Thèse soutenue

Développement et évaluation d'un imageur gamma ambulatoire pour le contrôle de la dose délivrée en radiothérapie interne
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Auteur / Autrice : Théo Bossis
Direction : Philippe LanieceLaurent MénardMarc-Antoine Verdier
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique pour l'imagerie médicale
Date : Soutenance le 21/12/2023
Etablissement(s) : université Paris-Saclay
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, Hadrons, Énergie et Noyau : Instrumentation, Imagerie, Cosmos et Simulat
Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Physique (2020-....)
Laboratoire : Laboratoire de physique des deux infinis Irène Joliot-Curie (2020-....)
Jury : Président / Présidente : Vincent Lebon
Examinateurs / Examinatrices : Vincent Lebon, Dominique Thers, Sophie Chiavassa, Jérôme Clerc
Rapporteurs / Rapporteuses : Dominique Thers, Sophie Chiavassa

Résumé

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La thérapie interne par radionucléides est actuellement en pleine évolution grâce au développement conjoint de nouveaux traceurs et de radionucléides innovants, qui ouvrent notamment la porte à un traitement plus ciblé des cancers. Dans ce contexte, la grande hétérogénéité des doses absorbées et des effets observés, à la fois en termes de toxicité et de réponse, démontrent qu'une dosimétrie personnalisée est essentielle pour optimiser l'activité administrée et mieux définir les doses de tolérance. Celle-ci doit reposer sur une quantification précise de la biodistribution et de la cinétique du radiopharmaceutique au niveau de la cible et des organes à risque. En théorie, le meilleur moyen d'accéder à une vraie quantification de la dose absorbée serait de pouvoir réaliser une image de la distribution et de la biocinétique du radionucléide avant et au cours du traitement. En pratique, ce protocole n'est pas toujours possible avec les dispositifs conventionnels, à la fois pour des raisons de performances (fortes activités, gammas de haute énergie), d'ergonomie et de disponibilité (afin de pouvoir accéder à un échantillonnage temporel précis de la cinétique du radiotraceur). Ces lacunes combinées à une grande disparité de méthodologie à travers les différents centres cliniques entraînent de trop fortes incertitudes sur la dose absorbée, ce qui limite l'intérêt clinique de la dosimétrie personnalisée.Cette thèse s'inscrit dans le cadre du projet THIDOS dont l'objectif est de proposer de nouvelles approches instrumentales et méthodologiques visant à renforcer le contrôle de la dose délivrée lors du traitement à l'iode radioactif des maladies thyroïdiennes en réduisant les incertitudes sur l'estimation de cette dose. Le premier axe de cette thèse concernait le développement d'une gamma-caméra ambulatoire à haute résolution spatiale dédiée à l'imagerie quantitative lors de la phase de planification et au cours du traitement pour le contrôle de la dose délivrée. La gamma-caméra portable développée possède un champ de vue de 10x10 cm2 et est basée sur un collimateur haute-énergie à trous parallèles en tungstène (impression 3D laser), associé à un système de détection composé d'un scintillateur inorganique monolithique couplé à une matrice de photopultiplicateurs siliciums. L'ensemble a été protégé par un blindage conçu par simulation Monte-Carlo pour optimiser le rapport signal-sur-bruit de détection tout en minimisant les dimensions de la caméra. La géométrie du collimateur a aussi été optimisée par simulation Monte-Carlo, deux géométries complémentaires interchangeables ont été retenues. Les propriétés intrinsèques du détecteur (résolution spatiale et en énergie, capacité de comptage) ont été optimisée et caractérisées précisément. La caméra a été intégrée afin d'obtenir un prototype clinique complètement opérationnel. Ce prototype a été étalonné à l'aide de sources géométriques d'iode-131. Une résolution spatiale et une sensibilité globales de 5.2 mm FWHM et 15 cps/MBq ont été mesurées à une distance de 5 cm avec le collimateur haute-résolution, et 10 mm FWHM et 70 cps/MBq avec le collimateur haute-sensibilité. Le deuxième axe de cette thèse portait sur l'optimisation des protocoles d'analyse quantitative des images avec une évaluation précise des incertitudes. L'évaluation des performances de quantification a été menée sur des fantômes réalistes de thyroïde imprimés en 3D et remplis d'iode-131. Des algorithmes de filtrage et de segmentation automatique des images associées à une méthode d'étalonnage précise et un protocole de quantification optimisé ont permis d'atteindre des résultats très prométteurs, avec une erreur de quantification et une incertitude moyennes respectivement de 3.6% et +/-10%.