survivors of pediatric posterior fossa brain tumours (PFBT) and typically-developing controls and 3) explore the association between balance and HRQOL. A comprehensive review demonstrated that although the literature suggests that survivors of pediatric brain tumours display ongoing balance deficits, studies have limitations, emphasizing the need for further research. Survivors of pediatric PFBT and typically-developing children were recruited and their balance assessed with the Bruininks-Oseretsky Test of Motor Proficiency-2nd edition (BOT-2) and Pediatric Balance Scale (PBS). Dynamic balance was also evaluated for some participants using a force platform. The Pediatric Quality of Life Inventory measured HRQOL. Statistical analyses included Mann-Whitney U tests to compare results between groups and Spearman's rank correlation coefficient to determine the association between balance and HRQOL. Balance abilities were significantly worse in survivors as measured by the BOT-2. The PBS displayed a ceiling effect. Certain laboratory outcome measures suggested balance difficulties. All participants’ HRQOL scores were within normative values. In survivors, an association was found between BOT-2 scores and the physical dimension of HRQOL. Survivors of PFBT demonstrate persistent balance difficulties, best assessed by the BOT-2; however, they report normal HRQOL. Future research should be collaborative and focus upon the best ways to manage balance deficits.

Mémoire de maîtrise présenté en vue de l'obtention de la maîtrise en psychologie (M. Sc) / Introduction. Il est bien établi que les survivants tumeurs cérébrales pédiatriques (STCP) éprouvent des difficultés sociales, et la reconnaissance d’émotions faciales a été étudiée comme un mécanisme sous-jacent. Cependant, l'influence possible de la pandémie sur les capacités de reconnaissance des affects chez les STCP reste inexplorée. La présente étude visait à comparer la reconnaissance des émotions faciales (avec accès au visage complet versus seulement la région des yeux) entre les STCP et des jeunes à développement typique ainsi qu’à examiner son association avec l'adaptation sociale. Méthode. Des STCP (n=23) au moins un an après le traitement et des contrôles (n=24) entre 8 et 16 ans ont complété le sous-test de reconnaissance des affects du NEPSY-II (visage complet) et la version enfant du Reading the Mind in the Eyes Test (RMET, seulement le haut du visage). Résultats. Les groupes ne différaient pas sur leurs habiletés de reconnaissance d’émotions et ceux-ci n’étaient pas associés à leur adaptation sociale. Comparé aux normes pré-pandémie, notre échantillon avait plus de difficultés dans leur capacité de reconnaissance d’émotions avec visage complet ainsi qu’une meilleure performance avec seulement le haut du visage disponible (p < .05). Les participants ont aussi obtenu de meilleurs résultats au RMET qu’au NEPSY-II (p< .05). Conclusion. En somme, la pandémie semble avoir joué un rôle sur les capacités de reconnaissance des émotions faciales, tant chez les STCP que chez les contrôles, soulignant la nécessité d'études futures sur les effets à long terme de la pandémie sur les compétences sociales des jeunes. / Introduction. It is well-established that pediatric brain tumour survivors (PBTS) experience social difficulties, and facial emotion recognition has been studied as an underlying mechanism. However, the possible influence of the pandemic on affect recognition abilities in PBTS remains unexplored. The present study aimed to compare facial affect recognition (with full versus partial facial features) between PBTS and healthy controls (HC) and to examine its association with social adjustment. Method. PBTS (N=23, ages 8-16) at least one-year post-treatment and HC (N=24, ages 8-16) completed the NEPSY-II Affect Recognition subtest (full face) and the child version of the Reading the Mind in the Eyes Test (RMET, upper face only). Results. The groups did not differ in their ability to recognize emotions, and these were not associated with social adjustment. Compared with pre-pandemic norms, our sample had a lower performance in their emotion recognition ability with full face and a better performance with only upper face (p < .05). Participants also performed better on the RMET than on the NEPSY-II (p< .05). Conclusion. In sum, the pandemic appears to have played a role in facial emotion recognition abilities in both PBTS and controls, highlighting the need for future studies on the pandemic long-term effects on young people's social skills.

Les modèles de croissance tumorale fondés sur l'équation de réaction-diffusion Fisher Kolmogorov FK ont montré des résultats probants dans la reproduction et la prédiction de l'invasion de cellules tumorales du cerveau pour les gliomes. Nous utilisons différentes formulations du modèle FK pour évaluer la nécessité de l’imagerie de diffusion pour construire des modèles spécifiques de Gliomes de Bas Grade GBG, l'étude de l'infiltration de cellules tumorales après une résection chirurgicale de la tumeur, et définir une métrique pour quantifier l’évolution de GBG. L'imagerie en tenseur de diffusion ITD a été suggérée pour modéliser la diffusion anisotrope des cellules tumorales dans la matière blanche du cerveau. Les ITD acquises en basse résolution impactent la précision des résultats des modèles de croissance. Nous utilisons une formulation FK pour décrire l'évolution de la frontière visible de la tumeur pour étudier l'impact du remplacement de l'ITD patient par une hypothèse de diffusion isotrope ou une ITD de référence anisotrope en haute résolution formée par la moyenne des ITD de plusieurs patients. Nous quantifions l'impact du remplacement de l'ITD acquise sur un patient à aide de simulations de croissance tumorales synthétiques et des prévisions d'évolution de la tumeur d'un cas clinique. Cette étude suggère que la modélisation de la croissance du gliome à base de motilité différentielle de tissus donne des résultats un peu moins précis qu'à l'aide d'une ITD. S'abstenir d'utiliser une ITD serait suffisant lors de la modélisation de GBG. Par conséquent, toutes ces options d'ITD sont valides dans une formulation FK pour modéliser la croissance de GBG dans le but d'aider les cliniciens dans la planification du traitement. Après la résection d’une tumeur cérébrale, ils veulent savoir quel serait le meilleur traitement de suivi pour chaque patient : une chimiothérapie pour des tumeurs diffuses ou bien une deuxième résection après un laps de temps donné pour les tumeurs massives. Nous proposons une méthode pour tirer profit de modèles de croissance de gliome FK sur les cas post-opératoires montrant des distorsions du cerveau pour estimer l'infiltration des cellules tumorales au-delà des frontières visibles dans les IRM FLAIR. Notre méthode répond à 2 défis de modélisation : celui du mouvement du parenchyme cérébral après la chirurgie avec une technique de recalage non-linéaire et celui de la segmentation incomplète de la tumeur post-opératoire en combinant 2 cartes d'infiltration : une ayant été simulée à partir d'une image pré-opératoire et l’autre à partir d'une image post-opératoire. Nous avons utilisé les données de 2 patients ayant des GBG afin de démontrer l'efficacité de la méthode. Celle-ci pourrait aider les cliniciens à anticiper la récurrence de la tumeur après une résection et à caractériser l’étendue de l'infiltration non visible par la radiologie pour planifier la thérapie. Pour les GBG visibles par une IRM FLAIR/T2, il y a un débat important au sein du groupe de travail RANO Response Assessment in Neuro-Oncology sur la sélection d'un seuil pertinent des métriques basées sur l’évolution de la taille de la tumeur pour déterminer si la maladie est évolutive ME. Nous proposons une approche pour évaluer la ME du GBG en utilisant des estimations de la vitesse de croissance de la tumeur à partir d'une formulation FK qui prend en compte les irrégularités de forme de la tumeur, les différences de vitesse de croissance entre la matière grise et la matière blanche, et les changements volumétriques. En utilisant les IRM FLAIR de 9 patients, nous comparons les estimations de ME de notre approche proposée avec celles calculées en utilisant les estimations manuelles de la vitesse de croissance tumorale 1D, 2D et 3D et celles calculées en utilisant un ensemble de critères basés sur la taille critères RECIST, Macdonald et RANO. Notre approche est prometteuse pour évaluer la ME du GBG à partir d'un nombre limité d'examens par IRM. / Tumor growth models based on the Fisher Kolmogorov (FK) reaction-diffusion equation have shown convincing results in reproducing and predicting the invasion patterns of glioma brain tumors. In this thesis we use different FK model formulations to i) assess the need of patient-specific DTIs when modeling LGGs, ii) study cancer cell infiltration after tumor resections, and iii) define a metric to determine progressive disease for low-grade glimoas (LGG).Diffusion tensor images (DTIs) have been suggested to model the anisotropic diffusion of tumor cells in brain white matter. However, patient specific DTIs are expensive and often acquired with low resolution, which compromises the accuracy of the tumor growth models' results. We used a FK formulation to describe the evolution of the visible boundary of the tumor to investigate the impact of replacing the patient DTI by i) an isotropic diffusion map or ii) an anisotropic high-resolution DTI atlas formed by averaging the DTIs of multiple patients. We quantify the impact of replacing the patient DTI using synthetic tumor growth simulations and tumor evolution predictions on a clinical case. This study suggests that modeling glioma growth with tissue based differential motility (not using a DTI) yields slightly less accurate results than using a DTI. However, refraining from using a DTI would be sufficient in situations when modeling LGGs. Therefore, any of these DTI options are valid to use in a FK formulation to model LGG growth with the purpose of aiding clinicians in therapy planning.After a brain resection medical professionals want to know what the best type of follow-up treatment would be for a particular patient, i.e., chemotherapy for diffuse tumors or a second resection after a given amount of time for bulky tumors. We propose a thorough method to leverage FK reaction-diffusion glioma growth models on post-operative cases showing brain distortions to estimate tumor cell infiltration beyond the visible boundaries in FLAIR MRIs. Our method addresses two modeling challenges: i) the challenge of brain parenchyma movement after surgery with a non-linear registration technique and ii) the challenge of incomplete post-operative tumor segmentations by combining two infiltration maps, where one was simulated from a pre-operative image and one estimated from a post-operative image. We used the data of two patients with LGG to demonstrate the effectiveness of the proposed three-step method. We believe that our proposed method could help clinicians anticipate tumor regrowth after a resection and better characterize the radiological non-visible infiltrative extent of a tumor to plan therapy.For LGGs captured on FLAIR/T2 MRIs, there is a substantial amount debate on selecting a definite threshold for size-based metrics to determine progressive disease (PD) and it is still an open item for the Response Assessment in Neuro-Oncology (RANO) Working Group. We propose an approach to assess PD of LGG using tumor growth speed estimates from a FK formulation that takes into consideration irregularities in tumor shape, differences in growth speed between gray matter and white matter, and volumetric changes. Using the FLAIR MRIs of nine patients we compare the PD estimates of our proposed approach to i) the ones calculated using 1D, 2D, and 3D manual tumor growth speed estimates and ii) the ones calculated using a set of well-established size-based criteria (RECIST, Macdonald, and RANO). We conclude from our comparison results that our proposed approach is promising for assessing PD of LGG from a limited number of MRI scans. It is our hope that this model's tumor growth speed estimates could one day be used as another parameter in clinical therapy planning.

La "chirurgie éveillée du cerveau" consiste à retirer des tumeurs cérébrales infiltrantes (gliomes de bas grade, GIBG) à progression lente chez un patient éveillé. Une cartographie anatomo-fonctionnelle du cerveau est réalisée par stimulation électrique directe (SED) des zones proches de la tumeur afin de discriminer les aires cérébrales fonctionnelles de celles qui ne le sont plus. Les effets inhibiteurs de la stimulation sont mis en évidence par les tests neuropsychologiques réalisés par le patient lors de la chirurgie. Cependant, la SED est paramétrée de manière totalement empirique bien qu’utilisée de façon standardisée. De plus, si ses effets comportementaux sont mis en avant, ses effets électrophysiologiques restent plus méconnus. La conservation de la relation entre électrophysiologie (potentiel évoqué, PE) et comportement (fonction) est cruciale lors de chirurgies des GIBG : l’analyse des PE en temps réel permettrait une identification de ces relations au cours même de la chirurgie.Pour cela, nous avons réalisé des enregistrements peropératoires de l’activité électro-corticographique (ECoG) du cortex (CPP, n° ID-RCB : 2015-A00056-43). L’étude de ces enregistrements a permis de mesurer les effets electrophysiologiques de la SED corticale et sous-corticale, en évaluant la réponse du cerveau à la stimulation au travers des PE. Une chaine d'acquisition spécifique à la mesure de l'ECoG a été développée afin de pouvoir à terme mesurer et visualiser les PE en temps réel. De plus, un algorithme de post-traitement a été implémenté afin de réduire la contamination du signal par l’artefact de stimulation.Mieux comprendre les mécanismes sous-jacents à la SED, notamment au travers de la mesure des réponses électrophysiologiques, doit permettre de proposer des protocoles peropératoires plus objectifs afin d'améliorer la planification chirurgicale et la qualité de vie des patients. / The ‘Awake brain surgery’ consists in removing some slow-growing infiltrative brain tumor (low grade glioma, LGG) in a patient, to delay its development while preserving the functions. An anatomo-functional mapping of the brain is performed by electrically stimulating brain areas near the tumor to discriminate functional versus nonfunctional areas. The inhibitory effects of this direct electrical stimulation (DES) are evidenced by the neuropsychological tests undergone by the patient during the tumor resection. However, the DES parameters are empirically set even though its use is standardised. Moreover, even if its behavioural effects are well known, its electrophysiological effects have been partially depicted.Preserving the relationship between electrophysiology (evoked potential, EP) and behaviour (function) is crucial in LGG surgery.Intra-operative electrocorticographic recordings (ECoG) of the brain activity were thus performed (CPP, n° ID-RCB : 2015-A00056-43). The electrophysiological effects of cortical and subcortical DES on brain activity have been highlighted, by assessing the response of the brain to the stimulation through EP recordings analysis. A new acquisition set-up has also been specifically developed for ECoG recordings in order to measure and eventually visualise the EP in real-time. Furthermore, a post-processing algorithm has been implemented to reduce the signal disturbances induced by the stimulation artefact.A better understanding of the underlying DES mechanisms, in particular through the measurement of electrophysiological responses, should enable designing more perfected protocols in order to improve the surgical planning, and quality of life of the patients.

La thérapie des tumeurs cérébrales invasives demeure aujourd'hui un véritable challenge en dépit des progrès réalisés en neurochirurgie, radiothérapie et chimiothérapie ces vingt dernières années. Les tumeurs solides sont des systèmes dynamiques présentant une forte hétérogénéité de structure et de vascularisation et qui varie d'une tumeur à une autre. La stratégie de délivrance des drogues dans ces tissus néoplasiques (cérébraux ou non) s'est révélée être un point critique dans le succès d'une chimiothérapie, notamment en raison de l'existence de mécanismes physiologiques intratumoraux s'opposant à une délivrance efficace dans l'ensemble du tissu tumoral. L'administration locale convective (Convection-Enhanced Delivery, CED) s'est avérée être une technique prometteuse pour distribuer par voie intracérébrale des volumes cliniquement significatifs d'agents thérapeutiques à des concentrations interstitielles élevées tout en réduisant les risques de toxicité systémique. Ce travail a porté sur l'étude de la distribution CED de traceurs in vitro pendant injection et in vivo en post-injection par deux modalités d'imagerie (imagerie par RMN et tomographie quantitative par rayonnement synchrotron). Les données in vitro ont été corrélées à un modèle numérique d'écoulement et de transport du traceur. Finalement, ces résultats sont discutés à la lumière des éléments prédictifs de la littérature. A ce jour, la compréhension et l'optimisation de la distribution CED de drogues in vivo pendant et après infusion restent une étape critique dans le traitement des tumeurs cérébrales et nécessitent davantage d'efforts.

L’objet de cette thèse est de réaliser une analyse économique du champ de l’aide informelle des personnes adultes jeunes vivant à domicile et atteintes de maladie neurologique grave. La question de recherche posée concerne l’articulation entre l’organisation de l’aide informelle et la cinétique de la pathologie neurologique. La méthodologie repose sur la construction de quatre modèles neuro-pathologiques et économiques d’une part, et sur la constitution de quatre cohortes représentatives, comportant chacune une centaine de binômes « aidant-aidés » d’autre part. Ainsi, les modèles de la pathologie brutale avec handicap résiduel stabilisé, de la pathologie progressive avec handicap croissant, de la pathologie à cinétique déficitaire rapide, de la pathologie dégénérative héréditaire sont-ils respectivement illustrés par le traumatisme crânien, la sclérose en plaques, la tumeur cérébrale et la maladie de Huntington. Nos travaux (1) mettent en évidence les caractéristiques sur le plan économique des aidants informels (conjoints jeunes) qui sont fortement impliqués dans la production du soin, experts d’un accompagnement complexe et déstabilisés dans leur trajectoire professionnelle (2) font la démonstration de la prédétermination forte de la cinétique de la pathologie neurologique sur les comportements d’aide informelle à travers différents indicateurs temporels dont la prise en compte s’avère incontournable pour l’analyse économique (3) montrent la nécessité d’avoir recours à une mesure bidimensionnelle (subjective et objective) dans l’analyse du fardeau des aidants informels. Une telle mesure souligne d’une part l’insuffisance du recours à l’aide professionnelle publique et d’autre part l’impact sur les aidants des troubles cognitivo-comportementaux (handicap invisible) et de la phase neuro-palliative à domicile d’une pathologie neurologique grave. Ces résultats ouvrent des perspectives pour la mise en place de mesures d’action publiques en France dans le champ complexe du handicap neurologique. / The purpose of this thesis is to achieve an economic analysis of informal caregiving of young adults living at home and suffering from a severe neurological disease. The research questions the relationship between the organization of informal care and kinetics of neurological pathology. The methodology is based on the construction of four neuro-pathological and economic models on the one hand, and on the constitution of four representative cohorts, each with a hundred pairs of "patients-caregivers" on the other. Thus, models of brutal disease stabilized with residual disability, progressive disease with increasing disability, fast kinetics disease and neuro-degenerative hereditary disease are respectively illustrated by traumatic brain injury, multiple sclerosis, malignant brain tumor and Huntington's Disease. Our work (1) highlights the economic characteristics of informal caregivers (young spouses) who are highly involved in the production of care, expert of complex care and therapeutic pathways and destabilized in their professional careers (2) demonstrates that the kinetics of neurological disease predicts the economic behavior of informal caregivers : taking account of different time indicators is crucial for economic analysis in neurodisability (3) shows that a two-dimensional subjective and objective outcome measure is necessary in the analysis of the burden of informal caregivers. Such a double indicator first stresses the inadequate use of publicly funded professional care ; it also points out the impact of cognitive-behavioral disorders (so-called “invisible disability”) and of the home neuro-palliative phase on caregivers in case of a severe neurological disease. These results open perspectives for the development of public action measures in France in the complex field of neurological disability.

Les travaux présentés dans le cadre de cette thèse traitent de la modélisation mathématique de la croissance tumorale. La première partie de cette thèse traite de l’estimation des paramètres. Plus précisément, il s’agit de déterminer la vascularisation d’une tumeur à partir de sa dynamique. Pour cela, nous générons à partir d’un modèle d’équations aux dérivées partielles l’évolution en temps de la densité de cellules tumorales. Ensuite, nous résolvons des problèmes inverses afin de retrouver la densité de vascularisation correspondante. Nous montrons que la vascularisation estimée permet de prédire efficacement la croissance future de la tumeur. Dans un second temps, nous introduisons une classe de modèles pour la croissance de gliomes qui sont adaptés à la fois aux gliomes de bas grades et aux glioblastomes multiformes. Afin de tenir compte des spécificités des gliomes, le modèle prend en considération le caractère infiltrant de ce type de tumeur ainsi que l’hétérogénéité, l’anisotropie et la géométrie du cerveau. Nos modèles permettent d’étudier l’efficacité des traitements anti-angiogéniques et de la comparer à celle d’un traitement qui inhiberait la capacité d’invasion de gliomes. Les modèles ont été implémentés en 2D et en 3D dans des géométries réalistes obtenues grâce à un atlas. / This thesis deals with mathematical modeling of tumor growth. Firstly, we present a parameter estimation method. More precisely, it consists in recovering the position of the tumor blood vessel, starting from imaging. The first step is to design a particular vascularization, then we compute the tumor growth with this blood-vessel network by using a model based on partial differential equations and hence we try to recover the initial vascularization solving the inverse problem. We show that the estimated vasculature could be used to efficiently predict the future tumor growth. In the second part of this thesis, we introduce a class of models dedicated to glioma, adapted both to low grade and multiform glioblastoma. In order to take into account their specificities, we include mainly two effects in the model : on the one hand, the infiltrate behaviors of gliomas, and on the other hand, the impact of brain heterogeneity, of brain anisotropy and of brain geometry on the tumor growth. Our models allow us to evaluate the efficiency of anti-angiogenic drugs and to compare it with the effect of drugs inhibiting the invasion ability of glioma. The models have been implemented in 2D and 3D in actual geometry provided by an atlas.