La radiothérapie est une technique utilisée pour le traitement du cancer, elle utilise des radiations ionisantes pour détruire les tissus tumoraux. Au cours de la radiothérapie, les tissus sains doivent être préservés, tandis que la dose d'irradiation doit être mieux concentrée sur la tumeur. Ces tâches sont difficiles à réaliser, surtout dans le cas de tumeurs pulmonaires à cause des mouvements induits par la respiration du patient, qui altère la position et la forme de la tumeur. Compte tenu de cette situation, la connaissance de la position de la tumeur du poumon au cours d'une étape du cycle respiratoire (RC) pourrait permettre d’améliorer considérablement le traitement radiologique du cancer du poumon. Ainsi, l’utilisation d’une modélisation numérique est essentielle pour assister l’équipe médicale dans cette tâche.
Les simulations respiratoires existantes se basent sur la mécanique respiratoire et les lois de la physique. De tels modèles sont disponibles au laboratoire LIRIS, mais ils ne considèrent pas encore les paramètres électro-physiologiques impliqués dans le processus respiratoire. Plusieurs travaux ont été développés dans le domaine du traitement du signal électro-physiologique respiratoire, mais ces travaux ne décrivent que la variabilité et la complexité de ce processus chez les humains, mais n'ont pas été utilisés comme paramètres d’entrée dans un modèle numérique respiratoire. Par conséquent, la possibilité de combiner des informations provenant de signaux électro-physiologiques et biomécaniques permettrait d'obtenir un meilleur modèle de la respiration.
Proposition :
L’équipe de recherche LIRIS-SAARA possède une grande expérience dans le domaine de la simulation en informatique graphique, et travaille depuis longtemps sur le développement des modèles 3D du thorax et des poumons. L’objectif de ce travail de thèse est d’incorporer les paramètres électro-physiologiques impliqués dans le processus respiratoire, en utilisant des outils de traitement et d’analyse du signal et de l’image pour mettre en relation ces informations avec les aspects biomécaniques. Le but de ce travail est d’incorporer l’information fournie à un modèle physiologique, incluant :
1.La déformation du diaphragme, basée sur l’activité électrique de ce muscle mesurée par électromiographie (EMG) et par la stimulation électrique et magnétique du nerf phrénique.
2.La variation du volume et pression pendant le RC, mesurée à l’aide d’un spiromètre, d’un pléthysmographe, d’un manomètre (bouche et œsophage), ou extrait à partir d’images médicales.
3.Caractéristiques des voies aériennes (résistance) et élasticité pulmonaire (compliance), estimées à partir de courbes volume-pression.
Au final, nous espérons pouvoir guider un modèle numérique de respiration combinant les comportements biomécaniques et électro-physiologiques. De plus, les outils développés pour le traitement et l’analyse du signal et de l’image seront adaptés dans le cadre d’une application de classification d’états et d’étapes du sommeil et de détection de motifs à partir d’enregistrements polysomnographiques. Ce dernier travail sera réalisé dans le cadre de la collaboration avec l’Université du Chili et d’hôpitaux publics chiliens.
Objectifs
L’objectif principal de cette étude est la suivante : incorporer les paramètres physiologiques du processus de la respiration, et de les utiliser comme paramètres d’entrée pour le modèle numérique de respiration. Cela permettra d’optimiser les simulations numériques et de prédire les mouvements de la tumeur pendant l’irradiation. On améliorera ainsi la dosimétrie et on réduira les effets négatifs du traitement radiologique. Ce travail sera réalisé dans le cadre du projet ETOILE, dans le groupe « suivi de la tumeur » pour lequel le LIRIS est moteur.