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HAL Id: tel-00360306 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00360306 Submitted on 10 Feb 2009 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés. Objets-tests numériques pour le contrôle de qualité des systèmes de planification géométrique des traitements en radiothérapie Eloïse Denis To cite this version: Eloïse Denis. Objets-tests numériques pour le contrôle de qualité des systèmes de planification géométrique des traitements en radiothérapie. Interface homme-machine [cs.HC]. Université de Nantes, 2008. Français. tel-00360306 UNIVERSITÉ DE NANTES ÉCOLE DOCTORALE SCIENCES ET TECHNOLOGIE DE L’INFORMATION ET DES MATÉRIAUX Année 2008 Thèse de doctorat de l’université de Nantes Spécialité : Automatique et Informatique Appliquée Présentée et soutenue publiquement par Eloïse DENIS le 8 avril 2008 à l’École polytechnique de l’université de Nantes OBJETS-TESTS NUMÉRIQUES POUR LE CONTRÔLE DE QUALITÉ DES SYSTÈMES DE PLANIFICATION GÉOMÉTRIQUE DES TRAITEMENTS EN RADIOTHÉRAPIE jury Président : Y. Bizais Professeur des universités, faculté de médecine de Brest Rapporteurs : C. Barillot Directeur de recherche CNRS, IRISA–INRIA, Rennes A. Noël HDR, chef du service de physique médicale, centre Alexis Vautrin, Vandœuvre-lès-Nancy Examinateurs : S. Beaumont Physicien médical, directeur technique de la société QualiFormeD, La Roche-sur-Yon JP. Guédon Professeur des universités, École polytechnique de l’université de Nantes N. Normand Maître de conférences, École polytechnique de l’université de Nantes Directeur de thèse : JP. GUÉDON Laboratoire : Institut de Recherche en Communications et Cybernétique de Nantes Co-encadrant : S. BEAUMONT Laboratoire : QualiFormeD SARL, La Roche-sur-Yon École polytechnique de l’université de Nantes N˚ED : 0366–355 à mes parents, à Stéphane Remerciements Je voudrais tout d’abord remercier M. JeanPierre Guédon, pour avoir dirigé ma thèse durant ces trois ans et demi. Ses conseils toujours justes et précis m’ont permis de mener ce travail à son terme. Je tiens également à remercier M. Stéphane Beaumont, pour m’avoir proposé ce sujet de thèse, mais aussi pour sa disponibilité et sa patience dans son encadrement. Je les remercie chaleureusement pour leur aide et plus particulièrement pour le temps passé à relire les nombreuses pages de ce manuscrit. J’aimerais également remercier MM. Christian Barillot et Alain Noël pour avoir rap- porté ce travail de thèse, ainsi que MM. Yves Bizais et Nicolas Normand pour avoir accepté de faire partie du jury. De plus, je tiens à remercier Nicolas Normand pour son encadrement et ses précieux conseils en géométrie discrète. Je remercie le comité de Vendée de la Ligue Contre le Cancer pour avoir ﬁnancé cette recherche, ainsi que le Centre Hospitalier Départemental de la Roche-sur-Yon pour l’accès aux diﬀérents équipements qui m’a permis de tester et de valider mes objets- tests. Je voudrais également montrer ma reconnaissance envers l’Institut de Recherche en Communication et Cybernétique de Nantes qui m’a accueillie, ainsi qu’envers l’École polytechnique de l’université de Nantes qui m’a hébergée durant cette longue période. Merci également à tous les membres de l’équipe Image et Vidéo-Communication pour leur accueil chaleureux, leur amitié et leur bonne humeur constante. Je pense en particulier à mes collègues de bureau, Myriam, Eddy et Salima, pour leur soutien et leur patience durant des moments parfois diﬃciles. Merci à tous pour l’ambiance au sein de l’équipe, mais aussi en dehors. Toute ma gratitude va également à mes collègues de la société QualiFormeD, qui m’ont soutenue autant dans ma thèse que dans mon emploi au sein de l’entreprise. En particulier, je tiens à remercier Tarraf, pour ses résultats qui ont permis de vériﬁer la validité de mes travaux. Je remercie de plus Léone, pour sa gentillesse, son soutien et sa motivation. J’aimerais tout particulièrement remercier mes parents qui m’ont toujours aidée et soutenue, qui ont supporté mes moments de doute et de diﬃculté sans jamais cesser de – 1 – m’encourager. Merci à toute ma famille pour avoir toujours été à mes côtés et avoir cru en moi à chaque étape de mes études. Je remercie tous mes amis qui ont supporté mon indisponibilité et que je regrette de ne pas avoir pu voir plus souvent. Merci enﬁn à Stéphane pour m’avoir aidée à garder le moral en toutes circonstances, pour sa gentillesse, son calme et son soutien. – 2 – Table des matières Introduction 13 I Simulation virtuelle et contrôle de qualité 19 1 Les systèmes de planiﬁcation des traitements en radiothérapie 21 1.1 Acquisition des données anatomiques de référence par tomographie à rayons-X (étape 1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 1.1.1 Acquisition du signal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 1.1.2 Reconstruction des coupes tomographiques . . . . . . . . . . . . . 25 1.1.3 Paramètres inﬂuant sur la qualité des images . . . . . . . . . . . . 26 1.2 Visualisation du patient virtuel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 1.3 Déﬁnition des volumes d’intérêt (étapes 3 et 4) . . . . . . . . . . . . . . . 30 1.3.1 Contourage de la tumeur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 1.3.2 Expansions et érosions automatiques . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 1.3.3 Visualisation des volumes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 1.4 Déﬁnition des faisceaux d’irradiation (étapes 5 et 6) . . . . . . . . . . . . 35 1.4.1 Calcul de la position de l’isocentre . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 1.4.2 Réglage de l’incidence des faisceaux . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 1.4.3 Conformation du collimateur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 1.4.4 Aﬃchage des faisceaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 1.5 Calcul automatique de la position des marqueurs cutanés (étape 7) . . . . 38 1.6 Calcul des radiographies digitales reconstruites – DRR (étape 8) . . . . . 39 1.6.1 Déﬁnition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 1.6.2 Algorithmes de Calcul des radiographies digitales reconstruites . . 41 1.6.2.1 Algorithme trilinéaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 1.6.2.2 Algorithme de Siddon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 1.7 Calcul et visualisation des distributions de dose . . . . . . . . . . . . . . . 45 1.8 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 – 3 – Table des matières 2 Les méthodes classiques de contrôle de qualité des systèmes de plani- ﬁcation géométrique des traitements en radiothérapie 47 2.1 Objets-tests pour le contrôle de qualité des systèmes de planiﬁcation géo- métrique des traitements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 2.1.1 Objets-tests physiques commercialisés . . . . . . . . . . . . . . . . 49 2.1.1.1 Quasar Beam Geometry MLC Phantom . . . . . . . . . . 50 2.1.1.2 Quasar Multi Purpose Body Phantom . . . . . . . . . . . 51 2.1.1.3 Objet-test physique développé par McGee . . . . . . . . . 52 2.1.1.4 L’objet-test ISIS QA–1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 2.1.1.5 Autres uploads/Science et Technologie/ objets-tests-numeriques-pour-le-controle-de-qualite-these-edenis-2008-publique-new.pdf