Thèse de Yazid Touileb


Sujet :
Calcul de dose 4D à l’aide des structures tétraédriques déformables pour l’hadronthérapie

Résumé :

L’estimation de la distribution de dose et d’énergie en présence du mouvement des tissus induit par la respiration, constitue un défi technologique important dans la planification du traitement en hadronthérapie. Notamment pour le cancer pulmonaire, dans lequel de nombreuses difficultés apparaissent comme la variation de densité des tissues, le changement de la forme des organes ainsi que le décalage de la position de la tumeur pendant la respiration. Tous ces paramètres affectent la portée du faisceau d’ions utilisés pendant le traitement, et, par conséquent entraînent une distribution de dose inattendue. Le présent travail consiste à calculer les distributions de dose des organes en mouvement en utilisant les simulations Monte Carlo et des outils de modélisation patient-spécifiques. Les distributions de dose sont calculées en utilisant une carte de densité tétraédrique dépendante du temps, décrivant l’anatomie interne du corps humain. De plus, le mouvement interne peut être décrit à l'aide d'une modélisation biomécanique basée sur l'analyse par éléments finis (AEF) ou d'une carte de déplacement issue d’un recalage d’images déformable. Contrairement aux méthodes basées sur les structures classiques à base de voxels, l’énergie déposée s’accumule à l’intérieur de chaque tétraèdre au cours de la déformation, surmontant ainsi le problème du suivi tissulaire puisque le tétraèdre est défini comme une partie d’un tissu dont la composition chimique et la topologie ne changent pas. La première partie de la thèse propose une méthode de calcul de dose qui génère une carte de dose 4D en utilisant un modèle tétraédrique spécifique au patient. En outre, nous étudions l’effet du niveau de détail des maillages tétraédriques sur la précision de la distribution de la dose obtenue. Dans la deuxième partie, nous nous concentrons sur l’optimisation de la géométrie tétraédrique pour résoudre le problème de temps de simulation, sachant que l’obtention d’une distribution de dose précise peut être coûteux en termes de temps. Pour surmonter ce problème, nous avons défini une nouvelle approche qui prend en compte la direction du faisceau afin de minimiser l'erreur de l’épaisseur équivalent eau des tétraèdres avant le volume de la tumeur. Cette méthode permet d'obtenir un maillage tétraédrique grossier et, par conséquent, d'améliorer les performances de calcul dans les simulations de Monte Carlo, tout en garantissant une distribution de dose précise dans le volume cible.


Encadrant : Behzad Shariat
Co-encadrant : Hamid Ladjal

Jury :
M. BEUVE MichaelProfesseur(e)Université Lyon 1 UMR 5822 - IPNLCo-directeur (trice)
Mme. CHEZE Laurence Professeur(e)Université Lyon 1 UMR 9406 -LBMCExaminateur​(trice)
M. LADJAL HamidMaître de conférenceUniversité Lyon 1 UMR 5205 - LIRISCo-directeur (trice)
Mme. MAIGNE LydiaMaître de conférenceUniversité Clermont Auvergne UMR 6533 -LPCRapporteur(e)
M. MANSOURI AlaminProfesseur(e)Université de Bourgogne UMR 6306- Le2i.Examinateur​(trice)
M. NEVEU MarcProfesseur(e)Université de Dijon UMR 6306 - Le2iRapporteur(e)
M. SHARIAT BehzadProfesseur(e)Université Lyon 1 UMR5205 - LIRISDirecteur(trice) de thèse
Mme. THARIAT JulietteProfesseur(e)Centre François BaclesseExaminateur​(trice)