Applications du tomodensitomètre à double énergie en radio-oncologie

L'information supplémentaire obtenue à partir du tomodensitomètre à double énergie (DECT) ouvre de nouvelles possibilités dans le domaine de la radio-oncologie, et ce sans soumettre le patient à de la radiation ionisante supplémentaire. Cette thèse vise à développer de nouvelles applications pour cet appareil d'imagerie afin d'éventuellement améliorer les traitements de radiothérapie. Dans certaines situations, l'utilisation d'un agent de contraste iodé est requise lors d'examen d'imagerie par tomodensitométrie.  Il permet de mieux  visualiser certaines zones cibles, par exemple la région tumorale,  grâce à la présence d'un élément à haut numéro atomique, l'iode, qui atténue fortement les rayons X. Le premier but de cette étude a donc été de développer et comparer des méthodes pour extraire la concentration d'iode ainsi que des paramètres physiques nécessaires au calcul de dose à partir d'images DECT en présence d'agent de contraste. Les méthodes développées dans cet article pourront éventuellement permettre d'utiliser directement des images de tomodensitométrie avec agent de contraste pour la planification de traitement de radiothérapie réduisant ainsi la dose d'imagerie délivrée au patient. Le second but a été d'utiliser la concentration de l'agent de contraste extraite à partir des méthodes précédentes comme indicateur de la perfusion et de comparer cette information avec celle obtenue par l'étalon d'or clinique, la tomographie par émission monophotonique. La preuve de concept est effectuée sur cinq patients atteints du cancer du poumon. La perfusion acquise directement lors de l'examen d'imagerie pré-traitement, pourrait permettre d'optimiser les plans de traitement des patients atteints du cancer du poumon afin d'éviter les zones pulmonaires les plus fonctionnelles.  Finalement, le dernier papier présenté dans cette thèse vise l'élaboration d'une méthodologie pour évaluer les changements fonctionnels pulmonaires provoqués par un traitement de radiothérapie pour le cancer du poumon à partir d'image DECT avec agent de contraste. Une étude longitudinale sur une petite cohorte de quatre patients a permis de tester la démarche proposée. The additional information obtained from dual energy computed tomography (DECT) offers new possibilities in the field of radiation oncology without subjecting patients to additional ionizing radiation. This thesis aims to develop new applications for this imaging modality for the improvement of radiotherapy treatments. In certain circumstances, the presence of an iodine-based contrast agent is required during a computed tomography (CT) imaging exam. Visualization of target volumes, such as the tumor, is improved due to the presence of an element with a high atomic number, iodine, which strongly attenuates the X-rays.  The first objective of this thesis is to develop and compare methods for extracting iodine concentration as well as physical parameters necessary for dose calculation from DECT images in the presence of a contrast agent. The methods developed in this paper may eventually allow the direct use of contrast-enhanced DECT images for radiotherapy treatment planning and thus eliminate an imaging exam. The second objective is to exploit the contrast agent concentration maps as an indicator of lung function and to compare it with the clinical gold standard, SPECT/CT.  The proof of concept is performed on five patients with lung cancer. The information acquired directly during the pre-treatment CT scan could further optimize patient treatment plans for lung cancer to avoid parts of the most functional lung areas. Finally, the last paper presents a methodology to evaluate the pulmonary function changes caused by radiotherapy treatment for lung cancer from DECT image with contrast agent. A longitudinal study of a small four patients cohort made it possible to test the proposed procedure.

Keyphrases: Agent de contraste, Iode, Fonction pulmonaire, Tomodensitomètre à double énergie, Radiothérapie, Images virtuellement sans contraste, Dual energy computed tomography, Radiotherapy, Virtual non contrast scan, Contrast agent, Iodine, Pulmonary function