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

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

La reconstruction de l'activité électrique du cerveau en magnetoencephalographie (meg) et electroencephalographie (eeg) nécessite de modéliser la propagation des courants dans les milieux conducteurs de la tête. Récemment des modèles surfaciques a géométrie réaliste sont apparus. Ces derniers apportent une amélioration significative de la modélisation par rapport au modèle sphérique mais ne permettent pas de modéliser des inhomogeneites locales et l'anisotropie de certains milieux comme l'os. Ce travail présente la réalisation d'un modèle volumique de tête et la mise en oeuvre de la méthode des éléments finis pour permettre de modéliser les milieux anisotropes. L'influence de l'anisotropie de l'os, ainsi que l'influence des autres conductivités en présence d'un os anisotrope, ont ainsi pu être étudiées dans un modèle réaliste, aussi bien en meg qu'en eeg. La méthode a été validée par comparaison avec les résultats analytiques sur un modèle sphérique. Diverses configurations de calculs ont été testées. L'influence des paramètres du maillage a également été étudiée et la configuration optimale a été déterminée. Nous avons montre que l'anisotropie de l'os introduit une diffusion supplémentaire dans l'eeg et que l'absence de modélisation de l'anisotropie empêche la reconstruction correcte des sources en eeg. Ceci des que l'activité est repartie en plusieurs taches séparées, même avec un algorithme de reconstruction sophistique, permettant de retrouver les discontinuités fortes dans l'activité. Nous avons montre que l'influence de l'anisotropie de l'os est beaucoup plus faible en meg qu'en eeg. En effet, l'activité électrique a été correctement reconstruite dans tous les cas testes sans modélisation de l'anisotropie en meg. Une comparaison avec des données réelles obtenues sur un fantôme est également présentée.

L'imagerie en tenseur de diffusion (DTI) est basée sur la mesure de la mobilité des molécules d'eau permettant l'analyse de la microarchitecture du tissu cérébral. Le trajet des fibres blanches peut être alors reconstruit par des méthodes de tractographie déterministes basées sur la direction principale de la diffusion. Toutefois elle repose sur des outils mathématiques complexes donnant un regard indirect sur les structures anatomiques, et sa validation est un enjeu majeur. Notre objectif a été de concevoir un objet-Test (OT) tri-Dimensionnel permettant la validation de la diffusion dans des faisceaux de fibres imitant l'organisation cérébrale. Cet OT se compose de trois modules: BOITE, SOLUTION, FIBRE réalisés en impression 3D. Il se compose de solutions de glucose et de fibres de dyneema orientées dans les trois orientations de l’espace. Nous nous sommes intéressés au développement d'une méthode de contrôle qualité des mesures quantitatives de diffusion dans le module SOLUTION. / Diffusion Tensor Imaging (DTI) is based on the measurement of water diffusion mobility in order to investigate brain microarchitecture and white fiber connectivity. The trajectory of white fibers bundles can be reconstructed by deterministic tractography methods depending on the principal direction of diffusion in tissu. However, tractography consist to complex mathematical algorithms reflecting an indirect visualization of white fibers. Our goal consisted to design a 3D phantom which imitates brain's diffusion properties, offering different degrees of diffusion mobility and imitating the organization of brain fibers. The phantom consists of three components 3D-Printing: BOX, SOLUTION, FIBER. The phantom was composed of various glucose solutions and dyneema synthetical fibers organized in all 3 directions. We developed a quality control of quantitative measurements for the SOLUTION's component. We have lead a comparison of fibers reconstruction between tractography and ground truth in FIBER's component. Results show that : ADC values were ranged on those brain values with glucose solutions; FA,