Ο μυελός των οστών επηρεάζεται από λεμφοϋπερπλαστικές διαταραχές, μεταστατική νόσο, αλλά και από διάφορες θεραπευτικές προσεγγίσεις. Η μαγνητική τομογραφία είναι η πιο κατάλληλη μέθοδος για την ανίχνευση των μεταστάσεων και την παρακολούθηση μετά τη θεραπεία. Τεχνικές ανάλυσης εικόνας χρησιμοποιούνται επιπλέον προκειμένου να αντλήσουμε πρόσθετες διαγνωστικές πληροφορίες. Η παρούσα μελέτη επικεντρώνεται στις πρώιμες αλλαγές που προκαλούνται στον οστικό μυελό μετά από ακτινοβόληση και συγκρίνει καθιερωμένες μεθόδους για την ταυτοποίηση και τον χαρακτηρισμό αυτών των βλαβών με τη χρήση ενός αυτοματοποιημένου συστήματος ταξινόμησης. ΜΕΘΟΔΟΙ: 36 ασθενείς με ιστολογικά επιβεβαιωμένη πρωτοπαθή κακοήθεια και οστικές μεταστάσεις συμπεριλήφθηκαν στη μελέτη. Όλοι οι ασθενείς υποβλήθηκαν σε ακττινοθεραπεία για την αντιμετώπιση οστικών μεταστάσεων στη σπονδυλική στήλη ή τη λεκάνη. Η μαγνητική τομογραφία πραγματοποιήθηκε ακριβώς πριν, 12 έως 18 ημέρες και 3 μήνες μετά την έναρξη της ακτινοθεραπείας. Ελήφθησαν εικόνες εντός, πλησίον και εκτός του πεδίου ακτινοβόλησης. Η ποιοτική αξιολόγηση πραγματοποιήθηκε ανεξάρτητα από δύο έμπειρους ακτινολόγους. Για την ποσοτική αξιολόγηση, συγκεκριμένες μετρήσεις επιλέχθηκαν και αξιολογήθηκαν με τη μέθοδο της περιοχής ενδιαφέροντος. Επιπλέον, χαρακτηριστικά υφής 1ης και 2ης τάξης εξήχθησαν και τοποθετήθηκαν σε ένα πιθανοτικό νευρωνικό δίκτυο, προκειμένου να δημιουργηθεί ένα σύστημα αυτόματης ταξινόμησης των βλαβών. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ: Σύμφωνα με την ποιοτική και ποσοτική αξιολόγηση, εντός του πεδίου ακτινοβολίας 22.22% και 33.33% των ασθενών αντίστοιχα παρουσίασε λιπώδη μεταστροφή του μυελού, 19.44% και 16.67% των ασθενών παρουσίασε αιμορραγία, ενώ 11.11% και 16.67% των ασθενών εμφάνισε οίδημα του οστικού μυελού. Παρακείμενα του πεδίου ακτινοβόλησης 11.11% και 19.44% των ασθενών παρουσίασε λιπώδη μεταστροφή, 8.33% παρουσίασε αιμορραγία, ενώ 2.78% και 8.33% έδειξε οίδημα του μυελού των οστών. Εκτός του πεδίου ακτινοβολίας 5.56% των ασθενών παρουσίασαν αλλαγές συμβατές με λιπώδη μεταστροφή, ενώ το υπόλοιπο 94.44% δεν έδειξε σημαντικές μεταβολές. Δεν υπήρξε στατιστικά σημαντική μεταβολή του δείκτη σκιαγραφικής ενίσχυσης μετά τη χορήγηση γαδολινίου. Με βάση την πολυπαραγοντική ανάλυση, καμία από τις παραμέτρους που μελετήθηκαν δεν φάνηκε να επηρεάζει στατιστικά σημαντικά την εμφάνιση οποιασδήποτε από τις μετακτινικές αλλοιώσεις. Η μέγιστη συνολική ακρίβεια ταξινόμησης του συστήματός μας, ως προς τη διάκριση μεταξύ προ και μετακτινικών εικόνων ήταν 93.02%, με χρήση του συστήματος ταξινόμησης LSFT - PNN και της μεθόδου ECV. Η ακρίβεια του συστήματος στη διάκριση μεταξύ των τριών κυρίων τύπων των μετακτινικών βλαβών ήταν 86.67% . ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ: Η παρούσα μελέτη δείχνει ότι σημαντικό ποσοστό των ασθενών που υποβάλλονται σε ακτινοθεραπεία θα εμφανίσει τουλάχιστον μία από τις κοινές μετακτινικές μεταβολές του οστικού μυελού. Η λιπώδης μεταστροφή του μυελού είναι η πιο συχνά εμφανιζόμενη πρώιμη μεταβολή. Η ποιοτική ανάλυση των εικόνων μαγνητικής τομογραφίας υστερεί σε ευαισθησία σε σύγκριση με τις ποσοτικές μετρήσεις. Το βασζόμενο σε νευρικό δίκτυο προτεινόμενο σύστημα ταξινόμησης μπορεί να αποδειχθεί χρήσιμο εργαλείο για το χαρακτηρισμό αυτών των βλαβών. / Bone marrow can be affected by lymphoproliferative disorders and metastatic disease but also by several therapeutic approaches. MRI is the most suitable method for the detection of metastases and post-treatment follow-up. Image analysis techniques are now used to extract additional diagnostic information. This study focuses on the early radiation-induced changes that can be detected by MRI and compares the established methods for the identification and characterization of these lesions with an automated classification system. METHODS: 36 patients with histologically confirmed primary malignancy and associated bone metastases were included in the study. All patients underwent radiation therapy (RT) to treat bone metastases to the spinal column or the pelvis. Magnetic resonance imaging (MRI) was performed just before the start of RT, 12 to 18 days and up to 3 months after the start of RT. Images were obtained within, adjacent and outside the radiation field. Qualitative assessment was performed independently by two experienced radiologists. For quantitative assessment, specific measurements were selected and evaluated by the method of the region of interest (ROI). In addition, textural features of 1st and 2nd class were exported and inserted into a probabilistic neural network classifier, in order to create an automatic classification system for these lesions. RESULTS: Following qualitative and quantitative assessment, within the radiation field, 22.22% and 33.33% of patients respectively showed fatty conversion of the bone marrow, 19.44% and 16.67% of patients showed haemorrhage, while 11.11% and 16.67% of the patients demonstrated bone marrow oedema. Adjacent to the radiation field, 11.11% and 19.44% of patients showed fatty conversion, 8.33% showed haemorrhage, while 2.78% and 8.33% demonstrated bone marrow oedema. Outside of the radiation field, 5.56% of patients showed changes compatible with fatty conversion, while the remaining 94.44% showed no significant change. There was no statistically significant change of the enhancement index after gadolinium administration. In multivariate analysis, none of the studied parameters did not appear to affect significantly the appearance of any of the radiation-induced lesions. The largest overall classification accuracy of the system designed to distinguish between the pre- radiation and radiation-induced images was 93.02% using the LSFT-PNN classification system of multiple sequences and the ECV method. Discrimination accuracy of the classification system designed to distinguish between the three main types of post-radiation lesions was 86.67%. CONCLUSIONS: This study shows that a significant proportion of patients undergoing RT will experience at least one of the common radiation-induced bone marrow changes. Fatty marrow conversion is the most often featured change in the examined period. Qualitative analysis of the MRI images lacks sensitivity comparing to quantitative measurements. The proposed classification system, based on the neural network, can be used as a very helpful tool for the characterization of these lesions.

Ο σκοπός της διπλωματικής εργασίας ήταν η βελτιστοποίηση του πλάνου θεραπείας στο μαστό για τα 2 εφαπτόμενα συνεπίπεδα πεδία ενέργειας 6 MV. Η ανάγκη αυτή πρόκυψε από το γεγονός της εμφάνισης ελλείμματος στην κατανομή της δόσης καθώς όπως φαίνεται και στις παρακάτω εικόνες (στην αξονική και στην οβελιαία τομή) είχαμε ικανοποιητική κάλυψη του CTV στην περιφέρεια του μαστού αλλά στο κέντρο του CTV και σε μεγαλύτερα βάθη όχι. Για την πραγματοποίηση του παραπάνω σκοπού εφαρμόστηκαν 4 τεχνικές ακτινοβόλησης: 1. Δύο εφαπτόμενα συνεπίπεδα πεδία ενέργειας 6 MV, 2. Δύο εφαπτόμενα συνεπίπεδα πεδία ενέργειας 15 MV, 3. Δύο εφαπτόμενα συνεπίπεδα πεδία ενέργειας 6 MV + 1 Field In a Filed (FiF) πεδίο ενέργειας 15 MV και 4. . Δύο εφαπτόμενα συνεπίπεδα πεδία ενέργειας 6 MV + 2 Field In a Filed (FiF) πεδία ενέργειας 15 MV. Η παραπάνω μεθοδολογία εφαρμόστηκε σε πλήθος Ν=100 ασθενών, κατά 95% μεγέθους όγκου Τ1 (έως 2cm) και Τ2 (2-5 cm) και με αριθμό διηθημένων λεμφαδένων Ν<3. Ο υλικοτεχνικός εξοπλισμός που χρησιμοποιήθηκε για την υλοποίηση της εργασίας ήταν: 1. Αξονικός τομογράφος- Simulator Somatom Duo Siemens, 2. Σύστημα διαχείρισης (RVS) ακτινοθεραπευτικού τμήματος ARIA της VARIAN, 3. Σύστημα σχεδιασμού θεραπείας (TPS) Eclipse της VARIAN, 4. Σύστημα κλασσικού εξομοιωτή Aquity της VARIAN και 5. Γραμμικός Επιταχυντής ELEKTA SL 15. Για την στατιστική επεξεργασία των αποτελεσμάτων για πλήθος Ν=100 ασθενών χρησιμοποιήθηκε το πρόγραμμα IBM SPSS (Statistical Package for Social Sciences) έκδοση 20. Η στατιστική επεξεργασία έδειξε ότι μέσος όρος της μέσης δόσης για τις διάφορες τεχνικές ήταν 96.5%, 98.9%, 100.7%, 101.9% για τα 6MV, 15MV, 6MV + 1FIF 15MV και 6MV + 2FIF 15MV, αντίστοιχα. Τα 95% διαστήματα εμπιστοσύνης (Confidence Intervals) ήταν (96.2-96.8), (98.6-99.1), (100.4-100.9), (101.7-102.1) αντίστοιχα. Η ανάλυση έδειξε πως όλες οι ομάδες διέφεραν μεταξύ τους σε επίπεδο στατιστικής σημαντικότητας p < 0.001. Τα αποτελέσματα της εργασίας ήταν ότι η μέση δόση αυξάνεται από μέθοδο σε μέθοδο όπως έδειξε και η στατιστική ανάλυση, ο δείκτης ομοιογένειας μειώνεται αντίστοιχα από μέθοδο σε μέθοδο και αυτό αποτελεί δείγμα βελτίωσης της κατανομής της δόσης. Ακόμα ότι από ένα συγκεκριμένο όγκο του CTV και πάνω η καλύτερη μέθοδος αποδείχτηκε ότι είναι η 6MV + 2FIF 15MV, ενώ από ένα συγκεκριμένο όγκο του CTV και κάτω οι μέθοδοι έχουν περίπου την ίδια αποτελεσματικότητα. Τέλος όσον αφορά τα φυσιολογικά όργανα (organs at risk), τον αντίστοιχο πνεύμονα και την καρδιά, μετρήθηκε το V20 (ο όγκος του οργάνου που λαμβάνει από 2000 cGy και πάνω) και αποδείχτηκε ότι είναι ανεξάρτητο από την τεχνική ακτινοβόλησης. / The purpose of this thesis is to optimize the breast cancer treatment planning for the coplanar tangential fields of 6MV energy. The need for this arose as the dose distribution appears deficient both at the center and deeper in the CTV, as shown in the CT and sagittal images below, whereas the dose is satisfactory distributed at the perimeter of the breast. In order to accomplish that, there were applied 4 radiation techniques: 1. Two coplanar tangential fields of 6MV energy, 2. Two coplanar tangential fields of 15MV energy, 3. Two coplanar tangential fields of 6MV energy with Field in a Field (FiF) of 15MV energy and 4. Two coplanar tangential fields of 6MV energy with two Fields in a Field (FiF’s) of 15MV energy. The method above was applied on 100 patients. 95% of them had T1 tumor (T<2cm), T2 tumor (T=2-5cm) and a number of infiltrated lymph N<3. The equipment that has been used for the materialization of the procedure was: 1. A Computed Tomographer Somatom Duo Siemens, 2. An RVS system of VARIAN, 3. A TPS Eclipse system of VARIAN, 4. A Simulator Aquity of VARIAN and 5. A linear accelerator ELEKTA SL 15. Using the program IBM SPSS 20 (Statistical Package for Social Sciences), for a hundred patients, the statistical analysis showed that the average of the mean dose was 96.5% for the 6MV, 98.9% for the 15MV, 100.7% for the 6MV + 1 FIF of 15MV and 101.9% for the 6MV + 2 FIF of 15MV respectively (95% CI, p<0.001). There was an interaction between CTV size and mean dose, notably for large breasted patients (CTV>750cc). In this particular clinical scenario two 6MV tangential fields with 2 FIFs consistently outperformed the others. Minimum dose was also statistically different among all groups (p<0.05) except for the two FIF-less tangential fields with 6 and 15 MV. Interestingly, minimum dose (%) lacked a dependence on volume size. The result of this procedure was that the mean dose increases from method to method as it was obvious from the statistical analysis. The homogeneity index decreases respectively from method to method which indicates improvement of the dose distribution. It was also proved that, for certain large volumes of CTV the best method was the 6MV with two FIF’s of 15MV energy, whereas for smaller volumes of CTV the other three methods were of the same effectiveness. In conclusion, as far as the organs at risk concern, it has been found that the V20, of the heart and the right or left lung each time, is irrelevant of the technique that has been used each time.

Αντικείμενο αυτής της διδακτορικής διατριβής είναι η μελέτη της δυναμικής σύμμορφης ακτινοθεραπείας με χρήση φυσικών διαμορφωτών δέσμης. Η δυναμική διαμόρφωση δέσμης επιτυγχάνεται με δύο ειδών φυσικούς διαμορφωτές δέσμης: τους προστατευτές, που είναι αντίγραφα σε σμίκρυνση του υπό προστασία οργάνου, κατασκευασμένα από υλικό μεγάλου ατομικού αριθμού, και διατηρούν διεύθυνση παράλληλη σε αυτό κατά την περιστροφή, και τους διαμορφωτές, που τοποθετούνται και στις δύο πλευρές του προστατευτή εξασφαλίζοντας ομοιόμορφη δόση στην περιοχή του όγκου. Για τον σκοπό αυτό αναπτύχθηκε μαθηματικό μοντέλο που περιγράφει τις βέλτιστες διαστάσεις και τις ακριβείς θέσεις των διαμορφωτών κατά τη διάρκεια της περιστροφής της ακτινογραφικής κεφαλής με βάση τις αρχές που διέπουν την κίνησή τους. Παράλληλα αναπτύχθηκε ένα εργαλείο λογισμικού, που ενσωματώνει το μαθηματικό υπόβαθρο και διευκολύνει την εισαγωγή των παραμέτρων θέσης και σύστασης των διαμορφωτών δέσμης. Το εργαλείο λογισμικού ενσωματώθηκε στον προσομοιωτή θεραπείας ακτινοβολίας Monte Carlo (MCRTS), που χρησιμοποιήθηκε για την προσομοίωση της διάδοσης της ακτινοβολίας στη γεωμετρία του σχεδιασμένου συστήματος. Πραγματοποιήθηκαν μελέτες προσομοίωσης για την αποτελεσματικότητα της φυσικής διαμόρφωσης δέσμης στην περίπτωση όγκων στη περιοχή της κεφαλής και του αυχένα, βασισμένες σε γεωμετρική περιγραφή είτε με αναλυτικά αντικείμενα, είτε με στοιχειώδεις όγκους. Μελετήθηκε επίσης η επίδραση των διαμορφωτών στην τροποποίηση της κατανομής δόσης στις περιοχές που περιβάλλουν την προστατευμένη περιοχή. Οι μελέτες αυτές έδειξαν ότι η περιστροφική θεραπεία με διαμόρφωση δέσμης προσφέρει την επαρκή προστασία και ομοιόμορφη κατανομή δόσεων έξω από την προστατευμένη περιοχή. Προσομοιώσεις που χρησιμοποίησαν διαμορφωτές διαφορετικών υλικών οδήγησαν σε παρόμοιες κατανομές δόσεων. Επιπλέον μελετήθηκε η επίδραση των παραμέτρων του προστατευτή στη κατανομή δόσης στην περιστροφική θεραπεία. Εξετάστηκε η επίδραση μιας σειράς υλικών, που συνήθως χρησιμοποιούνται για προστασία στην ακτινοθεραπεία, καθώς επίσης και η επίδραση μερικών νέων μέταλλο-πολυμερών σύνθετων υλικών. Τα μέταλλο-πολυμερή σύνθετα παρέχουν προστασία στα ζωτικής σημασίας όργανα, συγκρίσιμη με αυτή του μολύβδου, εάν η πυκνότητα τους είναι υψηλή. Η τεχνική που μελετήθηκε έδωσε πολύ ικανοποιητικά αποτελέσματα από άποψη κατανομής δόσης και σχέσης κόστους-αποτελέσματος. / This doctoral thesis addresses dynamic intensity modulation by means of physical beam modifiers. The principles of gravity-oriented devices were generalized and extended, preserving principles of a beam shaping, but introducing motor-driven “patient-oriented” beam modifying devices. Beam modifying devices were divided in two categories: protectors and shapers. The protectors are diminished copies of the Organs At Risk (OARs) and stay parallel to them during gantry rotation, keeping them in the attenuated field for every gantry angle. Shapers are placed at the both sides of the protector to ensure uniform dose in the Planning Target Volume (PTV). Mathematical formalism for calculations of the dimensions and the initial coordinates of the beam modifying devices was developed as well as the laws of their motion during gantry rotation were derived. A software tool, incorporating the mathematical background, with user interface to facilitate the introduction of the input parameters was created. The software module was subsequently integrated into a Monte Carlo Radiation Therapy Simulator (MCRTS), used to simulate particle transport through the designed system. Simulation studies of field shaping in rotational therapy by means of beam modifying devices were carried out. Dose distributions in solid-geometry and voxel-based neck models were evaluated. Furthermore, the effectiveness of the shapers to modify the dose distribution outside the protected area was studied. The results of simulation studies showed that rotational therapy with beam modifying devices offers adequate protection of the OAR and a uniform dose distribution outside the protected region. Studies using shapers of different materials were also carried out and resulted in similar dose distributions. Additionally, the effect of protector’s parameters on the dose distribution in rotational therapy was studied in the thesis. A range of materials, consisting of commonly used for protection in radiotherapy, as well as by some new metal-polymer composites was under investigation. The metal-polymer composites can rival the lead in the protection of vital organs if the density provided is high. The presented technique has showed promising results in terms of conformal dose delivery and can be a preferred choice in radiotherapy departments due to comprehensive and adequate protection of the OAR and uniform dose in PTV ensured as well as of its cost effectiveness.

Η στερεοτακτική μέθοδος ακτινοθεραπείας και ακτινοχειρουργικής είναι μια νεότερη μέθοδος της ογκολογίας, που αποδεδειγμένα υπερέχει έναντι της συμβατικής μεθόδου ακτινοβόλησης, ιδιαίτερα όταν συνδυάζεται με τελευταίες τεχνικές ακτινοβόλησης, όπως το IMRT, ArcTherapy and VMAT. Χαρακτηρίζεται δε από ακτινοβόληση με ιδιαίτερα υψηλές δόσεις, συνήθως πολύ μικρών όγκων, της τάξεως του εκατοστού. Εξαιτίας αυτών, είναι επιτακτική η ανάγκη για μέγιστη ακρίβεια και αποφυγή λαθών, καθώς δεν υπάρχουν περιθώρια σφάλματος! Κάθε ακτινοθεραπευτικό κέντρο οφείλει λοιπόν να ακολουθεί ένα ολοκληρωμένο και ιδιαίτερα αυστηρό πρόγραμμα ποιοτικού ελέγχου, θεσπίζοντας μια σειρά ελέγχων σε ημερήσια, εβδομαδιαία, μηνιαία και ετήσια βάση. Μέθοδος: Επειδή δεν υπάρχει ένα εντεταλμένο πρωτόκολλο Ποιοτικού Ελέγχου Στερεοτακτικής Ακτινοθεραπείας με Γραμμικό Επιταχυντή, αρχικά στην εργασία αυτή έγινε μια βιβλιογραφική μελέτη για να βρεθεί το state of the art αυτού του ζητήματος και να εντοπιστούν, σε πρώτη φάση, οι επιμέρους ποιοτικοί έλεγχοι που προτείνονται για τα διάφορα μέρη της στερεοτακτικής ακτινοβόλησης (εξοπλισμός και διαδικασία). Κατόπιν, προσδιορίστηκε μια συνολική, βέλτιστη και κατάλληλη για την πλειοψηφία των ακτινοθεραπευτικών κέντρων, λίστα ελέγχων για τη Διασφάλιση της Ποιότητας στην Στερεοτακτική Ακτινοθεραπεία. Αποτελέσματα: Ο Πίνακας των Ελέγχων που προέκυψε είναι – ως όφειλε – σύμφωνος με τα επιμέρους διεθνή πρωτόκολλα της Ευρώπης και Αμερικής. Βάσει αυτού προτείνεται ένα ολοκληρωμένο Πρόγραμμα Διασφάλισης Ποιότητας για Ακτινοθεραπευτικά Κέντρα που εφαρμόζουν στερεοταξία, το οποίο μπορεί να διαμορφωθεί από κάθε ακτινοθεραπευτικό κέντρο, βάσει των ιδιαιτεροτήτων αυτού, αλλά και να προσαρμοστεί σε μελλοντικές τεχνολογικές αλλαγές. Η εφαρμογή τέτοιων ελέγχων, τέλος, διερευνήθηκε στο ιδιωτικό θεραπευτήριο ΜΕΤΡΟΠΟΛΙΤΑΝ του Φαλήρου. Συμπεράσματα: Το πρόγραμμα ελέγχων που προτείνεται, αν και είναι σύμφωνο με τα επιμέρους διεθνή πρωτόκολλα ποιοτικού ελέγχου για τον εξοπλισμό και τη διαδικασία της ακτινοθεραπείας, πρέπει περαιτέρω να διερευνηθεί επί της κλινικής πράξης από ακτινοθεραπευτικά κέντρα, προκειμένου να βρεθούν τυχόν αδυναμίες και ελλείψεις και τελικώς να αποτελέσει τη βάση ενός μελλοντικού Πρωτόκολλου Διασφάλισης Ποιότητας Στερεοτακτικής Ακτινοθεραπείας με Γραμμικό Επιταχυντή, εγκεκριμένου από τους αρμόδιους διεθνείς φορείς και οργανισμούς. / Stereotactic Radiation Therapy (SRT) and Stereotactic RadioSurgery (SRS) are new advanced oncologic treatment modalities, which proved superior to the conventional method of irradiation, particularly when combined with latest irradiation techniques, such as IMRT, ArcTherapy and VMAT. They apply very high doses, to – usually – very small volumes (centimeters range). These characteristics mean great need for maximum accuracy and avoid mistakes, as there is no room for error! Therefore, every radiotherapy center must follow a very strict and comprehensive quality control program, adopting a series of checks on a daily, weekly, monthly and yearly basis. Method: Because there is no specific Quality Control Protocol for Stereotactic Radiotherapy using Linear Accelerator, the first part of this work was a literature study to find the state of the art of this issue and find, at first, the proposed quality controls for each part of stereotactic irradiation (equipment and process). Afterwards an overall checklist for Quality Assurance in Stereotactic Radiotherapy was defined, which was assessed as optimal and suitable for most radiotherapy centers. Results: The resulted table of checks is - as it should - in line with the different international protocols in Europe and America. Based on this, a comprehensive Quality Assurance Program for radiotherapy centers applying stereotaxis, is proposed. This may be configured and modified by each radiotherapy center, according to its specificities, and also adapt to future technological advances. Finally we look into the implementation of such controls, at the METROPOLITAN private hospital of Faliro. Conclusions: Although the recommended Control Program is consistent with the different international quality control protocols for the equipment and process of radiotherapy, the individual radiotherapy centers should further investigate this program when in clinical use, in order to find any deficiency or weakness. The ultimate goal was to create the basis for the future Quality Assurance Protocol in Stereotactic Radiotherapy with Linac, which should be approved by the competent international comities and organizations.

Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η ανάπτυξη αλγορίθμων επεξεργασίας ιατρικής εικόνας για την ενσωμάτωση τους σε ιατρικές εφαρμογές ακτινοθεραπευτικού ενδιαφέροντος. Οι αλγόριθμοι αυτοί στηρίζονται στην αρχή λειτουργίας των χαρτών αυτο-οργάνωσης Kohonen και αξιοποιούν την πληροφορία που περιέχεται σε περιοχές των εικόνων γύρω από σημεία ενδιαφέροντος, ώστε να εντοπίσουν αυτόματα, με ακρίβεια και αξιοπιστία, αντιστοιχίες μεταξύ των εικόνων. Πιο συγκεκριμένα, ένας επαναληπτικός αλγόριθμος προτείνεται για την αυτόματη εύρεση αντίστοιχων σημείων σε ιατρικές εικόνες δύο διαστάσεων. Ο προτεινόμενος αλγόριθμος προϋποθέτει την εύρεση σημείων ενδιαφέροντος μόνο στη μια από τις δύο εικόνες και εντοπίζει τα αντίστοιχα σημεία στη δεύτερη εικόνα μέσα από μια επαναληπτική διαδικασία, η οποία προσομοιάζει τη φάση εκπαίδευσης του νευρωνικού δικτύου. Με βάση τα ζεύγη των αντίστοιχων σημείων, υπολογίζονται στη συνέχεια οι παράμετροι ενός μετασχηματισμού, κατάλληλου για να περιγράψει τη σχέση μεταξύ των δεδομένων εικόνων. Ο αλγόριθμος ευθυγράμμισης εφαρμόζεται σε δεδομένες εικόνες ηλεκτρονικής πυλαίας απεικόνισης (Electronic Portal Images), που λαμβάνονται πριν από κάθε συνεδρία της ακτινοθεραπείας, για τον υπολογισμό του σφάλματος τοποθέτησης του ασθενούς. Το ζήτημα της επαλήθευσης της θέσης του ασθενούς στην ακτινοθεραπεία αντιμετωπίζεται επίσης με τη βοήθεια μιας αυτόματης μεθόδου εύρεσης αντίστοιχων σημείων σε τρισδιάστατα δεδομένα, η οποία εφαρμόζεται για την ευθυγράμμιση της αξονικής τομογραφίας του σχεδιασμού της ακτινοθεραπείας και μιας αξονικής τομογραφίας επαλήθευσης, που λαμβάνεται πριν την πρώτη συνεδρία της ακτινοθεραπείας. Ο προτεινόμενος αλγόριθμος εντοπίζει αντίστοιχα σημεία ενδιαφέροντος στις δεδομένες τομογραφικές εικόνες και υπολογίζει τις παραμέτρους ενός μη γραμμικού μετασχηματισμού ευθυγράμμισης. Μετά την ευθυγράμμιση των δύο τομογραφιών, υπολογίζεται η μετατόπιση του ισοκέντρου στην τομογραφία επαλήθευσης σε σχέση με τη θέση του ισοκέντρου που προβλέπεται στην αρχική τομογραφία του σχεδιασμού. Με την ενσωμάτωση αυτής της μεθόδου ευθυγράμμισης στη διαδικασία της ακτινοθεραπείας, ικανοποιούνται δύο ανάγκες της κλινικής πρακτικής. Αφενός, η μετατόπιση του ισοκέντρου, όπως υπολογίζεται από την προτεινόμενη μέθοδο, παρέχει μια αξιόπιστη ένδειξη για τη μετατόπιση του ασθενούς που απαιτείται πριν τη χορήγηση της ακτινοβολίας. Αφετέρου, επιχειρείται η καλύτερη αξιοποίηση των πόρων του τμήματος της ακτινοθεραπείας με τη διαδικασία της εύρεσης του ισοκέντρου της ακτινοθεραπείας να λαμβάνει χώρα στην αίθουσα του αξονικού τομογράφου και να μειώνεται συνεπώς ο χρόνος που απαιτείται για την προετοιμασία του ασθενούς στον γραμμικό επιταχυντή κατά την πρώτη συνεδρία της ακτινοθεραπείας. / Aim of the present thesis is the development of image processing algorithms for radiotherapy applications. These algorithms are based on the principles of Kohonen Self Organizing Maps and exploit the information contained in image regions around distinctive points of interest, in order to determine image correspondences in an automatic, accurate and robust way. In particular, an iterative algorithm is proposed for automatic detection of point correspondences in two-dimensional medical images. The proposed algorithm requires the extraction of interest points only in one image and detects the homologous points in the second image through an iterative procedure, respective to the training phase of a neural network. Subsequently, the parameters of an appropriate registration transformation are computed to describe the mapping between the two images. The computation is based on the detected point correspondence. The proposed registration algorithm is applied to Electronic Portal Images, acquired prior to the radiotherapy treatment delivery, in order to estimate the setup error of the patient. The issue of patient position verification in radiotherapy is also addressed in the present thesis by developing an algorithm for automatic detection of point correspondences in three-dimensional medical data. The algorithm is used to register the CT data of radiotherapy planning to an additional verification CT, acquired prior to the first treatment fraction. The proposed algorithm detects corresponding points in the two CT images and computes the parameters of a non-rigid registration transformation. After the registration of the two CT images, the isocenter displacement of the verification CT is calculated with respect to the ideal isocenter position, defined in the planning CT. By integrating the proposed registration procedure in the clinical practice, two needs are met. Firstly, the isocenter displacement, calculated by the proposed method, provides a reliable indication of the patient shift, needed before the treatment delivery, for optimization of the dose delivery. Secondly, an improvement of the radiotherapy department efficiency is attempted by performing the procedure of isocenter marking in the CT scanner room and, consequently, reducing the time expenditure of the patient in the LINAC during the first radiotherapy fraction.