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Thèses

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BY ››Amandine LE MAITRE
DIRIGEE PAR ››Visvikis D, Hatt M, Roux C
Titre ››Optimisation de l'utilisation de l'imagerie TEP pour la planification de traitement en radiothérapie
THESE DE ››SCIENCE
INSTITUTION ››Laboratoire de Traitement de l'Information Médicale
ECOLE DOCTORALE ››SICMA
DATE DEBUT ››2008-10-01
SOUTENUE LE ››2012-07-03
Mots clés ››Radiothérapie, imagerie TEP, planification de traitement
RESUME ››La Tomographie par Emission de Positon (TEP) est une technique d'imagerie fonctionnelle largement utilisée en oncologie pour le diagnostique et le suivi thérapeutique des patients. Cette technique apparaît comme un outils de plus en plus intéressant pour la planification de traitement en radiothérapie où traditionnellement seule l'imagerie scanner est utilisée. Elle permet notamment d'améliorer la définition du volume cible en réduisant la variabilité inter- et intra-observateur. La TEP offre également la possibilité de visualiser et de quantifier les hétérogénéités biologiques au sein du volume cible. Ainsi la prescription de dose pourrait être adaptée à l'hétérogénéité observée. Cependant, pour une utilisation optimale de l'imagerie TEP en radiothérapie, un algorithme de segmentation robuste, précis et gérant le caractère hétérogène de la distribution d'activité est indispensable. De nombreuses méthodologies ont été proposées mais aucune ne fait consensus à ce jour.

Afin de valider les méthodologies de segmentation, les simulations de Monte-Carlo constituent un outil intéressant. Elles permettent la création de données dont la vérité terrain et l'ensemble des paramètres d'acquisition sont maîtrisés. Cependant, les données existantes souffrent d'un manque de réalisme notamment en termes d'hétérogénéité tumorale.

Dans le cadre de ce travail de thèse, nous avons tout d'abord proposé plusieurs méthodologies d'amélioration du réalisme de simulations permettant ainsi de créer des données avec une variabilité anatomique, une hétérogénéité tumorale réaliste et intégrant les mouvements respiratoires du patient. Plusieurs jeux de données ont ainsi été simulés.

Ces différents jeux de données ont par la suite été utilisés pour deux études portant sur l'utilisation de l'imagerie TEP en radiothérapie.

La première étude concerne la définition du volume cible. Plusieurs méthodologies de segmentations (seuillages et une méthodologie plus avancée) ont été comparées dans le cadre de la planification de traitement. L'utilisation de données simulées nous a permis de relier la précision de la segmentation à la qualité du couvrement du volume vérité terrain pour divers scénarios. Nous avons également étudié l'impact des mouvements respiratoires sur la précision de cette segmentation. Nous avons ainsi montré que la segmentation la plus précise permet le meilleur couvrement du volume vérité terrain. Les plus grandes différences entre les méthodologies sont observées pour les cas hétérogènes ou faiblement contrastés. Pour les données avec mouvements respiratoires, une correction des mouvements améliore la qualité des images et donc la précision de la segmentation notamment pour les plus faibles contrastes.

La seconde étude concerne l'utilisation de l'information fonctionnelle pour la prescription d'une dose non uniforme. Nous avons considéré plusieurs scénarios de prescription de dose hétérogène. La comparaison de ces derniers a été faite par l'utilisation d'une probabilité de contrôle tumorale (TCP) calculée sur la TEP. Nous avons tout d'abord quantifié la variabilité de ce calcul de TCP inhérente aux paramètres d'acquisitions. Par la suite, l'utilisation d'une méthodologie de segmentation avancée permettant la définition d'un sous-volume plus actif a été proposée. L'impact du contraste et de la taille de ce sous-volume sur la prescription de dose non-uniforme a été étudiée. Un sous-volume et un contraste plus important entrainent une plus grande augmentation de TCP par la prescription d'une dose hétérogène. Pour finir nous analysé l'apport d'un ajout de compartiments à de telles prescriptions.