Simulation des processus radiobiologiques basés sur l'imagerie pour l'évaluation de schémas thérapeutiques individualisés en radiothérapie

Imaging-based simulation of radiobiological processes for the evaluation of individualized radiotherapy treatment regimens

• Auteur / Autrice : Rihab Hami Abdoul-Azize
• Direction : Nicolas Boussion
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Analyse et traitement de l'information et des images médicales
• Date : Soutenance le 18/01/2024
• Etablissement(s) : Brest
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Rennes ; 2022-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de traitement de l’information médicale (Brest, Finistère)
• Jury : Président / Présidente : Ulrike Schick
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Boussion, Ulrike Schick, François Paris, Jean-François Adam, Mathieu Hatt, Luc Simon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : François Paris, Jean-François Adam

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tomographie par émission

Radiobiologie

Cancer -- Radiothérapie

Mots clés libres

Radiothérapie

5 Rs de radiobiologie

Simulation

Images PET

Schémas de fractionnement de radiothérapie

Radiotherapy

5 Rs of radiobiology

Simulation

PET Images

Radiotherapy fractionation schemes

Résumé

La radiothérapie est l'un des principaux traitements du cancer. Malgré son utilisation intensive en pratique clinique, son efficacité dépend de plusieurs facteurs. Plusieurs études ont montré que la réponse tumorale à la radiothérapie diffère d'un patient à l'autre. En effet, la réponse de la tumeur est influencée par plusieurs facteurs comme l'hypoxie et des multiples interactions entre le microenvironnement tumoral et les cellules saines. Cinq concepts biologiques majeurs appelés les « 5 Rs » qui résument ces interactions ont vu le jour. Ces concepts incluent la réoxygénation, la réparation cellulaire, la redistribution cellulaire dans le cycle, la radiosensibilité intrinsèque et la repopulation tumorale. La stratégie de traitement optimale doit tenir compte de ces « 5 Rs ». Dans cette étude, nous avons proposé dans un premier temps une approche de modélisation d'oxygénation qui peut être considérée comme un processus d'optimisation de traitement en absence de données concernant l'oxygène. Nous avons utilisé un modèle multi-échelle afin de prédire les effets de la radiothérapie sur la croissance tumorale en utilisant une base des images de tomographie par émission de positons (PET). Ensuite, nous avons inclus dans notre modèle les «5 Rs » de la radiothérapie, afin de prédire les effets des rayonnements sur la croissance tumorale. Enfin, nous avons présenté une étude sur l'effet de différents types de fractionnement sur la réponse tumorale à la radiothérapie.

Radiotherapy is one of the principal cancer treatments. Despite its intensive use in clinical practice, itseffectiveness depends on several factors. Several studies showed that the tumor response to radiotherapy differ from one patient to another. The response of tumor is influenced by several factors like hypoxia and multiple interactions between the tumor microenvironment and healthy cells. Five major biologic concepts called “5 Rs” resume these interactions. These concepts include reoxygenation, DNA damage-repair, cell cycle redistribution, cellular radiosensitivity and cellular repopulation.The optimal treatment strategy must consider these “5 Rs". In this study, we proposed as a first an approach to oxygenation modeling that can be considered as an optimization process in the absence of data concerning oxygen. We used a multi-scale model to predict the effects of radiotherapy on tumor growth based on information extracted from positron-emission tomography (PET) images. Then, we included to our model the ‘’5 Rs’’ of radiotherapy, to predict the effects of radiation on tumor growth. Finally, we presented a study of the effect of different types of fractionations on tumor response to radiotherapy.