Spinal metastases frequently arise in patients with cancer. Modern oncology provides numerous treatment options that include effective systemic, radiation, and surgical options. We delineate and provide the evidence for the neurologic, oncologic, mechanical, and systemic (NOMS) decision framework, which is used at Memorial Sloan-Kettering Cancer Center to determine the optimal therapy for patients with spine metastases.We provide a literature review of the integral publications that serve as the basis for the NOMS framework and report the results of systematic implementation of the NOMS-guided treatment.The NOMS decision framework consists of the neurologic, oncologic, mechanical, and systemic considerations and incorporates the use of conventional external beam radiation, spinal stereotactic radiosurgery, and minimally invasive and open surgical interventions. Review of radiation oncology and surgical literature that examine the outcomes of treatment of spinal metastatic tumors provides support for the NOMS decision framework. Application of the NOMS paradigm integrates multimodality therapy to optimize local tumor control, pain relief, and restoration or preservation of neurologic function and minimizes morbidity in this often systemically ill patient population.NOMS paradigm provides a decision framework that incorporates sentinel decision points in the treatment of spinal metastases. Consideration of the tumor sensitivity to radiation in conjunction with the extent of epidural extension allows determination of the optimal radiation treatment and the need for surgical decompression. Mechanical stability of the spine and the systemic disease considerations further help determine the need and the feasibility of surgical intervention.

The evolution of imaging techniques, along with highly effective radiation options has changed the way metastatic epidural tumors are treated. While high-grade epidural spinal cord compression (ESCC) frequently serves as an indication for surgical decompression, no consensus exists in the literature about the precise definition of this term. The advancement of the treatment paradigms in patients with metastatic tumors for the spine requires a clear grading scheme of ESCC. The degree of ESCC often serves as a major determinant in the decision to operate or irradiate. The purpose of this study was to determine the reliability and validity of a 6-point, MR imaging-based grading system for ESCC.To determine the reliability of the grading scale, a survey was distributed to 7 spine surgeons who participate in the Spine Oncology Study Group. The MR images of 25 cervical or thoracic spinal tumors were distributed consisting of 1 sagittal image and 3 axial images at the identical level including T1-weighted, T2-weighted, and Gd-enhanced T1-weighted images. The survey was administered 3 times at 2-week intervals. The inter- and intrarater reliability was assessed.The inter- and intrarater reliability ranged from good to excellent when surgeons were asked to rate the degree of spinal cord compression using T2-weighted axial images. The T2-weighted images were superior indicators of ESCC compared with T1-weighted images with and without Gd.The ESCC scale provides a valid and reliable instrument that may be used to describe the degree of ESCC based on T2-weighted MR images. This scale accounts for recent advances in the treatment of spinal metastases and may be used to provide an ESCC classification scheme for multicenter clinical trial and outcome studies.

To report tumor control and toxicity for patients treated with image-guided intensity-modulated radiotherapy (RT) for spinal metastases with high-dose single-fraction RT.A total of 103 consecutive spinal metastases in 93 patients without high-grade epidural spinal cord compression were treated with image-guided intensity-modulated RT to doses of 18-24 Gy (median, 24 Gy) in a single fraction between 2003 and 2006. The spinal cord dose was limited to a 14-Gy maximal dose. The patients were prospectively examined every 3-4 months with clinical assessment and cross-sectional imaging.The overall actuarial local control rate was 90% (local failure developed in 7 patients) at a median follow-up of 15 months (range, 2-45 months). The median time to local failure was 9 months (range, 2-15 months) from the time of treatment. Of the 93 patients, 37 died. The median overall survival was 15 months. In all cases, death was from progression of systemic disease and not local failure. The histologic type was not a statistically significant predictor of survival or local control. The radiation dose was a significant predictor of local control (p = 0.03). All patients without local failure also reported durable symptom palliation. Acute toxicity was mild (Grade 1-2). No case of radiculopathy or myelopathy has developed.High-dose, single-fraction image-guided intensity-modulated RT is a noninvasive intervention that appears to be safe and very effective palliation for patients with spinal metastases, with minimal negative effects on quality of life and a high probability of tumor control.

PurposeSpinal stereotactic radiosurgery (SRS) is increasingly used to manage spinal metastases. However, target volume definition varies considerably and no consensus target volume guidelines exist. This study proposes consensus target volume definitions using common scenarios in metastatic spine radiosurgery.Methods and MaterialsSeven radiation oncologists and 3 neurological surgeons with spinal radiosurgery expertise independently contoured target and critical normal structures for 10 cases representing common scenarios in metastatic spine radiosurgery. Each set of volumes was imported into the Computational Environment for Radiotherapy Research. Quantitative analysis was performed using an expectation maximization algorithm for Simultaneous Truth and Performance Level Estimation (STAPLE) with kappa statistics calculating agreement between physicians. Optimized confidence level consensus contours were identified using histogram agreement analysis and characterized to create target volume definition guidelines.ResultsMean STAPLE agreement sensitivity and specificity was 0.76 (range, 0.67-0.84) and 0.97 (range, 0.94-0.99), respectively, for gross tumor volume (GTV) and 0.79 (range, 0.66-0.91) and 0.96 (range, 0.92-0.98), respectively, for clinical target volume (CTV). Mean kappa agreement was 0.65 (range, 0.54-0.79) for GTV and 0.64 (range, 0.54-0.82) for CTV (P<.01 for GTV and CTV in all cases). STAPLE histogram agreement analysis identified optimal consensus contours (80% confidence limit). Consensus recommendations include that the CTV should include abnormal marrow signal suspicious for microscopic invasion and an adjacent normal bony expansion to account for subclinical tumor spread in the marrow space. No epidural CTV expansion is recommended without epidural disease, and circumferential CTVs encircling the cord should be used only when the vertebral body, bilateral pedicles/lamina, and spinous process are all involved or there is extensive metastatic disease along the circumference of the epidural space.ConclusionsThis report provides consensus guidelines for target volume definition for spinal metastases receiving upfront SRS in common clinical situations. Spinal stereotactic radiosurgery (SRS) is increasingly used to manage spinal metastases. However, target volume definition varies considerably and no consensus target volume guidelines exist. This study proposes consensus target volume definitions using common scenarios in metastatic spine radiosurgery. Seven radiation oncologists and 3 neurological surgeons with spinal radiosurgery expertise independently contoured target and critical normal structures for 10 cases representing common scenarios in metastatic spine radiosurgery. Each set of volumes was imported into the Computational Environment for Radiotherapy Research. Quantitative analysis was performed using an expectation maximization algorithm for Simultaneous Truth and Performance Level Estimation (STAPLE) with kappa statistics calculating agreement between physicians. Optimized confidence level consensus contours were identified using histogram agreement analysis and characterized to create target volume definition guidelines. Mean STAPLE agreement sensitivity and specificity was 0.76 (range, 0.67-0.84) and 0.97 (range, 0.94-0.99), respectively, for gross tumor volume (GTV) and 0.79 (range, 0.66-0.91) and 0.96 (range, 0.92-0.98), respectively, for clinical target volume (CTV). Mean kappa agreement was 0.65 (range, 0.54-0.79) for GTV and 0.64 (range, 0.54-0.82) for CTV (P<.01 for GTV and CTV in all cases). STAPLE histogram agreement analysis identified optimal consensus contours (80% confidence limit). Consensus recommendations include that the CTV should include abnormal marrow signal suspicious for microscopic invasion and an adjacent normal bony expansion to account for subclinical tumor spread in the marrow space. No epidural CTV expansion is recommended without epidural disease, and circumferential CTVs encircling the cord should be used only when the vertebral body, bilateral pedicles/lamina, and spinous process are all involved or there is extensive metastatic disease along the circumference of the epidural space. This report provides consensus guidelines for target volume definition for spinal metastases receiving upfront SRS in common clinical situations.

Purpose Standardized indications for treatment of tumor-related spinal instability are hampered by the lack of a valid and reliable classification system. The objective of this study was to determine the interobserver reliability, intraobserver reliability, and predictive validity of the Spinal Instability Neoplastic Score (SINS). Methods Clinical and radiographic data from 30 patients with spinal tumors were classified as stable, potentially unstable, and unstable by members of the Spine Oncology Study Group. The median category for each patient case (consensus opinion) was used as the gold standard for predictive validity testing. On two occasions at least 6 weeks apart, each rater also scored each patient using SINS. Each total score was converted into a three-category data field, with 0 to 6 as stable, 7 to 12 as potentially unstable, and 13 to 18 as unstable. Results The κ statistics for interobserver reliability were 0.790, 0.841, 0.244, 0.456, 0.462, and 0.492 for the fields of location, pain, bone quality, alignment, vertebral body collapse, and posterolateral involvement, respectively. The κ statistics for intraobserver reliability were 0.806, 0.859, 0.528, 0.614, 0.590, and 0.662 for the same respective fields. Intraclass correlation coefficients for inter- and intraobserver reliability of total SINS score were 0.846 (95% CI, 0.773 to 0.911) and 0.886 (95% CI, 0.868 to 0.902), respectively. The κ statistic for predictive validity was 0.712 (95% CI, 0.676 to 0.766). Conclusion SINS demonstrated near-perfect inter- and intraobserver reliability in determining three clinically relevant categories of stability. The sensitivity and specificity of SINS for potentially unstable or unstable lesions were 95.7% and 79.5%, respectively.

Decompression surgery followed by adjuvant radiotherapy is an effective therapy for preservation or recovery of neurological function and achieving durable local disease control in patients suffering from metastatic epidural spinal cord compression (ESCC). The authors examine the outcomes of postoperative image-guided intensity-modulated radiation therapy delivered as single-fraction or hypofractionated stereotactic radiosurgery (SRS) for achieving long-term local tumor control.A retrospective chart review identified 186 patients with ESCC from spinal metastases who were treated with surgical decompression, instrumentation, and postoperative radiation delivered as either single-fraction SRS (24 Gy) in 40 patients (21.5%), high-dose hypofractionated SRS (24-30 Gy in 3 fractions) in 37 patients (19.9%), or low-dose hypofractionated SRS (18-36 Gy in 5 or 6 fractions) in 109 patients (58.6%). The relationships between postoperative adjuvant SRS dosing and fractionation, patient characteristics, tumor histology-specific radiosensitivity, grade of ESCC, extent of surgical decompression, response to preoperative radiotherapy, and local tumor control were evaluated by competing risks analysis.The total cumulative incidence of local progression was 16.4% 1 year after SRS. Multivariate Gray competing risks analysis revealed a significant improvement in local control with high-dose hypofractionated SRS (4.1% cumulative incidence of local progression at 1 year, HR 0.12, p = 0.04) as compared with low-dose hypofractionated SRS (22.6% local progression at 1 year, HR 1). Although univariate analysis demonstrated a trend toward greater risk of local progression for patients in whom preoperative conventional external beam radiation therapy failed (22.2% local progression at 1 year, HR 1.96, p = 0.07) compared with patients who did not receive any preoperative radiotherapy (11.2% local progression at 1 year, HR 1), this association was not confirmed with multivariate analysis. No other variable significantly correlated with progression-free survival, including radiation sensitivity of tumor histology, grade of ESCC, extent of surgical decompression, or patient sex.Postoperative adjuvant SRS following epidural spinal cord decompression and instrumentation is a safe and effective strategy for establishing durable local tumor control regardless of tumor histology-specific radiosensitivity. Patients who received high-dose hypofractionated SRS demonstrated 1-year local progression rates of less than 5% (95% CI 0%-12.2%), which were superior to the results of low-dose hypofractionated SRS. The local progression rate after single-fraction SRS was less than 10% (95% CI 0%-19.0%).

Single-fraction image-guided intensity-modulated radiation therapy (IG-IMRT) allows for tumoricidal treatment of traditionally radioresistant cancers while sparing critical adjacent structures. Risk of vertebral fracture after IG-IMRT for spinal metastases has not been defined.We evaluated 62 consecutive patients undergoing single fraction IG-IMRT at 71 sites for solid organ metastases. A neuroradiologist and three spine surgeons evaluated prospectively obtained magnetic resonance/computed tomography (CT) imaging studies for post-treatment fracture development and tumor recurrence.Fracture progression was noted in 27 vertebrae (39%). Multivariate logistic regression analysis showed that CT appearance, lesion location, and percent vertebral body involvement independently predicted fracture progression. Lesions located between T10 and the sacrum were 4.6 times more likely to fracture than were lesions above T10 (95% CI, 1.1 to 19.7). Lytic lesions were 6.8 times more likely to fracture than were sclerotic and mixed lesions (95% CI, 1.4 to 33.3). As percent vertebral body involvement increased, odds of fracture also increased. Patients with fracture progression had significantly higher narcotic use, change in Karnofsky performance score, and a strong trend toward higher pain scores. Local tumor progression occurred in seven patients and contributed to one fracture. Obesity, posterior element involvement, bisphosphonate use, and local kyphosis did not confer increased risk.Vertebral fracture is common after single fraction IG-IMRT for metastatic spine lesions. Lytic disease involving more than 40% of the vertebral body and location at or below T10 confer a high risk of fracture, the presence of which yields significantly poorer clinical outcomes. These results may help clinicians identify high-risk patients who would benefit from prophylactic vertebro- or kyphoplasty.

Importance Stereotactic body radiation therapy (SBRT) for spinal metastases improves symptomatic outcomes and local control compared to conventional radiotherapy. Treatment failure most often occurs within the epidural space, where dose is constrained by the risk of radiation myelitis (RM). Current constraints designed to prevent RM after spine SBRT are derived from limited data. Objective To characterize the risk of RM after spine SBRT and to update the dosimetric constraints for preventing it. Design, Setting, and Participants This cohort study was conducted in a single tertiary cancer care center with patients treated for spinal metastases from 2014 to 2023. All included participants had undergone spine SBRT, had a minimum of 1-month follow-up with magnetic resonance imaging (MRI), a maximal cord dose to a voxel (Dmax) greater than 0 Gy, and no overlapping prior radiotherapy. In all, 2051 patients received SBRT to 2835 spinal metastases (levels C1-L2) during the study period. Exposures Three-fraction spine SBRT to a prescription dose of 27 to 36 Gy. Main Outcomes and Measures RM defined as radiographic evidence of spinal cord injury in the treatment field, classified as grade (G) 1 to G4 or G3 to G4 per the Common Terminology Criteria for Adverse Events, version 5.0. Multiple dosimetric parameters of the true spinal cord structure were assessed for an association with risk of RM to determine the important covariates associated with this toxicity. Results The analysis included 1423 patients (mean [SD] age, 61.6 [12.9] years; 695 [48.8%] females and 728 [51.1%] males) who received SBRT for 1904 spinal metastases. Among them, 30 cases of RM were identified, 19 of which were classified as G3 to G4. Two years after SBRT, the rate of G1 to G4 RM was 1.8% (95% CI, 1.2%-2.5%) and the rate of G3 to G4 RM was 1.1% (95% CI, 0.7%-1.7%). The minimum dose to the 0.1 cm 3 of spinal cord receiving the greatest dose (D0.1cc) was the most important covariate on univariable cause-specific hazards regression for RM (for G3 to G4: hazard ratio, 2.14; 95% CI, 1.68-2.72; P &amp;lt; .001). A true cord D0.1cc of 19.1 Gy and Dmax of 20.8 Gy estimated a 1.0% risk (95% CI, 0.3%-1.6% and 0.4%-1.6%, respectively) of G3 to G4 RM 2 years after SBRT. Conclusions and Relevance The findings of this cohort study indicate that a cord (myelogram or MRI-derived) D0.1cc constraint of 19.1 Gy and a Dmax constraint of 20.8 Gy correspond with a 1.0% risk of G3 to G4 RM at 2 years.

Robotic arm surgical systems provide minimally invasive access and are commonly used in multiple surgical fields, with limited application in neurosurgery. Our institutional experience has led us to explore the benefits of a neurosurgeon trained to perform robotic surgery as part of a multidisciplinary team. The objective of this study is to evaluate the feasibility, safety, and outcomes of robotic resection for spinal nerve sheath tumors (NST).