Performance d'une technique de tomodensitométrie synthétique par IRM pour le calcul de dose en radiothérapie PDF Download
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Author: Angélique Pirenne
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Book Description
Depuis une dizaine d'années, l'imagerie par résonance magnétique (IRM) est d'un intérêt grandissant pour la radiothérapie, notamment grâce à la radiothérapie guidée par IRM mais surtout par le développement de l'IRM-linac qui est sur le point d'arriver en clinique. L'avantage de l'IRM est de fournir un excellent contraste pour les tissus mous tout en ne donnant aucune dose de radiation au patient. Cependant, l'information nucléaire contenue dans les images IRM n'a que peu de lien avec l'information électronique nécessaire à la planification de traitement et qui est donnée par la tomodensitométrie (CT). Différents groupes de recherche ont développé plusieurs méthodes pour simuler des images CT à partir des données IRM, aussi appelées CT synthétiques. L'objectif de ce travail est d'évaluer une nouvelle approche bayésienne de production de CT synthétique utilisant un modèle de régression gaussienne (GMR). La méthode est également comparée à une méthode GMR existante. Les images IRM de trois têtes de cochon ont été acquises avec des séquences T1, T2, DP et PETRA, fournissant un total de 13 contrastes. Des images CT à 120 kVp ont également été obtenues pour les trois têtes. Les intensités des CT synthétiques sont ensuite comparées aux images CT et les erreurs sur les intensités sont analysées. Finalement, pour évaluer l'impact sur la dosimétrie, trois plans de traitement fictifs ont été calculés en utilisant le système de planification de traitement Eclipse. Les plans ont été réalisés sur les images CT et ensuite transférés sur les CT synthétiques. Les erreurs de dose sont évaluées à l'aide des histogrammes dose-volume (DVH) et des statistiques de dose ainsi qu'avec une analyse par indice gamma. Les résultats montrent que l'erreur moyenne sur les HU est de -7 ± 20 HU pour la méthode Bayes-GMR et de -4 ± 29 HU pour la méthode GMR. L'erreur la plus importante est observée pour les os avec une erreur maximale de 150 HU. Cependant, ces erreurs produisent une erreur moyenne sur la dose de moins de 0.5 % pour la plupart des plans de traitement. Bien que la méthode Bayes-GMR ait de meilleurs résultats que la méthode GMR dans 7 plans de traitement sur les 9 étudiés, une amélioration clinique apportée par la méthode bayésienne reste à démontrer.
Author: Angélique Pirenne
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Depuis une dizaine d'années, l'imagerie par résonance magnétique (IRM) est d'un intérêt grandissant pour la radiothérapie, notamment grâce à la radiothérapie guidée par IRM mais surtout par le développement de l'IRM-linac qui est sur le point d'arriver en clinique. L'avantage de l'IRM est de fournir un excellent contraste pour les tissus mous tout en ne donnant aucune dose de radiation au patient. Cependant, l'information nucléaire contenue dans les images IRM n'a que peu de lien avec l'information électronique nécessaire à la planification de traitement et qui est donnée par la tomodensitométrie (CT). Différents groupes de recherche ont développé plusieurs méthodes pour simuler des images CT à partir des données IRM, aussi appelées CT synthétiques. L'objectif de ce travail est d'évaluer une nouvelle approche bayésienne de production de CT synthétique utilisant un modèle de régression gaussienne (GMR). La méthode est également comparée à une méthode GMR existante. Les images IRM de trois têtes de cochon ont été acquises avec des séquences T1, T2, DP et PETRA, fournissant un total de 13 contrastes. Des images CT à 120 kVp ont également été obtenues pour les trois têtes. Les intensités des CT synthétiques sont ensuite comparées aux images CT et les erreurs sur les intensités sont analysées. Finalement, pour évaluer l'impact sur la dosimétrie, trois plans de traitement fictifs ont été calculés en utilisant le système de planification de traitement Eclipse. Les plans ont été réalisés sur les images CT et ensuite transférés sur les CT synthétiques. Les erreurs de dose sont évaluées à l'aide des histogrammes dose-volume (DVH) et des statistiques de dose ainsi qu'avec une analyse par indice gamma. Les résultats montrent que l'erreur moyenne sur les HU est de -7 ± 20 HU pour la méthode Bayes-GMR et de -4 ± 29 HU pour la méthode GMR. L'erreur la plus importante est observée pour les os avec une erreur maximale de 150 HU. Cependant, ces erreurs produisent une erreur moyenne sur la dose de moins de 0.5 % pour la plupart des plans de traitement. Bien que la méthode Bayes-GMR ait de meilleurs résultats que la méthode GMR dans 7 plans de traitement sur les 9 étudiés, une amélioration clinique apportée par la méthode bayésienne reste à démontrer.
Author: Jean-Philippe Dillenseger
Publisher: Elsevier Masson
ISBN: 2294752589
Category : Medical
Languages : fr
Pages : 495
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Book Description
L’ouvrage de référence pour les manipulateurs La complexité technique, la spécialisation et l’émergence de nouveaux champs de compétences créent un important besoin d’apprentissage et de formation pour les manipulateurs d’électroradiologie médicale (MERM). Cet ouvrage leur propose ainsi le premier livre de référence complet sur les technologies de l’imagerie médicale et de la radiothérapie. Il est désormais reconnu par tous comme indispensable. Toutes les techniques y sont abordées (radiologie de projection, échographie, TDM, IRM). Pour chacune, les auteurs développent : les bases physiques et technologiques, les principes d’acquisition, les produits de contraste, le problème des artéfacts et les critères de qualité. La radiothérapie externe, la médecine nucléaire et la radioprotection font l’objet de développements spécifiques. Remarquablement pédagogique, cet ouvrage offre la possibilité d’une lecture à deux niveaux : - rapide, uniquement sur des éléments essentiels (grâce aux encadrés, aux synthèses, aux tableaux et à la mise en évidence des mots clés mis en gras) ; - plus approfondie, sur des notions plus complexes (grâce à des développements « pour aller plus loin », toujours accompagnés d’exemples pour mieux comprendre). Une centaine de figures nouvelles, dont un grand nombre de dessins particulièrement didactiques, illustrent le propos. Cet ouvrage est indispensable pour tous les étudiants MERM (DE et DTS), tout au long de leurs trois années de formation initiale. Cette seconde édition, entièrement révisée, correspond totalement au niveau de connaissances exigé par le référentiel de formation. Les professionnels en activité y trouveront également les fondements à connaître, soit pour entreprendre une spécialisation ou un changement de spécialité, soit pour actualiser les connaissances, en marge de leur exercice professionnel, dans l’esprit du décloisonnement. Jean-Philippe Dillenseger, Elisabeth Moerschel et Claudine Zorn sont enseignants en imagerie médicale et radiologie thérapeutique au lycée Jean-Rostand de Strasbourg
Author: Arthur Lalonde
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Languages : fr
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La protonthérapie est une méthode de traitement du cancer qui a le potentiel de cibler les tumeurs plus précisément que la radiothérapie conventionnelle. Cependant, la pratique clinique actuelle est sujette à une incertitude sur la portée des protons qui limite grandement les bénéfices de la protonthérapie face aux méthodes traditionnelles. En effet, notre incapacité à prédire avec une précision suffisante le parcours des protons à l'intérieur d'un patient impose l'application de marges de sécurité autour des sites tumoraux, et ce, au coût d'une augmentation considérable du volume de tissus sains irradiés. Le but de cette thèse est d'étudier le potentiel de la tomodensitométrie multiénergie (MECT) à réduire l'incertitude sur la portée des faisceaux de protonthérapie. Dans un premier temps, une méthode d'analyse des tissus humains basée sur le MECT est développée. Cette méthode, nommée eigentissue decomposition (ETD) vise à estimer la composition élémentaire et la densité des tissus humains, dans le but de prédire de façon plus juste le transport des faisceaux de protonthérapie par calcul Monte Carlo. La méthode ETD est subséquemment adaptée à la présence de bruit dans les images cliniques à l'aide d'un estimateur bayésien. Ensuite, une méthode de partitionnement des données basée sur l'algorithme des k-moyennes est développée afin de permettre une implémentation de la méthode ETD dans un système de calcul de dose Monte Carlo. L'ensemble de ces outils est finalement employé pour déterminer l'impact du MECT sur la précision du calcul de la portée des protons dans une géométrie humanoïde de référence. L'étude des distributions de dose obtenues pour chaque modalité d'imagerie est effectuée pour quantifier la performance du MECT face aux méthodes conventionnelles. Les résultats obtenus indiquent que le MECT employé avec la méthode ETD permet de réduire l'incertitude sur la portée des protons de 1.51% à 0.86%. L'étude suggère que la tomodensitométrie multiénergie a le potentiel d'améliorer la précision des traitements de protonthérapie. Un calcul plus exact de la portée des faisceaux de protonthérapie est associé à une augmentation des taux de succès du traitement, à une diminution des effets secondaires ainsi qu'une baisse du risque de récurrence de la maladie suite au traitement.
Author: Benjamin Demol
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Languages : en
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Dans le contexte de l'amélioration des traitements de radiothérapie, la planification de traitement sur image par résonance magnétique (IRM) présente l'avantage de supprimer les incertitudes des contours liées au recalage avec l'image de scanographie (CT). L'objectif principal de la thèse est de contribuer au développement de méthodes de génération de CT synthétique (pCT) à partir de l'IRM et d'évaluer leurs incertitudes sur la dose planifiée par calcul Monte Carlo dans le cadre de la stéréotaxie intracrânienne.Dans la première partie, une calibration stœchiométrique du CT a été réalisée. Celle-ci a été intégrée à un système de contrôle qualité des plans de traitement par simulation Monte Carlo. Nous avons ensuite démontré la précision des calculs Monte Carlo sur la base de la seule connaissance de la quantité d'hydrogène présente dans les tissus en utilisant cette calibration. La quantification de l'hydrogène des tissus à partir de séquences IRM a ensuite été étudiée théoriquement et expérimentalement.La seconde partie concerne la génération d'un pCT par méthode atlas avec prise en compte de l'intensité des voxels IRM (séquence 3D T1). Une étude dosimétrique sur une cohorte de patients a été menée afin d'évaluer la qualité de la méthode. Des solutions ont été proposées afin d'améliorer le résultat de la méthode dans les cas anatomiques particuliers La génération de pCT à partir d'une IRM permettra de supprimer l'examen CT de la pratique routinière, menant à une simplification du flux de travail, une diminution des coûts, et à une intégration cohérente avec les machines de traitement couplées à un scanner IRM.
Author: ZIANE-M.
Publisher: Omniscriptum
ISBN: 9786131595752
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Languages : fr
Pages : 176
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Un ensemble de données dosimétriques ont été mesurées afin de vérifier la précision d'un algorithme de calcul de dose pour des faisceaux de photons. Les distributions de dose d'une source de 60Co ont été mesurées en utilisant une chambre d'ionisation dans un fantôme d'eau et des dosimètres thermoluminescent (TLD) dans un fantôme anthropomorphique hétérogène. Les tests basés sur les protocoles du l'AAPM TG23 et du NCS inclus des champs carrés, champs rectangulaires, champs ayant une distance source surface (DSP) variable, champs avec filtre en coin, champs irréguliers, champs avec incidence oblique, champs avec collimation asymétrique, champs ayant un bloc central, déficit tissulaire et une surface irrégulière. L'ensemble de données est utilisé pour valider l'algorithme de calcul de dose pour le faisceau de photon de deux systèmes de planning de traitement selon les critères d'acceptabilité recommandés. L'application de l'ensemble des tests n'a pas présenté une difficulté insurmontable, et malgré mes résultats n'ont pas dépassé les tolérances, on ne peut pas séparer les performances d'un système aux facteurs liés à la manipulation ou à la mesure.
Author: Cheik Oumar Thiam
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Languages : fr
Pages : 160
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Les traitements de radiothérapie nécessitent la délivrance d'une dose précise au niveau de la tumeur et une bonne connaissance de la dose dans les zones avoisinantes. Ce calcul, habituellement réalisé par les TPS, exige des outils précis et rapides. La plate-forme de simulation Monte-Carlo GATE, basée sur le code GEANT4, offre un outil performant pour les applications de la médecine nucléaire mais aussi des fonctionnalités permettant de faire des calculs dosimétriques de façon fiable et rapide. Dans cette thèse, deux études ont été menées en parallèle : la validation de la plate-forme GATE pour la modélisation de sources d'électrons et de photons de basse énergie et l'exploitation optimisée des infrastructures de grille informatique pour réduire les temps de calculs des simulations. GATE a été validé pour le calcul de points kernels de dose d'électrons mono-énergétiques et comparé avec les résultats d'autres études Monte-Carlo. Une étude détaillée a été faite sur la gestion du dépôt d'énergie au cours du transport des électrons dans GEANT4. Nous nous sommes intéressés aussi à la validation de GATE concernant le dépôt de dose de photons de très basse énergie (inférieure 35 keV). Pour cela, trois modèles de sources radioactives utilisées en curiethérapie et contenant de l'iode 125 (modèle 2301 de Best Medical International , Symmetra de UroMed/ Bebig et 6711 d'Amersham) ont été simulés. Plusieurs caractéristiques dosimétriques ont été étudiées selon les recommandations du groupe de travail n°43 de l'AAPM (American Association of Physicists in Medecine). Les résultats obtenus montrent une bonne concordance entre GATE et les études prises comme référence et recommandées par l'AAPM. L'utilisation de simulations Monte-Carlo dans les applications médicales pour une meilleure définition de la dose déposée dans un volume tumoral, nécessite des temps de calculs longs. Afin de réduire ces temps, nous avons exploité l'infrastructure de la grille EGEE sur laquelle nos simulations sont distribuées en utilisant des techniques novatrices pour la prise en compte de l'état de la grille de calcul. Les temps nécessaires pour la simulation d'une radiothérapie utilisant des électrons ont été réduits jusqu'à un facteur de 30. Une plate-forme web basée sur le portail GENIUS a été développée pour rendre accessible de façon simple toutes les modalités de soumission et de gestion des simulations ainsi que la gestion de données médicales (informations sur les patients, images CT, IRM...) sur les ressources de la grille. L'objectif final visé est de faire de GATE un outil fiable et utilisé en clinique pour des planifications de traitements de radiothérapie avec des temps de calculs acceptables (pas plus de 12 heures de calcul)
Author: Ming Chao Yang
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Languages : fr
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Cette thèse s'inscrit dans la perspective des traitements de radiothérapie en insistant sur la nécessité de disposer d'un logiciel de planification de traitement (TPS) rapide et fiable. Le TPS est composé d'un algorithme de calcul de dose et d'une méthode d'optimisation. L'objectif est de planifier le traitement afin de délivrer la dose à la tumeur tout en sauvegardant les tissus sains et sensibles environnant. La planification des traitements consiste à déterminer les paramètres d'irradiation les mieux adaptés au patient. Dans le cadre de cette thèse, les paramètres d'un traitement par RCMI (Radiothérapie Conformationnelle avec Modulation d'Intensité) sont la position de la source, les orientations des faisceaux et, pour chaque faisceau composé de faisceaux élémentaires, la fluence de ces derniers. La fonction objectif est multicritère en associant des contraintes linéaires. L'objectif de la thèse est de démontrer la faisabilité d'une méthode d'optimisation du plan de traitement fondée sur la technique de calcul de dose rapide développée par (Blanpain, 2009). Cette technique s'appuie sur un fantôme segmenté en mailles homogènes. Le calcul de dose s'effectue en deux étapes. La première étape concerne les mailles : les projections et pondérations y sont paramétrées en fonction de critères physiques et géométriques. La seconde étape concerne les voxels: la dose y est calculée en évaluant les fonctions préalablement associées à leur maille.Une reformulation de cette technique permet d'aborder le problème d'optimisation par la méthode de descente de gradient. L'optimisation en continu des paramètres du traitement devient envisageable. Les résultats obtenus dans le cadre de cette thèse ouvrent de nombreuses perspectives dans le domaine de l'optimisation des plans de traitement en radiothérapie.
Author: Stéphane Bedwani
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En radiothérapie, la tomodensitométrie (CT) fournit l'information anatomique du patient utile au calcul de dose durant la planification de traitement. Afin de considérer la composition hétérogène des tissus, des techniques de calcul telles que la méthode Monte Carlo sont nécessaires pour calculer la dose de manière exacte. L'importation des images CT dans un tel calcul exige que chaque voxel exprimé en unité Hounsfield (HU) soit converti en une valeur physique telle que la densité électronique (ED). Cette conversion est habituellement effectuée à l'aide d'une courbe d'étalonnage HU-ED. Une anomalie ou artefact qui apparaît dans une image CT avant l'étalonnage est susceptible d'assigner un mauvais tissu à un voxel. Ces erreurs peuvent causer une perte cruciale de fiabilité du calcul de dose. Ce travail vise à attribuer une valeur exacte aux voxels d'images CT afin d'assurer la fiabilité des calculs de dose durant la planification de traitement en radiothérapie. Pour y parvenir, une étude est réalisée sur les artefacts qui sont reproduits par simulation Monte Carlo. Pour réduire le temps de calcul, les simulations sont parallélisées et transposées sur un superordinateur. Une étude de sensibilité des nombres HU en présence d'artefacts est ensuite réalisée par une analyse statistique des histogrammes. À l'origine de nombreux artefacts, le durcissement de faisceau est étudié davantage. Une revue sur l'état de l'art en matière de correction du durcissement de faisceau est présentée suivi d'une démonstration explicite d'une correction empirique.
Author: Mikaël Simard
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La tomodensitométrie par rayons-X (CT) est une modalité d'imagerie produisant une carte tridimensionnelle du coefficient d'atténuation des rayons-X d'un objet. En radiothérapie, le CT fournit de l'information anatomique et quantitative sur le patient afin de permettre la planification du traitement et le calcul de la dose de radiation à livrer. Le CT a plusieurs problèmes, notamment (1) une limitation au niveau de l'exactitude des paramètres physiques quantitatifs extraits du patient, et (2) une sensibilité aux biais causés par des artéfacts de durcissement du faisceau. Enfin, (3) dans le cas où le CT est fait en présence d'un agent de contraste pour améliorer la planification du traitement, il est nécessaire d'effectuer un deuxième CT sans agent de contraste à des fins de calcul de dose, ce qui augmente la dose au patient. Ces trois problèmes limitent l'efficacité du CT pour certaines modalités de traitement qui sont plus sensibles aux incertitudes comme la protonthérapie. Le CT spectral regroupe un ensemble de méthodes pour produire plusieurs cartes d'atténuation des rayons-X moyennées sur différentes plages énergétiques. L'information supplémentaire, pondérée en énergie qui est obtenue permet une meilleure caractérisation des matériaux analysés. Le potentiel de l'une de ces modalités spectrales, le CT bi-énergie (DECT), est déjà bien démontré en radiothérapie, alors qu'une approche en plein essor, le CT spectral à comptage de photons (SPCCT), promet davantage d'information spectrale à l'aide de détecteurs discriminateurs en énergie. Par contre, le SPCCT souffre d'un bruit plus important et d'un conditionnement réduit. Cette thèse investigue la question suivante : y a-t-il un bénéfice à utiliser plus d'information résolue en énergie, mais de qualité réduite pour la radiothérapie ? La question est étudiée dans le contexte des trois problèmes ci-haut. Tout d'abord, un estimateur maximum a posteriori (MAP) est introduit au niveau de la caractérisation des tissus post-reconstruction afin de débruiter les données du CT spectral. L'approche est validée expérimentalement sur un DECT. Le niveau de bruit du pouvoir d'arrêt des protons diminue en moyenne d'un facteur 3.2 à l'aide de l'estimateur MAP. Celui-ci permet également de conserver généralement le caractère quantitatif des paramètres physiques estimés, le pouvoir d'arrêt variant en moyenne de 0.9% par rapport à l'approche conventionnelle. Ensuite, l'estimateur MAP est adapté au contexte de l'imagerie avec agent de contraste. Les résultats numériques démontrent un bénéfice clair à utiliser le SPCCT pour l'imagerie virtuellement sans contraste par rapport au DECT, avec une réduction de l'erreur RMS sur le pouvoir d'arrêt des protons de 2.7 à 1.4%. Troisièmement, les outils développés ci-haut sont validés expérimentalement sur un micro-SPCCT de la compagnie MARS Bioimaging, dont le détecteur à comptage de photons est le Medipix 3, qui est utilisé pour le suivi de particules au CERN. De légers bénéfices au niveau de l'estimation des propriétés physiques à l'aide du SPCCT par rapport au DECT sont obtenus pour des matériaux substituts à des tissus humains. Finalement, une nouvelle paramétrisation du coefficient d'atténuation pour l'imagerie pré-reconstruction est proposée, dans le but ultime de corriger les artéfacts de durcissement du faisceau. La paramétrisation proposée élimine les biais au niveau de l'exactitude de la caractérisation des tissus humains par rapport aux paramétrisations existantes. Cependant, aucun avantage n'a été obtenu à l'aide du SPCCT par rapport au DECT, ce qui suggère qu'il est nécessaire d'incorporer l'estimation MAP dans l'imagerie pré-reconstruction via une approche de reconstruction itérative.
Author: Aage R. Moller
Publisher: Elsevier
ISBN: 0080554466
Category : Medical
Languages : en
Pages : 569
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Book Description
Understanding tinnitus and treating patients with tinnitus must involve many disciplines of basic science and clinical practice. The book provides comprehensive coverage of a wide range of topics related to tinnitus including its pathophysiology, etiology and treatment. The chapters are written by researchers and clinicians who are active in the areas of basic science such as neurophysiology and neuroanatomy and in clinical specialties of psychology, psychiatry, audiology and otolaryngology.* Comprehensive coverage of the pathology and cause of tinnitus including genetics * Hyperacusis, phonophobia and other abnormalities in perception of sounds * The role of neural plasticity in tinnitus
