Reproduction de : Thèse d'exercice : Médecine. Oncologie option Radiothérapie : Nantes : 2008. / Bibliogr.

A l’heure des développements technologiques majeurs dans le domaine de la radiochirurgie, il est important de s’intéresser aux précisions des différentes options qui se présentent lors de la préparation d’un traitement. Dans ce travail, ce sont les systèmes de contention utilisés pour les traitements radiochirurgicaux délivrés à l’aide de l’appareil Gamma Knife qui sont au centre de l’attention.Il a été mis en évidence par les études cliniques et expérimentales que chaque système de contention présente une capacité différente à maintenir l’immobilité du patient au cours du traitement. Les analyses des différentes mesures effectuées ont permis d’établir la capacité de chaque système à garantir une correspondance entre les coordonnées théoriques et effectives du traitement, ce qui se traduit par la précision attribuable à chaque système. Les points forts et les faiblesses de chacun des systèmes de contention ont été mis en évidence. Dans certainessituations, il a été possible de proposer une méthode permettant de corriger en totalité ou en partie les imprécisions observées. Ceci n’est néanmoins pas possible actuellement pour tous les systèmes de contention. Cela a permis d’établir une proposition d’algorithme décisionnel afin d’aider au choix du système de contention optimal à utiliser en fonction de la situation rencontrée. Enfin, ce travail met en évidence les limitations de chaque technique et énonce des pistes d’amélioration et de développement futur dans ce domaine. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Hintergrund: Kranielle Stereotaxie ist ein wichtiges Therapieinstrument zur Behandlung kranieller neoplastischer Läsionen. Mittels bildgeführter Radiotherapie konnten in den vergangenen Jahren Genauigkeit und Komfort der Patientenlagerung essentiell verbessert werden. Folgende Arbeit untersucht die Bedeutung der bildgeführten Patientenlagerung (Image Guidance) in Bezug auf geometrische Unsicherheiten und deren Einfluss auf die dosimetrische Verteilung. Material und Methoden: In Würzburg wurden zwischen 2006 und 2010, 98 kranielle Läsionen in 71 Patienten radiochirurgisch behandelt. Mittels Cone-Beam CT wurden die Patientenverlagerungen bezogen auf alle 6 Freiheitsgrade vor Behandlungsbeginn (n=98) sowie nach der Therapie (n=64) aufgezeichnet. Aus den Daten für die einzelnen Raumachsen wurde der absolute Versatz (3D-Vektor) sowie maximale Rotation um die resultierende Drehachse berechnet. Die Prae- sowie Posttherapeutische Verlagerungen wurden im Planungssystem simuliert. Für Szenarien mit unterschiedlichen Sicherheitsäumen (0 mm,1 mm, 2 mm) wurde der Ausgleich der Translationen sowie der Rotationen in Bezug auf Dosis-Konformität und Zielabdeckung getrennt untersucht. Ergebnisse: Der mittlere Prae-IG Versatz betrug 3.96 mm ± 1.89 mm mit einer mittleren maximalen Rotation im Raum von 2,02°±0,84°. Der mittlere Lagerungsfehler nach Therapieende betrug 0,88mm±0,61mm mit einer mittleren maximalen Rotation von 0,65°±0,64°. Die Verlagerung während der Bestrahlung korrelierte signifikant mit der Behandlungszeit (0,7mm±0,5mm für t<23min; 1,2mm±0,7mm für t>23min). Die Simulation der Behandlung ohne IG-Ausgleich zeigte einen Einbruch der Zielabdeckung (Coverage Index) von 96,0%±5,7% auf 72,1%±19,0% und der Konformität (Paddick Conformity Index) von 73,3%±11,1% auf 43,4%±17,8%. Pro 1mm Abweichung nahmen Zielabdeckung sowie Konformität um 6% bzw. 10% ab. Alleiniger Ausgleich der Translationen ohne Rotationen führte zu nicht signifikanten Einbussen. Bewegungen während der Bestrahlung führten zu einem Abfall des CI auf 94,3%±6,8% bzw. des PCI auf 70,4%±10,8%. Ein 1mm Sicherheitssaum genügte um diese Bewegungen zu kompensieren Schlussfolgerungen: Bildgeführte Radiotherapie ist ein wichtiges Instrument zur Verbesserung der Therapiepräzision. Unter offensichtlichen Voraussetzungen kann auf den prätherapeutischen Ausgleich der rotatorischen Komponente bei kranieller Stereotaxie verzichtet werden. Bewegungen während der Behandlung reduzieren die gewünschte Zielabdeckung sofern dem nicht durch geeignete Sicherheitssäume Rechnung getragen wird. / Background: Cranial Stereoactic Radiotherapy is an importent instrument for treatment of cranial neoplastic lesions. Over the last years image guidance improved Precesion an comfort of patient setup and treatment essentially. Outcome of IG evaluated in geometrical uncertainties and this impact on dosimetrical coverage is evaluated. Methods and materials: In the department of Radio-oncology in Würzburg 98 cranial lesions in 71 patients were treated with radiosurgery between 2006 and 2010. Pre- (n=98) and Post-treatment (n=64) set-up errors (n=98) were evaluated with cone-beam CT (CBCT) based image-guidance (IG) and were corrected in six degrees of freedom. To evaluated geometrical uncertainties 3D-error and maximal rotation around the resulting rotational-axis was calculated. Pre- and post-therapy set-up-errors were simulated inside the planning system and there impact on dosedistribution was evaluated. Scenarios with different safety margins (0mm, 1mm, 2mm) were simulated and impact of translational and rotational set-up error was evaluated separately. Results: Errors prior to IG were 3.96 mm ± 1.89 mm (3D vector) and the mid-maximum rotational error was 2.02° ± 0.84°. The post-treatment 3D error was 0.88 mm ± 0.61 mm and the mid-maximum rotation was 0,65°±0,64°. Intra-fractional errors were significantly correlated with the total treatment time with 0.7mm±0.5mm and 1.2mm±0.7mm for treatment times ≤23 minutes and >23 minutes (p<0.01), respectively. Simulation of RS without image-guidance reduced target coverage from 96,0%±5,7% to 72,1%±19,0% and conformity from 73,3%±11,1% to 43,4%±17,8%. Each 3D set-up error of 1 mm decreased target coverage and dose conformity by 6% and 10% on average, respectively, with a large inter-patient variability. Pre-treatment correction of translations only but not rotations did not affect target coverage and conformity. Post-treatment errors reduced target coverage to 94,3%±6,8% and conformity to 70,4%±10,8% . A 1 mm safety margin fully compensated intra-fractional patient motion. Conclusions IG-RS with online correction of translational errors achieves high geometric and dosimetric accuracy. Under certain assumptions correction of rotational set-up errors in cranial stereotactic radiotherapy can be neglected. Intra-fractional errors decrease target coverage and conformity unless compensated with appropriate safety margins.

Das adrenokortikale Karzinom (ACC) ist eine seltene Tumorerkrankung der Nebennierenrinde. Die Prognose ist im Allgemeinen ungünstig und vom Tumorstadium sowie von weiteren tumor- und patientenspezifischen Faktoren abhängig. Die chirurgische Komplettresektion stellt das bisher einzige kurative Behandlungsverfahren dar. Dabei gibt es bisher für sonstige Lokaltherapien beim fortgeschrittenen bzw. rezidivierten ACC kaum umfangreiche Daten, welche die entsprechende lokale Wirksamkeit belegen. Neben der Operation stellt die Strahlentherapie eine bisher effektive Therapieoption bei verschiedenen anderen Tumorerkrankungen hinsichtlich Tumorkontrolle, Verträglichkeit und Zugänglichkeit dar. Allerdings ist diese Option in der Behandlung des fortgeschrittenen ACC als Lokaltherapie bislang nicht mit zufriedenstellenden Datensätzen umfänglich untersucht. Ziel dieser Studie war es, anhand einer retrospektiven Datenanalyse aus dem European Network for the Study of Adrenal Tumours (ENSAT) den Stellenwert der Strahlentherapie als Lokaltherapie beim fortgeschrittenen bzw. rezidivierten ACC zu untersuchen. Es wurden insgesamt 132 Fälle hinsichtlich strahlentherapeutischer Dosis, Lokalkontrolle, progressionsfreiem Überleben, Gesamtüberleben, objektivem Ansprechen, Verträglichkeit und Risikofaktoren untersucht. Hierbei konnte gezeigt werden, dass die Anwendung einer hohen biologischen Effektivdosis mit einer verbesserten lokalen Tumorkontrolle einhergeht. Insgesamt zeigte sich eine gute Verträglichkeit der strahlentherapeutischen Behandlung. Die Ergebnisse dieser Arbeit legen nahe, dass wahrscheinlich weitere Risikofaktoren mit Rezidiven dieser Tumorart einhergehen, allerdings weitere Untersuchungen (z.B. randomisierte prospektive Studien) erfordern. Letztendlich stellt diese Arbeit auch die angewandten Dosis- und Fraktionierungskonzepte der vergangenen Jahrzente bei der Behandlung des ACC dar. / Adrenocortical carcinoma (ACC) is a rare malignancy of the adrenal cortex. The prognosis is generally poor and depends on the tumour stage but also on other tumour- and patient-specific factors. Complete surgical resection might be the only curative treatment option so far. Currently there is no data in a satisfactory extent, proving the local effectiveness for other local therapies in advanced ACC. In addition to surgery, radiotherapy has been described as an effective treatment option for various tumor diseases in terms of tumour control, tolerability and accessibility. However, this option as local therapy in the treatment of advanced ACC has not yet been investigated with satisfactory comprehensive data sets. The aim of this study was a retrospective data analysis from the European Network for the Study of Adrenal Tumors (ENSAT) to investigate the role of radiotherapy as a local therapy in advanced or relapsed ACC. A total of 132 cases were examined with regard to radiotherapy treatment dose, local control, progression free survival, overall survival, objective response, tolerability and other risk factors. It has been shown that the use of a high biological effective dose is associated with improved local tumour control. Overall, the radiotherapy treatment was well tolerated. The results of this study suggest that additional risk factors are probably associated with tumour recurrences but require further investigation (e.g. randomized prospective studies). Finally, this work also presents the dosage and fractionation concepts used over the past decades in the treatment of ACC.

Reproduction de : Thèse d'exercice : Médecine : Nancy 1 : 2007. / Titre provenant de l'écran-titre.

Contexte : Le schwannome vestibulaire (SV) est une tumeur bénigne de la gaine du nerf vestibulaire. La plupart des SV présentent une inactivation somatique bi-allèlique du gène suppresseur de tumeur NF2. L’inactivation congénitale du gène NF2 est impliquée dans le développement de la Neurofibromatose de type 2, une maladie génétique autosomique dominante prédisposant au développement de tumeurs multiples du système nerveux central et en particulier de schwannomes vestibulaires bilatéraux. Le traitement des schwannomes vestibulaires repose sur la chirurgie ou la radiothérapie délivrée en conditions stéréotaxiques. La réduction de la dose d’irradiation des schwannomes vestibulaires a permis d’améliorer le pronostic fonctionnel auditif tout en garantissant un taux de réponse satisfaisant. Pourtant de nombreux patients présenteront une surdité neurosensorielle progressive. Afin de poursuivre cette réduction de dose d’irradiation, des modèles biologiques fidèles récapitulant le statut d’inactivation du gène NF2 et la surdité neurosensorielle sont nécessaires à l’élaboration d’une approche préclinique.Problématique : Nous avons proposé de développer des systèmes modèles in-vitro et in-vivo compatibles avec l’étude de la radiosensibilité des schwannomes vestibulaires en combinaison avec des thérapies ciblant les voies de signalisation spécifiquement activées par la perte de fonction NF2.Méthodes : Les lignées cellulaires humaines de schwannomes vestibulaires NF2 (HEI_193, HEI_182), et de cellules de Schwann vestibulaire contrôle (HEI_286) ont été cultivées en essai clonogénique afin de déterminer le nombre d’unité formatrices de colonies à doses croissantes d’inhibiteur mTOR (Rapamycine), PI3K (GDC_0941), mTOR et PI3K (BEZ_235) pour déterminer le 50% d’inhibition de croissance (GI50%) puis en combinaison à doses croissantes de radiation gamma (Co60). La lignée cellulaire murine inactivée pour nf2 (SC4#9) a été utilisée pour réaliser des greffes syngéniques orthotopiques. La croissance des tumeurs a été suivie par IRM et bioluminescence et l’audition déterminée par potentiels évoqués auditifs. L’analyse histologique des cochlées a été réalisée par coloration en hématoxyline et éosine puis par fluorescence après clarification cochléaire. Des volumes complets ont été obtenus par microscopie confocale à balayage laser.Résultats : Les essais clonogéniques réalisés en Agarose ont identifié une radiorésistance relative des lignées humaines de schwannomes mutées pour NF2 par comparaison au contrôle humain non muté. Cette résistance identifiée en réponse à l’exposition à une dose unique d’irradiation gamma peut être contournée par l’inhibition de la voie mTOR au moment de l’irradiation restituant une sensibilité comparable au contrôle humain non muté. Une tendance à un bénéfice de l’association d’une inhibition mTOR à un inhibiteur PI3 kinase a été retrouvée à une dose maximum d’irradiation. Un modèle murin de schwannome vestibulaire qui récapitule la croissance dans l’angle ponto-cérébelleux et la perte d’audition a été développé par injection stéréotaxique dans le paquet acoustico faciale. Le suivi de croissance de ce schwannome a été caractérisé par IRM et bio-luminescence in-vivo. Enfin un protocole de clarification cochléaire a été adapté aux mammifères murins pour permettre l’étude histologique de cochlées intactes compatible avec l’étude de l’otoxicité des schwannomes et/ou de leur traitement .Conclusion : Les modèles décrits dans cette thèse permettent l’évaluation pré-clinique de stratégies thérapeutiques combinant thérapie ciblée et irradiation gamma en dose unique. L’amélioration des connaissances des mécanismes participant à l’ototoxicité des schwannomes et de leur traitement permettra d’améliorer le ciblage moléculaire afin de réduire les effets auditifs secondaires de la radiochirurgie. / Context: Vestibular schwannomas (VS) are benign neoplasm arising from the Schwann cells of the vestibular nerve. Most of sporadic VS carry a bi-allelic inactivation of the tumor suppressor gene NF2. Congenital inactivation of the NF2 gene is linked to the onset of Neurofibromatosis type 2 (NF2), a genetic condition predisposing to the development of multiple benign tumor of the central nervous system with bilateral VS as a hallmark. Treatment of VS is either surgical or by use of radiation therapy delivered in stereotactic condition. A significant dose reduction has led to improving the hearing outcomes while maintaining good tumor control. Meanwhile a significant number of treated patients will develop a progressive sensorineural hearing loss (SNHL). Laboratory models that faithfully recapitulate NF2 gene inactivation and SNHL are needed to pursue the reduction of the dose delivered.Aim: We aimed at developing new models in-vitro and in-vivo for the study of vestibular schwannoma radio sensitivity in combination with selected compounds that selectively target the pathways activated secondary to NF2 loss of function.Methodes: Human vestibular schwannoma cell lines (HEI_193, HEI_182) and control human Schwann cell line (HEI_286) were used in clonogenic assay to determine the number of colony forming unit (CFU) spontaneously and at increasing dosing of mTOR inhibitor (Rapamycin), PI3 kinase inhibitor (GDC_0941), PI3K-mTOR dual inhibitor (BEZ_235) to determine the 50% growth inhibitory threshold (GI50%) then in combination with increasing radiation regimen of gamma radiation emitted by a source of Co60. The mouse cell line inactivated for nf2 (SC4#9) was used to generate orthotropic syngrafts. The growth of the tumor was monitored using MRI and bioluminescence imaging and hearing was tested by recording auditory brainstem responses. Pathology of the cochlea were obtained from paraffin embedded sections and then using fluorescence confocal microscopy of whole mounted transparent cochleae.Results: Soft agar clonogenic assays were used and identified a resistance to radiation therapy in human cell lines of VS inactivated for NF2 when compared to the non-mutated control. This radiation resistance could be overcome by pre-exposure to the mTOR inhibitor Rapamycin allowing a return to the radiosensibility of non-mutated control. There was a tendency toward a beneficial effect when using a dual inhibition of the mTOR and PI3 kinase at a maximum dose of exposure to radiation. A mouse model of VS has been developed by stereotactic seeding of nf2 deficient cell line SC4#9 targeting the cochleo-vestibular nerve complex. It recapitulates the growth in the suitable micro-environment and secondary SNHL. The growth has been characterized using MRI and in-vivo bioluminescence imaging. Hearing loss was confirmed using sequential ABR. Last a protocol for the clarification of whole mounted cochleae has been adapted to species of rodents suitable for the pathological study of ototoxic change secondary to VS and/or its treatment.Conclusion: The models presented in this thesis may be used for the preclinical evaluation of combined therapeutic approaches with single dose gamma radiation. A better understanding of the mechanisms involved in ototoxicity secondary to VS and of its treatment would improve the molecular targeting in order to warrant better auditory outcomes.

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.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2011-2012 / La radiochirurgie stéréotaxique est un mode de traitement délivrant la dose de prescription en une seule fraction. Pour ce faire des petits champs et des arcs non coplanaires sont utilisés de manière à diminuer la dose aux tissus sains. Afin de s'assurer que la dose planifiée est bien conforme à celle donnée lors du traitement, des mesures de contrôles de qualité s'imposent. Or, il n'existe pas encore de détecteur idéal permettant de connaître précisément la dose dans ces conditions de traitement. Afin de palier à cette lacune, nous avons développé un détecteur à fibre scintillante possédant des caractéristiques favorables pour la radiochirurgie stéréotaxique telle qu'une grande résolution spatiale, l'équivalence à l'eau et l'indépendance angulaire et énergétique. Pour ce faire, des mesures de facteurs de sortie brute (soit, plus rigoureusement, la multiplication du facteur collimateur avec le facteur fantôme) et de profils furent effectuées avec les collimateurs coniques utilisés en radiochirurgie stéréotaxique. Les films Gafchromic EBT2, la diode de radiochirurgie non blindée SFD, la diode blindée 60008, la micro-chambre à ionisation A16 (des détecteurs présents sur le marché) ainsi que le détecteur à fibre scintillante furent utilisés lors des mesures, de façon à comparer la réponse des différents dosimètres pour mettre à jour leurs forces et leurs faiblesses. Par la suite, un prototype composé de 49 détecteurs à fibre scintillante disposés en croix a été développé et construit afin de prendre des mesures de distributions de dose en deux dimensions. Finalement, une mesure d'un plan de traitement complet a été effectuée avec la fibre scintillante, la diode de radiochirurgie non blindée SFD et la micro-chambre à ionisation A16 afin d'évaluer la précision avec laquelle il était possible de faire une mesure de dose lors d'un contrôle de qualité avec ces différents détecteurs.

Les tumeurs cérébrales sont une cause majeure de décès et d'invalidité dans le monde, ce qui représente 14,1 millions de nouveaux cas de cancer et 8,2 millions de décès en 2012. La radiothérapie et la radiochirurgie sont parmi l'arsenal de techniques disponibles pour les traiter. Ces deux techniques s’appuient sur une irradiation importante nécessitant une définition précise de la tumeur et des tissus sains environnants. Dans la pratique, cette délinéation est principalement réalisée manuellement par des experts avec éventuellement un faible support informatique d’aide à la segmentation. Il en découle que le processus est fastidieux et particulièrement chronophage avec une variabilité inter ou intra observateur significative. Une part importante du temps médical s’avère donc nécessaire à la segmentation de ces images médicales. L’automatisation du processus doit permettre d’obtenir des ensembles de contours plus rapidement, reproductibles et acceptés par la majorité des oncologues en vue d'améliorer la qualité du traitement. En outre, toute méthode permettant de réduire la part médicale nécessaire à la délinéation contribue à optimiser la prise en charge globale par une utilisation plus rationnelle et efficace des compétences de l'oncologue.De nos jours, les techniques de segmentation automatique sont rarement utilisées en routine clinique. Le cas échéant, elles s’appuient sur des étapes préalables de recalages d’images. Ces techniques sont basées sur l’exploitation d’informations anatomiques annotées en amont par des experts sur un « patient type ». Ces données annotées sont communément appelées « Atlas » et sont déformées afin de se conformer à la morphologie du patient en vue de l’extraction des contours par appariement des zones d’intérêt. La qualité des contours obtenus dépend directement de la qualité de l’algorithme de recalage. Néanmoins, ces techniques de recalage intègrent des modèles de régularisation du champ de déformations dont les paramètres restent complexes à régler et la qualité difficile à évaluer. L’intégration d’outils d’assistance à la délinéation reste donc aujourd’hui un enjeu important pour l’amélioration de la pratique clinique.L'objectif principal de cette thèse est de fournir aux spécialistes médicaux (radiothérapeute, neurochirurgien, radiologue) des outils automatiques pour segmenter les organes à risque des patients bénéficiant d’une prise en charge de tumeurs cérébrales par radiochirurgie ou radiothérapie.Pour réaliser cet objectif, les principales contributions de cette thèse sont présentées sur deux axes principaux. Tout d'abord, nous considérons l'utilisation de l'un des derniers sujets d'actualité dans l'intelligence artificielle pour résoudre le problème de la segmentation, à savoir le «deep learning ». Cet ensemble de techniques présente des avantages par rapport aux méthodes d'apprentissage statistiques classiques (Machine Learning en anglais). Le deuxième axe est dédié à l'étude des caractéristiques d’images utilisées pour la segmentation (principalement les textures et informations contextuelles des images IRM). Ces caractéristiques, absentes des méthodes classiques d'apprentissage statistique pour la segmentation des organes à risque, conduisent à des améliorations significatives des performances de segmentation. Nous proposons donc l'inclusion de ces fonctionnalités dans un algorithme de réseau de neurone profond (deep learning en anglais) pour segmenter les organes à risque du cerveau.Nous démontrons dans ce travail la possibilité d'utiliser un tel système de classification basée sur techniques de « deep learning » pour ce problème particulier. Finalement, la méthodologie développée conduit à des performances accrues tant sur le plan de la précision que de l’efficacité. / Brain cancer is a leading cause of death and disability worldwide, accounting for 14.1 million of new cancer cases and 8.2 million deaths only in 2012. Radiotherapy and radiosurgery are among the arsenal of available techniques to treat it. Because both techniques involve the delivery of a very high dose of radiation, tumor as well as surrounding healthy tissues must be precisely delineated. In practice, delineation is manually performed by experts, or with very few machine assistance. Thus, it is a highly time consuming process with significant variation between labels produced by different experts. Radiation oncologists, radiology technologists, and other medical specialists spend, therefore, a substantial portion of their time to medical image segmentation. If by automating this process it is possible to achieve a more repeatable set of contours that can be agreed upon by the majority of oncologists, this would improve the quality of treatment. Additionally, any method that can reduce the time taken to perform this step will increase patient throughput and make more effective use of the skills of the oncologist.Nowadays, automatic segmentation techniques are rarely employed in clinical routine. In case they are, they typically rely on registration approaches. In these techniques, anatomical information is exploited by means of images already annotated by experts, referred to as atlases, to be deformed and matched on the patient under examination. The quality of the deformed contours directly depends on the quality of the deformation. Nevertheless, registration techniques encompass regularization models of the deformation field, whose parameters are complex to adjust, and its quality is difficult to evaluate. Integration of tools that assist in the segmentation task is therefore highly expected in clinical practice.The main objective of this thesis is therefore to provide radio-oncology specialists with automatic tools to delineate organs at risk of patients undergoing brain radiotherapy or stereotactic radiosurgery. To achieve this goal, main contributions of this thesis are presented on two major axes. First, we consider the use of one of the latest hot topics in artificial intelligence to tackle the segmentation problem, i.e. deep learning. This set of techniques presents some advantages with respect to classical machine learning methods, which will be exploited throughout this thesis. The second axis is dedicated to the consideration of proposed image features mainly associated with texture and contextual information of MR images. These features, which are not present in classical machine learning based methods to segment brain structures, led to improvements on the segmentation performance. We therefore propose the inclusion of these features into a deep network.We demonstrate in this work the feasibility of using such deep learning based classification scheme for this particular problem. We show that the proposed method leads to high performance, both in accuracy and efficiency. We also show that automatic segmentations provided by our method lie on the variability of the experts. Results demonstrate that our method does not only outperform a state-of-the-art classifier, but also provides results that would be usable in the radiation treatment planning.