La radiochirurgie par Gamma Knife constitue une modalité thérapeutique reconnue de certaines affections cérébrales. Le traitement se base sur l’administration d’un rayonnement focalisé au niveau d’une cible intracrânienne. L’efficacité de ce traitement repose sur la délivrance d’une dose d’irradiation efficace au sein d’un volume-cible associé à la délivrance d’une dose d’irradiation négligeable à l’extérieur de ce même volume-cible. En pratique, la dose d’irradiation administrée à l’intérieur du volume-cible n’est pas distribuée de manière homogène, et la dose d’irradiation reçue par les tissus situés en-dehors du volume-cible n’est pas nécessairement faible. Notre travail est basé sur l’hypothèse que l’imperfection de la distribution de la dose d’irradiation au sein du volume-cible et en-dehors de celui-ci peut être responsable des échecs et des complications rencontrées en radiochirurgie. Dans deux modèles cliniques de traitement radiochirurgical, le schwannome vestibulaire et la névralgie du trijumeau, nous avons montré qu’il existait une relation entre les paramètres de distribution de dose d’irradiation et certains résultats du traitement radiochirurgical par Gamma Knife de ces pathologies. Nous avons développé deux modèles expérimentaux d’irradiation radiochirurgicale de rats, l’un ciblé sur le striatum et l’autre sur le nerf trijumeau, permettant d’analyser les conséquences histologiques des variations de la distribution de dose à l’intérieur du volume-cible ainsi qu’à distance de celui-ci. Nous avons démontré que la réponse radiobiologique des tissus irradiés était fortement dépendante de ce paramètre dosimétrique, et que ce dernier constituait une donnée de la planification chirurgicale aussi importante que la dose de prescription. Nous avons corrélé ces résultats avec certaines observations réalisées dans d’autres indications de traitement radiochirurgical ainsi que dans l’analyse histologique de tumeurs traitées par Gamma Knife. Ces études mettent en évidence le rôle important joué par l’optimalisation de la distribution de la dose d’irradiation dans l’amélioration des résultats cliniques du traitement radiochirurgical. Les valeurs optimales de la distribution de dose dans les différentes indications de traitement radiochirurgical doivent être recherchées, et les différentes méthodes mises à notre disposition lors de la planification dosimétrique pour améliorer la distribution de dose doivent être utilisées avec discernement pour obtenir la dosimétrie radiochirurgicale la plus parfaite possible. / Doctorat en sciences médicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Conclusion: Surgery should be considered whenever possible. This means that the patient has to be in good clinical condition (Karnofsky performance score > 70), the extracerebral metastases should be stable, the number of cerebral lesions should not exceed more than 3 seedings, and the age of the patient should be below 70 years. Since brain metastases are usually well circumscribed, complete extirpation seems to be possible. Postoperative MRI should be demanded in order to confirm complete extirpation. Additional radiotherapy is indicated in case of subtotal resection of a single lesion and in multiple lesions. In single brain metastasis a prospective randomized trial is necessary to prove whether conventional radiotherapy is essential after surgery in the primary treatment of the tumors or can be delayed until cerebral lesions recur. Radiosurgery is an alternative to surgery in the treatment of metastasis. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Brain metastases are treated with surgery, radiotherapy, radiosurgery, and chemotherapy. In this review, recently published studies concerning different treatment strategies are presented with respect to solitary lesions, multiple metastases, and recurrent tumor growth. Selection criteria for the appropriate therapy are: control of the primary tumor, extent of extracerebral metastases, time interval between diagnosis of the primary tumor and the development of cerebral lesions, number of cerebral metastases, Karnofsky performance scale score, and age. Treatment approaches were evaluated with respect to median survival time and quality of life. A singular brain metastasis can be treated with surgery or with radiosurgery. Especially when the primary tumor is under control, there are few extracerebral lesions which are stable, the Karnofsky performance scale score is above 70, the lesion is larger than 3 cm in diameter and surgically accessible surgery is the treatment of choice. Postoperative adjuvant radiotherapy may delay relapse. Median survival time ranges between 10 to 18 months. Radiosurgery can be applied in lesions smaller than 3 cm in diameter and is the treatment of choice in lesions which are surgically not accessible. Multiple metastases are treated either by conventional radiotherapy, radiosurgery or surgery. Commonly, no more than 3 lesions are approached by either surgery or radiosurgery. Median survival time ranges between 6 to 9 months for both treatment concepts, but without therapy only is 4–6 weeks. According to the clinical and neurological condition of the patient, recurrent brain metastases can be treated by operation, reirradiation, or radiosurgery. The efficacy of chemotherapy depends on the chemosensitivity of the primary tumor and the ability to penetrate the blood-brain barrier. Long-term survivors with cancer disease encourage to perform active treatment strategies. / Hirnmetastasen werden durch Operation, Ganzhirnbestrahlung, Radiochirurgie und Chemotherapie behandelt. In dieser Übersichtsarbeit werden kürzlich publizierte Studien bezüglich der Therapiekonzepte für solitäre Läsionen, multiple Metastasen und Tumorrezidive vorgestellt. Auswahlkriterien für eine angemessene Behandlung sind: Kontrolle des Primärtumors, Ausmaß der extrakraniellen Metastasen, Zeitintervall zwischen Diagnose des Primärtumors und dem Auftreten der Hirntumoren, Anzahl der zerebralen Metastasen, Karnofsky-Performance-Scale-Score und Lebensalter. Behandlungskonzepte wurden nach der medianen Überlebenszeit und Lebensqualität ausgewertet. Singuläre Hirnmetastasen können operativ oder radiochirurgisch behandelt werden. Insbesondere wenn der Primärtumor unter Kontrolle ist, wenige extrazerebrale Läsionen bestehen und diese stabil sind, der Karnofsky-Performance-Scale-Score über 70 ist, die Tumoren größer als 3 cm im Durchmesser und chirurgisch erreichbar sind, ist die Operation die Methode der Wahl. Postoperative adjuvante Strahlentherapie kann erneute Progression verzögern. Die mediane Überlebenszeit liegt zwischen 10 und 18 Monaten. Für Läsionen, die kleiner als 3 cm sind und chirurgisch nicht erreicht werden können, ist die Radiochirurgie die Therapie der Wahl. Multiple Metastasen können durch konventionelle Ganzhirnbestrahlung, Radiochirurgie oder Operation behandelt werden. Im allgemeinen werden nicht mehr als 3 Herde operativ oder radiochirurgisch angegangen. Die mediane Überlebenszeit liegt bei beiden Therapieformen zwischen 6 und 9 Monaten, ohne Behandlung hingegen bei nur 4–6 Wochen. Entsprechend dem klinischen und neurologischen Zustand der Patienten können Rezidive von Hirnmetastasen durch chirurgische Entfernung, erneute Bestrahlung oder durch Radiochirurgie therapiert werden. Die Wirkung der Chemotherapie hängt von der Chemosensitivität des Primärtumors und der Durchlässigkeit der Blut-Hirn-Schranke für das Chemotherapeutikum ab. Langzeitüberleber motivieren zu aktiven Behandlungsstrategien. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Le Cyberknife (Accuray, Sunnyvale, CA) est un appareil de radiochirurgie stéréotaxique sans cadre. Il a été développé pour administrer de fortes doses dans des volumes restreints. Aussi, pour obtenir une conformation optimale de traitement, des champs circulaires de petites dimensions sont utilisés (\phi = 0,5 à 6 cm). L'étude dosimétrique de ces petits champs doit être menée selon de nouveaux standards puisque ceux-ci échappent aux définitions du TG-51. L'objectif de ce projet est d'implanter une plateforme de calcul de dose de type Monte Carlo pour le CyberKnife en clinique. Il s'articule autour de deux réalisations principales. Tout d'abord, une caractérisation dosimétrique du modèle Monte Carlo de l'accélérateur linéaire du CyberKnife a été menée à travers des simulations Monte Carlo générées par le moteur de EGSnrc. Cette étude est basée sur la caractérisation de la réponse d'un détecteur à un champ de type CK à partir de simulations EGS_chamber. Cette approche permet de prendre en compte l'impact du détecteur sur les mesures expérimentales. Cet aspect est d'autant plus important que le modèle Monte Carlo de l'accélérateur est validé à partir de mesures expérimentales. Les résultats obtenus montrent une bonne concordance, <1% ou 1 mm, entre les mesures expérimentales et les données de simulations pour les grands champs. Pour les champs de diamètre < 12,5 mm, le modèle est moins exact et une correction est appliquée pour atteindre une différence de <1% ou 1 mm. Deuxièmement, ce modèle validé du CK a été implanté dans un cadre de calcul Monte Carlo complet. Une plateforme de calcul dédiée aux calculs Monte Carlo, WebTPS, a été adaptée aux calculs de dose CK. Cette plateforme reçoit les données relatives au plan de traitement et lance des calcul EGSnrc sur un superordinateur. Cette approche tend à réduire les approximations lors de l'évaluation dosimétrique de plans de traitements cliniques. Une incertitude inférieure à 1% peut être atteinte en deux heures de calcul. Ce projet a donc pour objectif de développer une référence clinique pour le calcul de dose dans le cadre de la radiochirurgie stéréotaxique. L'outil WebTPS pourrait être particulièrement utile en clinique, l'algorithme de calcul de dose du CK étant limité dans plusieurs situations de traitement. / Purpose: The scope of this study is to implement a clinical Monte Carlo dose calculation system based on the EGSnrc engine. This web-based tool will be mostly used to evaluate clinical treatment plans in highly heterogeneous phantoms. Methods: The Monte Carlo calculation tool is based on the DOSXYZnrc user code. The platform automatically converts CyberKnife clinical plan to the user code input files. Phantoms can be created from HU to ED curves or by manually assigning material using medical contours. Parallel computation is made on a Compute Canada high-performance cluster to reduce simulation time. A Monte Carlo CyberKnife model is built on BEAMnrc user code using the manufacturer specifications. Simulated and experimental data is compared to estimate the electron beam parameters. The beam energy estimation is based on percent depth dose (PDD) comparison while the full width at half max (FWHM) is validated by output factor (OF) and off-axis ratio (OAR). An EGS_chamber model of the PTW60012 diode is used in the OF calculation. A set of phase-spaces is generated from the optimal model and for each collimator to calculate dose contribution from each incident beam. Results: The linac model optimisation yielded a 0.5% PDD agreement between experimental and simulation data, and a 0.5% or 1 mm for OAR. DOSxyz simulation of full treatment plan, based on the preliminary CyberKnife model, were achieved. Total Monte Carlo dose calculation have been achieved for heterogeneous phantoms. Uncertainty under 1% can be achieved for less than 2 hour of computing time. However, computing time estimation is nontrivial due to its dependence on cluster availability. Conclusion: This work aims to develop a suitable tool for reference plan dose calculation. This web-based tool would be used in several clinical and research applications where the CyberKnife embedded ray-tracing algorithm would show significant limitations. Because it is destined to a clinical use, the whole dose calculation system will be rigorously validated. / Le travail de modélisation a été réalisé à travers EGSnrc, un logiciel développé par le Conseil National de Recherche Canada.

Le travail de modélisation a été réalisé à travers EGSnrc, un logiciel développé par le Conseil National de Recherche Canada. / Le Cyberknife (Accuray, Sunnyvale, CA) est un appareil de radiochirurgie stéréotaxique sans cadre. Il a été développé pour administrer de fortes doses dans des volumes restreints. Aussi, pour obtenir une conformation optimale de traitement, des champs circulaires de petites dimensions sont utilisés (\phi = 0,5 à 6 cm). L'étude dosimétrique de ces petits champs doit être menée selon de nouveaux standards puisque ceux-ci échappent aux définitions du TG-51. L'objectif de ce projet est d'implanter une plateforme de calcul de dose de type Monte Carlo pour le CyberKnife en clinique. Il s'articule autour de deux réalisations principales. Tout d'abord, une caractérisation dosimétrique du modèle Monte Carlo de l'accélérateur linéaire du CyberKnife a été menée à travers des simulations Monte Carlo générées par le moteur de EGSnrc. Cette étude est basée sur la caractérisation de la réponse d'un détecteur à un champ de type CK à partir de simulations EGS_chamber. Cette approche permet de prendre en compte l'impact du détecteur sur les mesures expérimentales. Cet aspect est d'autant plus important que le modèle Monte Carlo de l'accélérateur est validé à partir de mesures expérimentales. Les résultats obtenus montrent une bonne concordance, <1% ou 1 mm, entre les mesures expérimentales et les données de simulations pour les grands champs. Pour les champs de diamètre < 12,5 mm, le modèle est moins exact et une correction est appliquée pour atteindre une différence de <1% ou 1 mm. Deuxièmement, ce modèle validé du CK a été implanté dans un cadre de calcul Monte Carlo complet. Une plateforme de calcul dédiée aux calculs Monte Carlo, WebTPS, a été adaptée aux calculs de dose CK. Cette plateforme reçoit les données relatives au plan de traitement et lance des calcul EGSnrc sur un superordinateur. Cette approche tend à réduire les approximations lors de l'évaluation dosimétrique de plans de traitements cliniques. Une incertitude inférieure à 1% peut être atteinte en deux heures de calcul. Ce projet a donc pour objectif de développer une référence clinique pour le calcul de dose dans le cadre de la radiochirurgie stéréotaxique. L'outil WebTPS pourrait être particulièrement utile en clinique, l'algorithme de calcul de dose du CK étant limité dans plusieurs situations de traitement. / Purpose: The scope of this study is to implement a clinical Monte Carlo dose calculation system based on the EGSnrc engine. This web-based tool will be mostly used to evaluate clinical treatment plans in highly heterogeneous phantoms. Methods: The Monte Carlo calculation tool is based on the DOSXYZnrc user code. The platform automatically converts CyberKnife clinical plan to the user code input files. Phantoms can be created from HU to ED curves or by manually assigning material using medical contours. Parallel computation is made on a Compute Canada high-performance cluster to reduce simulation time. A Monte Carlo CyberKnife model is built on BEAMnrc user code using the manufacturer specifications. Simulated and experimental data is compared to estimate the electron beam parameters. The beam energy estimation is based on percent depth dose (PDD) comparison while the full width at half max (FWHM) is validated by output factor (OF) and off-axis ratio (OAR). An EGS_chamber model of the PTW60012 diode is used in the OF calculation. A set of phase-spaces is generated from the optimal model and for each collimator to calculate dose contribution from each incident beam. Results: The linac model optimisation yielded a 0.5% PDD agreement between experimental and simulation data, and a 0.5% or 1 mm for OAR. DOSxyz simulation of full treatment plan, based on the preliminary CyberKnife model, were achieved. Total Monte Carlo dose calculation have been achieved for heterogeneous phantoms. Uncertainty under 1% can be achieved for less than 2 hour of computing time. However, computing time estimation is nontrivial due to its dependence on cluster availability. Conclusion: This work aims to develop a suitable tool for reference plan dose calculation. This web-based tool would be used in several clinical and research applications where the CyberKnife embedded ray-tracing algorithm would show significant limitations. Because it is destined to a clinical use, the whole dose calculation system will be rigorously validated.

Stereotaktische Strahlenchirurgie und -therapie (SRS/SRT) weisen sich durch sehr konformale und hochpräzise Dosisverteilungen aus. Im Kopfbereich ist SRS/SRT eine etablierte Behandlungsmethode. Um diese Technik in anderen Körperregionen anwenden zu können, wurden verschiedene Positionierungs- und Fixierungsmethoden, sowie der Einsatz von 9 verschiedene Bestrahlungstechniken untersucht. Es wurde auch die Genauigkeit von 2 Dosisalgorithmen evaluiert. Jeweils eine thermoplastische Maske für den Kopf- und den Kopf-Hals-Bereich, sowie ein Doppelvakuumsystem für extrakraniale Regionen wurden untersucht. Die Kopfmaske erreichte im Durchschnitt eine Genauigkeit von 1,8mm (Fehler 0,9mm), mit einem Oberkiefersupport auf 0,96mm +/- 0,25mm. Die Kopf-Hals-Maske zeigte mit 0,7mm +/- 0,4mm, dass ihre Verwendung in der SRS/SRT möglich ist. Für die Genauigkeit des Doppelvakuums wurde durchschnittlich 7,0mm +/-3,5mm ermittelt. Relativ zum Vakuumkissen wurde eine Genauigkeit von 1,6mm +/- 1,87mm gemessen. Evaluierungsmethoden waren IR-Marker, die mittels Zahnabdruck am Patienten fixiert wurden und fusionierte Wiederholungs-CTs, in denen die Verschiebung von Landmarken am Positionierungssystem und im Patienten vermessen wurden. Bei den Bestrahlungstechniken sind 3 Techniken durch gute Ergebnisse aufgefallen. Stehfeldtechnik, dynamischer Arc und IMRT zeigten mit einem 3mm-mMLC hohe Konformität und Homogenität auf. Die ersten beiden Techniken erreichten steile Dosisgradienten, wohingegen die IMRT bei komplexen Zielgebieten und nahen Risikostrukturen auffiel und immer die geforderte 90%-Umschließende erreichte. Die Verifizierung der Dosisalgorithmen erfolgte anhand von Filmen. 8 Pläne wurden jeweils auf einem Film in Isozentrumsebene abgebildet und ein Vergleich mit der berechneten Dosis von Clarkson- und Pencil-Beam-Algorithmus mit Hilfe der Gamma-Evaluation durchgeführt. Beide Algorithmen sind für die SRS/SRT geeignet, der Pencil-Beam-Algorithmus zusätzlich für die IMRT verwendbar. / Stereotactic radiation surgery and therapy (SRS/SRT) are able to deliver conformal and precise dose distributions. For brain lesions SRS/SRT is a well-established technique. Its success increases interest to use it in other areas of the body. For this, evaluation of different patient positioning and treatment techniques, as well as dose algorithms have been performed. As patient fixation and positioning systems, 2 thermoplastic masks were evaluated for lesions located in the brain and the head and neck. In addition a double vacuum system for extra cranial treatments was used. The precision for the head mask was on average 1,8mm +/- 0,9mm, with an upper jaw support 0,9mm +/- 0,25mm. The head and neck mask realized a reproducibility of 0,7mm +/- 0,4mm and proved its use for SRS/SRT. For extra cranial positioning an average lesion misplacement of 7,0 mm +/-3,5 mm was measured. Relative to the vacuum cushion the accuracy was measured to be 1,6mm +/- 1,9mm. Infrared reflecting marker fixed precisely (+/- 0,6mm) with a dental impression and repeated CTs fused and landmark evaluated were successfully used to evaluate the patient fixation and positioning devices. 3 out of 9 treatment techniques had outstanding results. Static beams, dynamic arcs and IMRT all performed with a 3mm-mMLC showed a high conformity and homogeneity. The first two showed steep dose gradients and the later coped best with complex target shapes, close-by risk organs, and achieving 90% dose coverage. Verification of 2 algorithms was established with film. 8 plans were irradiated on film at isocenter and compared to calculations with Clarkson and pencil beam algorithm. Final evaluation was done using Gamma evaluation. Both algorithms showed their ability for SRS/SRT. The pencil beam algorithm is also capable of calculating IMRT plans. Summing the results the finding show that the use of some of the SRS-SRT techniques used for the head may be transferred for the use in extra cranial areas.

Introduction: The surgical and endovascular results of the treatment of pial AVM provided at our Neurosurgical centre are presented. These results are supported by neuropsychological outcomes of subgroup of treated patients. Going by these results and by an overview of literary data on the efficacy and complications of each therapeutic modality, the optimal algorithm of indications is presented Cohort of patients: The main series comprises 222 patients aged 9 to 87 years treated in the years 1998 - 2013. The surgical group consists of 85 patients, 55 patients received solely endovascular treatment. Thirty-four patients were consulted and referred directly to the Radiosurgical unit. The remaining 48 were recommended to abide by the strategy of "watch and wait". A subgroup of 66 patients, who underwent treatment of AVM was neuro-psychologically tested at least two years after treatment using a battery of tests constructed specifically for this study. A control group consisted of 10 subjects without any neurological disease. Results: In the surgical group, serious complications were 3.5% at a 96.5% therapeutic efficacy. As for AVM treated with purely endovascular methods, serious procedural complications were seen in 5.5% of patients, with efficacy totalling 36.4%. One observed patient suffered...

Introduction: The surgical and endovascular results of the treatment of pial AVM provided at our Neurosurgical centre are presented. These results are supported by neuropsychological outcomes of subgroup of treated patients. Going by these results and by an overview of literary data on the efficacy and complications of each therapeutic modality, the optimal algorithm of indications is presented Cohort of patients: The main series comprises 222 patients aged 9 to 87 years treated in the years 1998 - 2013. The surgical group consists of 85 patients, 55 patients received solely endovascular treatment. Thirty-four patients were consulted and referred directly to the Radiosurgical unit. The remaining 48 were recommended to abide by the strategy of "watch and wait". A subgroup of 66 patients, who underwent treatment of AVM was neuro-psychologically tested at least two years after treatment using a battery of tests constructed specifically for this study. A control group consisted of 10 subjects without any neurological disease. Results: In the surgical group, serious complications were 3.5% at a 96.5% therapeutic efficacy. As for AVM treated with purely endovascular methods, serious procedural complications were seen in 5.5% of patients, with efficacy totalling 36.4%. One observed patient suffered...