Développement et validation d'une méthode de calcul indépendant des unités moniteur basée sur les simulations Monte Carlo pour la vérification des traitements IMRT

Résumé : La radiothérapie par modulation d'intensité (IMRT) est une technique de traitement qui utilise des faisceaux dont la fluence de rayonnement est modulée. L'IMRT, largement utilisée dans les pays industrialisés, permet d'atteindre une meilleure homogénéité de la dose à l'intérieur du volume cible et de réduire la dose aux organes à risque. Une méthode usuelle pour réaliser pratiquement la modulation des faisceaux est de sommer de petits faisceaux (segments) qui ont la même incidence. Cette technique est appelée IMRT step-and-shoot. Dans le contexte clinique, il est nécessaire de vérifier les plans de traitement des patients avant la première irradiation. Cette question n'est toujours pas résolue de manière satisfaisante. En effet, un calcul indépendant des unités moniteur (représentatif de la pondération des chaque segment) ne peut pas être réalisé pour les traitements IMRT step-and-shoot, car les poids des segments ne sont pas connus à priori, mais calculés au moment de la planification inverse. Par ailleurs, la vérification des plans de traitement par comparaison avec des mesures prend du temps et ne restitue pas la géométrie exacte du traitement. Dans ce travail, une méthode indépendante de calcul des plans de traitement IMRT step-and-shoot est décrite. Cette méthode est basée sur le code Monte Carlo EGSnrc/BEAMnrc, dont la modélisation de la tête de l'accélérateur linéaire a été validée dans une large gamme de situations. Les segments d'un plan de traitement IMRT sont simulés individuellement dans la géométrie exacte du traitement. Ensuite, les distributions de dose sont converties en dose absorbée dans l'eau par unité moniteur. La dose totale du traitement dans chaque élément de volume du patient (voxel) peut être exprimée comme une équation matricielle linéaire des unités moniteur et de la dose par unité moniteur de chacun des faisceaux. La résolution de cette équation est effectuée par l'inversion d'une matrice à l'aide de l'algorithme dit Non-Negative Least Square fit (NNLS). L'ensemble des voxels contenus dans le volume patient ne pouvant être utilisés dans le calcul pour des raisons de limitations informatiques, plusieurs possibilités de sélection ont été testées. Le meilleur choix consiste à utiliser les voxels contenus dans le Volume Cible de Planification (PTV). La méthode proposée dans ce travail a été testée avec huit cas cliniques représentatifs des traitements habituels de radiothérapie. Les unités moniteur obtenues conduisent à des distributions de dose globale cliniquement équivalentes à celles issues du logiciel de planification des traitements. Ainsi, cette méthode indépendante de calcul des unités moniteur pour l'IMRT step-andshootest validée pour une utilisation clinique. Par analogie, il serait possible d'envisager d'appliquer une méthode similaire pour d'autres modalités de traitement comme par exemple la tomothérapie. Abstract : Intensity Modulated RadioTherapy (IMRT) is a treatment technique that uses modulated beam fluence. IMRT is now widespread in more advanced countries, due to its improvement of dose conformation around target volume, and its ability to lower doses to organs at risk in complex clinical cases. One way to carry out beam modulation is to sum smaller beams (beamlets) with the same incidence. This technique is called step-and-shoot IMRT. In a clinical context, it is necessary to verify treatment plans before the first irradiation. IMRT Plan verification is still an issue for this technique. Independent monitor unit calculation (representative of the weight of each beamlet) can indeed not be performed for IMRT step-and-shoot, because beamlet weights are not known a priori, but calculated by inverse planning. Besides, treatment plan verification by comparison with measured data is time consuming and performed in a simple geometry, usually in a cubic water phantom with all machine angles set to zero. In this work, an independent method for monitor unit calculation for step-and-shoot IMRT is described. This method is based on the Monte Carlo code EGSnrc/BEAMnrc. The Monte Carlo model of the head of the linear accelerator is validated by comparison of simulated and measured dose distributions in a large range of situations. The beamlets of an IMRT treatment plan are calculated individually by Monte Carlo, in the exact geometry of the treatment. Then, the dose distributions of the beamlets are converted in absorbed dose to water per monitor unit. The dose of the whole treatment in each volume element (voxel) can be expressed through a linear matrix equation of the monitor units and dose per monitor unit of every beamlets. This equation is solved by a Non-Negative Least Sqvare fif algorithm (NNLS). However, not every voxels inside the patient volume can be used in order to solve this equation, because of computer limitations. Several ways of voxel selection have been tested and the best choice consists in using voxels inside the Planning Target Volume (PTV). The method presented in this work was tested with eight clinical cases, which were representative of usual radiotherapy treatments. The monitor units obtained lead to clinically equivalent global dose distributions. Thus, this independent monitor unit calculation method for step-and-shoot IMRT is validated and can therefore be used in a clinical routine. It would be possible to consider applying a similar method for other treatment modalities, such as for instance tomotherapy or volumetric modulated arc therapy.

Spatial distribution of motor units recruited during electrical stimulation of the quadriceps muscle versus the femoral nerve.

INTRODUCTION: In this study we investigated differences in the spatial recruitment of motor units (MUs) in the quadriceps when electrical stimulation is applied over the quadriceps belly versus the femoral nerve. METHODS: M-waves and mechanical twitches were evoked using over-the-quadriceps and femoral nerve stimulation of gradually increasing intensity from 22 young, healthy subjects. Spatial recruitment was investigated using recruitment curves of M-waves recorded from the vastus medialis (VM) and vastus lateralis (VL) and of twitches recorded from the quadriceps. RESULTS: At maximal stimulation intensity (Imax), no differences were found between nerve and over-the-quadriceps stimulation. At submaximal intensities, VL M-wave amplitude was higher for over-the-quadriceps stimulation at 40% Imax, and peak twitch force was greater for nerve stimulation at 60% and 80% Imax. CONCLUSIONS: For the VM, MU spatial recruitment during nerve and over-the-quadriceps stimulation of increasing intensity occurred in a similar manner, whereas significant differences were observed for the VL. Muscle Nerve, 2013.

Arabidopsis Basic Helix-Loop-Helix Transcription Factors MYC2, MYC3, and MYC4 Regulate Glucosinolate Biosynthesis, Insect Performance, and Feeding Behavior.

Arabidopsis thaliana plants fend off insect attack by constitutive and inducible production of toxic metabolites, such as glucosinolates (GSs). A triple mutant lacking MYC2, MYC3, and MYC4, three basic helix-loop-helix transcription factors that are known to additively control jasmonate-related defense responses, was shown to have a highly reduced expression of GS biosynthesis genes. The myc2 myc3 myc4 (myc234) triple mutant was almost completely devoid of GS and was extremely susceptible to the generalist herbivore Spodoptera littoralis. On the contrary, the specialist Pieris brassicae was unaffected by the presence of GS and preferred to feed on wild-type plants. In addition, lack of GS in myc234 drastically modified S. littoralis feeding behavior. Surprisingly, the expression of MYB factors known to regulate GS biosynthesis genes was not altered in myc234, suggesting that MYC2/MYC3/MYC4 are necessary for direct transcriptional activation of GS biosynthesis genes. To support this, chromatin immunoprecipitation analysis showed that MYC2 binds directly to the promoter of several GS biosynthesis genes in vivo. Furthermore, yeast two-hybrid and pull-down experiments indicated that MYC2/MYC3/MYC4 interact directly with GS-related MYBs. This specific MYC-MYB interaction plays a crucial role in the regulation of defense secondary metabolite production and underlines the importance of GS in shaping plant interactions with adapted and nonadapted herbivores.

Introducing Basic Systematic Requirements Engineering Practices in Small Organizations with an Easy to Adopt Method

Requirements-relatedissues have been found the third most important risk factor in software projects and as the biggest reason for software project failures. This is not a surprise since; requirements engineering (RE) practices have been reported deficient inmore than 75% of all; enterprises. A problem analysis on small and low maturitysoftware organizations revealed two; central reasons for not starting process improvement efforts: lack of resources and uncertainty; about process improvementeffort paybacks.; In the constructive part of the study a basic RE method, BaRE, was developed to provide an; easy to adopt way to introduce basic systematic RE practices in small and low maturity; organizations. Based on diffusion of innovations literature, thirteen desirable characteristics; were identified for the solution and the method was implemented in five key components:; requirements document template, requirements development practices, requirements; management practices, tool support for requirements management, and training.; The empirical evaluation of the BaRE method was conducted in three industrial case studies. In; this evaluation, two companies established a completely new RE infrastructure following the; suggested practices while the third company conducted continued requirements document; template development based on the provided template and used it extensively in practice. The; real benefits of the adoption of the method were visible in the companies in four to six months; from the start of the evaluation project, and the two small companies in the project completed; their improvement efforts with an input equal to about one person month. The collected dataon; the case studies indicates that the companies implemented new practices with little adaptations; and little effort. Thus it can be concluded that the constructed BaRE method is indeed easy to; adopt and it can help introduce basic systematic RE practices in small organizations.

Evolution based on domain combinations: the case of glutaredoxins

Background: Protein domains represent the basic units in the evolution of proteins. Domain duplication and shuffling by recombination and fusion, followed by divergence are the most common mechanisms in this process. Such domain fusion and recombination events are predicted to occur only once for a given multidomain architecture. However, other scenarios may be relevant in the evolution of specific proteins, such as convergent evolution of multidomain architectures. With this in mind, we study glutaredoxin (GRX) domains, because these domains of approximately one hundred amino acids are widespread in archaea, bacteria and eukaryotes and participate in fusion proteins. GRXs are responsible for the reduction of protein disulfides or glutathione-protein mixed disulfides and are involved in cellular redox regulation, although their specific roles and targets are often unclear. Results: In this work we analyze the distribution and evolution of GRX proteins in archaea,bacteria and eukaryotes. We study over one thousand GRX proteins, each containing at least one GRX domain, from hundreds of different organisms and trace the origin and evolution of the GRX domain within the tree of life. Conclusion: Our results suggest that single domain GRX proteins of the CGFS and CPYC classes have, each, evolved through duplication and divergence from one initial gene that was present in the last common ancestor of all organisms. Remarkably, we identify a case of convergent evolution in domain architecture that involves the GRX domain. Two independent recombination events of a TRX domain to a GRX domain are likely to have occurred, which is an exception to the dominant mechanism of domain architecture evolution.

A European survey on current practices in epilepsy monitoring units and implications for patients' safety.

OBJECTIVE: This study aimed to survey current practices in European epilepsy monitoring units (EMUs) with emphasis on safety issues. METHODS: A 37-item questionnaire investigating characteristics and organization of EMUs, including measures for prevention and management of seizure-related serious adverse events (SAEs), was distributed to all identified European EMUs plus one located in Israel (N=150). RESULTS: Forty-eight (32%) EMUs, located in 18 countries, completed the questionnaire. Epilepsy monitoring unit beds are 1-2 in 43%, 3-4 in 34%, and 5-6 in 19% of EMUs; staff physicians are 1-2 in 32%, 3-4 in 34%, and 5-6 in 19% of EMUs. Personnel operating in EMUs include epileptologists (in 69% of EMUs), clinical neurophysiologists trained in epilepsy (in 46% of EMUs), child neurologists (in 35% of EMUs), neurology and clinical neurophysiology residents (in 46% and in 8% of EMUs, respectively), and neurologists not trained in epilepsy (in 27% of EMUs). In 20% of EMUs, patients' observation is only intermittent or during the daytime and primarily carried out by neurophysiology technicians and/or nurses (in 71% of EMUs) or by patients' relatives (in 40% of EMUs). Automatic detection systems for seizures are used in 15%, for body movements in 8%, for oxygen desaturation in 33%, and for ECG abnormalities in 17% of EMUs. Protocols for management of acute seizures are lacking in 27%, of status epilepticus in 21%, and of postictal psychoses in 87% of EMUs. Injury prevention consists of bed protections in 96% of EMUs, whereas antisuffocation pillows are employed in 21%, and environmental protections in monitoring rooms and in bathrooms are implemented in 38% and in 25% of EMUs, respectively. The most common SAEs were status epilepticus reported by 79%, injuries by 73%, and postictal psychoses by 67% of EMUs. CONCLUSIONS: All EMUs have faced different types of SAEs. Wide variation in practice patterns and lack of protocols and of precautions to ensure patients' safety might promote the occurrence and severity of SAEs. Our findings highlight the need for standardized and shared protocols for an effective and safe management of patients in EMUs.

DATA WAREHOUSING IN A GLOBAL METAL INDUSTRIAL COMPANY

Työn tavoittena oli selvittää, miten tietovarastointi voi tukea yrityksessä tapahtuvaa päätöksentekoa. Tietovarastokomponenttien ja –prosessien kuvauksen jälkeen on käsitelty tietovarastoprojektin eri vaiheita. Esitettyä teoriaa sovellettiin käytäntöön globaalissa metalliteollisuusyrityksessä, jossa tietovarastointikonseptia testattiin. Testauksen perusteella arvioitiin olemassa olevan tiedon tilaa sekä kahden käytetyn ohjelmiston toimivuutta tietovarastoinnissa. Yrityksen operatiivisten järjestelmien tiedon laadun todettiin olevan tutkituilta osin epäyhtenäistä ja puutteellista. Siksi tiedon suora yrityslaajuinen hyödyntäminen luotettavien ja hyvälaatuisten raporttien luonnissa on vaikeaa. Lisäksi eri yksiköiden välillä havaittiin epäyhtenäisyyttä käytettyjen liiketoiminnan käsitteiden sekä järjestelmien käyttötapojen suhteen. Testauksessa käytetyt ohjelmistot suoriutuivat perustietovarastoinnista hyvin, vaikkakin joitain rajoituksia ja erikoisuuksia ilmenikin. Työtä voidaan pitää ennen varsinaista tietovarastoprojektia tehtävänä esitutkimuksena. Jatkotoimenpiteinä ehdotetaan testauksen jatkamista nykyisillä työkaluilla kohdistaen tavoitteet konkreettisiin tuloksiin. Tiedon laadun tärkeyttä tulee korostaa koko organisaatiossa ja olemassa olevan tiedon laatua pitää parantaa tulevaisuudessa.

Tietotekniikkapalveluiden tuotteistaminen metsäteollisuus-yrityksessä

Tietotekniikkapalvelut on palveluorganisaatio, jonka tavoitteena on tarjota asiakkaalleen toimivat tietoliikenneyhteydet ja toimivat tietojärjestelmät metsäteollisuuden vaatimiin tarpeisiin vastaten. Häiriöttömän ja jatkuvatoimisen tuotannon takaamiseksi tukiprosesseja kehitetään jatkuvasti. Suuren konsernin ongelmana ovat toisistaan poikkeavat käytännöt ja tästä aiheutuvat tehokkuuserot. Tutkimuksessa selvitetään, mitä IT-palveluiden tuotteistaminen merkitsee ja kuvataan tietotekniikkasektorin palvelutuotteiden rakentuminen, hallinta ja käyttömahdollisuus metsäteollisuusyrityksessä. IT-palveluiden tuotteistamisella haetaan sisäistä tehokkuutta sekä laadukkaampaa tulosta. Tuotteistamalla palvelut saadaan tietopääoma paremmin hallintaan ja jakeluun. Suorituskyvyn hallinnan avulla saadaan palveluihin läpinäkyvyyttä ja kehitystoiminta tehostuu. Tuotteistusprojektin tavoitteena on rakentaa globaalit tuotekuvaukset metsäteollisuusyrityksen tietotekniikkapalveluista, joita yksiköt voivat tarkentaa ja syventää haluamalleen tasolle. Tuotekuvausten rakentaminen edellyttää toimintamallien perusteellista läpikäyntiä ja tarvittavien osaamisten selvittämistä sekä palveluiden suorituskykyodotusten määrittämistä. Tietotekniikkasektorin tuotteistusprojektin tuloksena palvelut jaetaan kolmeen palveluryhmään: tietojärjestelmäpalvelut, tietoliikennepalvelut sekä tietoturvapalvelut. Tietojärjestelmäpalvelut kuvataan vielä tarkemmin perustietotekniikka- ja järjestelmäpalvelutuotteiksi. Samoin tietoliikennepalvelut jaetaan datansiirto- ja puheensiirtopalvelutuotteiksi. Palvelutuotteita, siis tuotetietoa, hallitaan ja ylläpidetään tietojärjestelmällä, mistä on liityntä operatiiviseen järjestelmään.

Sähköverkkoyhtiön dokumenttien hallinta

Työssä on tutkittu sähköverkkoyhtiön dokumenttien hallintaa, pääosin keskittymällä käytännön dokumentoinnin tilaan ja sen kehittämiseen. Tutkimus perustuu kirjallisuuteen ja haastatteluihin. Kirjallisuuden avulla on selvitetty työn aihepiirin teoriaa. Haastattelujen avulla on kartoitettu dokumentoinnin nykytilaa ja siihen liittyviä ongelmia sekä alalla yleisesti käytössä olevia toimintatapoja. Työssä on käyty läpi dokumenttien hallinnan perusperiaatteet, menetelmät ja dokumentoinnin rooli sähköverkkoyhtiössä. Erityisesti huomiota on kiinnitetty Helsingin Energian HelenVerkko liiketoiminnon dokumentointiin selvittämällä nykytilaa sekä eri yksiköiden vastuualueita ja toimintatapoja. Myös sähköverkkoyhtiön palveluntuottajien roolia on pohdittu dokumentoinnin kannalta. Nykytilanselvityksen perusteella on koottu dokumenttiluettelo, josta ilmenee mitä dokumentteja HelenVerkossa on käytössä. Työssä on esitelty yleisellä tasolla dokumenttienhallintajärjestelmiin liittyviä toiminnallisuuksia sekä kuvattu muutamia referenssiympäristöjä järjestelmien käytöstä. Työn tuloksena on kuvattu sähköverkkoyhtiölle suositeltava dokumenttien hallinnan toimintatapa sekä kuvattu projektisuunnitelman muodossa, miten kyseisessä esimerkkitapauksessa nykytilasta päästään tavoitetilaan. Dokumenttienhallintaprojektin tavoitteena on kehittää HelenVerkon dokumenttien hallintaa toimivammaksi ja käyttöönottaa dokumenttienhallintajärjestelmä.

Segmentation model for small and medium size business sector: Case Oy Compaq Computer Ab

Markkinasegmentointi nousi esiin ensi kerran jo 50-luvulla ja se on ollut siitä lähtien yksi markkinoinnin peruskäsitteistä. Suuri osa segmentointia käsittelevästä tutkimuksesta on kuitenkin keskittynyt kuluttajamarkkinoiden segmentointiin yritys- ja teollisuusmarkkinoiden segmentoinnin jäädessä vähemmälle huomiolle. Tämän tutkimuksen tavoitteena on luoda segmentointimalli teollismarkkinoille tietotekniikan tuotteiden ja palveluiden tarjoajan näkökulmasta. Tarkoituksena on selvittää mahdollistavatko case-yrityksen nykyiset asiakastietokannat tehokkaan segmentoinnin, selvittää sopivat segmentointikriteerit sekä arvioida tulisiko tietokantoja kehittää ja kuinka niitä tulisi kehittää tehokkaamman segmentoinnin mahdollistamiseksi. Tarkoitus on luoda yksi malli eri liiketoimintayksiköille yhteisesti. Näin ollen eri yksiköiden tavoitteet tulee ottaa huomioon eturistiriitojen välttämiseksi. Tutkimusmetodologia on tapaustutkimus. Lähteinä tutkimuksessa käytettiin sekundäärisiä lähteitä sekä primäärejä lähteitä kuten case-yrityksen omia tietokantoja sekä haastatteluita. Tutkimuksen lähtökohtana oli tutkimusongelma: Voiko tietokantoihin perustuvaa segmentointia käyttää kannattavaan asiakassuhdejohtamiseen PK-yritys sektorilla? Tavoitteena on luoda segmentointimalli, joka hyödyntää tietokannoissa olevia tietoja tinkimättä kuitenkaan tehokkaan ja kannattavan segmentoinnin ehdoista. Teoriaosa tutkii segmentointia yleensä painottuen kuitenkin teolliseen markkinasegmentointiin. Tarkoituksena on luoda selkeä kuva erilaisista lähestymistavoista aiheeseen ja syventää näkemystä tärkeimpien teorioiden osalta. Tietokantojen analysointi osoitti selviä puutteita asiakastiedoissa. Peruskontaktitiedot löytyvät mutta segmentointia varten tietoa on erittäin rajoitetusti. Tietojen saantia jälleenmyyjiltä ja tukkureilta tulisi parantaa loppuasiakastietojen saannin takia. Segmentointi nykyisten tietojen varassa perustuu lähinnä sekundäärisiin tietoihin kuten toimialaan ja yrityskokoon. Näitäkään tietoja ei ole saatavilla kaikkien tietokannassa olevien yritysten kohdalta.

Improved predictive mapping of indoor radon concentrations using ensemble regression trees based on automatic clustering of geological units.

PURPOSE: According to estimations around 230 people die as a result of radon exposure in Switzerland. This public health concern makes reliable indoor radon prediction and mapping methods necessary in order to improve risk communication to the public. The aim of this study was to develop an automated method to classify lithological units according to their radon characteristics and to develop mapping and predictive tools in order to improve local radon prediction. METHOD: About 240 000 indoor radon concentration (IRC) measurements in about 150 000 buildings were available for our analysis. The automated classification of lithological units was based on k-medoids clustering via pair-wise Kolmogorov distances between IRC distributions of lithological units. For IRC mapping and prediction we used random forests and Bayesian additive regression trees (BART). RESULTS: The automated classification groups lithological units well in terms of their IRC characteristics. Especially the IRC differences in metamorphic rocks like gneiss are well revealed by this method. The maps produced by random forests soundly represent the regional difference of IRCs in Switzerland and improve the spatial detail compared to existing approaches. We could explain 33% of the variations in IRC data with random forests. Additionally, the influence of a variable evaluated by random forests shows that building characteristics are less important predictors for IRCs than spatial/geological influences. BART could explain 29% of IRC variability and produced maps that indicate the prediction uncertainty. CONCLUSION: Ensemble regression trees are a powerful tool to model and understand the multidimensional influences on IRCs. Automatic clustering of lithological units complements this method by facilitating the interpretation of radon properties of rock types. This study provides an important element for radon risk communication. Future approaches should consider taking into account further variables like soil gas radon measurements as well as more detailed geological information.

Dépistage du risque d'allergie et prévention en maternité : enquête des pratiques AllerNaiss [Screening for the risk of allergy and prevention in French maternity units: A survey].

Allergy has been on the rise for half a century and concerns nearly 30% of children; it has now become a real public health problem. The guidelines on prevention of allergy set up by the French Society of Paediatrics (SFP) and the European Society of Paediatric Allergology and Clinical Immunology (ESPACI) are based on screening children at risk through a systematic search of the family history and recommend, for children at risk, exclusive breastfeeding whenever possible or otherwise utilization of hypoallergenic infant formula, which has demonstrated efficacy. The AllerNaiss practice survey assessed the modes of screening and prevention of allergy in French maternity units in 2012. The SFP guidelines are known by 82% of the maternity units that took part in the survey, and the ESPACI guidelines by 55% of them. A screening strategy is in place in 59% of the participating maternity wards, based on local consensus for 36% of them, 13% of the units having a written screening procedure. Screening is based on the search for a history of allergy in first-degree relatives (99%) during pregnancy (51%), in the delivery room (50%), and after delivery (89%). A mode of prevention of the risk of allergy exists in 62% of the maternity units, most often in writing (49%). A hypoallergenic infant formula is prescribed for non-breastfed children in 90% of the units. The survey shows that there is a real need for formalization of allergy risk screening and prevention of allergy in newborns in French maternity units.