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.

Le mélanome cutané est un cancer très invasif, dont l'évolution est rapidement fatale au stade métastatique du fait d'une absence de thérapies réellement efficaces. Face à ce constat, une stratégie de multimodalité a été évaluée au moyen d'un vecteur spécifique des cellules de mélanome et présentant la double potentialité diagnostique (imagerie TEP) et thérapeutique (radiothérapie interne vectorisée (RIV)) en fonction du radioélément introduit. Dans ce but, des analogues iodés et fluorés d'ICF01012, un vecteur ciblant la mélanine surexprimée dans un grand nombre de mélanomes, ont été synthétisés puis radiomarqués (iode-125 d'une part et fluor-18 d'autre part). Les profils pharmacocinétiques des radiotraceurs ont par la suite été étudiés in vivo sur modèle murin de mélanome, par imagerie scintigraphique γ (125I) et par imagerie TEP (18F). A l'issue de ces études, le traceur 4 a été sélectionné comme molécule leader de cette série, en raison d'un tropisme tumoral spécifique, élevé et durable, associé à élimination rapide des tissus non-cibles. Ce composé a ensuite été radiomarqué à l'iode-131 pour une évaluation en RIV sur le même modèle murin. Le traitement avec [131I]4 a induit une inhibition significative de la croissance tumorale et une augmentation significative de la médiane de survie. Au vu des résultats prometteurs obtenus avec le traceur 4, des études de métabolisme sur le même modèle murin ont été effectuées. En conclusion, en termes de chimie, radiochimie, stabilités in vitro et in vivo, TEP et RIV, le traceur 4 a validé notre concept de multimodalité. A terme, ce composé pourrait être transféré pour des études cliniques afin : de sélectionner les patients présentant des lésions de mélanome pigmentées (18F/TEP) et donc susceptibles de répondre au protocole de RIV ; de traiter ces patients (131I/RIV) ; de suivre la réponse au traitement (18F/TEP). En parallèle a été développé le premier groupement prosthétique iodé et fluoré multimodal, le 4-fluoro-3-iodobenzoate de tétrafluorophényle 108, pour le marquage de vecteurs d'intérêt (peptides, protéines, nanoparticules…). Le composé 108 et les précurseurs de radiomarquages correspondants ont été synthétisés en peu d'étapes, avec de bons rendements. Les radiomarquages ont ensuite été mis au point, et ont permis d'obtenir [125I]108 et [18F]108 en des temps relativement courts, avec d'excellents rendements et puretés radiochimiques. Le groupement prosthétique a ensuite été couplé avec succès à un ligand organique et deux peptides. En conclusion, nous avons démontré que le composé multimodal 108 peut être utilisé pour la radiofluoration et la radioiodation de vecteurs d'intérêt, autorisant des applications à la fois diagnostiques (TEP/18F) et thérapeutiques (RIV/131I) pour la prise en charge de nombreux cancers. / Melanoma is the most serious form of skin cancer with a poor prognosis for patients with metastatic disease. Our project deals with a multimodal approach, using a single fluorinated and iodinated melanintargeting compound, and offering both imaging (PET/18F) and therapeutic (targeted radionuclide therapy (TRT)/131I) applications, depending on the radioisotope introduced. Furthermore, using PET imaging, our strategy allows a selection of TRT-responded patients (i.e. bearing pigmented metastases) as well as a monitoring of treatment response. In previous works, the iodinated quinoxaline-carboxamide compound ICF01012 was evaluated in a TRT protocol, using melanoma-bearing mice models. It demonstrated efficacy, with significant inhibition of tumoural growth and improvement of the median survival. Based on these results, iodinated and fluorinated analogs of ICF01012 were synthesized, for multimodality purposes. All new compounds were then radiolabelled with iodine-125 and fluorine-18 (fully automated radiosyntheses), with good radiochemical yields and excellent radiochemical purities. For pharmacokinetic profile studies on melanoma-bearing mice, [125I]radiotracers were evaluated by γ-scintigraphy and [18F]radiotracers by PET. Compound 4 emerged as the lead tracer, with a specific and long-lasting tumoural uptake and a fast clearance from non-specific tissues, leading to highly contrasted images. The tracer 4 was then radiolabelled with iodine-131, with excellent radiochemical yield and purity, to perform a TRT assay on the same melanoma model. Treatment with [131I]4 significantly inhibited tumoural growth and lung metastasis occurrence. Moreover, it significantly improved the median survival. As tracer 4 demonstrated promising results in PET imaging and TRT of melanoma, its metabolism was investigated with [125I]4 and [18F]4: radiotracers were found unchanged in melanin-containing tissues (tumour and eyes), while a fast breakdown was observed in excretion organs and fluids (four metabolites were identified). In conclusion, in terms of chemistry, radiochemistry, in vitro and in vivo stability, PET imaging and TRT, compound 4 validated our multimodality concept. We also developed the first bimodal fluorinated and iodinated prosthetic group, the 2,3,5,6-tetrafluorophenyl 4-fluoro-3-iodobenzoate (108), as a suitable acylating agent for the labelling of a large variety of compounds. In this approach, this new compound allows applications in diagnosis (PET imaging/18F) and therapy (TRT/131I). Compound 108 and its corresponding precursors for radiolabelling were synthesized in very few steps, with good yields. [125I]108 was then prepared in one-step starting from a perfluorostannane precursor, and purified by F-SPE cartridge to avoid time-consuming HPLC. As for [18F]108, it was produced by a fully automated three steps, two-pots radiosynthesis process. [125I]108 and [18F]108 were both obtained in a short time, with excellent radiochemical yields and purities. These prosthetic groups were then successfully used to radiolabel small organic ligand N,N-diethylethylenediamine and peptides NDP-MSH and PEG3[c(RGDyK)]2, in mild conditions, with good yields. In conclusion, we demonstrated that compound 108 could be a promising acylating bimodal prosthetic group for radiofluorination and radioiodination of small organic molecules, peptides, proteins, antibodies as well as nanoparticles.

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)

Cette thèse a pour objectif de caractériser un système dosimétrique in vivo implantable pour la radiothérapie externe capable de réaliser, en temps réel, une mesure directe de la dose absorbée dans le volume cible. Ce système, nommé SECURIDOSE, met en œuvre une sonde implantable qui comporte à son extrémité distale un cristal de nitrure de gallium radioluminescent. La transduction par radioluminescence du nitrure de gallium a été étudiée et ses performances intrinsèques ont été comparées avec celles d'autres techniques de transduction mises en œuvre en dosimétrie in vivo. Ce mode de transduction offre un avantage en termes de un rendement de transduction qui est de 100000 photons/MeV. Le GaN a un temps de réponse très court (<1ns). Son émission bande à bande dans le UV est bien adaptée à une mesure en temps réel de la dose. Son spectre d'émission est étroit ce qui facilité la réjection spectrale des luminescences parasites. Le système proposé offre une réponse linéaire avec la dose d'irradiation qui ne dépend pas du débit de dose. Cette réponse reste linéaire même pour des doses d'irradiation très supérieures à celles délivrées au patient. De plus, les sondes SECURIDOSE restent opérationnelles après un cycle de stérilisation Gamma avec une irradiation par une source de 60Co à une dose de 29 kGy. Le GaN n'a pas une dépendance angulaire. Le seul désavantage du système, est la dépendance à l'énergie du faisceau du fait que le GaN n'est pas équivalent tissu. Une variation de 4.5% de la réponse du système a été observée entre deux énergies de faisceaux de photons 6MV et 18MV.

L'alpha-radiothérapie est une technique particulièrement innovante de thérapie des cancers, tout en étant complémentaire des thérapies déjà existantes. Elle repose sur l'utilisation d'un vecteur spécifique (anticorps ou peptide) de la cellule cible à détruire, radiomarqué par un élément radioactif émetteur alpha. L'astate 211 est un candidat particulièrement intéressant compte tenu de l'énergie des particules α qu'il émet et de sa période physique (7,2 h). L'une des voies de marquage envisagée est l'utilisation de l'astate à un degré d'oxydation supérieur à zéro en tant que cation. En effet, l'astate est supposé présenter un caractère plus métallique que les autres halogènes du fait de son positionnement dans le tableau périodique. Cette voie de marquage a été peu abordée dans la littérature en raison du manque de données sur la chimie de l'astate aux degrés d'oxydation supérieurs à zéro. Le but de ce travail était donc d'explorer cette propriété de l'astate via la construction du diagramme Eh, pH (ou diagramme de Pourbaix) en milieu aqueux non complexant. Pour ce faire, ce travail s'est appuyé sur une double approche expérimentale / théorique. L'approche expérimentale utilise des méthodes dites de compétition pour identifier les espèces formées et les constantes thermodynamiques des équilibres étudiés. L'approche théorique utilise des méthodes de chimie computationnelle et fournie des informations à l'échelle moléculaire sur les systèmes étudiés afin de prédire les données thermodynamiques qui servent de support et complément à l'approche expérimentale. Un résultat important de ce travail montre la présence de deux espèces cationiques stables de l'astate en solution aqueuse, At+ et AtO+.

Une des principales causes d'erreur en analyse semi-quantitative en imagerie par émission de positons (TEP) est la méthode utilisée pour déterminer les volumes d'intérêt sur les images fonctionnelles. Ceci concerne le diagnostic et le suivi thérapeutique en oncologie ainsi que la nouvelle application en plein développement qu'est la radiothérapie guidée par l'image. La faible qualité des images d'émission, liée notamment au bruit et au flou induits par les effets de volume partiels et la variabilité des protocoles d'acquisition et de reconstruction des images, ainsi que le grand nombre de procédures proposées pour définir les volumes, en sont la cause. La plupart des méthodes proposées jusqu'alors sont basées sur des seuillages déterministes, peu robustes au bruit et aux variations de contraste et incapables de gérer les hétérogénéités dans la distribution d'activité des tumeurs. L'objectif de cette thèse est de proposer une approche de segmentation des images 3D, automatique, robuste, précise et reproductible pour déterminer le volume fonctionnel des tumeurs de toutes tailles dont la distribution d'activité peut être très hétérogène. L'approche proposée est fondée sur la segmentation statistique des images, couplée à une modélisation floue, permettant de prendre en compte à la fois l'aspect bruité et l'aspect flou des images de médecine nucléaire. Elle fait appel à une étape d'estimation itérative des paramètres et une modélisation locale du voxel et de son voisinage pour l'estimation et la segmentation. Les méthodes développées ont été évaluées sur de nombreuses données simulées et réelles, tant pour des images de fantômes que pour des images de tumeurs. Les résultats sur fantôme ont permis de valider les performances de l'approche proposée en terme de taille d'objet d'intérêt, jusqu'à 13 mm de diamètre (environ deux fois la résolution spatiale en TEP), ainsi que de confirmer un comportement plus robuste par rapport au bruit, aux variations de contraste ou des paramètres d'acquisition et de reconstruction, que les méthodes de référence basées sur des seuillages. Les résultats obtenus sur différents ensemble de données d'images cliniques de tumeurs, fournies par différents services de médecine nucléaire dans le cadre de multiples collaborations, ont montré la capacité de l'approche à segmenter avec précision des tumeurs complexes, tant en terme de forme que de distribution d'activité, pour lesquelles les méthodes de référence échouent à produire des segmentation cohérentes. La méthode de segmentation développée est également capable de définir des régions d'intérêt au sein même de la tumeur grâce à sa gestion de l'hétérogénéité de l'activité de la tumeur, là où les méthodes de références sont strictement binaires. Les résultats concernant la robustesse et la précision de l'approche sur tumeurs amènent à penser que son utilisation peut être envisagée tant dans le cadre du diagnostic et du suivi thérapeutique, que pour la définition des volumes cibles en radiothérapie, avec le potentiel d'augmenter les doses délivrées aux tumeurs tout en réduisant dans le même temps les doses délivrées aux tissus sains et aux organes à risque environnants, conformément au principe de "dose painting". Des travaux pour évaluer l'impact effectif de la méthodologie dans le contexte de la radiothérapie ont commencé dans le cadre d'un projet ANR, avec un dépôt de brevet associé.

Les gliomes de haut grade sont des tumeurs cérébrales de très mauvais pronostic. Le traitement standard proposé combine la chirurgie, la radiothérapie et parfois l'utilisation de témozolomide (agent de chimiothérapie). Une limitation majeure de la radiothérapie provient de la radiosensibilité des tissus sains. La radiothérapie stéréotaxique par rayonnement synchrotron est une technique innovatrice dont le principe est de combiner un rayonnement basse énergie (inférieur à 100 keV) à la présence d'atomes lourds dans la zone tumorale afin d'augmenter la dose déposée et ainsi accroître le différentiel de dépôt de dose entre la tumeur et les tissus sains environnants. Dans cette étude, plusieurs composés contenant des atomes lourds tels que les agents de chimiothérapie : cisplatine/carboplatine, un analogue d'une base de l'ADN : la 5-iodo-2'-désoxyuridine (IUdR) ou bien des nanoparticules d'or ont été considérés. Des études cellulaires ont permis de quantifier les facteurs d'augmentation de dose induits par la présence de ces composés dans l'environnement extracellulaire pour certains et intracellulaire pour d'autres. Lors d'études in vivo effectuées sur des rats porteurs de gliomes, la toxicité, cinétique de distribution et la localisation de ces composés a été déterminée, ainsi que l'efficacité potentielle du traitement associant injection cérébrale et irradiation basse énergie.

Le sujet principal de cette thèse est le recalage d'informations issues d'images TEP (Tomographie par Emission de Positons) et CT (Computed Tomography, tomodensitométrie) pour localiser, avec une bonne qualité et de façon robuste, les tumeurs situées dans les régions thoraciques. Pour cela des informations a priori sur l'anatomie et l'agencement des organes dans le corps sont intégrées à différents niveaux. Une première étape consiste à segmenter les organes visibles dans les deux modalités en exploitant pour cela leur agencement spatial structurel et les connaissances a priori sur l'anatomie. En particulier, nous avons développé une méthode originale pour segmenter le cœur sur les images CT non-contrastées. Le noyau principal de cette thèse est la méthode de recalage avec contraintes que nous avons développée. Cette approche s'appuie sur des marqueurs, définis automatiquement sur les surfaces des poumons, et sur des contraintes de rigidité sur les pathologies. Les contraintes de rigidité sur les tumeurs garantissent que l'on ne perd pas les informations sur leur forme et leurs niveaux de gris fournies par l'image TEP. Une autre des originalités de cette thèse est l'introduction d'un modèle de respiration dynamique dans la méthode de recalage. Cet apport semble extrêmement intéressant car il permettra de trouver la trajectoire que suit la tumeur pendant le cycle respiratoire et, de cette façon, le recalage pourra être fait avec une meilleure précision.

La radiothérapie fait partie des traitements à visée curative des tumeurs malignes. Les techniques de radiothérapie ont considérablement évolué ces dernières années avec l' intégration croissante de l'imagerie en radiothérapie conformationnelle. Cette technique permet d'élaborer une balistique complexe se conformant le mieux possible au volume cible en préservant les tissus sains. L'examen utilisé pour la définition des volumes d'intérêt est actuellement la tomodensitométrie ou « scanner » en raison de son exactitude géométrique et de l'information donnée sur les densités électroniques utilisées pour les calculs dosimétriques. L'Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) permet cependant une définition plus précise des volumes cibles dans les localisations pelviennes et cérébrales. Dans le cadre des localisations pelviennes, l'utilisation de l'IRM passe à l'heure actuelle par la fusion d'images, ce qui complexifie la phase de préparation du traitement et pose le problème de l'absence de méthode « standard » de validation in vivo de cette fusion d'images. Nous avons évalué les contraintes posées par l'utilisation de l'IRM seule dans la planification dosimétrique. Nos résultats montrent que ni la distorsion liée au système et au patient ni l'absence d'informations sur les densités électroniques ne représentent des obstacles rédhibitoires à l'utilisation de l'IRM seule dans ce contexte. La distorsion reste contenue y compris en bordure de grands champs de vue sur des machines modernes. Nous avons montré que l'assignation de densités aux structures osseuses et aux tissus mous permettait d'obtenir une dosimétrie équivalente à celle réalisée sur le scanner original avec une bonne reproductibilité et une répartition de dose homogène au sein du volume cible. L'assignation de densités électroniques pourrait même ne pas être réalisée avec des photons de 20 MV et une balistique appropriée. Le développement de la radiothérapie guidée par l'image pourrait faciliter l'utilisation de l'IRM seule dans la planification dosimétrique. La délinéation des volumes d'intérêt est une tâche nécessitant de plus en plus de temps. Nous avons participé au développement et évalué une méthode de segmentation automatique et semi automatique des volumes d'intérêt d'après des images IRM pour la radiothérapie du cancer prostatique. La délinéation automatique de la prostate repose sur un modèle d'organe déformable; une méthode par extension de régions a été utilisée pour la délinéation du rectum et de la vessie. Nos résultats sont reproductibles et le retentissement dosimétrique de la délinéation automatique est minime.