Titre de la thèse : Étude de la tomodensitométrie spectrale quantitative et ses applications en radiothérapie
Résumé : En radiothérapie, tomodensitométrie par rayons-X (CT) fournit de l’information anatomique et quantitative sur un 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 incertitude au niveau 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, il est nécessaire d’effectuer un deuxième CT sans agent de contraste à des fins de calcul de dose, ce qui augmente la dose intégrale 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 des cartes d’atténuation des rayons-X moyennées sur diverses plages énergétiques. L’information supplémentaire obtenue permet une meilleure caractérisation des matériaux analysés. Le potentiel de l’une de ces modalités, 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. Cependant, le SPCCT souffre d’un bruit plus important et d’un conditionnement réduit dans les mesures. Cette thèse investigue la question suivante : en radiothérapie, existe-t-il un bénéfice à utiliser davantage de mesures résolue en énergie, mais de qualité réduite? La question est étudiée dans le contexte des trois problèmes énoncés précédemment.
Un estimateur maximum a posteriori (MAP) est introduit afin de limiter l’impact du bruit en imagerie spectrale. L’approche est validée expérimentalement sur un DECT. L’estimateur permet de réduire le niveau de bruit du pouvoir d’arrêt des protons d’un facteur 3.2 tout en préservant le caractère quantitatif des paramètres physiques estimés. Ensuite, l’estimateur MAP est adapté au contexte de l’imagerie avec agent de contraste, et des simulations numériques ont démontré un bénéfice clair à utiliser le SPCCT pour l’imagerie virtuellement sans contraste par rapport au DECT. Les outils développés ci-haut sont ensuite validés expérimentalement sur un micro-SPCCT (MARS Bioimaging, équipé du détecteur Medipix 3). Finalement, une nouvelle paramétrisation du coefficient d’atténuation pour l’imagerie pré-reconstruction est proposée dans le but de corriger les artéfacts de durcissement du faisceau.
