L’objectif global de mon projet de thèse est d’améliorer le traitement par thérapie ionisante du cancer pulmonaire. Le principe de cette thérapie consiste à déposer une dose létale de rayonnement dans la tumeur tout en réduisant l’impact de cette dose sur les tissus sains. Lorsque la tumeur se trouve sur un organe en mouvement, la difficulté majeure est de cibler la tumeur pendant le traitement. Ce facteur limitant est particulièrement marqué dans le cas des tumeurs pulmonaires pour lesquelles les résultats cliniques sont encore insatisfaisants.

Mon projet de thèse consiste à l’amélioration et la personnalisation d’un modèle biomécanique 4D (3D+t) de l’appareil respiratoire développé au sein de l’équipe, et de prendre en compte la variabilité morphologique dans la modélisation géométrique, ce qui nécessite la personnalisation géométrique et mécanique des modèles pour chaque patient, et la prise prendre en compte la variabilité intra individus. Il est tout aussi important que ce modèle puisse être piloté et contrôlé par des différentes modalités de capture externe (capteurs 3D, spiromètre, etc…) et préserver un caractère non-invasif.

Durant ma thèse, nous avons développé une nouvelle approche basée sur un modèle biomécanique patient spécifique du système respiratoire.  L'approche proposée est originale, car contrairement aux modèles classiques qui ne prennent pas en compte les paramètres physiologiques et la variabilité respiratoire, l’approche développée permet de calculer des paramètres patient-spécifique à partir des images scanner 4D du même patient.  Le modèle biomécanique est contrôlé par une compliance physiologique personnalisée (courbes pression-volume pulmonaire).

Pour déterminer ces paramètres patient-spécifique à chaque état respiratoire, nous avons développé une approche automatique basée sur une analyse par éléments finis inverse en minimisant les variations des volumes pulmonaires entre les données expérimentales issues directement des images scanner CT 4D et les résultats de simulation.

Nous avons évalué la précision de notre approche sur cinq (5) patients sélectionnés, à partir de données disponibles dans la littérature, avec des amplitudes respiratoires petites et grandes, en comparant les résultats de simulation éléments finis sur 300 et 75 points ou repères anatomiques, à la fin de l'inspiration, fin de l'expiration, et à chaque état respiratoire intermédiaire. Les mouvements et les trajectoires en 3D de la tumeur ont été évalués en comparant les trajectoires calculées à partir des images scanner 4D et les trajectoires prédites et celles issues de la simulation biomécanique.