Letteratura scientifica selezionata sul tema "Spécifique au patient"

L’Ostéotomie Tibiale de Valgisation (OTV) par ouverture médiale est un traitement conservatif efficace dans le traitement de la gonarthrose médiale chez le patient jeune et actif présentant un défaut d’alignement du membre inférieur. Ce défaut entraine un déséquilibre dans la répartition des charges transitant dans le genou et est un facteur de risque la gonarthrose. L’objectif est de corriger l’alignement en corrigeant une déformation osseuse du tibia proximal. Une coupe osseuse médiolatérale incomplète partant du bord médial de la métaphyse tibiale et orientée vers l’articulation tibio-fibulaire permet de créer une ouverture sur le bord médial par rotation autour de la charnière latérale, épaisseur d’os non-coupée sur le bord latéral. L’importance de l’ouverture dépend de la déformation osseuse et du stade d’arthrose. La réussite de l’OTV par ouverture médiale est conditionnée par une correction précise, un montage d’ostéosynthèse stable et une charnière latérale préservée pendant l’ouverture. L’objectif de cette thèse était de proposer une méthodologie de planification préopératoire à associer à une instrumentation patient-spécifique réalisée en impression 3D. Cette instrumentation devait permettre d’appliquer la correction souhaitée dans les plans frontal et sagittal mais aussi de préserver la charnière latérale pendant la chirurgie. Nos résultats ont montré, grâce aux études in-vitro et in-vivo réalisées au cours de la thèse, que le guide de coupe patient-spécifique développé permet de reproduire avec précision la planification préopératoire en apportant de la sécurité au geste opératoire tant au niveau de la précision que de la préservation de la charnière latérale<br>Medial Opening Wedge High Tibial Osteotomy (MOWHTO) is an efficient conservative surgical treatment for young and active patients with moderate medial gonarthrosis and varus lower limb malalignment. Varus malalignment unbalances load distribution in the knee, which is a gonarthrosis risk factor. MOWHTO aims to correct the lower limb alignment by correcting the proximal tibia bony deformity. Incomplete mediolateral cut is performed in the proximal tibia from the medial side of the tibial metaphysis towards the tibiofibular joint, and then opened by rotation around the lateral hinge which is the remaining uncut bone thickness on the lateral side. Amount of the opening depends on the importance of the proximal tibial deformity and on the medial gonarthrosis stage. MOWHTO success remains on precise correction, stable osteosynthesis system and lateral hinge preservation during the opening. Objective of this thesis was to propose a preoperative planning methodology to be associated with 3D printed patientspecific instrumentation. This instrumentation was intended to apply the correction chosen by the surgeon in the frontal and sagittal planes, but also to preserve the lateral hinge during the surgery. Our in-vitro and in-vivo results have shown that the developed patient-specific cutting guide make it possible to accurately reproduce the preoperative planning with security to the surgical gesture by bringing accuracy and lateral hinge preservation

Dans ce travail de thèse, on s’intéresse au traitement endovasculaire de l’anévrisme de l’aorte abdominale (EVAR). Cette technique mini-invasive couramment utilisée et connaît une croissance importante depuis 10 ans. Elle repose sur l’exclusion du sac anévrismal par le déploiement au niveau de l’anévrisme d’une ou plusieurs endoprothèses introduites par voies fémorales. Au cours de l’intervention, plusieurs types d’outils de rigidité variable sont introduits pour permettre la navigation de l’endoprothèse. La structure vasculaire subit alors des déformations importantes. Ces déformations sont en général sans incidence sur le bon déroulement de l’intervention. Cependant dans certains cas, notamment pour les patients présentant des anatomies défavorables (fortes tortuosités ou angulations, important degré de calcification, longueur importante des artères iliaques communes et externes) les déformations produites par l’insertion des guides rigides peuvent avoir des conséquences sur le déroulement de l’intervention. Actuellement leur anticipation repose principalement sur l’expérience du chirurgien. La simulation mécanique semble être un outil adapté pour fournir des indicateurs plus objectifs et utiles au praticien lors du planning de son intervention : cette pratique permettrait en guidant et sécurisant le geste chirurgical de diminuer potentiellement les risques de complications peropératoires et postopératoires. La première étape du travail a consisté à développer un modèle mécanique de la structure aorto-iliaque et une méthode de simulation permettant de répondre au problème mécanique posé. Ce modèle a été paramétré de façon patient-spécifique à partir des données préopératoires disponibles. Puis la deuxième étape du travail a consisté à valider la modélisation développée en la confrontant à des données peropératoires réelles obtenus sur 28 cas de patients opérés au CHU Rennes. L’ensemble des méthodes développées à enfin été intégré à un module de démonstration du logiciel EndoSize® (Therenva, France)<br>Endovascular Aneurysm Repair (EVAR) is a mini-invasive technique that is commonly used to treat Abdominal Aortic Aneurysms (AAA). It relies on the exclusion of the aneurysm sac by introducing one or more stent-grafts through the femoral arteries and deploying them inside the aneurysm. During the procedure, several tools of varying stiffness are introduced to enable the delivery of the stent graft to its deployment site. During this process, the vascular structure undergoes major deformations. Usually, these have no consequence on the smooth progress of the procedure. However, in some instances, particularly when the patient presents an unfavorable anatomical profile (major tortuousness or angulation, deep calcification, long length of the common and external iliac arteries), the deformation caused by the insertion of stiff guidewires can have major consequences. Today, their prediction relies mainly on the surgeon’s experience. Numerical simulation appears to be an appropriate tool to give the practitioner more objective and more useful indicators when planning the procedure: guiding the surgical act and making it safer using such an approach would potentially reduce the risks of intraoperative and postoperative complications. In the first step of the work, we developed a mechanical model of the aorto-iliac vascular structure and a simulation methodology to answer the mechanical problem. This patient-specific model has been parametrized based on available preoperative data. Then the second step of the work consisted in the validation of this model by confronting the simulation results to real intraoperative 3D data that were collected on 28 cases of patients operated at the University Hospital of Rennes. All the methods that were developed during this PhD were integrated in demonstration module of EndoSize® software (Therenva, France)

Les dystrophies rétiniennes héréditaires (DRH) sont un groupe de maladies génétiquement et cliniquement hétérogènes, lesquelles se caractérisent par une perte progressive de la vision. La choroïdérémie (CHM) est une choriorétinopathie qui représente environ 3% des DRH. Elle se caractérise par une cécité nocturne durant l’enfance suivie par une perte du champ visuel périphérique lente et progressive. Cela aboutit à une cécité vers l’âge de 40 à 50 ans. Généralement, la vision centrale demeure préservée plus longtemps. Génétiquement, la maladie est causée par des mutations dans le gène CHM localisé dans le chromosome X qui code pour la Rab Escort Protein 1 (REP1).Cette protéine est impliquée dans la prénylation des Rab GTPasas qui régulent le trafic vésiculaire au sein de la cellule. La plupart des mutations responsables de la maladie sont des mutations pertes de fonction. La conséquence de ces mutations est l’absence de REP1 entrainant un défaut de prénylation des Rabs. Ce qui cause la dégénérescence des photorécepteurs, de l’épithélium pigmentaire rétinien (EPR) et de la choroïde. À ce jour, il n’existe pas de thérapie pour la CHM. Cependant, le diagnostic précoce de la maladie et son évolution lente donnent une fenêtre thérapeutique large et en font un candidat idéal pour la réussite d’un traitement.En raison de l’absence d’un modèle animal pertinent pour tester de nouvelles thérapies pour cette maladie, nous avons développé un modèle cellulaire humain d’EPR in vitro dérivé des cellules pluripotentes induites propres au patient. Ce tissu est morphologiquement et fonctionnellement représentatif de l’EPR in vivo et reproduit les défauts biochimiques de prénylation présents dans la CHM. De ce fait, il s’agit d’un modèle puissant pour évaluer l’efficacité de différentes approches thérapeutiques. Dans cette perspective, nous avons étudié une approche de thérapie génique par AAV2/5 afin de fournir le gène CHM dans le cas particulier de mutation faux sens et l’utilisation d’une translational read-through inducing drug (TRID) PTC124 pour le traitement des mutations non-sens.J’ai démontré pour la première fois la faisabilité de la thérapie génique pour la CHM dans le cas d’une expression résiduelle de REP1 muté, permettant de considérer les patients porteurs de mutations faux sens comme éligible à des essais cliniques de thérapie génique. De plus, j’ai démontré que l’efficacité de PTC124 peut être dépendante du type cellulaire. Dans l’ensemble, mes résultats suggèrent que l’efficacité de la molécule semblerait dépendre de la conservation de l’acide aminé muté et de sa localisation dans le domaine fonctionnel de REP1. Nous avons ainsi mis en valeur que le contexte génétique devrait être pris en compte dans la perspective d’une thérapie avec TRID pour cette maladie ainsi que d’autres pathologies.Pour conclure, j’ai souligné le potentiel prédictif du modèle d’EPR dérivé d’iPSc propre au patient pour évaluer de nouvelles approches thérapeutiques en l’absence d’un modèle animal approprié avant les essais cliniques<br>Inherited retinal dystrophies (IRDs) are a class of genetically and clinically heterogeneous diseases, which are characterized by a progressive loss of vision. Choroideremia (CHM) is a chorioretinopathy, which accounts for ~3% of all IRDs. It is characterized by night blindness in childhood, followed by slow and progressive loss of the peripheral visual field. This results in legal blindness by the fourth to fifth decade of life. Generally, central vision is preserved till late in life. Genetically, the disease is caused by mutations in the CHM gene located on the X chromosome and encoding the Rab Escort Protein 1 (REP1). This protein is involved in the prenylation of Rab GTPasas, which regulate vesicular cell trafficking. Most of the disease-causing mutations are loss-of-function and the absence of REP1 leads to a Rab prenylation defect and subsequent degeneration of photoreceptors, retinal pigment epithelium (RPE) and underlying choroid. To date, an established therapy is not available for CHM, but the early diagnosis and its slow evolution provide a large therapeutic window, that renders this disease a good candidate for successful treatment.In order to palliate the lack of a pertinent animal model for testing novel disease therapies, we developed a human cellular model using patient-specific induced pluripotent stem cells (iPSc)-derived RPE. This tissue is morphologically and functionally representative of the RPE in vivo, and reproduces the biochemical prenylation defect present in CHM. Therefore, it is a powerful model to evaluate the efficacy of different therapeutic approaches. Along this line, we investigated a gene augmentation approach, via AAV2/5 delivery of the CHM gene in the particular case of a CHM missense mutation, and the use of the translational read-through inducing drug (TRID) PTC124 for treating CHM nonsense mutations.I demonstrated for the first time the feasibility of gene augmentation therapy for CHM in the case of residual mutated REP1 expression, suggesting that missense-carrying patients can be considered for inclusion in clinical gene therapy trials. Moreover, I showed that the efficiency of PTC124 may be dependent on the cell type. In addition, my results suggest that drug efficiency likely depends on the conservation of the mutated amino acid residue and its localization with regards to REP1 functional domains. We thus highlight that genetic considerations should be taken into account when considering TRID therapy for this and other disorders.Taken together, I highlighted the predictive potential of the patient-specific iPSc-derived RPE model for screening of novel and varied therapeutic approaches in the absence of a suitable animal model prior to clinical translation

Le travail présenté dans ce manuscrit concerne la fabrication de fantômes d'aorte patient spécifiques utilisant une technique de fabrication additive par impression 3D. Ces répliques sont fabriquées en matériaux synthétiques dont les caractéristiques morphologiques et les propriétés mécaniques doivent être proches de celles déterminées sur un patient. Elles permettent d'optimiser ou de développer les techniques d'imagerie médicale, de comprendre les relations entre le comportement mécanique de la paroi aortique et les caractéristiques hémodynamiques du flux sanguin mais aussi de réaliser des entrainements préopératoires aux interventions chirurgicales, telles que le traitement endovasculaire. Dans cette étude, le comportement mécanique hyper-viscoélastique de la paroi aortique est modélisé par un modèle de Maxwell solide généralisé, dont les paramètres ont permis la sélection et le développement de matériaux élastomères de type silicone aux comportements mécaniques contrôlés. Ces matériaux ont été élaborés à partir de mélanges de formulations existantes et des lois de mélange ont été comparées pour guider la définition de la composition idéale permettant d'imiter le comportement mécanique désiré. Nous avons mis au point une méthode basée sur l'imagerie médicale par ultrason, capable d'identifier les paramètres hyper-viscoélastiques d'une paroi vasculaire. Cette méthode a été validée sur des tubes réalisés avec ces formulations de silicone, dont les propriétés mécaniques ont été mesurées avec des méthodes de référence. Puis, ces silicones ont été utilisés dans un processus de fabrication additive utilisant l'impression 3D par voie indirecte. Un travail de conception assistée par ordinateur a été réalisé pour produire un fantôme d'aorte patient-spécifique présentant un anévrisme fusiforme et non-thrombosé dans la région thoracique<br>The present work deals with the producing of patient-specific aortic phantoms using an additive manufacturing technique by 3D printing. Phantoms are manufactured from synthetic materials with morphological and mechanical characteristics which should be close to these identified on a patient. They can be used to develop techniques of medical imaging, to understand the relationship between aortic mechanical behavior and hemodynamic properties of blood flow, as well as to perform a preoperative training of interventions, such as endovascular treatment. In this study, the hyper-viscoelastic aortic mechanical behavior was described using a generalized solid Maxwell model. Silicone materials were developed based on the model’s mechanical parameters to mimic various aortic mechanical behaviors. These materials were formulated from commercials silicones, and then mixing rules were compared to define the ideal mixture which can mimic the specific mechanical behavior. A nondestructive method based on medical imaging by ultrasound was developed to identify the parameters of a blood vessel hyper-viscoelastic model. Silicone tubes made of our formulations with known reference mechanical parameters, were used to validate this method. Then, these silicone materials were used in an additive manufacturing process using indirect 3D printing. A work of computer aided design was done to produce a patient-specific aortic phantom with a thoracic fusiform aneurysm without thrombosis

I- Les astrocytes contribuent à la neurotransmission par une variété de mécanismes, allant de l'isolation de la synapse à la signalisation dynamique. Ces cellules ont une signalisation dynamique qui leur permet à la fois de détecter l'activité neuronale grâce à des canaux ioniques, des récepteurs ou des transporteurs aux différents neurotransmetteurs, et de répondre de manière appropriée par une signalisation calcique élaborée, par une plasticité morphologique ou bien par le relargage de nombreuses substances neuroactives. Cependant la nature, la plasticité, et l'impact des courants induits par l'activité neuronale sur la plasticité synaptique à court-terme est encore élusive dans les astrocytes de l'hippocampe. Nous avons montré qu'une stimulation unique des collatérales de Schaeffer dans des tranches d'hippocampe induit dans les astrocytes de stratum radiatum un courant entrant, complexe et prolongé, lui-même synchronisé à la transmission synaptique rapide des cellules pyramidales de la région CAl. Ce courant est constitué de trois composantes: un courant potassique lent, sous-tendu par les canaux Kir4. 1, un courant de transporteur au glutamate transitoire et un courant résiduel lent, partiellement sous-tendu par des transporteurs au GABA et d'autres canaux potassiques que le Kir4. 1. Tous les courants présentent une plasticité à court-termeactivité dépendante, cependant seul le courant astrocytaire de transporteur au glutamate présente une plasticité de type neuronale. Étant donné que 80% du courant astrocytaire évoqué synaptiquement est sous-tendu par les canaux potassiques de type Kir4. 1, nous avons investigué son effet sur la plasticité synaptique à court-terme de l'hippocampe, en combinant l'électrophysiologie à la modélisation mathématique. En utilisant la souris invalidée pour le gène Kir 4. 1 sélectivement dans les cellules gliales, nous avons trouvé que les canaux Kir4. 1 diminuent les réponses synaptiques aux stimulations répétitives ainsi que la potentialisation post-tétanique. Afin de d'identifier la voie de signalisation et la dynamique du cycle potassique entre les astrocytes et les neurones pendant l'activité neuronale, nous avons construit un modèle mathématique de trois compartiments qui quantifie les échanges de potassium entre les neurones, les cellules gliales et l'espace extracellulaire. Nous avons trouvé que les canaux Kir4. 1 sont responsables de la lente capture de potassium pendant l'activité neuronale, ce qui régule l'excitabilité neuronale dans des conditions tant physiologiques que pathologiques. Finalement, nous avons investigué la signalisation calcique activité-dépendante dans les astrocytes des régions CA1 et CA3 de l'hippocampe ainsi que son impact sur la transmission et la plasticité synaptique à court terme Nous avons trouvé que bien que de tels signaux régulent l'activité synaptique des synapses des collatérales de Schaeffer dans la région CA1, son effet n'est que modeste sur la synapse de la fibre moussue dans la région CA3. Cela est probablement dû à la différence de couverture astrocytaire des synapses dans ces deux régions de l'hippocampe, comme le suggère les études de microscopie électronique ainsi que le patron différentiel d'expression de la connexine 30, une protéine astrocytaire qui détermine la localisation synaptique des prolongements astrocytaires. De façon remarquable, la connexine 30 dans les astrocytes régule fortement la plasticité à court terme des synapses des fibres moussues dans la région CA3 de l'hippocampe, révélant ainsi le rôle important des astrocytes dans la régulation synaptique des niveaux de glutamate.

Conception et évaluation d’un modèle biomécanique, éléments finis, patient-spécifique, du pied humainApplications en podologie, orthopédie et diabétologieLe pied est une des structures les plus complexes du corps humain. Avec 28 os, 33 articulations et une centaine de structures ligamentaires, cette entité poly articulée est le résultat d’une hyperspécialisation ayant contribué à faire de l’homme l’unique primate totalement bipède. Quelque soit le relief, quelque soit le mouvement en cours, le pied transmet au tibia le bon vecteur force afin de finaliser le geste de la manière la plus précise et économe en énergie possible dans l’objectif de préparer l’action des segments sus jacents. Ainsi, en cas de lésion d’une des structures, l’ensemble du complexe pied doit pouvoir s’adapter, si ce n’est pas le cas, les tissus mous, les articulations ou les os seront fragilisés et verront leur fonction propre au sein de ce complexe altérée.Prédire l’adaptation du pied à une modification structurelle, tissulaire, neurologique ou fonctionnelle est un enjeu important dans l’estimation du risque lésionnel.Afin d’initier une réponse à ces problématiques, nous avons décidé au cours de cette thèse de modéliser le pied humain avec des outils mathématiques de simulation biomécanique. Dans un premier temps, un modèle tridimensionnel musculo-squelettique du pied a été reconstruit à partir d’imagerie scanner. Le pied polyarticulé en multicorps rigides obtenu possède des articulations uniquement contraintes par les ligaments et contacts osseux. Les muscles ont été implémentés afin de piloter le modèle en dynamique directe. Enfin, les tissus mous comme les volumes musculaires, le gras et la peau ont été maillés en éléments finis. L’utilisation d’un environnement de programmation multi-physique open source (Artisynth) a permis de coupler la modélisation musculo-squelettique et éléments finis.• L’adaptation du pied au sol en orthostatisme a été évaluée par comparaison des cartographies de pression d’une mise en charge simulée avec la mise en charge réelle du sujet.• Le contrôle moteur du pied en chaine ouverte par l’activation des muscles extrinsèques a été évalué en comparant la cinématique du modèle biomécanique pilotée par électromyographie avec la cinématique capturée en laboratoire sur un mouvement d’abduction – adduction.• Nous avons ensuite cherché à comprendre comment une arthrodèse de cheville modifie la cinématique du pied à la contraction musculaire, l’objectif étant d’aider au réglage chirurgical du geste.• Enfin nous avons utilisé les dernières avancées sur la physiologie de la plaie de pression afin de prédire le risque d’ulcération sur un pied neuroarthropatique diabétique par simulation numérique.Le modèle ainsi que les routines de simulations mis en place nous permettent d’avoir un des modèles les plus aboutis du pied humain utilisant aussi bien des données physiques externes comme les données baropodométriques, les données d’analyse quantifiée du mouvement ou encore les données électromyographiques. Ce modèle permettra par l’intermédiaire d’outils de mesh-matching d’obtenir des modèles patients spécifiques. Les domaines d’applications porteront sur l’aide au geste chirurgical, la prévention des risques d’ulcération, l’analyse avancée des relations entre le pied et le membre inférieur, mais aussi l’aide à la conception de prothèse en orthopédie classique et en mécatronique<br>Biomechanical modeling of the human foot. Application to the healthy and pathological subject.The foot is one of the more complex structures of the human body. With 28 bones, 33 joints and a hundred ligamentous structures, this articulated entity is the result of a hyper specialization that makes humans the only obligate bipedal primates. Whatever the terrain, whatever the current movement, the foot transmits to the tibia the right force vector to finalize the gesture in the most precise and efficient manner and prepares the action of the lower limb. Thus, in case of injury to one of the structures, the whole foot complex must adapt if it is not the case, soft tissues, joints or bones are fragile and will have their own function within this complex altered .Predicting the foot’s adaptation of a structural, tissue, neurological or functional modification is an important issue in estimating the risk lesion on locomotion, in the design of therapeutic footwear and orthotics of the degenerative foot, but also in the future of this complex in situations where the boundary conditions change like working in microgravity or foot exoskeleton coupling.To initiate a response to these problems, we decided during this thesis to model the human foot with mathematical tools for biomechanical simulation. Initially, a musculoskeletal three-dimensional model of the foot was reconstructed from computed tomography. The multi-articulated foot joints constraints obtained by ligaments and bone contact. The muscles have been implemented to control the model in direct dynamic. Finally, the soft tissues such as muscle volume, fat and skin were meshed into finite elements. Using a multi-physics open source programming environment (Artisynth) allowed to couple musculoskeletal modeling and finite elements.• Adapting the foot on the ground in upright posture was evaluated by comparing the pressure maps at a simulated load setting with the actual loading pressure map of the subject.• The motor control of foot in opened chain by activation of the extrinsic muscles was assessed by comparing the kinematics of the biomechanical model piloted by electromyography with kinematics captured in the laboratory on a movement of abduction - adduction.• We then sought to understand how an ankle arthrodesis alter the kinematics of the foot muscle contraction, with the aim of helping the surgical setting gesture.• Finally, we used the latest advances in the physiology of a pressure ulcer to predict the risk of ulceration on diabetic foot with Charcot neuro arthropathy by numerical simulation.The model and simulation routines in place allow us to have one of the most successful models of the human foot using both external physical data like pedobarographic data, motion analysis data or electromyography data. This model will allow through mesh-matching tool to obtain specific patient models. The fields of applications will focus on assisted surgery, prevention of ulceration, advanced analysis of relations between the foot and the leg, but also will help the prosthesis design in orthopedic and mechatronics

L’objectif ultime de thèse est de développer un système de synchronisation de bout en bout pour la compensation en temps réel des mouvements lors du traitement du cancer du poumon et du foie sur l’Elekta Unity. Ce système surveillera et localisera automatiquement en temps réel la position spatiale tridimensionnelle de la tumeur, et prédira sa trajectoire dans 0.5 secondes. Un signal de synchronisation sera généré pour contrôler l’activation et la désactivation du faisceau pendant la radiothérapie, réduisant ainsi l’inexactitude dans la délivrance de la dose due au mouvement respiratoire. Pour atteindre cet objectif, les étapes suivantes ont été réalisées : 1. Validation de l’efficacité de KCF dans le suivi des tumeurs en 2D sur des images en IRM cine, plus efficace et précise par rapport aux méthodes traditionnelles (TM). La précision est améliorée en calculant le centroïde des pixels, et la sélection des plans (coronales vs sagittales) pour localiser les tumeurs dans la direction SI. 2. Proposition d’un modèle C-NLSTM spécifique au patient qui combine la préformation du modèle C-NLSTM et l’optimisation de la cible pour obtenir une meilleure prédiction du mouvement de tumeurs. Le transfer learning, en utilisant efficacement le modèle préformé sur un ensemble de données limité, est une solution pertinente face au manque de données de l’Elekta Unity. Le modèle montre une performance satisfaisante dans la prédiction en temps réel pour la compensation du movement spécifique au patient. 3. Validation de la régression linéaire dans la prédiction du mouvement des organs ou des tumeurs en utilisant des images MR ciné 2D et proposition d’un schéma de prédiction en ligne pour les signaux de gating. Les signaux de gating sont déclenchés àl’aide de modèles prédictifs, prouvant son efficacité dans la MRgRT en comparant avec des modèles RNN. 4. Intégration des travaux susmentionnés, proposition d’une solution complète de compensation des mouvements respiratoires basée sur la IRM cine orthogonale. En optimisant un modèle de pavé et en explorant différents scénarios, des signaux de gating sont générés pour répondre aux besoins de traitement des différents patients. La validation par étude dosimétrique confirme que l’efficacité de la solution proposée dans la protection des organes environnants à risque. En résumé, le système proposé est robuste et fiable, réalisant une adaptation en temps réel au mouvement des tumeurs en MRgRT. Il fournit un solide soutien pour la compensation du mouvement respiratoire dans le traitement des cancers thoraciques et abdominaux, servant d’outil essentiel pour la radiothérapie de précision<br>The ultimate aim of this paper is to develop an end-to-end gating system for real-time motion compensation during lung cancer and liver cancer treatment on the Elekta Unity. This system will monitor and automatically locate the three-dimensional spatial position of the tumor in real-time, and predict the tumor’s motion trajectory in the Superior-Inferior (SI), Left-Right (LR), and Anterior-Posterior (AP) directions in advance. Based on the set gating rules, a unique gating signal will be generated to control the beam on and off during radiotherapy, thereby compensating for the inaccuracy of dose delivery due to respiratory motion. To achieve this goal, the following steps have been carried out : 1. We proposed a tumor tracking workflow based on KCF, addressing the issues of time consumption and accuracy in tumor tracking using 2D Cine-MRI. Firstly, we verified the efficiency and accuracy of KCF in 2D Cine-MRI tumor tracking. By calculating the centroid, we improved the situation where the fixed-size template generated errors when the tumor shape changed, thus enhancing the tracking accuracy. In particular, we focused on the tracking in the SI direction by optimizing the selection of coronal slices or sagittal slices to determine the optimal position of the tumor in the SI direction. 2. We proposed a patient-specific transfer C-NLSTM model for real-time prediction of tumor motion, addressing the issue of insufficient training data. We constructed a C-NLSTM model, and introduced transfer learning to fully leverage the rich knowledge and feature representation capabilities embedded in the pretrained model, while fine-tuning is conducted based on specific patient data to achieve high-precision prediction of tumor motion. Through this approach, the model can be trained with only two minutes of patient-specific data, effectively overcoming the challenge of data acquisition. 3. We proposed an efficient gating signal prediction method, overcoming the challenge of precise predictions in 2D Cine-MRI with limited sampling frequencies. We validated the effectiveness of linear regression for predicting internal organ or tumor motion in 2D MR cine. And we proposed an online gating signal prediction scheme based on ALR to enhance the accuracy of gating radiotherapy for liver and lung cancers. 4. We proposed an end-to-end gating system based on 2D Cine-MRI for the Elekta Unity MRgRT. It enables real-time monitoring and automatic localization of the tumor’s 3D spatial position, prediction of tumor motion in three directions, and fitting an optimal cuboid (gating threshold) for each patient based on the tumor’s motion range. Additionally, we explored various approaches to derive 3D gating signals based on tumor motion in one, two, or three directions, aiming to cater to different patient treatment needs. Finally, the results of dosimetric validation demonstrate that the proposed system can effectively enhance the protection of OAR

Les mécanismes physiologiques à l’origine des épisodes d’apnée, chez l’adulte et le prématuré, ne sont pas encore entièrement élucidés. L’objectif principal de cette thèse est de proposer une approche, basée sur des modèles computationnels, afin de mieux comprendre la réponse cardio-respiratoire aiguë à un épisode d’apnée. Un modèle original des interactions cardio-respiratoires a été proposé et adapté selon 3 versions : adulte, nouveaux-né à terme et prématuré. Les analyses de sensibilité, réalisées sur ces modèles, ont mis en en évidence l’importance de certaines grandeurs physiologiques : fraction d’oxygène inspiré, les taux métaboliques, le chemoréflexe et le volume pulmonaire. À partir de ces résultats un sous-ensemble de paramètres a été sélectionné pour réaliser la première identification spécifique-patient d’un modèle adulte pour étudier la dynamique de SaO2 pendant une apnée obstructive à partir d’une base de données clinique composée de 107 apnées obstructives réparties sur 10 patients. À partir des paramètres identifiés, un phénotype des patients a été obtenu, différenciant les patients présentant un risque accru d’instabilité respiratoire et de respiration périodique. Les résultats de la thèse ouvrent de nouvelles perspectives pour la prise en charge et l’optimisation de certaines thérapies (CPAP, PEEP, oxygénothérapie,...) en unités de soins intensifs néonatals et adultes<br>The physiological mechanisms behind apnea episodes in adults and premature infants are not yet fully elucidated. The main objective of this thesis is to propose an approach, based on computational models, in order to better understand the acute cardio-respiratory response to an episode of apnea. An original model of cardio-respiratory interactions has been proposed and adapted in 3 versions: adult, newborn at term and preterm infant. Sensitivity analyses, performed on these models, have highlighted the importance of certain physiological variables: the fraction of inspired oxygen, metabolic rates, the chemoreflex and lung volume. From these results, a subset of parameters was selected to perform the first patient-specific identification of an adult model to study the dynamics of SaO2 during an obstructive apnea from a clinical database composed of 107 obstructive apneas distributed over 10 patients. From the parameters identified, a phenotyping of the patients was obtained, differentiating the patients with an increased risk of respiratory instability and periodic breathing. The results of the thesis open up new perspectives for the management and optimization of certain therapies (CPAP, PEEP, oxygen therapy, etc.) in neonatal and adult intensive care units