La premi`ere partie de notre m´ethodologie a ´et´e ´elabor´ee pour pallier `a plusieurs diffi- cult´es rencontr´ees : le jeu de donn´ees dont nous disposons est de taille relativement faible, puisqu’il n’int`egre que 5 patients. Afin d’augmenter le nombre de positions de points d´ej`a connus et la qualit´e d’apprentissage, une solution consistant `a lisser les donn´ees a ´et´e impl´ement´ee par le biais d’un r´eseau de neurones propre `a chaque point ; l’objectif ´etant de sauvegarder, voire d’am´eliorer la qualit´e de l’information en r´eduisant les artefacts inh´erents `a leurs origines. Le travail qui a ´et´e men´e ensuite sur les diff´erentes configura- tions d’apprentissage justifie ces op´erations de traitement.
Pour r´ealiser cette ´etude, de nombreux param`etres ont ´et´e fix´es suite `a l’analyse du comportement du r´eseau de neurones. La topologie qui a ´et´e d´etermin´ee dans ce chapitre est totalement d´ependante des donn´ees utilis´ees : lorsque de nouveaux patients seront disponibles pour l’apprentissage, l’ensemble de l’´etude sera `a refaire pour garantir des r´esultats optimaux. Dans le contexte dans lequel nous avons op´er´e, le pr´etraitement a apport´e un gain au niveau de l’apprentissage qui va de 16% `a 42% selon le patient.
Les r´esultats obtenus pour les diff´erents patients de validation montrent, qu’en g´en´eral, les coordonn´ees d´etermin´ees par NEMOSIS sont incluses dans les intervalles d’incerti- tudes. Ces r´esultats sont de plus produits tr`es rapidement, puisqu’en moyenne il faut 7 ms pour g´en´erer une phase. Cette moyenne varie en fonction du nombre de points `a simuler. Le mouvement simul´e est r´egulier et coh´erent : il ne pr´esente pas de discontinuit´e. Plus g´en´eralement, on peut dire qu’il est r´ealiste.
D’apr`es les r´esultats, notre m´ethodologie est correcte. Cependant, comme nous l’avons montr´e `a la fin du chapitre pr´ec´edent `a l’aide de la Figure 2.14, illustrant l’ensemble de notre m´ethode, l’ex´ecution “normale” du RNA ne fait pas appel `a des donn´ees pr´etrait´ees, mais uniquement `a des donn´ees issues directement de l’imageur. Nous allons donc montrer dans le chapitre suivant, des cas d’utilisation clinique `a partir de patients dont NEMOSIS n’a jamais “vu” les donn´ees. Ces donn´ees ne seront d’ailleurs pas liss´ees au pr´ealable.
Chapitre 4
4.1 Objectifs de l’application clinique 101 Dans le chapitre pr´ec´edent, nous avons montr´e que la simulation du mouvement pul- monaire propre `a un patient est possible `a l’aide des r´eseaux de neurones. Nous avons valid´e cet algorithme. Nous allons maintenant d´etailler les diff´erents processus pour une ex´ecution en routine clinique de NEMOSIS. Celle-ci doit r´epondre `a plusieurs crit`eres : une rapidit´e et une facilit´e de mise en œuvre principalement et un gain pour le patient tant au niveau de la r´eduction de la dose que cela peut engendrer qu’au niveau de la pr´ecision des r´esultats.
Dans ce chapitre, l’ensemble des protocoles mis en place pour cette application clinique est d´etaill´e. Nous verrons les limites de notre m´ethode actuelle avec la solution r´esultante et ses implications. Pour cela, nous proc`ederons `a plusieurs ´etapes de validation avant d’ex´ecuter NEMOSIS dans des conditions proches de son utilisation routini`ere.
4.1
Objectifs de l’application clinique
Avant de d´ecrire les protocoles, nous devons situer les enjeux dans le domaine de la ra- dioth´erapie externe pulmonaire, qu’ils soient li´es `a la technique, sa pr´ecision ou encore au patient. Nous avons vu dans la section 1.1 les diff´erentes m´ethodes existantes et utilis´ees en routine clinique. Certaines sont pr´ecises, mais demandent un temps de traitement rela- tivement important (gating) et ne sont pas applicables `a l’ensemble des patients. D’autres sont plus rapides, mais ont une grande incertitude (tracking). Pour assurer la meilleure pr´ecision lors du traitement, ces m´ethodes requi`erent l’utilisation d’un TDM 4D, source de doses d’imagerie non n´egligeables `a la vue d’une ´etude r´ecente [Sim06].
4.1.1
B´en´efices pour la radioth´erapie pulmonaire
Les avantages de notre m´ethode se situent principalement dans le cadre d’une ra- dioth´erapie en temps r´eel ou lors de l’utilisation d’image 4D dans la planification de traitement. En effet, nous avons vu dans le chapitre 3 que NEMOSIS n’est pas soumis aux limites d’un imageur. Les coordonn´ees ne sont pas d´ependantes de la r´esolution spa- tiale de l’imageur et sont diff´erentes d’une phase `a une autre. NEMOSIS n’interpole pas d’image, il simule uniquement la position de points `a chaque instant. Plus pr´ecis´ement, il calcule uniquement les informations utiles pour le traitement ou pour la connaissance du mouvement en un lieu pr´ecis. Il peut donc d´eterminer, par exemple, les contours tu- moraux pour toutes les phases `a partir des images sources. Enfin, les temps de calcul ont montr´e qu’une utilisation en temps r´eel de notre m´ethode est envisageable, car ils sont tr`es inf´erieurs aux temps de latence des ´equipements actuels.
L’apport pour le patient n’est pas n´egligeable : en l’´etat actuel de notre approche, seules deux acquisitions scanner 3D sont n´ecessaires pour d´eterminer le mouvement sur l’ensemble des phases respiratoires, r´eduisant ainsi la dose diagnostique. En outre, selon les travaux de Simon [Sim06], un examen TDM 4D d´elivre une dose 5 `a 7 fois sup´erieures `
a un examen TDM 3D classique. L’utilisation de deux scanners (aux phases 0% et 50% de la respiration) r´eduirait donc le bilan dosim´etrique du patient d’un facteur 2 ou 3 avec une meilleure connaissance du mouvement.
4.1.2
Limites actuelles
L’obtention des deux TDM 3D aux phases extr´emales de la respiration requiert cepen- dant l’utilisation de l’imageur 4D. En effet, faire une acquisition en blocage respiratoire n’est pas envisageable : les temps d’apn´ee sont trop importants pour les patients atteints de ces pathologies, surtout en expiration. De plus, envisager un suivi des contours tu- moraux avec notre algorithme actuel n´ecessite d’identifier rigoureusement un point de contour `a la phase 0% avec son analogue `a la phase 50%. Ce qui est impossible avec les protocoles de trac´es actuels : les contours sont trac´es “`a la main” par les m´edecins, il n’existe donc aucune m´ethode pour assurer le suivi d’un point de contour en fonction des phases.
Ainsi, NEMOSIS avec 8 entr´ees (NEMOSIS(8)), qui utilise les deux phases extrˆemes de la respiration, n’est pas utilisable en routine clinique. Il peut simuler le mouvement de points anatomiques clairement identifi´es au fil des phases, mais son utilisation n’am´eliore pas la condition du patient. Nous avons donc ´elabor´e une version de NEMOSIS avec seulement 5 entr´ees : seule une phase respiratoire est alors requise, ce qui offre la possibilit´e de simuler un mouvement pulmonaire propre au patient en utilisant uniquement son mod`ele 3D obtenu `a l’aide d’un TDM classique. Nous allons donc voir dans la section suivante l’ensemble des protocoles et validations mis en place pour son application en routine clinique.