Les travaux effectués au cours de cette thèse ont été réalisés dans le cadre du développement d'une plateforme d'irradiation protons dédiée aux études en radiobiologie (Radiograaff) à partir de l'accélérateur Van de Graaff 4 MV de l'Institut de Physique Nucléaire de Lyon. Ceci, grâce à une collaboration étroite et interdisciplinaire entre les physiciens et ingénieurs de l'Institut de Physique Nucléaire de Lyon (IPNL) et des biologistes du Laboratoire de Radiobiologie Cellulaire et Moléculaire (LRCM) du CHU de Lyon Sud. Afin de présenter le développement de la plateforme Radiograaff, ce manuscrit se découpera en trois chapitres. Le premier chapitre présente les fondements de l'hadronthérapie et le contexte scientifique du projet. Nous traiterons, dans une première partie, de l'interaction ions-matière vivante afin de mieux cerner les concepts théoriques associés à l'hadronthérapie. Et nous présenterons, dans un second temps, les intérêts scientifiques et les objectifs du projet Radiograaff. Le deuxième chapitre concernera les développements instrumentaux de la ligne d'irradiation. Après avoir discuté du mode de délivrance et d'extraction du faisceau ainsi que des méthodes de simulation que nous avons employées pour le dimensionnement théorique la ligne d'irradiation, nous présenterons le système de contrôle de la dosimétrie. Le chapitre 2 sera conclu par les résultats de l'évaluation et de la qualification de la plateforme. Enfin, dans le troisième chapitre, après une brève présentation de quelques aspects de biologie et de radiobiologie, nous présenterons les premiers résultats obtenus concernant l'efficacité biologique relative des protons délivrés par la plateforme Radiograaff. Nous discuterons des protocoles, des conditions expérimentales ainsi que des méthodes d'analyse des résultats / The work done in this thesis has been made in the development of a proton irradiation platform dedicated for radiobiological studies from the 4 MV Van de Graaff accelerator of the Institut de Physique Nucléaire de Lyon (IPNL). These developments have been made through a close interdisciplinary collaboration between physicists and engineers from IPNL and biologists from the Laboratoire de Radiobiologie Cellulaire et Moléculaire (LRCM, CHU Lyon Sud). To present the development of Radiograaff platform, this manuscript will split into three chapters. The first chapter introduces the basics of hadrontherapy and the scientific context of the project. In the first part of this chapter, we present the interactions between ion and matter in order to better understand the theoretical concepts associated with the hadrons. Then, we present the scientific interests and objectives of the Radiograaff project. The second chapter concerns the instrumental developments of the beam line. After discussing the delivery mode and beam extraction in air and simulation methods that we used to design the theoretical line radiation, we present the dosimetric monitoring system. The chapter 2 is concluded by the results of the evaluation and qualification of the platform. Finally, in the third chapter, after a brief presentation of some aspects of biology and radiobiology, we present the first results on the relative biological effectiveness of protons delivered by the Radiograaff platform. We discuss the protocols, experimental conditions and methods for analysing results

La prévention des effets biologiques radio-induits en radiologie interventionnelle nécessite une estimation complète de l’exposition à la peau et aux organes du patient. Dans ce contexte, un logiciel permettant une reconstruction post-opératoire précise et rapide de la dosimétrie du patient par méthode Monte Carlo, a été développé. L’utilisation de techniques de réduction de variance et de navigation voxélisée avancées permet une amélioration significative du temps de calcul. Des fantômes anthropomorphes de dernière génération, couplés à la lecture des paramètres d’irradiation, permettent une prise en compte réaliste de l’anatomie du patient et de la géométrie de la machine. La précision de la modélisation Monte Carlo associée à un temps d’exécution réduit ainsi qu’à une complète automatisation rend cet outil particulièrement adapté à un calcul systématique en radiologie interventionnelle. / The prevention of the radio-induced biological effects in interventional radiology require a complete estimation of the patient skin and organs exposition. In this context, a software allowing a precise and fast postoperative reconstruction of the patient’s dosimetry using the Monte Carlo method was developed. The use of advanced methods of variance reduction and voxelized navigation allows a significant improvement in computing time. Last generation anthropomorphic phantoms, coupled with the reading of the irradiation parameters, allow to take realistic account of the patient's anatomy and the geometry of the machine. The precision of the Monte Carlo modelization associated with a reduced execution time as well as a complete automation makes this tool particularly suitable for a systematic calculation in interventional radiology.

Actuellement, les technologies sans fil sont omniprésentes dans les lieux de vie, de travail ou detransport de la population. Les recherches en dosimétrie numérique non-ionisante ont connu desavancées considérables notamment grâce à la capacité de calcul croissante des ordinateurs. Cesdernières années, la prise en compte de la variabilité dans la dosimétrie est devenue un enjeumajeur. Les sources de variabilité sont nombreuses, parmi elles, les conditions d'exposition aurayonnement électromagnétique peuvent induire des doses absorbées très différentes.La modélisation de canal de propagation en environnement intérieur a permis d'avoir uneconnaissance précise des conditions d'exposition d'un corps humain plongé dans cet environnement.Les modèles stochastiques montrent le caractère statistique de l'exposition des corpshumains. Cette thèse a pour but de développer une méthode statistique du calcul de la doseabsorbée par le corps et d'adapter le modèle de canal stochastique à la dosimétrie.L'étude statistique de l'exposition a révélé la nécessité d'obtenir les valeurs de Débit d'AbsorptionSpécifique corps entier dans le cas d'expositions à une onde plane pour tous les anglesd'incidence possibles. Compte tenu des temps de calcul particulièrement long en dosimétrie, uneméthode d'interpolation efficace, le krigeage, des valeurs de Débit d'Absorption Spécifique a étémise en œuvre. La méthode du krigeage permet alors d'obtenir les valeurs de Débit d'AbsorptionSpécifique pour tous les angles d'incidences et donc de calculer les deux premiers momentsdu Débit d'Absorption Spécifique.L'analyse de sensibilité aux paramètres du canal des moments du Débit d'Absorption Spécifiquea permis de connaître l'impact de chacun de ces paramètres. Le modèle de canal a pu être simplifié et donc adapté à la dosimétrie tout en quantifiant l'erreur d'approximation qu'implique cette simplification.Cette thèse répond à l'enjeu de la prise en compte de la variabilité en dosimétrie dans un environnementcomplexe et les outils mis en œuvre ouvrent la voie de l'étude de l'exposition danstous les environnements complexes. / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Ce travail porte sur la simulation d’examen scanner dans le but de valider une nouvelle méthode de mesure de dose au patient en temps réel basé sur une fibre optique scintillante. Dans un premier temps nous avons étudié la réponse en énergie de notre dosimètre, et montré qu’elle était proche de celle des chambres d’ionisation utilisées actuellement. Par la suite, un scanner a été modélisé avec succès et il a été observé que lors de l’examen, la dose au patient et la dose mesurée n’était pas impactée de la même manière par certains paramètres tels que la hauteur de la table, la position du patient, ou sa morphologie. Cependant en tenant compte de ceux-ci, il a été possible de déterminer la dose reçue par le patient durant un examen à l’aide de la mesure par fibre scintillante. Nous estimons que couplée à des simulations monte-carlo adaptées, cette mesure pourrait permettre une estimation précise de la dose délivrée aux organes à risques durant un examen. / This work focuses on the simulation of CT exam, and aims to validate a new real-time patient dose measurement method that uses a scintillating optical fiber. First, we studied our dosimeter’s energy response, and we showed that it was close to the response of the ion chambers currently used. Then, we successfully modeled a scanner, and found that during the exam, patient dose and measured dose were affected differently by parameters such as the table height, the patients positioning or the patients morphology. However, when accounting for such parameters, it was possible to compute the dose delivered to the patient during an exam using the scintillating fiber measurement. We consider that when coupled with monte-carlo simulations, this measurement could be used to estimate accurately the organ dose delivered during an exam.

La précision du calcul de dose est cruciale pour la qualité de la planification et de la réalisation des traitements en radiothérapie. L’objectif de ce travail était d’évaluer la qualité des algorithmes de calcul de dose des faisceaux d’électrons pour des conditions particulières proches des situations cliniques rencontrées. Une méthodologie spécifique de dosimétrie par films radiochromiques des faisceaux d’électrons a été développée et validée, y compris pour des situations difficiles avec une précision de 3.1% en dose absolue et 2.6% en dose relative. Cette technique a permis de développer des tests de Contrôle Qualité généralistes rapides et efficaces qui servent de base de données mesurées en cas de changement de version du système de planification de traitement et/ou d’algorithme de calcul de dose. Les mesures par films ont été comparées avec les calculs de deux algorithmes de calcul de dose Pencil Beam et Monte Carlo. Les deuxcodes ont donné des résultats similaires dans les tests d’obliquité, d’irrégularité et de DSP étendue. En revanche, les calculs Monte Carlo sont plus précis en présence d’hétérogénéités. D’autre part, cette méthode de dosimétrie par films radiochromiques a permis de développer un nouveau mode d’évaluation des plans de traitement avec des films découpés et insérés dans des fantômes anthropomorphiques (de type thorax et tête) de manière à obtenir la distribution de dose en 2D dans un plan transversal donné ; ces tests cliniques pouvant aussi être utilisés dans le cadre d’un Contrôle de Qualité interne adapté à l’activité clinique du service. La comparaison des mesures avec les calculs a montré une meilleure précision dans les calculs Monte Carlo par rapport aux calculs Pencil Beam au niveau des hétérogénéités, notamment dans les poumons, les cavités et les os. / In radiotherapy, the dose calculation accuracy is crucial for the quality and the outcome of the treatments. The purpose of our study was to evaluate the accuracy of dose calculation algorithms for electron beams in situations close to clinical conditions. A new practical approach of radiochromic film dosimetry was developed and validated especially for difficult situations. An accuracy of 3.1% and 2.6% was achieved for absolute and relative dosimetry respectively. Using this technique a measured database of dose distributions was developed to form the basis of several fast and efficient QualityAssurance tests. Such tests are intended to be used also when the dose calculation algorithm is changed or the Treatment Planning System replaced. Pencil Beam and Monte Carlo dose calculations were compared to the measured data for simple geometrical phantom setups. They both gave similar results for obliquity, surface irregularity and extended SSD tests but the Monte Carlo calculation was more accurate in presence of heterogeneities. The same radiochromic film dosimetry method was applied to film cuts inserted into anthropomorphic phantoms providing a 2D dose distribution for any transverse plan. This allowed us to develop clinical test that can be also used for internal Quality Assurance purposes. As for simpler geometries, the Monte Carlo calculations showed better agreement with the measured data than the Pencil Beam calculation, especially in presence of heterogeneities such as lungs, cavities and bones.

Les références actuelles, pour les rayons X de moyenne énergie en radiothérapie, sont établies au LNHB en termes de kerma dans l’air. La dose absorbée dans l’eau, grandeur d’intérêt pour la radiothérapie, est déduite de ces valeurs par transfert conformément aux protocoles internationaux. Ce travail de thèse a permit d’établir les références en termes de dose absorbée dans l’eau dans les conditions de référence des protocoles en utilisant la méthode de calorimétrie dans l’eau. La calorimétrie est la mesure de la dose absorbée à partir de l’élévation de température. Un « calorimètre-eau » a été conçu et réalisé afin d’effectuer des mesures à 2 cm de profondeur : conditions de référence définies par le protocole AIEA TRS-398. Les débits de dose absorbée dans l’eau ainsi déterminés ont été comparés aux valeurs issues de l’application des protocoles fondés sur le kerma dans l’air. Un écart maximum inférieur à 2.1 % a été trouvé par rapport à la calorimétrie. L’incertitude type associée aux valeurs calorimétriques étant inférieure à 0.8 % et celle associée aux valeurs issues des protocoles étant de l’ordre de 3.0 %, les résultats sont compatibles aux incertitudes des méthodes près. Grâce à ces nouvelles références, la détermination de la dose absorbée dans l’eau dans ce type de faisceau pourra désormais être réalisée en appliquant le protocole AIEA TRS-398, conduisant ainsi à une forte réduction des incertitudes (facteur 3 par rapport au protocole AIEA TRS-277). Actuellement, aucun autre laboratoire primaire ne possède un tel instrument permettant l’établissement direct de ces références dans les conditions recommandées par les protocoles. / LNE-LNHB current references for medium energy X-rays are established in terms of air kerma. Absorbed dose to water, which is the quantity of interest for radiotherapy, is obtained by transfer dosimetric techniques following a methodology described in international protocols. The aim of the thesis is to establish standards in terms of absorbed dose to water in the reference protocol conditions by water calorimetry. The basic principle of water calorimetry is to measure the absorbed dose from the rise in temperature of water under irradiation. A calorimeter was developed to perform measurements at a 2 cm depth in water according to IAEA TRS-398 protocol for medium energy x-rays. Absorbed dose rates to water measured by calorimetry were compared to the values established using protocols based on references in terms of air kerma. A difference lower than 2.1% was reported. Standard uncertainty of water calorimetry being 0.8%, the one associated to the values from protocols being around 3.0%, results are consistent considering the uncertainties. Thanks to these new standards, it will be possible to use IAEA TRS-398 protocol to determine absorbed dose to water: a significant reduction of uncertainties is obtained (divided by 3 by comparison with the application of the IAEA TRS-277 protocol). Currently, none of the counterparts’ laboratories own such an instrument allowing direct determination of standards in the reference conditions recommended by the international radiotherapy protocols.

Techniques médicales en plein essor suscitant d’importants espoirs thérapeutiques, les radiothérapies internes vectorisées (RIV) consistent à administrer un radiopharmaceutique pour traiter sélectivement les tumeurs. A l’heure actuelle, l’activité injectée au patient est généralement standardisée. Cependant, afin d’établir des relations dose-effet robustes et d’optimiser le traitement en préservant au mieux les tissus sains, une dosimétrie personnalisée doit être réalisée, à l’image des pratiques cliniques existant en radiothérapie externe. Dans ce cadre, l’objectif de la thèse était de développer, à l’aide du logiciel OEDIPE, une méthode de dosimétrie personnalisée reposant sur des calculs Monte Carlo directs. La méthode mise au point permet de calculer la distribution tridimensionnelle des doses absorbées en fonction de l’anatomie du patient, définie à l’aide d’images TDM ou IRM, ainsi que de la biodistribution de l’activité spécifique au patient, définie à partir de données d’émission TEMP ou TEP. Des aspects radiobiologiques, tels que les différences de radiosensibilité et de vitesse de réparation entre les tissus sains et les lésions tumorales, ont également été intégrés par l’intermédiaire du modèle linéaire-quadratique. Cette méthode a été appliquée à la radiothérapie interne sélective (SIRT) qui consiste à injecter des 90Y-microsphères pour traiter sélectivement les cancers hépatiques inopérables. Les distributions des doses absorbées et doses biologiques efficaces (BED) ainsi que les doses biologiques efficaces équivalentes uniformes (EUD) aux lésions hépatiques ont été calculées à partir des distributions d’activité de l’étape d’évaluation aux 99mTc-MAA pour 18 patients traités à l’hôpital européen Georges Pompidou. Ces résultats ont été comparés aux méthodes classiques utilisées en clinique et l’intérêt d’une dosimétrie précise et personnalisée pour la planification de traitement a été étudié. D’une part, la possibilité d’augmenter l’activité de manière personnalisée a été mise en évidence par le calcul de l’activité maximale injectable au patient en fonction de critères de tolérance donnés aux organes à risque. D’autre part, l’utilisation des grandeurs radiobiologiques a également permis d’évaluer l’apport potentiel de protocoles fractionnés en SIRT. L’outil développé peut donc être utilisé comme aide à l’optimisation des plans de traitement. En outre, une étude a été initiée en vue d’améliorer la reconstruction des données post-traitement de la TEMP-90Y. L’évaluation à partir de ces données des doses délivrées lors du traitement pourra permettre, d’une part, de prédire le contrôle tumoral et d’anticiper le risque de toxicité aux tissus sains et, d’autre part, d’établir des relations dose-effet précises pour ces traitements. / Medical techniques in full expansion arousing high therapeutic expectations, targeted radionuclide therapies (TRT) consist of administering a radiopharmaceutical to selectively treat tumors. Nowadays, the activity injected to the patient is generally standardized. However, in order to establish robust dose-effect relationships and to optimize treatments while sparing healthy tissues at best, a personalized dosimetry must be performed, just like actual clinical practice in external beam radiotherapy. In that context, this PhD main objective was to develop, using the OEDIPE software, a methodology for personalized dosimetry based on direct Monte Carlo calculations. The developed method enables to calculate the tridimensional distribution of absorbed doses depending on the patient anatomy, defined from CT or MRI data, and on the patient-specific activity biodistribution, defined from SPECT or PET data. Radiobiological aspects, such as differences in radiosensitivities and repair time constants between tumoral and healthy tissues, have also been integrated through the linear-quadratic model. This methodology has been applied to the selective internal radiation therapy (SIRT) which consists in the injection of 90Y-microspheres to selectively treat unresectable hepatic cancers. Distributions of absorbed doses and biologically effective doses (BED) along with the equivalent uniform biologically effective doses (EUD) to hepatic lesions have been calculated from 99mTc-MAA activity distributions obtained during the evaluation step for 18 patients treated at hôpital européen Georges Pompidou. Those results have been compared to classical methods used in clinics and the interest of accurate and personalized dosimetry for treatment planning has been investigated. On the one hand, the possibility to increase the activity in a personalized way has been highlighted with the calculation of the maximal activity that could be injected to the patient while meeting tolerance criteria on organs at risk. On the other hand, the use of radiobiological quantities has also enabled to evaluate the potential added value of fractionated protocols in SIRT. The developed tool can thus be used as a help for the optimization of treatment plans. Moreover, a study has been initiated to improve the reconstruction of post-treatment data from 90Y-SPECT. The estimation from those data of doses delivered during treatment could allow to predict tumoral control and to anticipate healthy tissues toxicity as well as to establish precise dose-effect relationships for those treatments.

Ce travail de thèse a pour but d'améliorer la précision de mesure de la dosimétrie basée sur le transducteur en Nitrure de Gallium (GaN) et de développer son application en radiothérapie. L'étude comprend des phases de modélisation, de simulation et de caractérisation de cette réponse pour la radiothérapie externe et la curiethérapie. En modélisation, nous avons proposé deux approches pour modéliser la réponse du transducteur GaN en radiothérapie externe. Dans la première approche, un modèle a été construit à partir de données expérimentales et en séparant les composantes primaires et diffusées du faisceau. Pour la deuxième approche, nous avons adapté un modèle initialement proposé pour les diodes silicium pour l'adapter au transducteur radioluminescent GaN. Nous avons également proposé un concept original de dosimétrie bi-média qui permet à partir des réponses mesurées des deux média de remonter à la dose dans les tissus, sans connaissance à priori des conditions d'irradiation. Ce concept a été démontré par des simulations Monte Carlo. Par ailleurs GaN pour la curiethérapie à Haut Débit de Dose, la réponse du transducteur GaN sous irradiation des sources d'iridium 192 et de cobalt 60 a été évaluée par simulation Monte Carlo et confirmée par des mesures. Des études de caractérisation des propriétés du transducteur radioluminescent GaN ont été réalisées avec ces sources. Un prototype de fantôme instrumenté avec des sondes GaN a été développé pour le contrôle qualité en curiethérapie HDR. Il permet de vérifier en temps réel les paramètres physiques du traitement (position de la source, le temps d'exposition, activité de la source) / The work in this thesis has the objective to increase the measurement precision of the dosimetry based on the Gallium Nitride (GaN) transducer and develop its applications on radiotherapy. The study includes the aspects of modeling, simulation and characterization of this response in external radiotherapy and brachytherapy. In modeling, we have proposed two approaches to model the GaN transducer’s response in external radiotherapy. For the first approach, a model has been built based on experimental data, while separating the primary and scattering component of the beam. For the second approach, we have adopted a response model initially developed for the silicon diodes for the GaN radioluminescent transducer. We have also proposed an original concept of bi-media dosimetry which evaluates the dose in tissue according to different responses from two media without prior information on the conditions of irradiation. This concept has been shown by Monte Carlo simulation. Moreover, for High Dose Rate brachytherapy, the response of GaN transducer irradiated by iridium 192 and cobalt 60 sources has been evaluated by Monte Carlo simulation and confirmed by the measurements. Studies on the property characterization of GaN radioluminescent transducer has been carried out with these sources as well. An instrumented phantom prototype with GaN probe has been developed for the HDR brachytherapy quality control. It allows a real-time verification of the physics parameters of a treatment (source dwell position, source dwell time, source activity)

La radiothérapie interne sélective (RTIS), en plein développement ces dernières années, constitue une alternative thérapeutique pour les cancers primaires et secondaires inopérables du foie. Le principe repose sur l’administration intra-artérielle de microsphères chargées d’yttrium-90 avec pour objectif la destruction des cellules tumorales par l’irradiation.L’activité d’yttrium-90 à administrer au patient est actuellement généralement prescrite à partir d’approches semi-empiriques ou peu personnalisées, faciles à mettre en place cliniquement. De nouveaux outils sont aujourd'hui disponibles semblables à ceux utilisés en radiothérapie externe. Leur utilisation encore peu répandue nécessite un retour d'expérience clinique pour mettre en avant leurs bénéfices et guider l'application clinique. Par ailleurs, le traitement RTIS est précédé d'une étape de simulation. Des différences inhérentes à cette procédure en deux temps (type de particules utilisées, modalité d’imagerie, modifications de flux vasculaires, etc.) existent et pourraient potentiellement conduire à des écarts dosimétriques entre la planification et le traitement. C’est dans ce contexte que s’inscrit le projet de cette thèse qui porte sur l'optimisation de la dosimétrie pour le traitement du carcinome hépatocellulaire par RTIS.Les doses délivrées au cours de 42 traitements par microsphères de résine réalisés entre 2012 et 2015 au CHU de Montpellier, ont été rétrospectivement calculées à l’échelle du voxel sur un logiciel de dosimétrie dédié (PLANET Dose, DOSIsoft, Cachan). Les doses délivrées ont été calculées pour le volume tumoral et le volume de foie sain définis anatomiquement, à partir de l’imagerie post-traitement TEP aux microsphères d’yttrium-90. Ce travail a mené à deux études complémentaires. La première analyse a consisté à confronter les données dosimétriques recueillies (doses moyennes, histogrammes dose-volume) à la réponse tumorale, la toxicité hépatique et la survie du patient. Les résultats obtenus, en accord avec ceux de la littérature, ont confirmé l’existence d’une relation dose-effet en RTIS. La deuxième étude a mis en évidence les limites du modèle BSA (body surface area pour surface corporelle) qui avait été utilisé pour planifier l’activité à administrer, à prédire la dose délivrée et par conséquent l’efficacité du traitement. L’absence de considérations dosimétriques et de prise en compte de l’hétérogénéité de distribution, de ce modèle ont notamment été discutées. Ces deux études ont ainsi souligné l'intérêt de planifier l'activité d'yttrium-90 à administrer en se basant sur des données dosimétriques individualisées.Une troisième étude a été conduite sur une population de 23 patients atteints de CHC, traités par microsphères de verre traités entre 2015 et 2018 au CHU de Montpellier. L’objectif a été de comparer les dosimétries prédictives et post-traitement calculées à l’échelle du voxel. Les résultats cliniques obtenus ont été appuyés par des expérimentations sur fantômes physiques (simple et anthropomorphique). Une bonne corrélation a été montrée, mettant en avant la valeur prédictive de la dosimétrie de planification. En revanche, un écart significatif a été observé et semble lié en partie à la quantification de l’imagerie TEP à l’yttrium-90. De plus, il a été montré que le geste radiologique peut influencer la distribution de particules et donc de dose, d’où la nécessité d’une reproductibilité aussi parfaite que possible entre les deux étapes. / Selective internal radiation therapy (SIRT) is a growing therapeutic alternative for unresectable primary and secondary liver cancer. The principle is based on the intra-arterial administration of yttrium-90 loaded microspheres for tumor cell destruction through irradiation.Yttrium-90 activity to be administered to the patient is, at the moment, usually prescribed using semi-empirical or barely personalized approaches that can be easily clinically implemented. New tools, similar to the ones used in external beam radiotherapy, are available today. These tools, which are not yet widely spread, require clinical feedback to show their benefits and guide the clinical application. Besides, a simulation stage is always performed before SIRT treatment itself. This two-step procedure implies differences (in terms of particles used, imaging modality, vascular flow modifications, etc.) that could potentially lead to dose deviations between planning and treatment. The thesis project comes within this scope, dealing with dosimetry optimization for hepatocellular carcinoma SIRT.Delivered doses during 42 treatment procedures performed between 2012 and 2015 at Montpellier University Hospital, were retrospectively calculated at the voxel level using a dosimetry dedicated software (PLANET Dose, DOSIsoft, Cachan). Two complementary studies were carried out from this work. The first one analyzed dose data (average dose, dose volume histograms) versus patient follow-up including tumor response, liver toxicity and patient survival. The results obtained are consistent with the other teams, confirming the dose-effect relationship in SIRT. The second study highlighted the limitations of the BSA (body surface area) model that was used for activity planning. In particular, the limitations of this model to predict delivered dose and consequently treatment efficiency were quantitatively demonstrated. The lack of dosimetry and heterogeneity distribution considerations were also discussed. These two studies emphasized the interest for yttrium-90 activity planning based on individualized dose data.A third study was conducted on a population of 23 patients treated between 2015 and 2018 at Montpellier University Hospital. The aim was to compare predictive and post-treatment dosimetry calculated at the voxel level. The clinical results were supported by phantom (simple and anthropomorphic) experimentations. A good correlation was observed highlighting the predictive value of dosimetry planning. However, a significant deviation was noticed and seems to be partly related to yttrium-90 TEP quantification. In addition, it was also noted that the radiological gesture can affect particle distribution and consequently dose distribution, this is why reproducibility as perfect as possible is required between the two stages.

L'étude des émissions rayonnées d'une source dans tout l'espace, est essentielle pour l'analyse dosimétriques et l’analyse des interférences électromagnétiques. L'importance du dernier augmentent en raison de la nécessité d'avoir une prédiction de la fiabilité des circuits électroniques. De plus, l'utilisation quotidienne des dispositifs et des systèmes émettant des champs électromagnétiques radiofréquences ne cesse d'augmenter. Certains de ces dispositifs fonctionnent à proximité du corps humain, et les opérateurs se trouvent dans la région des champs proches de la source rayonnante, et ils sont exposés à des niveaux de champs électromagnétiques pouvant être élevés. Pour cette raison, l'analyse dosimétrique, qui passe par une cartographie tridimensionnelle (3D) au voisinage de la source rayonnante, doit être effectuée. Pour ce type d'applications, plusieurs scans des champs proches doivent être effectués dans différents plans afin de construire la cartographie de champs 3D. Étant un processus difficile dans les études de compatibilité électromagnétique, la caractérisation en champ proche est traitée par plusieurs algorithmes qui proposent différentes approches pour réaliser le scanning requis au voisinage de la source rayonnante.Dans ce travail, nous introduisons un système de scanning 3D avec des sondes de champ magnétique à trois axes à faible coût. Le fait de disposer de telles sondes permet la mesure simultanée des trois composantes du champ magnétique sur la base d'un seul scan au voisinage du dispositif testé. Les sondes conçues se composent de trois boucles orthogonales combinées ensemble; la première sonde contient trois boucles conventionnelles réunies dans un cube en plastique d'une dimension totale de 10 × 12 × 13 mm3, tandis que la deuxième sonde est une sonde PCB imprimée sur un substrat FR4 de 3,2 mm avec une dimension réduite de 9 × 9 × 3,2 mm3. Les sondes conçues ont été étalonnées avec une cellule TEM et les facteurs d'antenne correspondants ont été extraits. Le système de scanning présenté utilise comme un instrument de mesure un oscilloscope RF- 4 canaux, qui donne la possibilité de mesurer à la fois dans le domaine temporel et dans le domaine fréquentiel.La deuxième partie de cette thèse présente un algorithme de reconstruction basé sur la méthode du spectre d'ondes planes. Afin de réduire le nombre des scans et donc les exigences de temps, l'algorithme présenté nécessite juste un scan en champ proche 2D des composantes de champ, pour reconstruire la distribution du champ magnétique 3D au-dessus du dispositif rayonnant.La troisième partie de la thèse est consacrée à l'analyse dosimétrique des champs électromagnétiques rayonnés à proximité des systèmes RFID et des machines de soudage RF. L'évaluation de l'exposition en champ proche des champs rayonnés des antennes de lecture RFID, fonctionnant à 13,56 MHz et utilisées dans les bibliothèques, a été réalisée. Les mesures du champ magnétique près de l'antenne ont été établies à l'aide des sondes conçues. Les résultats sont ensuite analysés et comparés aux réglementations des normes européennes et des lignes directrices de l'ICNIRP. En outre, l'exposition aux champs électromagnétiques RF des travailleurs à proximité de machines de soudage RF dans un environnement industriel est étudiée. Ces machines, fonctionnant à 27 MHz, émettent de forts rayonnements et l'exposition a eu lieu dans la région de champ proche. La distribution spatiale des champs électromagnétiques dans cette région est étudiée à la fois dans des simulations numériques et des mesures réelles. / The analysis of radiated emissions from a source throughout the space, is very essential for both dosimetric and electromagnetic interference analysis. The concerns about the latter are growing because of the need to have prediction of the system reliability of the electronic circuits. Moreover the everyday use of devices and systems emitting radio frequency electromagnetic fields is continuously increasing. Some of these devices are operating in the vicinity of human body, and operators are in the near-field region of the radiating source, and they are exposed to electromagnetic fields. For this reason, dosimetric analysis, that shows the necessity of having three dimensional (3D) field mapping in the vicinity of the radiating source, should be performed. For this kind of applications, several scans of the near fields should be done within different planes in order to build the 3D field mapping. Being a challenging process in electromagnetic compatibility studies, near field characterization is being treated by several algorithms that propose different approaches to achieve the required scanning on the radiating source.In this work, we introduce a 3D scanning system with a low cost three axis magnetic field probes. Having such probes allow the simultaneous measure of the three components of the magnetic field based on a single planner scan above the device under test. The designed probes consist of three orthogonal loops combined together; the first probe contains three conventional loops joined in a plastic cube with a total dimension of 10×12×13 mm3, whereas the second probe is a PCB probe printed on an FR4 substrate of 3.2 mm with a reduced dimension of 9×9×3.2 mm3. The designed probes were calibrated with a TEM cell and the corresponding antenna factors were extracted. The presented scanning system uses an oscilloscope as a measuring instrument that gives the possibility of both time and frequency domain measurements. The second part of this thesis presents a reconstruction algorithm based on plane wave spectrum method. In order to reduce the number of scans and hence the time requirements, the presented algorithm requires just a 2D near field scan of the field components, to reconstruct the 3D magnetic field distribution above the radiating device.The third part of the thesis is devoted for the dosimetric analysis of the radiated electromagnetic fields near RFID systems and RF-welding machines. The near-field exposure assessment of the radiated fields from RFID reader antennas operating at 13.56 MHz and used in Libraries was performed. The measurements of the magnetic field near the antenna were established using the designed probes. The results are then analyzed and compared to the regulations in European Directives and ICNIRP Guidelines. Moreover, the exposure to RF electromagnetic fields of workers near RF-welding machines in industrial environment is studied. These machines, operating at 27 MHz, emit strong radiation and the exposure takes place in the near-field region. The spatial distribution of the electromagnetic fields in this region is studied in both numerical simulations and measurements.