Mise en contexte de l’article

Le prochain chapitre présente une étude sur l’élaboration et la validation de méthodes permettant d’évaluer le contenu en agent de contraste ainsi que la production d’images VNC pour des applications en radio-oncologie. Deux situations pouvant survenir ont été identifiées, la première est celle où un a priori est connu sur la composition atomique de l’organe étudié et la seconde lorsqu’aucun a priori n’est connu sur la structure cible tel que lors de la production d’images VNC.

Trois méthodes sont donc comparées tout au long de l’article : la décomposition à deux matériaux, la décomposition à trois matériaux et la décomposition en eigentissues (Eigen-

tissue decomposition, ETD). Cette dernière est basée sur une adaptation de la méthode

proposée dans l’article de Lalonde et Bouchard 2016 [49] qui utilise l’analyse en compo- santes principales (Principal Component Analysis, PCA). Tous les tissus du corps humain sont composés de 13 éléments chimiques différents, incluant les éléments présents sous forme de traces. Cependant, la fraction massique de chacun des ces éléments dans les tissus ne se comporte pas indépendamment résultant en des corrélations statistiques permettant ainsi de réduire la dimensionnalité du problème. Il a été remarqué, par exemple, que les fractions massiques du carbone et de l’oxygène dans les tissus humains sont fortement anticorrélées [50]. On peut donc faire une analyse en composante principale dans la base des tissus afin de créer des tissus virtuels ou eigentissues. Ceux-ci formeront une base optimale et ordonnée de manière à être orientée dans la direction ou il y a la plus grande variation dans la composi- tion atomique des tissus humains. La méthode ETD vise ainsi à faire une décomposition au même titre que la décomposition à deux matériaux avec des tissus de base qu’on nomme ei-

gentissues. Les trois méthodes utilisent également la conservation des volumes pour extraire

la densité électronique virtuellement sans contraste.

Un environnement de simulation a été développé pour comparer adéquatement les trois méthodes. Cet environnement utilise des coefficients d’atténuation extraits de la base de données XCOM (produite par le National Institute of Standards and Technology) [4] et le spectre du DECT pour générer des valeurs de HU simulées. On a ainsi pu remarquer que la décomposition à deux matériaux était plus robuste et précise lorsqu’un a priori sur la nature du tissu était connu, et ce même en présence de bruit sur la densité électronique du tissu de référence. Pour des applications VNC en radiothérapie, la méthode ETD a montré sa supériorité par rapport à la méthode à trois matériaux avec une base composée de muscle et de tissu adipeux. La méthode ETD n’induit pas de biais sur la densité électronique VNC et la concentration d’iode.

Les méthodes ont également été testées dans un environnement expérimental. Un éta- lonnage stœchiométrique adapté à la présence d’iode basé sur le z-space [49] est proposé. L’étalonnage est testé sur une série de solutions d’agent de contraste diluées dont on connait la composition chimique exacte. L’étalonnage n’induit aucun biais sur la fraction électronique de l’agent de contraste et sur la densité électronique VNC. Un radio-oncologue a également contouré cinq structures sur un patient dont la tumeur se situe à la base de la langue. Les valeurs de HU VNC extraites à partir des trois méthodes ont pu être comparées directement avec les vraies valeurs obtenues à partir d’images sans agent de contraste prises au cours du même examen d’imagerie. On remarque une différence moyenne de 24 HU pour la méthode de décomposition à trois matériaux, de 13 HU pour la méthode ETD et de 9 HU pour la décomposition à deux matériaux qui utilisait une base avec un a priori sur la nature du tissu étudié.

Les outils développés dans cet article, décomposition à deux matériaux et étalonnage stœchiométrique adapté à la présence d’iode, pourront être appliqués pour d’autres études pertinentes qui seront abordées davantage dans les prochains chapitres de cette thèse. La méthode ETD pourra être utilisée pour produire des images VNC à partir de n’importe quelles images DECT avec agent de contraste. Il sera donc désormais possible d’éviter un examen d’imagerie supplémentaire aux patients qui sont en phase de planification de trai- tement en radiothérapie et qui ont besoin d’un examen C+. En plus du gain de temps, la dose d’imagerie du patient est également réduite. Bien que cette dose ne soit qu’une fraction de celle qui est délivrée lors du traitement de radiothérapie, le principe d’ALARA (as low

as reasonably achievable) doit tout de même être appliqué. Ce principe nous dicte qu’en

présence de radiation ionisante, ou lorsque l’on doit donner de la dose à un patient, celle-ci doit être aussi basse que nécessaire. Plus spécifiquement, la méthode ETD pourra égale- ment être utilisée pour produire directement des plans de traitement sur des images CT avec agent de contraste. Cependant, on devra préalablement s’assurer que l’impact dosimétrique de l’utilisation d’images VNC est nul et peut être appliqué sécuritairement sur les patients.

Quant à l’impact scientifique des travaux présentés au prochain chapitre, il est pertinent de mentionner que le sujet de l’article a été choisi pour une présentation à la rencontre annuelle de l’American Association of Physicists in Medicine en 2017 à Denver.