The Leksell Gamma Knife® is an instrument designed for high precision treatment of tumours and lesions located in the brain and upper spine. Today, the radioactive cobalt-60 sources can only move linearly along the radiation unit, but the machine could be modified to include rotational motion as well. We extend an existing linear programming approach to inverse planning for the Gamma Knife by examining the benefits from rotational degrees of freedom. The improvements offered from rotations are limited, but easy to make use of. We investigate the model in four patient cases, and find that an upper bound on the improvement of the optimization cost function is between 4.5% and 7.0% depending on case. With a total of four angles distributed uniformly over a 45 degree interval, one can in each case achieve a solution that performs up to within 1% of this bound. The average maximal improvements in terms of clinical metrics are 0.5% selectivity and 1.9% gradient index, at the cost of 5.9% worse beam-on time. No statistically significant change in coverage is found. A dynamic model based on column generation is proposed, which allows treatment during constant velocity angular motion and can achieve practically the same plan quality as the model with uniformly distributed angles at a significantly lower problem size. A similar algorithm can be designed to locate the most effective angles in a non-uniform manner that achieves better plans with fewer added rotational degrees of freedom. Trade-offs between memory and solution times are used to successively reduce the RAM occupation by around 90% and make significantly larger models computationally feasible to solve. A voxel clustering approach with emphasis on surface voxels, adapted to the radiosurgical framework, can significantly reduce the problem size while still producing competitive plans. / Strålkniven Leksell Gamma Knife® är ett instrument designat för högprecisionsbestrålning av tumörer och lesioner i hjärnan och övre delen av ryggraden. Idag kan de radioaktiva källorna endast förflyttas linjärt under behandlingen, men maskinen skulle kunna modifieras för att även tillåta rotationsrörelser. Vi utvidgar ett ramverk för inversplanering, formulerat som ett linjär-programmeringsproblem, genom att undersöka fördelarna med nya rotationsfrihetsgrader. Förbättringarna som rotationer möjliggör är begränsade, men kan relativt enkelt tas till vara. Vi undersöker de potentiella förändringarna i fyra patientfall och finner att den övre gränsen av förbättringarna för målfunktionsvärdet i optimeringsproblemet är mellan 4.5% och 7.0% beroende på fall. Genom att tillåta rotation av källorna till fyra jämnt fördelade vinklar över 45 grader kan man i samtliga fall hitta en lösning som är inom 1% från det bästa målfunktionsvärdet. De genomsnittliga förbättringarna i form av kliniska metriker är 0.5% selektivitet och 1.9% gradient-index, dock på bekostnad av en försämring av bestrålningstiden med 5.9%. Ingen tydlig förändring av täckningen kunde påvisas. En modell baserad på kolumngenerering, som tillåter behandling under rotation av kollimator-kroppen med konstant hastighet, föreslås. I denna modell kan praktiskt taget lika bra lösningar uppnås som för likformigt fördelade vinklar, men med betydligt mindre problemstorlek. En liknande algoritm kan lokalisera de mest effektiva vinklarna och åstadkomma samma plankvalitet med färre, men olikformt fördelade, rotationsfrihetsgrader. RAM-användningen kan reduceras med cirka 90% genom avvägningar mellan minne och beräknings-tider, vilket möjliggör lösning av probleminstanser som tidigare var beräkningsmässigt omöjliga. Klustringsmetoder av voxlar anpassade till strålkniven kan minska problemstorleken betydelsefullt medan de resulterande behandlingsplanerna är fortsatt konkurrenskraftiga.

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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.

La radiothérapie stéréotaxique corporelle (SBRT) est une technique couramment employée pour le traitement de tumeurs aux poumons lorsque la chirurgie n’est pas possible ou refusée par le patient. Une complication de l’utilisation de cette méthode provient du mouvement de la tumeur causé par la respiration. Dans ce contexte, la radiothérapie asservie à la respiration (RGRT) peut être bénéfique. Toutefois, la RGRT augmente le temps de traitement en raison de la plus petite proportion de temps pour laquelle le faisceau est actif. En utilisant un faisceau de photons sans filtre égalisateur (FFF), ce problème peut être compensé par le débit de dose plus élevé d’un faisceau FFF. Ce mémoire traite de la faisabilité d’employer la technique de RGRT en combinaison avec l’utilisation un faisceau FFF sur un accélérateur Synergy S (Elekta, Stockholm, Suède) avec une ceinture pneumatique, le Bellows Belt (Philips, Amsterdam, Pays-Bas), comme dispositif de suivi du signal respiratoire. Un Synergy S a été modifié afin de pouvoir livrer un faisceau 6 MV FFF. Des mesures de profils de dose et de rendements en profondeur ont été acquises en cuve à eau pour différentes tailles de champs. Ces mesures ont été utilisées pour créer un modèle du faisceau 6 MV FFF dans le système de planification de traitement Pinnacle3 de Philips. Les mesures ont été comparées au modèle à l’aide de l’analyse gamma avec un critère de 2%, 2 mm. Par la suite, cinq plans SBRT avec thérapie en arc par modulation volumétrique (VMAT) ont été créés avec le modèle 6 MV du Synergy S, avec et sans filtre. Une comparaison des paramètres dosimétriques a été réalisée entre les plans avec et sans filtre pour évaluer la qualité des plans FFF. Les résultats révèlent qu’il est possible de créer des plans SBRT VMAT avec le faisceau 6 MV FFF du Synergy S qui sont cliniquement acceptables (les crières du Radiation Therapy Oncology Group 0618 sont respectés). Aussi, une interface physique de RGRT a été mise au point pour remplir deux fonctions : lire le signal numérique de la ceinture pneumatique Bellows Belt et envoyer une commande d’irradiation binaire au linac. L’activation/désactivation du faisceau du linac se fait par l’entremise d’un relais électromécanique. L’interface comprend un circuit électronique imprimé fait maison qui fonctionne en tandem avec un Raspberry Pi. Un logiciel de RGRT a été développé pour opérer sur le Raspberry Pi. Celui-ci affiche le signal numérique du Bellows Belt et donne l’option de choisir les limites supérieure et inférieure de la fenêtre d’irradiation, de sorte que lorsque le signal de la ceinture se trouve entre ces limites, le faisceau est actif, et inversement lorsque le signal est hors de ces limites. Le logiciel envoie donc une commande d’irradiation au linac de manière automatique en fonction de l’amplitude du signal respiratoire. Finalement, la comparaison entre la livraison d’un traitement standard sans RGRT avec filtre par rapport à un autre plan standard sans RGRT sans filtre démontre que le temps de traitement en mode FFF est réduit en moyenne de 54.1% pour un arc. De la même manière, la comparaison entre la livraison d’un traitement standard sans RGRT avec filtre par rapport à un plan de RGRT (fenêtre d’irradiation de 75%) sans filtre montre que le temps de traitement de RGRT en mode FFF est réduit en moyenne de 27.3% par arc. Toutefois, il n’a pas été possible de livrer des traitements de RGRT avec une fenêtre de moins de 75%. Le linac ne supporte pas une fréquence d’arrêts élevée. / Stereotactic body radiation therapy (SBRT) is a technique commonly employed for treatment of lung tumors when surgery is not possible or not accepted by the patient. One complication arising from the use of this method comes from the movement of the tumor during respiration. In this context, respiratory gated radiation therapy (RGRT) can be beneficial. By using a flattening filter free (FFF) photon beam, the increase in treatment time caused by a reduced beam-on time of respiratory gated methods can be compensated by the inherent increased dose rate of FFF beams. This thesis reports on the feasibility of using the RGRT technique in combination with the use of a FFF photon beam on a Synergy S (Elekta, Stockholm, Sweden) linear accelerator with a pneumatic belt, the Bellows Belt (Philips, Amsterdam, Netherlands), to monitor the patient’s respiratory signal. A Synergy S has been modified to deliver a 6 MV FFF photon beam. Dose profile and percentage depth dose measurements were taken in a water tank for different field sizes. Those measurements were used to create a model for the 6 MV FFF beam with the Pinnacle3 treatment planning system from Philips. Measurements were compared with the model using gamma index analysis with a 2%, 2 mm criterion. Then, five SBRT plans with volumetric modulated arc therapy (VMAT) were created in Pinnacle3 with the 6 MV Synergy S model, with and without a flattening filter. A comparison of dosimetric parameters was made between plans with and without a flattening filter to estimate the quality of the FFF plans. Results reveal that it is possible to create SBRT VMAT plans with the 6 MV FFF model of the Synergy S that are clinically acceptable (criteria of the Radiation Therapy Oncology Group 0618 were respected). Also, a RGRT hardware interface was created to fulfill two main functions: read the digital signal from the Bellows Belt pneumatic belt and send an on/off irradiation command to the linac. The activation/deactivation of the beam is regulated by an electromechanical relay. The interface is composed of a homemade printed circuit board that functions with a Raspberry Pi. A RGRT software was also developed to operate on the Raspberry Pi. This software shows the Bellows Belt’s digital signal and gives the option of choosing the upper and lower limits of the gating window. When the respiratory signal of the belt is between those limits, the beam is active, and vice versa when the signal is outside those limits. The software thus effectively sends an on/off irradiation command automatically to the linac depending on the amplitude of the respiratory signal. Finally, a comparison between the delivery of a standard plan without RGRT, with filter, and another standard plan without RGRT, without filter, shows that the treatment time for plans using the FFF beam is reduced by 54.1% on average for one arc. Similarly, a comparison between the delivery of a standard plan without RGRT, with filter, and a gated plan (gating window of 75%), without filter, shows that the treatment time for the gated treatments is reduced by 27.3% on average for one arc. However, it was not possible to deliver RGRT treatments with a gating window smaller than 75%. The linac does not support such a high frequency of beam halting.

Les néoplasies pulmonaires demeurent la première cause de décès par cancer au Québec représentant près de 6000 décès par année. Au cours des dernières années, la radiothérapie stéréotaxique d’ablation (SABR) s’est imposée comme un traitement alternatif à la résection anatomique pour les patients inopérables atteints d’un cancer pulmonaire non à petites cellules de stade précoce. Il s’agit d’une modalité de traitement qui permet d’administrer des doses élevées, typiquement 30-60 Gy en 1-8 fractions, dans le but de cibler précisément le volume de traitement tout en épargnant les tissus sains. Le Centre Hospitalier de l’Université de Montréal s’est muni en 2009 d’un appareil de SABR de fine pointe, le CyberKnife™ (CK), un accélérateur linéaire produisant un faisceau de photons de 6 MV dirigé par un bras robotisé, permettant d’administrer des traitements non-coplanaires avec une précision infra-millimétrique. Ce mémoire est dédié à la caractérisation de certains enjeux cliniques et physiques associés au traitement par CK. Il s’articule autour de deux articles scientifiques revus par les pairs. D’une part, une étude prospective clinique présentant les avantages de la SABR pulmonaire, une technique qui offre un excellent contrôle tumoral à long terme et aide au maintien de la qualité de vie et de la fonction pulmonaire. D’autre part, une étude de physique médicale illustrant les limites de l’acquisition d’images tomodensitométriques en auto-rétention respiratoire lors de la planification de traitement par CK. / Lung neoplasia remains the leading cause of cancer death accounting for nearly 6,000 deaths per year in Quebec. In recent years, stereotactic ablative radiotherapy (SABR) has emerged as an alternative treatment to anatomical resection for inoperable patients suffering from early stage non-small cell lung cancer. This technique can deliver highly focused doses such as 30-60 Gy in 1-8 fractions in order to target precisely the treatment volume while sparing healthy tissue. In 2009, the Centre Hospitalier de l’Université de Montréal acquired a robotic SABR apparatus, the CyberKnife™ (CK), a linear accelerator mounted on a moving arm producing non-coplanar photon beams of 6 MV with millimetric precision. This thesis presents two scientific peer reviewed articles adressing some clinical and physical challenges with CK. On one hand, a clinical prospective study reporting the advantages of lung SABR, a technic that offers excellent long-term tumor control and helps maintain the quality of life and lung function. On the other hand, a medical physics study exposing the limits of computed tomography scan acquisition in breath-holding for CK treatment planning.

Η στερεοτακτική μέθοδος ακτινοθεραπείας και ακτινοχειρουργικής είναι μια νεότερη μέθοδος της ογκολογίας, που αποδεδειγμένα υπερέχει έναντι της συμβατικής μεθόδου ακτινοβόλησης, ιδιαίτερα όταν συνδυάζεται με τελευταίες τεχνικές ακτινοβόλησης, όπως το IMRT, ArcTherapy and VMAT. Χαρακτηρίζεται δε από ακτινοβόληση με ιδιαίτερα υψηλές δόσεις, συνήθως πολύ μικρών όγκων, της τάξεως του εκατοστού. Εξαιτίας αυτών, είναι επιτακτική η ανάγκη για μέγιστη ακρίβεια και αποφυγή λαθών, καθώς δεν υπάρχουν περιθώρια σφάλματος! Κάθε ακτινοθεραπευτικό κέντρο οφείλει λοιπόν να ακολουθεί ένα ολοκληρωμένο και ιδιαίτερα αυστηρό πρόγραμμα ποιοτικού ελέγχου, θεσπίζοντας μια σειρά ελέγχων σε ημερήσια, εβδομαδιαία, μηνιαία και ετήσια βάση. Μέθοδος: Επειδή δεν υπάρχει ένα εντεταλμένο πρωτόκολλο Ποιοτικού Ελέγχου Στερεοτακτικής Ακτινοθεραπείας με Γραμμικό Επιταχυντή, αρχικά στην εργασία αυτή έγινε μια βιβλιογραφική μελέτη για να βρεθεί το state of the art αυτού του ζητήματος και να εντοπιστούν, σε πρώτη φάση, οι επιμέρους ποιοτικοί έλεγχοι που προτείνονται για τα διάφορα μέρη της στερεοτακτικής ακτινοβόλησης (εξοπλισμός και διαδικασία). Κατόπιν, προσδιορίστηκε μια συνολική, βέλτιστη και κατάλληλη για την πλειοψηφία των ακτινοθεραπευτικών κέντρων, λίστα ελέγχων για τη Διασφάλιση της Ποιότητας στην Στερεοτακτική Ακτινοθεραπεία. Αποτελέσματα: Ο Πίνακας των Ελέγχων που προέκυψε είναι – ως όφειλε – σύμφωνος με τα επιμέρους διεθνή πρωτόκολλα της Ευρώπης και Αμερικής. Βάσει αυτού προτείνεται ένα ολοκληρωμένο Πρόγραμμα Διασφάλισης Ποιότητας για Ακτινοθεραπευτικά Κέντρα που εφαρμόζουν στερεοταξία, το οποίο μπορεί να διαμορφωθεί από κάθε ακτινοθεραπευτικό κέντρο, βάσει των ιδιαιτεροτήτων αυτού, αλλά και να προσαρμοστεί σε μελλοντικές τεχνολογικές αλλαγές. Η εφαρμογή τέτοιων ελέγχων, τέλος, διερευνήθηκε στο ιδιωτικό θεραπευτήριο ΜΕΤΡΟΠΟΛΙΤΑΝ του Φαλήρου. Συμπεράσματα: Το πρόγραμμα ελέγχων που προτείνεται, αν και είναι σύμφωνο με τα επιμέρους διεθνή πρωτόκολλα ποιοτικού ελέγχου για τον εξοπλισμό και τη διαδικασία της ακτινοθεραπείας, πρέπει περαιτέρω να διερευνηθεί επί της κλινικής πράξης από ακτινοθεραπευτικά κέντρα, προκειμένου να βρεθούν τυχόν αδυναμίες και ελλείψεις και τελικώς να αποτελέσει τη βάση ενός μελλοντικού Πρωτόκολλου Διασφάλισης Ποιότητας Στερεοτακτικής Ακτινοθεραπείας με Γραμμικό Επιταχυντή, εγκεκριμένου από τους αρμόδιους διεθνείς φορείς και οργανισμούς. / Stereotactic Radiation Therapy (SRT) and Stereotactic RadioSurgery (SRS) are new advanced oncologic treatment modalities, which proved superior to the conventional method of irradiation, particularly when combined with latest irradiation techniques, such as IMRT, ArcTherapy and VMAT. They apply very high doses, to – usually – very small volumes (centimeters range). These characteristics mean great need for maximum accuracy and avoid mistakes, as there is no room for error! Therefore, every radiotherapy center must follow a very strict and comprehensive quality control program, adopting a series of checks on a daily, weekly, monthly and yearly basis. Method: Because there is no specific Quality Control Protocol for Stereotactic Radiotherapy using Linear Accelerator, the first part of this work was a literature study to find the state of the art of this issue and find, at first, the proposed quality controls for each part of stereotactic irradiation (equipment and process). Afterwards an overall checklist for Quality Assurance in Stereotactic Radiotherapy was defined, which was assessed as optimal and suitable for most radiotherapy centers. Results: The resulted table of checks is - as it should - in line with the different international protocols in Europe and America. Based on this, a comprehensive Quality Assurance Program for radiotherapy centers applying stereotaxis, is proposed. This may be configured and modified by each radiotherapy center, according to its specificities, and also adapt to future technological advances. Finally we look into the implementation of such controls, at the METROPOLITAN private hospital of Faliro. Conclusions: Although the recommended Control Program is consistent with the different international quality control protocols for the equipment and process of radiotherapy, the individual radiotherapy centers should further investigate this program when in clinical use, in order to find any deficiency or weakness. The ultimate goal was to create the basis for the future Quality Assurance Protocol in Stereotactic Radiotherapy with Linac, which should be approved by the competent international comities and organizations.

La stimulation du cortex moteur (SCM) est une technique neurochirurgicale utilisée chez l'Homme comme traitement de dernier recours pour les douleurs neuropathiques rebelles. Elle a été développée sur des bases empiriques. Ce travail vise à une meilleure compréhension des mécanismes d'action de la SCM qui restent incomplètement élucidés à ce jour. L'objectif de cette thèse est d'étudier les effets électrophysiologiques de la SCM au niveau thalamique, chez un modèle de chat. La première partie de cette étude a consisté à établir une cartographie stéréotaxique du cortex moteur (CM) de cet animal, inexistante dans la littérature. À partir de cette cartographie, nous avons pu établir et valider un modèle de SCM chez cet animal, implanté de façon mini-invasive. La deuxième partie de ce travail a consisté à recueillir et analyser les changements électrophysiologiques de l'activité extracellulaire unitaire des cellules du noyau ventro-postéro-latéral (VPL) du thalamus, induits par différents protocoles de SCM. Nos résultats montrent une modulation de l'activité des cellules du VPL par la SCM, qui varie en fonction de la nature nociceptive ou non de la cellule thalamique. La SCM augmente l'activité des cellules non nociceptives et diminue celle des cellules nociceptives. Pour une cellule donnée, l'effet observé est indépendant de la correspondance somatotopique entre la région du CM stimulée et la localisation sur le corps du champ récepteur de la cellule enregistrée. Ce travail a ainsi permis de montrer l'existence d'une neuro-modulation différentielle du VPL par la SCM en fonction de la nature de la cellule thalamique / Motor cortex stimulation (MCS) is a neurosurgical technique developed on empirical basis and currently used as last solution for patients suffering from refractory neuropathic pain. The present work is a new attempt among other contemporary studies aiming to understand the mechanisms of action of MCS, which remain incompletely elucidated at that time. The main objective of this thesis is to study the electrophysiological effect of MCS at the thalamic level, in a cat model. The first part of this work aims to establish the stereotactic somatotopic map of the cat motor cortex (MC), not available so far in the literature. Based on this mapping, we created and validated a cat model of MCS, using a mini-invasive electrode implantation. The second part of this study included a recording and analysis of the potential changes of the unitary extracellular activity of cells located in the thalamic ventro-postero-lateral (VPL) nucleus, induced by different MCS protocols. Our results indicate a modulation of the VPL cells activity after MCS, depending on the nociceptive or non-nociceptive nature of the recorded thalamic cell. MCS increases the activity of non-nociceptive cells and decreases that of nociceptive cells. For a given cell the matching between the somatotopy of the MC stimulated region and the receptive field localization of the recorded thalamic cell is not a prerequisite for obtaining such a modulation. In conclusion, the present work has proven a neuro-modulatory differential effect of MCS on nociceptive and non-nociceptive cells in the thalamic VPL nucleus

This project deals with the issue of simulation of dose irradiation. This principle is used in a radiotherapeutic device known as a Leksell Gamma Knife for the treatment of intracranial tumours. With regard to the theoretical observations obtained by studying this device, the project suggests the use of analytical geometry for the creation of a mathematical model for calculation of the intensity in the rayed area. A demonstration program Leksell_xvecer08 has been created for this model in a MatLab software background, which enables the user to change various input arguments and simulate a picture of the dosage spread in the target scanned areas.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第18140号 / 医博第3860号 / 新制||医||1002(附属図書館) / 30998 / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 富樫 かおり, 教授 伊達 洋至, 教授 武藤 学 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM