Radiothérapie adaptative guidée par l’imagerie anatomique

par Bastien Rigaud

Thèse de doctorat en Signal, image, vision

Sous la direction de Renaud de Crevoisier et de Antoine Simon.


  • Résumé

    Le traitement standard des cancers du col de l’utérus localement avancés repose sur une radiothérapie en parallèle à une chimiothérapie, suivie d’une curiethérapie. La radiothérapie externe comporte une phase de planification du traitement faite à partir d’une unique acquisition scanner et une phase de délivrance. Cependant, la position et la forme de la cible clinique varient fortement durant le traitement, avec des conséquences en termes de contrôle de la tumeur et de toxicité. L’objectif de cette thèse est donc de développer des stratégies optimisées de radiothérapie adaptative personnalisées permettant de prendre en compte et de compenser l’incidence de ces déformations anatomiques. Les images acquises lors de la planification et de la délivrance du traitement jouant alors un rôle central, ceci passe par le développement de méthodes de recalage, de fusion et d’analyse d’images ainsi que d’outils d’aide à la décision. Les travaux de thèse ont permis la définition de deux nouvelles stratégies de traitement : (1) une stratégie reposant sur une librairie évolutive permettant d’exploiter l’anatomie de la patiente en cours de traitement pour enrichir une librairie préexistante ; (2) une stratégie de librairie modélisée à partir d’un scanner de planification unique reposant sur l’analyse des déformations d’une population. Pour la mise en correspondance des anatomies des deux traitements par radiothérapie (avec et sans applicateur), une méthode de recalage déformable basée sur un modèle biomécanique est proposée et évaluée par rapport aux méthodes classiques et à un outil commercial. Les résultats, reposant notamment sur des critères géométriques, montrent que les approches proposées permettent d’assurer, pour toutes les patientes, une bonne couverture de la cible, tout en limitant l’irradiation des organes sains et donc, à terme, des meilleurs résultats cliniques.

  • Titre traduit

    Adaptive radiotherapy using anatomical imaging


  • Résumé

    The reference treatment for locally advanced cervical carcinomas relies on chemoradiotherapy and brachytherapy (BT). The radiotherapy (RT) is based on a planning made on a single scanner and on the delivery of the treatment. During the treatment, the clinical target volume (CTV) position may change and hamper the precision of the dose delivery, thus, increasing the risk of recurrence and toxicity. The aim of the thesis is the development of new adaptive radiation therapy (ART) strategies in order to take in account the per-treatment anatomical deformations. These approches will have to rely on image processing tools such as deformable image registration (DIR) and data mining to extract the information from the images acquired at the planning and during the treatment. The work of this thesis has led to the definition of two new ART strategies: (1) an evolutive planning library that can be enriched by new per-treatment anatomies; (2) a modeled library based on a population analysis at the time of planning. Finally, in the context of delivered dose estimation, a biomechanical based DIR method is proposed to map the anatomy of the BT, with applicator, toward the anatomy of RT, without applicator. This method is compared to open access and commercially available DIR methods. The geometrical evaluation, show that the proposed adaptive strategies allow to insure a good coverage of the CTV for all the patients while limiting the irradiation of the healthy organs. Such strategies may improve the clinical outcome of the patients.


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