Abstract FR:

Cette thèse s'inscrit dans le cadre général de la radiothérapie. Elle porte sur la phase dite de positionnement, qui consiste à placer la tumeur à traiter relativement à un faisceau irradiant, avec une grande précision. Elle est plus particulièrement focalisée sur les problèmes posés par le dispositif robotique de positionnement de patient utilisé à l'Institut Curie -- Centre de Protonthérapie d'Orsay (ICPO). L'application considérée est le traitement de tumeurs intracrâniennes par irradiation. Au début du manuscrit, une mise en perspective retrace les grandes étapes du développement de la radiothérapie pour faire ressortir les difficultés du positionnement. Nous produisons ensuite une analyse systématique des diverses incertitudes géométriques du système de positionnement à l'ICPO. Il en ressort que la précision requise est trop grande pour envisager un positionnement direct par recalage entre le modèle 3D préopératoire et la position initiale dans la salle de traitement. Dès lors, l'asservissement visuel apparaît comme une solution de choix pour réaliser le positionnement du patient, car le bouclage de l'information image permet d'obtenir une grande précision malgré les incertitudes géométriques. Nous avons donc focalisé notre travail sur la réduction des erreurs géométriques de la salle de traitement et du robot, sur l'amélioration du système d'immobilisation du patient et sur l'exploitation d'un dispositif stéréovision infrarouge pour le recalage de la position du patient. La réduction des erreurs géométriques de la salle de traitement et du robot a été réalisée par la mise en place d'une procédure générale d'étalonnage. L'amélioration du système d'immobilisation du patient a été conduite par l'évaluation de la répétabilité de divers systèmes de contentions disponibles commercialement, auxquels nous avons apporté des améliorations techniques. Ces évaluations ont impliqué la mise en place de tests cliniques (définition de procédures d'installation, formation des personnels) et l'analyse statistique des performances. Enfin, la contribution principale de notre travail de thèse, au plan méthodologique, se situe au niveau de la commande du système robotique. Celle-ci est améliorée grâce à l'utilisation d'un localisateur externe (système stéréoscopique infrarouge) et de marqueurs fixés sur la contention du patient. Un asservissement visuel 3D est mis en place, d'abord sur une maquette de laboratoire. Sa robustesse est analysée. L'algorithme est ensuite adapté aux conditions d'exploitation à l'ICPO (commande de déplacements finis) en un positionnement itératif. Le système proposé est mis en oeuvre et des résultats d'une exploitation clinique sont donnés, qui concernent le traitement de 25 patients soit l'équivalent de 541 procédures de positionnement.