Soutenance de thèse Arianna Religi

Titre: "Ground UV Irradiance and 3D Rendering Techniques to Predict Anatomical Solar UV Exposure in Skin Cancer Research and Prevention"

Type de thèse: "Docteur ès sciences, mention informatique" (Faculté des Sciences)

RESUME

Le rayonnement ultraviolet (UV) est à la fois bénéfique et à la fois néfaste pour notre
santé. Si une certaine exposition est essentielle pour stimuler la production de vitamine
D dans le corps, une exposition excessive est associée à différents types de
cancers de la peau, à des coups de soleil, au vieillissement prématuré, de même qu’à
des cataractes et à d’autres maladies oculaires. Avec près de 80 000 nouveaux cas
par an, les cancers cutanés (carcinomes basocelullaires BCC, carcinomes spinocellulaires
SCC, et mélanomes) sont les cancers les plus fréquents. Ils sont également
parmi ceux qui ont le plus augmenté ces cinquante dernières années, en raison de
l’accroissement progressif des loisirs extérieurs, vacances dans des régions ensoleillées
et changement des habitudes vestimentaires. De l’autre côté, des études montrent
que environ 30-50% des enfants et adultes ont une déficience en vitamine D.
Il est donc crucial de développer de nouveaux outils (ou de nouvelles méthodes)
permettant d’estimer la répartition de l’exposition au rayonnement UV sur la surface
du corps humain, afin par exemple, d’estimer les temps d’exposition suffisants
à la production de vitamine D sans risques. Cette thèse se base sur ce besoin et
se donne pour objectif de combler le fossé entre les outils actuellement disponibles
et les besoins d’évaluation de l’exposition. A cet effet, le projet dispose de compétences
dans différents domaines, tels que l’informatique (Centre d’Informatique
Universitaire de l’Université de Genève), la météorologie (MeteoSwiss), la santé
publique (Institut de Travail et Santé de l’Université de Lausanne) et l’épidémiologie
(Unité d’épidémiologie de Cancer du Centre Hospitalier Universitaire Vaudois). En
général, l’exposition UV est déterminée par des facteurs environnementaux, d’une
part, et individuels, d’autre part. Parmi les facteurs environnementaux, on trouve
en particulier la latitude, l’altitude, les conditions météorologiques, l’épaisseur de
la couche d’ozone et l’albedo (le pouvoir réfléchissant des surfaces environnantes).
De l’autre côté, l’exposition peut varier sensiblement sous l’influence de la posture
du corps, de son orientation par rapport au soleil, du phototype de la peau, de la
tenue vestimentaire ou de l’angle d’incidence su soleil. Afin de tenir compte de
ces paramètres, on a développé un modèle numérique 3D (SimUVEx) qui se base
sur des données d’irradiation environnementales et sur des mannequins 3D dont
la posture et la morphologie sont ajustables, sans nécessiter de la dosimétrie individuelle
qui est, globalement, coûteuse en temps et en moyens. Afin de renforcer
les capacités de simulation et d’obtenir des scénarios plus réalistes, une deuxième
version (SimUVEx v2.0) a été libérée et sera illustrée dans cette thèse, décrivant le modèle et son analyse de validation.
Ensuite, différentes évaluations de moyens de
protection du soleil, soit artificielles (lunettes de soleil, chapeaux, tentes) soit naturelles
(cheveux), seront étudiées pour les zones faciales, y compris les yeux, et le
mannequin entier. Après, plusieurs applications qui n’utilisent pas nécessairement
SimUVEx, sont analysés. Il s’agit notamment des études, souvent en collaboration
avec des autres Pays, sur: les effet des nuages dans la radiation UV, l’estimation
d’exposition solaire pour différents catégories de travail sur la base des registres de
cancer suédoises, l’évaluation de la dose UV optimal entre la vitamine D et les dommages
de peau (en Suisse), les mesures de radiation réfléchi UV pour les plages de
sable (en Espagne) et l’analyse des effets dynamiques sur l’exposition solaire (en
Allemagne). Enfin les résultats du projet seront résumés, en
soulignant les applications potentielles de la recherche dans l’avenir.



ABSTRACT


The solar ultraviolet (UV) radiation is one of the most relevant environmental factors
for human health. While small amounts of UV can bear favourable effects and are
essential in the production of vitamin D, protracted exposure may cause acute and
chronic effects on skin, eyes and immune system. In particular, UV radiation has a
significant influence on the premature ageing of the skin and on the development of
skin cancers like cutaneous malignant melanoma (CMM), basal cell carcinoma (BCC)
and squamous cell carcinoma (SCC).Over the past decades, because of the progressive
increase in outdoor leisure activities, vacations in sunny regions and change in
clothing habits, the incidence of skin cancer has sharply increased in many industrialised
countries. On the other hand, studies suggest that upwards of 30–50% of
children and adults are at risk of vitamin D deficiency. It is crucial then to estimate
effective solar UV radiation needed for the vitamin D production and, at the same
time, low enough to decrease sun damage risk.
This research stems from this need, focusing on the existing gaps between the growing
the burden of both skin cancer and vitamin D deficiency and the tools available to
assess and manage UV exposure, gathering competencies in different fields, such as
3D computing science (Centre Universitaire d’Informatique of Geneva), meteorology
(MeteoSwiss), public health (Institute of Work and Health of the University of
Lausanne) and epidemiology (Cancer Epidemiology Unit of the Centre Hospitalier
Universitaire Vaudois).
Since UV exposure is highly heterogeneous and strongly influenced by host and behavioural
factors, such as posture, orientation to the sun, skin complexion and clothing,
a three-dimensional numeric model (SimUVEx) has been developed to assess
the dose and distribution of anatomical UV exposure. The model uses the 3D computer
graphics techniques to compute UV radiance on the basis of ambient irradiation
data without necessitating time-consuming individual dosimetry, ensuring a wide
potential use in skin cancer prevention and research. With the purpose to improve
simulation capabilities and obtain more realistic scenarios in quantifying effective
sun protection strategies, a second version (SimUVEx v2.0) was released and will be
illustrated within this thesis, describing the model and its validation analysis.
Various sun protection estimates, both artificial (sunglasses, hats, shade
structures) and natural (hair) will be investigated for facial zones, including eyes.
Afterwards, some applications carried out within the project are shown moving
from the individual basis and considering the whole of Switzerland and some other
countries with which we established a collaboration. In particular, our focus lied on:
cloud effects on erythemally weighted UV radiation for estimating exposure ratio
(in Sweden), the estimation of an optimal UV exposure balance between vitamin D and
skin damage (in Switzerland), measurements of UV reflection on coastal sand (in
Spain) and on the analysis of the dynamic effect on exposure (in Germany). Finally
the results of the project will be summarized, underlining some potential applications
and an overview of where to go next.

Jury:
Prof. Stéphane Marchand-Maillet (advisor)
Dr. Laurent Moccozet (co-advisor)
Prof. Katarzyna Wac (internal examiner)
Dr. Caecilia Charbonnier (external examiner)

Date: lundi, 24 Septembre 2018
Heure: 10h00
Lieu: Auditoire rez-de-chaussée, Battelle bâtiment A, CUI (Route de Drize 7, 1227 Carouge)