La radiothérapie externe est un traitement locorégional du cancer. L’objectif de la radiothérapie impose un compromis entre la délivrance d’une dose maximale dans la tumeur afin d’augmenter le contrôle local et la curabilité, et d’une dose minimale aux organes sains afin de limiter la toxicité. Les symptômes urinaires peuvent être liés à l’irradiation de régions spécifiques de la vessie ou de l'urètre. Dans ce cas, la dose reçue par l'ensemble de la vessie peut ne pas suffire à expliquer la toxicité urinaire. Dans le contexte du traitement du cancer de la prostate par radiothérapie, ce travail de thèse vise à analyser les corrélations spatiales entre la dose et les effets secondaires, cette problématique étant abordée dans un cadre d'analyse de population. Pour évaluer la contribution de l'urètre à la toxicité urinaire, nous proposons une méthode de segmentation basée sur plusieurs atlas pour identifier avec précision cette structure sur les images CT. Nous utilisons ensuite deux méthodes pour analyser la distribution de dose spatiale. L'une basée sur la construction de cartes 2D dose-surface (DSM) couplée à des comparaisons pixel par pixel et l'autre basée sur des cartes 3D dose-volume (DVM) combinées à des comparaisons par voxel. Les sous-régions identifiées ont été validées dans des populations externes, ouvrant la perspective d'une planification de traitement spécifique du patient. Nous étudions également le potentiel d'une amélioration complémentaire de la prédiction en exploitant de méthodes d'apprentissage automatique.