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.

Connexin 43 expression in human hypertrophied heart due to pressure and volume overload.

Left ventricular hypertrophy (LVH) is due to pressure overload or mechanical stretch and is thought to be associated with remodeling of gap-junctions. We investigated whether the expression of connexin 43 (Cx43) is altered in humans in response to different degrees of LVH. The expression of Cx43 was analyzed by quantitative polymerase chain reaction, Western blot analysis and immunohistochemistry on left ventricular biopsies from patients undergoing aortic or mitral valve replacement. Three groups were analyzed: patients with aortic stenosis with severe LVH (n=9) versus only mild LVH (n=7), and patients with LVH caused by mitral regurgitation (n=5). Cx43 mRNA expression and protein expression were similar in the three groups studied. Furthermore, immunohistochemistry revealed no change in Cx43 distribution. We can conclude that when compared with mild LVH or with LVH due to volume overload, severe LVH due to chronic pressure overload is not accompanied by detectable changes of Cx43 expression or spatial distribution.

Variation in performance in low-volume mammography screening programmes: experience from Switzerland.

BACKGROUND: Reading volume and mammography screening performance appear positively correlated. Quality and effectiveness were compared across low-volume screening programmes targeting relatively small populations and operating under the same decentralised healthcare system. Except for accreditation of 2nd readers (restrictive vs non-restrictive strategy), these organised programmes had similar screening regimen/procedures and duration, which maximises comparability. Variation in performance and its determinants were explored in order to improve mammography practice and optimise screening performance. METHODS: Circa 200,000 screens performed between 1999 and 2006 (4 rounds) in 3 longest standing Swiss cantonal programmes (of Vaud, Geneva and Valais) were assessed. Indicators of quality and effectiveness were assessed according to European standards. Interval cancers were identified through linkage with cancer registries records. RESULTS: Swiss programmes met most European standards of performance with a substantial, favourable cancer stage shift. Up to a two-fold variation occurred for several performance indicators. In subsequent rounds, compared with programmes (Vaud and Geneva) that applied a restrictive selection strategy for 2nd readers, proportions of in situ lesions and of small cancers (≤1cm) were one third lower and halved, respectively, and the proportion of advanced lesions (stage II+) nearly 50% higher in the programme without a restrictive selection strategy. Discrepancy in second-year proportional incidence of interval cancers appears to be multicausal. CONCLUSION: Differences in performance could partly be explained by a selective strategy for second readers and a prior experience in service screening, but not by the levels of opportunistic screening and programme attendance. This study provides clues for enhancing mammography screening performance in low-volume programmes.

Chirurgie de réduction de volume pulmonaire: Suivi des 26 premiers patients à Lausanne

Ce travail concerne les 26 premiers patients opérés à Lausanne de juillet 1995 à avril 1998 d?une gie de réduction de volume pulmonaire pour un emphysème sévère. Il présente leurs actéristiques préopératoires générales, leur évaluation radiologique et cardiologique, ainsi que mesures fonctionnelles pulmonaires. Il examine ensuite la technique opératoire, la période ériopératoire, ainsi que les résultats fonctionnels postopératoires des patients. De plus il présente les entretiens ayant eu lieu avec chaque patient pour connaître son évaluation de l?opération et de ges résultats. Ces informations sont ensuite comparées avec les résultats présents dans la littérature. Le profil préopératoire, la technique opératoire, la période péripopératoire, et les résultats fonctionnels postopératoires sont comparés. Un groupe de patients qui n?a pas répondu au point de vue fonctionnel A la chirurgie est ensuite examiné afin de tenter de définir des critères préopératoires de bonne ou mauvaise réponse, et ceux-ci sont mis en relation avec les données de la littérature. On compare ensuite le groupe de mauvais répondeurs fonctionnels avec le groupe des patients ne s?estimant pas améliorés par l?opération. En faisant une étude statistiques des valeurs fonctionnelles pré et postopératoire, on observe une amélioration significative du VEMS, du volume résiduel, de la PaC02, de la distance parcounie au test de marche de six minutes et de la dyspnée engendrée par le test sur une échelle de Borg. L?amélioration de la Pa02 postopératoire et de la saturation en oxygène pendant le test de marche n?était pas significative statistiquement. On peut voir que ce collectif de patients lausannois est comparable aux autres séries au niveau du profil préopératoire et de la gravité de l?atteinte fonctionnelle, au niveau de la technique opératoire, de la mortalité et morbidité, et des résultats fonctionnels postopératoires. On observe comme différence un volume résiduel moyen préopératoire plus élevé et davantage amélioré en postopératoire que dans la littérature. Cette étude ne met pas en évidence - et c?est également le cas dans la littérature - de critères clairs préopératoires prédictifs d?une bonne réponse à la chirurgie. De même elle n?a pas mis en évidence de concordance entre l?amélioration de la symptomatologie des patients et les résultats fonctionnels postopératoires. 11 serait donc intéressant de poursuivre ce travail par une évaluation prospective plus systématique des patients opérés et de pouvoir la comparer avec les résultats des patients récusés ou refusant la chirurgie de réduction de volume pulmonaire, afin de pouvoir mieux en évaluer les bénéfices à long terme.

Catalogue des manuscrits chinois de Touen-Houang. Volume IV, Nos 3501-4000 : fonds Pelliot chinois de la Bibliothèque nationale / [réd. sous la dir. de Michel Soymié ; publ. de l'Équipe de recherche sur les manuscrits de Dunhouang, École pratique des hautes études]

Collection : Publications hors série de l'École française d'Extrême-Orient

Risk factors for head and neck cancer in young adults: a pooled analysis in the INHANCE consortium.

BACKGROUND: Increasing incidence of head and neck cancer (HNC) in young adults has been reported. We aimed to compare the role of major risk factors and family history of cancer in HNC in young adults and older patients. METHODS: We pooled data from 25 case-control studies and conducted separate analyses for adults ≤45 years old ('young adults', 2010 cases and 4042 controls) and >45 years old ('older adults', 17 700 cases and 22 704 controls). Using logistic regression with studies treated as random effects, we estimated adjusted odds ratios (ORs) and 95% confidence intervals (CIs). RESULTS: The young group of cases had a higher proportion of oral tongue cancer (16.0% in women; 11.0% in men) and unspecified oral cavity / oropharynx cancer (16.2%; 11.1%) and a lower proportion of larynx cancer (12.1%; 16.6%) than older adult cases. The proportions of never smokers or never drinkers among female cases were higher than among male cases in both age groups. Positive associations with HNC and duration or pack-years of smoking and drinking were similar across age groups. However, the attributable fractions (AFs) for smoking and drinking were lower in young when compared with older adults (AFs for smoking in young women, older women, young men and older men, respectively, = 19.9% (95% CI = 9.8%, 27.9%), 48.9% (46.6%, 50.8%), 46.2% (38.5%, 52.5%), 64.3% (62.2%, 66.4%); AFs for drinking = 5.3% (-11.2%, 18.0%), 20.0% (14.5%, 25.0%), 21.5% (5.0%, 34.9%) and 50.4% (46.1%, 54.3%). A family history of early-onset cancer was associated with HNC risk in the young [OR = 2.27 (95% CI = 1.26, 4.10)], but not in the older adults [OR = 1.10 (0.91, 1.31)]. The attributable fraction for family history of early-onset cancer was 23.2% (8.60% to 31.4%) in young compared with 2.20% (-2.41%, 5.80%) in older adults. CONCLUSIONS: Differences in HNC aetiology according to age group may exist. The lower AF of cigarette smoking and alcohol drinking in young adults may be due to the reduced length of exposure due to the lower age. Other characteristics, such as those that are inherited, may play a more important role in HNC in young adults compared with older adults.

Using the optical flow to implement a relative virtual mouse controlled by head movements

The following paper introduces the work conducted to create a relative virtual mouse based on the interpretation of head movements and face gesture through a low cost camera and the optical flow of the images. This virtual device is designed specifically as an alternative non-contact pointer for people with mobility impairments in the upper extremities and reduced head control. The proposed virtual device was compared with a conventional mouse, a touchpad and a digital joystick. Validation results show performances close to a digital joystick but far away from a conventional mouse.

Catalogue des manuscrits chinois de Touen-Houang. Volume V, N° 4001-6040 : fonds Pelliot chinois de la Bibliothèque nationale / [réd. sous la dir. de Michel Soymié ; publ. de l'Équipe de recherche sur les manuscrits de Dunhuang, École pratique des hautes études, IVe Section, URA 1063 du CNRS]

Collection : Publications hors série de l'École française d'Extrême-Orient

A Potential Contributory Role for Ciliary Dysfunction in the 16p11.2 600 kb BP4-BP5 Pathology.

The 16p11.2 600 kb copy-number variants (CNVs) are associated with mirror phenotypes on BMI, head circumference, and brain volume and represent frequent genetic lesions in autism spectrum disorders (ASDs) and schizophrenia. Here we interrogated the transcriptome of individuals carrying reciprocal 16p11.2 CNVs. Transcript perturbations correlated with clinical endophenotypes and were enriched for genes associated with ASDs, abnormalities of head size, and ciliopathies. Ciliary gene expression was also perturbed in orthologous mouse models, raising the possibility that ciliary dysfunction contributes to 16p11.2 pathologies. In support of this hypothesis, we found structural ciliary defects in the CA1 hippocampal region of 16p11.2 duplication mice. Moreover, by using an established zebrafish model, we show genetic interaction between KCTD13, a key driver of the mirrored neuroanatomical phenotypes of the 16p11.2 CNV, and ciliopathy-associated genes. Overexpression of BBS7 rescues head size and neuroanatomical defects of kctd13 morphants, whereas suppression or overexpression of CEP290 rescues phenotypes induced by KCTD13 under- or overexpression, respectively. Our data suggest that dysregulation of ciliopathy genes contributes to the clinical phenotypes of these CNVs.