Doses aux organes à risque en radiothérapie conformationnelle et en radiothérapie en conditions stéréotaxiques : le cœur

doi:10.1016/j.canrad.2017.07.044

Cancer/Radiothérapie

Volume 21, Issues 6–7, October 2017, Pages 626-635

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Résumé

La radiothérapie des cancers mammaires, des lymphomes de Hodgkin, des cancers bronchopulmonaires, ainsi que l’ensemble des irradiations thoraciques, entraînent une dose de rayonnement ionisant dans le cœur. Cette irradiation cardiaque, associée aux facteurs de risque cardiovasculaires propres aux patients et à la cardiotoxicité induite par le reste de leur prise en charge, entraîne une augmentation de la mortalité d’origine cardiovasculaire. La longue survie après irradiation d’un cancer mammaire ou d’une maladie de Hodgkin nous impose de prêter une attention particulière à la toxicité tardive de nos traitements. Le risque accru d’événements cardiaques étant lié à la dose reçue par le cœur et au volume cardiaque irradié, la limitation de l’irradiation cardiaque doit être une priorité dans la planification des irradiations thoraciques. Ainsi, nous sommes amenés à modifier nos pratiques, en utilisant les techniques modernes à notre disposition pour nous approcher au plus de l’objectif premier de la radiothérapie, c’est à dire optimiser la dose dans le volume cible, en épargnant au mieux les tissus sains, ici le cœur. Nous avons donc mené une revue de la littérature afin de rapporter la toxicité cardiaque induite par la radiothérapie, qu’elle soit conformationnelle tridimensionnelle, avec modulation d’intensité ou en conditions stéréotaxiques, et d’évaluer les moyens à notre disposition pour limiter la cardiotoxicité. Enfin, nous avons fait la synthèse des recommandations sur les contraintes de dose dans le cœur et les artères coronaires.

Abstract

Radiation therapy of breast cancer, Hodgkin lymphoma, lung cancer and others thoracic irradiations induce an ionizing radiation dose to the heart. Irradiation of the heart, associated with patient cardiovascular risk and cancer treatment-induced cardiotoxicity, increase cardiovascular mortality. The long survival after breast or Hodgkin lymphoma irradiation requires watching carefully late treatment toxicity. The over-risk of cardiac events is related to the dose received by the heart and the irradiated cardiac volume. The limitation of cardiac irradiation should be a priority in the planning of thoracic irradiations. Practices have to be modified, using modern techniques to approach of the primary objective of radiotherapy which is to optimize the dose to the target volume, sparing healthy tissues, in this case the heart. We have reviewed the literature on cardiac toxicity induced by conformational tridimensional radiation therapy, intensity-modulated radiation therapy or stereotactic body radiation therapy, in order to evaluate the possibilities to limit cardiotoxicity. Finally, we summarise the recommendations on dose constraints to the heart and coronary arteries.

Introduction

La radiothérapie mammaire, avec ou sans irradiation des aires ganglionnaires, est indiquée dans la prise en charge adjuvante des cancers du sein après chirurgie conservatrice et, en cas de facteurs de pronostic défavorable, après chirurgie non conservatrice.

La radiothérapie médiastinale, associée à une chimiothérapie combinant la doxorubicine, la bléomycine, la vinblastine et la dacarbazine (ABVD) ou la bléomycine l’étoposide, l’adriamycine, le cyclophosphamide, l’oncovin, la prednisone et la procarbazine (beacopp) est la prise en charge de référence de la maladie de Hodgkin.

Une irradiation en conditions stéréotaxiques pour une lésion pulmonaire, médiastinale ou vertébrale dans le cadre du traitement d’une pathologie primaire ou secondaire thoracique est devenue un traitement fréquent.

La réalisation d’une irradiation de ces localisations délivre nécessairement une dose dans le cœur, qui, associée aux facteurs de risque cardiovasculaire propres au patient et au reste de son traitement potentiellement cardiotoxique, va potentiellement générer une toxicité cardiaque.

L’objectif de cette revue de la littérature est de rapporter la toxicité cardiaque induite par la radiothérapie conformationnelle tridimensionnelle, normofractionnée avec modulation d’intensité (RCMI) ainsi qu’en conditions stéréotaxiques et d’évaluer les moyens à notre disposition pour limiter la cardiotoxicité, et enfin de faire la synthèse des recommandations sur les contraintes de doses dans le cœur et les artères coronaires.

Section snippets

Toxicité cardiaque et radiothérapie

L’ensemble des facteurs potentiels de cardiotoxicité au cours de la prise en charge du cancer du sein sont repris dans l’étude de Chargari et al. [1]. Les facteurs potentiels de cardiotoxicité de la maladie de Hodgkin et du cancer bronchopulmonaire sont résumés dans les Fig. 1, Fig. 2.

La toxicité cardiaque a été largement étudiée dans les cancers du sein, ainsi que dans les lymphomes de présentation médiastinale.

La toxicité radio-induite est un élément important à prendre en considération dès

Moyens à notre disposition pour limiter la dose reçue par le cœur et les artères coronaires

Nous avons la possibilité de définir différentes populations à risque cardiovasculaire après radiothérapie à l’aide de scores comme le Reynolds Risk Score [18].

Toxicité cardiaque et radiothérapie en conditions stéréotaxiques

La radiothérapie en conditions stéréotaxiques implique par définition l’administration de hautes doses par fraction avec une grande précision. La question se pose alors des effets tardifs potentiels liés à cet hypofractionnement. Les fortes doses par fraction entraînent une dévascularisation, une dénervation, et une dévitalisation des tissus menant à la fibrose, la sténose ou l’ulcération. Ces généralités sur la toxicité liée à la stéréotaxie peuvent être appliquées au risque de toxicité

Recommandation en radiothérapie conformationnelle tridimensionnelle

Les contraintes de doses issues de la littérature sont retranscrites dans le Tableau 2. Un volume recevant 25 Gy de moins de 10 % est insuffisant pour assurer un risque de mortalité cardiovasculaire de moins de 1 %, la limite de cette contrainte est la possibilité de laisser 9,9 % du cœur recevoir 50 Gy. Nous avons vu que le risque cardiaque est aussi lié aux doses reçues par les différentes sous-structures, non prises en compte par ces contraintes. En l’absence de recommandation chiffrée par

Prise en compte en priorité de la dose reçue par le muscle cardiaque ou par les artères coronaires ?

La dose dans les artères coronaires semble avoir un impact à part entière pour la toxicité cardiaque, particulièrement pour le risque d’infarctus du myocarde. Cependant, la difficulté de délinéation précise et reproductible des artères coronaires en pratique courante et la grande variabilité interindividuelle, même avec l’aide de recommandations internationales rend impossible à l’heure actuelle d’établir des contraintes de doses aux artères coronaires à utiliser en pratique courante.

Modification de la dose cardiaque selon de la technique d’irradiation

Nous avons

Déclaration de liens d’intérêts

Les auteurs déclarent ne pas avoir de liens d’intérêts.

Références (48)

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Organs at risk radiation dose constraints
2022, Cancer/Radiotherapie
Citation Excerpt :
In spite of the utility, the relevance and the mathematical accuracy of these studies, currently, it is essential to have a threshold value for evaluation of dose–volume histogrammes generated based on proposals for dosimetry made in routine practice [14]. It is possible to find a group of articles that report on different dose constraints and limits that it is also possible to discuss for each of them; in fact, this involves a characteristic of the specialty of being especially attentive to this culture of risk [15–24]. The reader should consider the fact that these studies, even with a threshold dose, suffer from two possible major biases, delineation of the target volume can be discussed and primarily in a retrospective study.
Dose constraints are essential for performing dosimetry, especially for intensity modulation and for radiotherapy under stereotaxic conditions. We present the update of the recommendations of the French society of oncological radiotherapy for the use of these doses in classical current practice but also for reirradiation.
Les contraintes de dose sont primordiales pour effectuer les planimétries, tout particulièrement pour la radiothérapie avec modulation d’intensité et pour la radiothérapie en conditions stéréotaxiques. Nous présentons la mise à jour des recommandations de la Société française de radiothérapie oncologique pour l’utilisation de ces doses dans la pratique courante, mais aussi pour la réirradiation.
Concomitant radiotherapy and trastuzumab: Rational and clinical implications
2021, Bulletin du Cancer
Le récepteur HER2 (Human Epidermal Growth Receptor 2) est un récepteur transmembranaire à activité tyrosine kinase qui est surexprimé dans 25 à 30 % des carcinomes mammaires. Son activation est associée à une exagération de la prolifération cellulaire avec une augmentation de la capacité de réparation entraînant une radiorésistance accrue. Sur les tissus sains, essentiellement cardiaques, l’activation des récepteurs joue un rôle cardioprotecteur. Le Trastuzumab, premier anti-HER2 utilisé pour traiter les patientes atteintes de cancers du sein avec surexpression des récepteurs HER2, inhibe la cascade de réaction aboutissant à la prolifération des cellules tumorales permettant ainsi de restaurer la radiosensibilité cellulaire. Cependant, l’association du Trastuzumab à la radiothérapie supprime l’effet cardioprotecteur des récepteurs HER2 sur les cellules myocardiques ce qui majore le risque de cardiotoxicité. C’est ainsi que l’association concomitante de ces deux modalités thérapeutiques a longtemps été un sujet de controverse. Les progrès réalisés aussi bien sur le plan technique de radiothérapie que pour les moyens de détection précoce des lésions cardiaques, pourraient limiter la cardiotoxicité de cette association. Nous proposons à travers cette mise au point, une revue de la littérature sur les bases biologiques et le bénéfice-risque de l’association concomitante de radiothérapie et Trastuzumab dans le traitement adjuvant des cancers du sein non métastatique HER2 surexprimé et nous discutons les modalités de son optimisation.
The HER2 receptor (Human Epidermal Growth Receptor 2) is a transmembrane receptor with tyrosine kinase activity that is over-expressed in 25-30 % of breast carcinomas. Its activation is associated with an exaggeration of cell proliferation with an increase in repair capacity resulting in increased radioresistance. On cardiac tissues, HER2 receptor activation plays a cardio-protective role. Trastuzumab, the first anti-HER2 drug used to treat patients with breast cancer overexpressing HER2 receptor , inhibits the cascade of reactions resulting in the proliferation of tumor cells, thus restoring cellular radiosensitivity. However, the combination of Trastuzumab with radiation therapy also removes HER2 receptor cardio-protective role on myocardial cells which increases the risk of cardiotoxicity. Thus, the concomitant association of these two modalities has long been a subject of controversy. Recent advances in radiation therapy technology and early detection of cardiac injury may limit the cardiotoxicity of this combination. Through this review, we developed the biological basis and the benefit-risk of concomitant combination of radiotherapy and Trastuzumab in adjuvant treatment of breast cancers overexpressing HER2 and we discuss the modalities of its optimization.
Cardiac substructures exposure in left-sided breast cancer radiotherapy: Is the mean heart dose a reliable predictor of cardiac toxicity?
2021, Cancer/Radiotherapie
Citation Excerpt :
A constructive criticism of the linear quadratic model has been recently published by Loap et al. [46], underscoring its limits in predicting late cardiac injuries as it does not take into account the multiplicity of cardiac tissues and complexity of its structure. With the increasing academic emphasis on post-cancer treatment cardiac morbidity, considerable efforts have been made to better understand cardiotoxicity pathogenesis and minimise cardiac risk in breast cancer patients [47]. However, most of the published studies only focused on one single part of the adjuvant treatment, either radiotherapy, chemotherapy or targeted therapy.
This study aimed to assess radiation dose distribution to cardiac subvolumes in left-sided breast cancer radiotherapy (LBCRT) and to clarify whether the mean heart dose (MHD) reliably reflects cardiac substructures exposure.
Fifty women referred for adjuvant LBCRT were prospectively evaluated. All patients received 3D-conformal hypofractionated radiotherapy (40 Gy delivered in 15 fractions of 2.67 Gy ± boost of 13.35 Gy). Cardiac substructures were contoured using the F. Duane's cardiac atlas. Dose distribution to cardiac chambers, left main (LM), left anterior descending (LAD), left circumflex (LCx) and right coronary artery (RCA)) was assessed. Dosimetric associations were analysed.
The mean MHD was 3.08 Gy (EQD2 = 3.67 Gy). The mean Dmean/Dmax LAD was 11.45 Gy (EQD2 = 13.64 Gy)/29.5 Gy (EQD2 = 35.15 Gy). Low doses were delivered to LM, LCx, and RCA (Dmean ≤ 1.3 Gy). The left ventricle (LV) was the most exposed cardiac chamber with Dmean/Dmax of 4.78 Gy/37 Gy. The strongest correlation with MHD was found for Dmean LAD (r = 0.81). For every 1 Gy increase in MHD, Dmean LAD rose by 3.4 Gy. However, the proportion of variance in Dmean LAD predictable from MHD was moderate (R² = 0.65). For all other cardiac substructures, R² values were < 0.7.
Our study showed high exposure of LAD and LV in LBCRT. With poor predictive value, MHD may underestimate doses to cardiac substructures. For optimal heart sparing radiotherapy, we recommend to consider LV and LAD as separate organ at risk.
Évaluer les doses délivrées aux sous structures cardiaques dans la radiothérapie mammaire gauche et clarifier si elles peuvent être déduites de manière fiable à partir de la dose moyenne cardiaque.
Il s’agit d’une étude prospective incluant 50 patientes traitées pour cancer du sein gauche par irradiation conformationnelle tridimensionnelle hypofractionnée de 40 Gy en 15 fractions avec ou sans boost de 13,35 Gy. Les doses moyennes (Dmoy) et maximales (Dmax) reçues par les cavités cardiaques, les artères coronaires gauche (ACG), droite (ACD), interventriculaire antérieure (IVA) et circonflexe (ACx), ont été relevées. Les associations statistiques entre les différents paramètres dosimétriques étaient calculées.
La dose moyenne cardiaque était de 3,08 Gy (EQD2 [dose équivalente délivrée par fractions de 2 Gy] = 3,67 Gy). Les Dmoy/Dmax dans l’IVA étaient de 11,45 Gy (EQD2 = 13,64 Gy)/29,5 Gy (EQD2 = 35,15 Gy). Les doses dans les ACG, ACx et ACD étaient faibles (Dmoy ≤ 1,3 Gy). Le ventricule gauche était la cavité la plus irradiée (Dmoy/Dmax: 4,78 Gy/37 Gy). La Dmoy dans l’IVA était fortement corrélée à la dose moyenne cardiaque (r = 0,81), avec une majoration moyenne de 3,4 Gy en Dmoy dans l’IVA par Gy de dose moyenne cardique. Cependant, la proportion de variance de la Dmoy dans l’IVA prédictible à partir de la dose moyenne cardiaque était modérée (R² = 0,65). Pour toutes les autres structures cardiaques, le coefficient R² était < 0,7.
Notre étude a montré une importante irradiation du ventricule gauche et de l’IVA dans la radiothérapie mammaire gauche. Avec une faible valeur prédictive, la dose moyenne cardiaque pourrait sous-estimer l’irradiation des structures cardiaques. Pour une meilleure épargne cardiaque, nous recommandons de considérer le ventricule gauche et l’IVA comme des organes à risque distincts.
Evaluation of a delineation software for cardiac atlas-based autosegmentation: An example of the use of artificial intelligence in modern radiotherapy
2020, Cancer/Radiotherapie
Citation Excerpt :
Breast and thoracic cancer radiation therapy is associated with an increased cardiotoxicity risk [1–6].
The primary objective of this work was to implement and evaluate a cardiac atlas-based autosegmentation technique based on the “Workflow Box” software (Mirada Medical, Oxford UK), in order to delineate cardiac substructures according to European Society of Therapeutic Radiation Oncology (ESTRO) guidelines; review and comparison with other cardiac atlas-based autosegmentation algorithms published to date.
Of an atlas of data set from 20 breast cancer patients’ CT scans with recontoured cardiac substructures creation according to the ESTRO guidelines. Performance evaluation on a validation data set consisting of 20 others CT scans acquired in the same treatment position: cardiac substructure were automatically contoured by the Mirada system, using the implemented cardiac atlas, and simultaneously manually contoured by a radiation oncologist. The Dice similarity coefficient was used to evaluate the concordance level between the manual and the automatic segmentations.
Dice similarity coefficient value was 0.95 for the whole heart and 0.80 for the four cardiac chambers. Average Dice similarity coefficient value for the left ventricle walls was 0.50, ranging between 0.34 for the apical wall and 0.70 for the lateral wall. Compared to manual contours, autosegmented substructure volumes were significantly smaller, with the exception of the left ventricle. Coronary artery segmentation was unsuccessful. Performances were overall similar to other published cardiac atlas-based autosegmentation algorithms.
The evaluated cardiac atlas-based autosegmentation technique, using the Mirada software, demonstrated acceptable performance for cardiac cavities delineation. However, algorithm improvement is still needed in order to develop efficient and trusted cardiac autosegmentation working tools for daily practice.
Il s’agissait d’évaluer une technique d’autosegmentation cardiaque basée sur l’utilisation d’un atlas de délinéation, implémentée grâce au logiciel « Workflow Box » (Mirada Medical, Oxford, Royaume-Uni), afin de délinéer automatiquement l’ensemble des sous-structures cardiaques selon les recommandations récentes de l’European Society for Radiotherapy and Oncology (ESTRO). En outre, il s’agissait ensuite de comparer les performances de la technique développée avec l’ensemble des autres algorithmes publiés d’autosegmentation cardiaque basée sur des atlas de délinéation.
Un atlas de délinéation a été constitué à partir de 20 scanographies thoraciques sans injection de patientes traitées pour un cancer du sein, sur lesquelles les sous-structures cardiaques ont été rétrospectivement délinées selon les recommandations de l’ESTRO ; cet atlas a été ensuite implémenté dans le logiciel de délinéation automatique Workflow Box. L’évaluation des performances de l’algorithme d’autosegmentation a reposé sur la comparaison des contours entre les sous-structures cardiaques délinéées automatiquement et manuellement. Le niveau de concordance entre les segmentations automatique et manuelle a été évalué par l’indice de Dice.
La valeur de l’indice de Dice pour le cœur, considéré dans son ensemble, était de 0,95 ; celles pour les quatre cavités cardiaques se situaient autour de 0,80. Les valeurs des indices de Dice pour les parois ventriculaires étaient d’environ 0,50, variant entre 0,34 pour la paroi ventriculaire apicale et 0,70 pour la paroi ventriculaire latérale. Les tailles des sous-structures cardiaques délinéées automatiquement étaient statistiquement inférieures à celles des sous-structures délinéées manuellement, à l’exception du ventricule gauche. La délinéation automatique des coronaires n’a pas été faisable techniquement. Les performances de ce logiciel étaient globalement comparables à celles des autres algorithmes publiés d’autosegmentation cardiaque basées sur des atlas de délinéation.
Dans cette étude, une technique d’autosegmentation cardiaque basée sur un atlas de délinéation a été développée et évaluée, basée sur le logiciel de délinéation automatique « Workflow Box ». Bien que les cavités cardiaques aient été délinéées de manière globalement acceptable, l’amélioration de ces algorithmes dédiés à la délinéation automatique reste néanmoins nécessaire afin d’aboutir à des outils fiables et utilisables en pratique clinique.
AIRO Breast Cancer Group Best Clinical Practice 2022 Update
2022, Tumori
Effects of modulation factors in breast cancer treatment with helical tomotherapy
2021, International Journal of Radiation Research

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Mise au pointDoses aux organes à risque en radiothérapie conformationnelle et en radiothérapie en conditions stéréotaxiques : le cœurDoses to organs at risk in conformational radiotherapy and stereotaxic irradiation: The heart

Résumé

Abstract

Introduction

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Toxicité cardiaque et radiothérapie

Moyens à notre disposition pour limiter la dose reçue par le cœur et les artères coronaires

Toxicité cardiaque et radiothérapie en conditions stéréotaxiques

Recommandation en radiothérapie conformationnelle tridimensionnelle

Prise en compte en priorité de la dose reçue par le muscle cardiaque ou par les artères coronaires ?

Modification de la dose cardiaque selon de la technique d’irradiation

Déclaration de liens d’intérêts

Cancer Treat Rev

Int J Radiat Oncol Biol Phys

Int J Radiat Oncol Biol Phys

Int J Radiat Oncol Biol Phys

J Am Coll Cardiol

Int J Radiat Oncol Biol Phys

Coronary stenosis risk analysis following Hodgkin lymphoma radiotherapy: A study based on patient specific artery segments dose calculation. Radiother Oncol

Radiother Oncol

Radiother Oncol

Int J Radiat Oncol Biol Phys

Int J Radiat Oncol Biol Phys

Radiother Oncol

Radiother Oncol

Int J Radiat Oncol Biol Phys

Int J Radiat Oncol Biol Phys

Int J Radiat Oncol Biol Phys

Int J Radiat Oncol Biol Phys

Int J Radiat Oncol Biol Phys

Cancer Radiother

Radiother Oncol

Int J Radiat Oncol Biol Phys

Int J Radiat Oncol Biol Phys

Cancer Radiother

Effects of radiotherapy and of differences in the extent of surgery for early breast cancer on local recurrence and 15-year survival: an overview of the randomised trials

Lancet

Mise au point
Doses aux organes à risque en radiothérapie conformationnelle et en radiothérapie en conditions stéréotaxiques : le cœurDoses to organs at risk in conformational radiotherapy and stereotaxic irradiation: The heart