Η ψηφιακή τομοσύνθεση στην τρισδιάστατη απεικόνιση μαστών, είναι μια μέθοδος ανακατασκευής οποιουδήποτε αριθμού τομογραφικών επιπέδων τυχαίου προσανατολισμού, στη βάση ψηφιοποιημένων προβολικών εικόνων της εξεταζόμενης περιοχής, που λαμβάνονται κατά την διάρκεια της περιστροφής του συστήματος ακτινολογική λυχνία-ενισχυτής εικόνας με κέντρο το ισόκεντρο του μηχανήματος και κατά το προεπιλεγμένο τόξο. Δυστυχώς, σε περιπτώσεις αυξημένης πυκνότητας μαστών, η ποιότητα των ανακατασκευασμένων επιπέδων επηρεάζεται από θόρυβο, λόγω των επιπροβαλλόμενων στοιχείων υπερκείμενων ή υποκείμενων επιπέδων. Το αντικείμενο που πραγματεύεται η εργασία, είναι η μελέτη διαφόρων τεχνικών επεξεργασίας των τομών, που θα μπορούσαν να αφαιρέσουν το θόρυβο από τα ανακατασκευασμένα επίπεδα και να βελτιώσουν την ποιότητά τους. Για αυτόν το λόγο, δημιουργήθηκαν τρία πειραματκά phantoms διαφορετικής πολυπλοκότητας, στα οποία προστέθηκαν δυσμορφίες που αντιπροσωπεύουν μικρές ασβεστοποιήσεις και μάζες χαμηλής αντίθεσης. Στη συνέχεια, υποβλήθηκαν στην προσομειωμένη απεικόνιση με ακτίνες Χ, προκειμένου να παραχθεί ένα σύνολο προβολικών εικόνων σε τόξο εύρους από -20° έως +20° κάθε 2°. Οι ακτινοβολημένοι όγκοι ανακατασκευάστηκαν μέσω του αλγόριθμου πολλαπλών προβολών (MPA), γραμμένο σε Matlab. Οι ανακατασκευασμένες φέτες έχουν πλάτος λιγότερο από 1mm, προκειμένου να ανιχνευθούν μικρές ασβεστοποιήσεις. Αναπτύχθηκαν και αξιολογήθηκαν πειραματικά δύο αλγόριθμοι για την περαιτέρω επεξεργασία των λαμβανόμενων τομών. Ο πρώτος είναι βασισμένος στην λογαριθμική μέθοδο αφαίρεσης δομών που βρίσκονται εκτός επιπέδου ενδιαφέροντος, συνδυάζοντας τεχνικές τονισμού της εικόνας. Η δεύτερη τεχνική εκτελεί το φιλτράρισμα της εικόνας, συγκρίνοντας τις τιμές των pixel, σε όλο τoν όγκο προς ανακατασκευή. Η ποιότητα της εικόνας καθορίστηκε μέσω της οπτικής αξιολόγησης των ανακατασκευασμένων επιπέδων καθώς και τον υπολογισμό του CNR. Και οι δύο αξιολογήσεις κατέδειξαν καλή διαχωριστική και αφαίρετική ικανότητα του τομογραφικού θορύβου. Το MPA σε συνδυασμό με τους προτεινόμενους αλγορίθμους αφαίρεσης θορύβου, μείωσε τον τομογραφικό θόρυβο στις ανακατασκευασμένες εικόνες και αύξησε το CNR. Περαιτέρω μελέτες θα περιλαμβάνουν την ανάπτυξη ενός γενικευμένου αλγορίθμου αφαίρεσης θορύβου που θα συνδυάσει τις προτεινόμενες δύο τεχνικές. / Digital tomosynthesis for breast imaging is a method of reconstructing any number of tomographic planes, by using a set of limited angle projections, acquired as the X-ray source moves in an arc around the breast. Unfortunately, in case of dense breasts, the quality of the reconstructed planes is affected by structured noise, due to blur from planes other than the fulcrum plane. The purpose of this project is to study different post-processing techniques that could remove the noise from the reconstructed planes and improve their quality. For this purpose, three software phantoms of different complexity with inserted abnormalities that represent small micro calcifications and low-contrast masses were created. Subsequently, they were subjected to x-ray imaging simulation in order to produce a set of projection images in the gantry arc from -200 to 200 every 20. The irradiated volumes were reconstructed with the Multiple Projections reconstruction Algorithm (MPA) written in Matlab. Reconstructed slices were with width of less than 1mm width, in order to detect the small microcalcifications. Two algorithms for removing unwanted structured noise were explored. The first one is based on the iterative logarithmic subtraction method of unrelated structures combined with image enhancement techniques. The second technique performs a filtering action based on a pixel intensity value comparison, throughout the phantom volume. Image quality was assessed by evaluation of the reconstructed planes in terms of both visual assessment and contrast to noise ratio (CNR). Both evaluations demonstrated good noise discrimination and elimination, followed by an improvement of the contrast and visibility of abnormalities in tomograms. The MPA followed by the proposed noise removal algorithms resulted in less noisy tomosynthesis images, higher CNR and feature contrast for both low- and high contrast details. Further studies include developing of a generalised noise removal algorithm that will combine the proposed two techniques.

The purpose of this study is the comparison of methods of image enhancement kinetics in breast MRI tomography, according to 4 models, that analyze dynamic image series. Specifically, the following models have been implemented: (a) the Kuhl empirical approach, (b) a 3-parameter empirical model, (c) the 3 parameter mathematical model of Jansen and (d) the 5-parameter mathematical model of Fan. These models have been tested in a classification task of breast lesions (benignity/malignancy), using a k-ΝΝ (k=3 and k=7) classifier. A case sample of 29 benign and 49 malignant lesions, originating from 1.5T system, were analyzed. A graphical user interface has been implemented, intended as a visual aid to guide the identification of the location of the analyzing Region of Interest (ROI) of the lesion. In this study, the enhancement kinetic features of the two empirical models, as well as the primary and the secondary kinetic features of the two mathematical models were calculated. For proper ROI selection, 2 feature maps (a) the initial enhancement and (b) the 3 Time Point (3TP) kinetic map (Hauth et al. 2006), were utilized as pre-processing step. To evaluate the classification performance, indices such as sensitivity, specificity and accuracy were utilized. Employing the initial enhancement map, classification performance obtained for Kuhl empirical approach (Kuhl et al. 1999), the 3-parameter empirical model, the mathematical model of Jansen et al (Jansen et al. 2008) and the mathematical model of Fan (Fan et al. 2004, 2007) was: (0.87, 0.34, 67.9%), (0.81, 0.65, 70.5%), (0.85, 0.55, 70.5%) and (0.81, 0.58, 67.9%), respectively. Classification results employing the 3TP kinetic map for the Kuhl empirical approach (Kuhl 1999), 3-parameter empirical model, the mathematical model of Jansen and the mathematical model of Fan were: (0.95, 0.58, 82.0%), (0.95, 0.82, 84.6%), (0.85, 0.68, 78.2%) and (0.93, 0.79, 79.4%), respectively. In conclusion, the 3TP kinetic contributed in the proper location of the analyzing ROI and subsequently in the improved classification of malignant from benign lesions for all enhancement kinetic models studied. / Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η σύγκριση μεταξύ μεθόδων ανάλυσης της κινητικής του σκιαγραφικού στην μαγνητική τομογραφία μαστού, σύμφωνα με 4 μοντέλα ανάλυσης που αξιοποιούν τα απεικονιστικά δεδομένα δυναμικών ακολουθιών εικόνων. Συγκεκριμένα, υλοποιήθηκαν: (α) η εμπειρική προσέγγιση Kuhl et al. (Kuhl et al. 1999), η οποία χρησιμοποιεί 1 ποσοτικό δείκτη της αρχικής ενίσχυσης του σήματος και ποιοτική εκτίμηση της κινητικής του σκιαγραφικού στη φάση έκπλυσης, (β) ένα εμπειρικό μοντέλο 3 ποσοτικών δεικτών που ποσοτικοποιούν την πρόσληψη και έκπλυση, (γ) το 3-παραμετρικό εμπειρικό μαθητικό φαρμακοκινητικό μοντέλο των Jansen et al. (Jansen 2008), (δ) το 5-παραμετρικό εμπειρικό φαρμακοκινητικό μαθητικό μοντέλο των Fan et al. (Fan et al. 2004, 2007), στα πλαίσια ταξινόμησης αλλοιώσεων του μαστού (καλοήθεια/κακοήθεια) με χρήση ταξινομητή k-ΝΝ (k=3 και k=7). Μελετήθηκαν 29 καλοήθεις και 49 κακοήθεις αλλοιώσεις, και οι λήψεις των εικόνων έγιναν από 1.5 T μαγνητικό τομογράφο. Υλοποιήθηκε γραφικό περιβάλλον διεπαφής (Graphical User Interface-GUI), προτεινόμενο ως εργαλείο υποβοήθησης για την επιλογή της τοποθέτησης της περιοχής ενδιαφέροντος για την αξιολόγηση των κινητικών χαρακτηριστικών της αλλοίωσης. Στα πλαίσια της παρούσας μελέτης, υπολογίστηκαν τα κινητικά χαρακτηριστικά για τα δύο εμπειρικά μοντέλα καθώς και τα πρωτεύοντα και δευτερεύοντα χαρακτηριστικά για τα μαθηματικά μοντέλα. Για την επιλογή της περιοχής ενδιαφέροντος υλοποιήθηκαν: (α) ένας κινητικός χάρτης πρώιμης ενίσχυσης σήματος, (β) ο κινητικός χάρτης 3TP (Hauth et al. 2006), οποίος εκφράζει τη συνολική κινητική του σκιαγραφικού. Για την αξιολόγηση της απόδοσης ταξινόμησης (διαφοροποίηση καλοήθειας/κακοήθειας) χρησιμοποιήθηκαν οι δείκτες ευαισθησία, ειδικότητα και ακρίβεια. Με χρήση του χάρτη πρώιμης ενίσχυσης για την επιλογή της περιοχής ενδιαφέροντος, η απόδοση ταξινόμησης, του εμπειρικού μοντέλου Kuhl et al. (1999), του εμπειρικού μοντέλου των 3 παραμέτρων, του μαθηματικού μοντέλου Jansen και του μαθηματικού μοντέλο Fan (Fan et al. 2004, 2007) ήταν: (0.87, 0.34, 67.9%), (0.81, 0.65, 70.5%), (0.85, 0.55, 70.5%) και (0.81, 0.58, 67.9%), αντιστοίχως. Με χρήση του κινητικού χάρτη 3TP η απόδοση ταξινόμησης του εμπειρικού μοντέλου Kuhl (Kuhl et al. 1999), του εμπειρικού μοντέλου των 3 παραμέτρων, του μαθηματικού φαρμακοκινητικού μοντέλου Jansen et al. (Jansen et al. 2008) και του μαθηματικού φαρμακοκινητικού μοντέλου Fan (Fan et al. 2004, 2007) ήταν: (0.95, 0.58, 82.0%), (0.95, 0.82, 84.6%), (0.85, 0.68, 78.2%) και (0.93, 0.79, 79.4%), αντιστοίχως. Συμπερασματικά, χρήση του κινητικού χάρτη 3TP συνεισφέρει σε ορθότερη επιλογή της θέσης της περιοχής ενδιαφέροντος προς ανάλυση, βελτιώνοντας αποτελέσματα της ταξινόμησης των κακοηθών από καλοήθεις αλλοιώσεις για όλα τα μοντέλα κινητικής σκιαγραφικού που μελετήθηκαν.

In the framework of this thesis, a simulation model, based on Monte Carlo techniques, was developed for the study of breast imaging using Synchrotron Radiation (SR). The basic core of the model was developed in previous dissertations of our Department for conventional mammography. The existing model was expanded to include SR physical and geometrical characteristics and test the potential of SR for further optimization in breast imaging. The SR model was validated against experimental data from SYRMEP beamline of the Elettra Synchrotron Light Facility. The alterations of the new model comparing to the one for conventional mammography mostly concerned the geometry used (source-to-slit distance 22m), the narrow gaussian almost monoenergetic beam, and the scanning of the region of interest by a uniform movement of the phantom and the detector. Besides the generation of an image, the model was enriched with dose parameters (incident air kerma, backscatter radiation, entrance surface air kerma-Ke), in order to evaluate SR for both image quality and dose. The validation showed excellent results for 16-28 keV, for both image quality (subject contrast-SC) and dose (incident air kerma and corresponding number of photons) indices. In the case of SC, Pearson's correlation R was calculated 0.996, while in the case of dose validation, R was equal to 1. Regarding the backscatter, the validation was based on published data and the deviation did not exceed 2% for 20 keV. The performance of SR was then evaluated with mathematical phantoms designed to simulate difficult imaging tasks; the first experiment concerned a 4cm-thick phantom made of adipose tissue with embedded spheres of PMMA, glandular tissue and water of increasing diameter; the second one concerned a step wedge of 0-75% glandularity in a 5cm-thick background of adipose tissue and small calcifications in each step. The first experiment was used to compare SR energies (16-25 keV) to conventional mammographic spectra (Mo/Mo, Mo/Rh, Rh/Rh, W/Mo, W/Rh, W/Nb and W/Pd at 28 kVp) in terms of SC and CNR (Contrast-to-Noise Ratio). The results demonstrate that there is an energy range where CNR maximized (18-21 keV). The image quality indices are highly affected by the size and composition of the lesion, with PMMA showing a slightly degraded CNR compared to the same size glandular tissue inhomogeneity. SR energies between 18-21 keV demonstrate improved imaging performance compared to conventional spectra. For the second experiment, a Figure of Merit (FOM=CNR^2/Ke), was used as an index of the overall perfomance. The energy on the detector was kept constant at 7μGy for SR energies 19-25 keV (for 20 keV, the corresponding Ke was 1.5mGy). The results showed that the best performance (highest FOM), is observed in higher energies. However, taking into consideration the contrast-detail visibility, the best performance was observed at 21-22 keV. Synchrotron Radiation seems promising for breast imaging, since it shows better performance in cases where conventional mammography faces limitations. However, further exhaustive performance studies, in terms of resolution and dose, are necessary in order to consider it as a reliable alternative for mammographic applications. / Στα πλαίσια της διατριβής αυτής, αναπτύχθηκε ένα μοντέλο προσομοίωσης με βάση τις τεχνικές Monte Carlo για την υπολογιστική μελέτη της εφαρμογής της Ακτινοβολίας Συγχρότρου (ΑΣ) στην απεικόνιση μαστού. Μια βάση για το σχεδιασμό του μοντέλου είχε διαμορφωθεί στο Εργαστήριο Ιατρικής Φυσικής για κλασική μαστογραφία. Το νέο μοντέλο σχεδιάστηκε και πιστοποιήθηκε ως προς την ακρίβεια των αποτελεσμάτων του, με βάση πειραματικές μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν με τη δέσμη SYRMEP του Elettra Synchrotron Light Facility στην Τεργέστη. Οι διαφορές του μοντέλου για ΑΣ σε σχέση με το προηγούμενο που είχε αναπτυχθεί για κλασική μαστογραφία παρατηρήθηκαν κυρίως στη διάταξη (απόσταση πηγής-σχισμής 22m), στη στενή gaussian μορφή της σχεδόν μονοενεργειακής δέσμης, αλλά και στην σάρωση της περιοχής ενδιαφέροντος από τη δέσμη, που πραγματοποιείται στην πράξη με την ομοιόμορφη κίνηση του συστήματος ομοίωμα-ανιχνευτής. Εκτός από τη δημιουργία εικόνας, στο μοντέλο προστέθηκαν και παράμετροι για τον υπολογισμό δοσιμετρικών στοιχείων (προσπίπτον kerma στην επιφάνεια του ομοιώματος, οπισθοσκεδαζόμενη ακτινοβολία, kerma εισόδου στην επιφάνεια του μαστού-Ke), για τη συνολική εκτίμηση της απόδοσης της ΑΣ στην απεικόνιση μαστού. Η πιστοποίηση του μοντέλου ως προς την ακρίβεια των παραγόμενων αποτελεσμάτων είχε εξαιρετικά αποτελέσματα, τόσο για την ποιότητα εικόνας (αντίθεση υποκειμένου-subject contrast), όσο και για τη δόση (προσπίπτον kerma και αντίστοιχος αριθμός φωτονίων). Ο συντελεστής συσχέτισης του Pearson, R, μεταξύ των δεικτών ποιότητας πειραματικής και προσομοιωμένης εικόνας, βρέθηκε 0.996, ενώ στην περίπτωση της επαλήθευσης της δόσης, ο συντελεστής R άγγιξε το 1. Για την οπισθοσκεδαζόμενη ακτινοβολία, η επαλήθευση πραγματοποιήθηκε με βάση βιβλιογραφικά στοιχεία και τα αποτελέσματα έδωσαν απόκλιση μικρότερη του 2% για 20 keV. Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκαν πειράματα προσομοίωσης για την αξιολόγηση της ΑΣ με χρήση μαθηματικών ομοιωμάτων; στο πρώτο πείραμα σχεδιάστηκε ομοίωμα πάχους 4cm από λιπώδη ιστό με σφαιρικές ανομοιογένειες τριών διαφορετικών διαμέτρων και τριών διαφορετικών πυκνοτήτων (PMMA, αδενώδης ιστός και νερό); το δεύτερο πείραμα αφορά σε ομοίωμα αδενώδους ιστού αυξανόμενου πάχους (step wedge) 0-75% glandularity μέσα σε λιπώδη ιστό πάχους 5cm και με ενσωματωμένες αποτιτάνωσεις σε κάθε βήμα. Στο πρώτο πείραμα, συγκρίθηκαν ενέργειες ΑΣ (16-25 keV) με τα συνήθη μαστογραφικά φάσματα (Mo/Mo, Mo/Rh, Rh/Rh, W/Mo, W/Rh, W/Nb and W/Pd) στα 28 kVp ως προς το Subject Contrast (SC) και το Contrast-to-Noise Ratio (CNR). Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι υπάρχει ένα εύρος ενεργειών (18-21 keV) όπου το CNR γίνεται βέλτιστο. Οι δείκτες ποιότητας εικόνας εξαρτώνται σημαντικά από το μέγεθος και τη σύνθεση της ανομοιογένειας με το PMMA να εμφανίζει ελαφρώς υποβαθμισμένο CNR σε σχέση με το αντίστοιχο μέγεθος ανομοιογένειας από αδενώδη ιστό. Οι ενέργειες ΑΣ στο εύρος 18-21 keV παρουσίασαν καλύτερη απόδοση από τα συμβατικά φάσματα. Για το δεύτερο πείραμα, χρησιμοποιήθηκε ένας δείκτης συνολικής απόδοσης (Figure of Merit - FOM=CNR^2/Ke). Για εύρος ενεργειών 19-25 keV, διατηρήθηκε σταθερή η ενέργεια στον ανιχνευτή (7 μGy), που αντιστοιχεί σε Ke=1.5mGy για 20 keV. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι την καλύτερη απόδοση (υψηλότερο FOM) παρουσίασαν οι υψηλότερες ενέργειες ΑΣ. Λαμβάνοντας όμως υπόψη και την ανιχνευσιμότητα των αποτιτανώσεων, η καλύτερη απόδοση παρατηρήθηκε στα 21-22 keV. Η Ακτινοβολία Συγχρότρου φαίνεται εξαιρετικά υποσχόμενη στην απεικόνιση μαστού, καθώς έχει καλύτερη απόδοση σε περιπτώσεις όπου η συμβατική μαστογραφία παρουσιάζει περιορισμούς. Εντούτοις, πρέπει να υποβληθεί σε περισσότερες μελέτες απόδοσης, ώστε να θεωρηθεί ως αξιόπιστη εναλλακτική για τις μαστογραφικές εφαρμογές.

Breast cancer is the prime factor of women mortality in the developed countries. During the recent years however, many techniques in breast imaging have been developed and applied, with X-ray mammography been perhaps the most widely used of cancer diagnostic tests. Nevertheless, X-ray mammography although still remains the frontline diagnostic technique in the fight against breast cancer and has been a contributing factor in the steady decline in deaths from breast cancer, it has certain drawbacks which range from false-positive results to missed lesions and the risk of carcinogenesis. Mammography, whether conventional or digital, has been thoroughly documented as missing between 25% and 40% of breast cancers, with a higher miss rate among women with dense breasts, which constitute 40% of the female population. Because the mammogram is a projected image of superimposed breast structures, it is generally more difficult to detect cancer in a breast with a dense (i.e. lighter in appearance on a mammogram) pattern. As a result, mammography appears low sensitivity (ranging from 24.5% to 37%), especially in women with dense breasts. This is due to the fact that it only images anatomic detail and provides no functional information which is essential for early and accurate diagnosis of breast cancer and can be expected to significantly reduce the number of unnecessary biopsies. The special properties of light could help optical imaging "see" what other diagnostic methods, including conventional x-ray mammography, may miss. One of the newest techniques on the scene is CT laser mammography (CTLM), a computed tomographic laser light-based scanner for the breast, which is able to detect greater blood flow that is a sign of cancer, with a radiation free energy source. The Computed Tomography Laser Mammography (CTLM®) system uses laser to image the breast in a non-invasive procedure. Unlike x-ray mammography, CTLM images blood hemoglobin and the process of neoangiogenesis or new vessel formation which is often associated with breast cancer. The CTLM functions somewhat like a conventional CT scanner in that an energy source, a near-infrared (NIR) laser, scans the breast; a computer reconstructs cross-sectional images based on measured optical data. The measured optical values are directly related to the optical effective transport coefficient of the breast tissue. Like CT, the images may be viewed as single slices or as 3D volumes. The Computed Tomography Laser Mammography method is a rather new breast imaging technique, yet studies from diagnostic centers all over the world present it as a promising tool in the imaging of the breast either alone or as an adjunctive to conventional mammography. When applying laser light to biological tissue, the occurrence of a variety of interaction mechanisms is multiple. This diversity is due to specific tissue characteristics as well as laser parameters. Laser radiations induce biological damage in tissues via photochemical, photothermal, and photomechanical interactions. During the CTLM technique of the NIR laser irradiation of the breast tissue, thermal effects take place, which were studied in this thesis with the aid of a Monte Carlo simulation code, the MCSLTT (Monte Carlo Simulation of Light Transport in Tissue) code. With the assistance of the MCSLTT code the simulation of the photon propagation inside the breast tissue and the skin was performed and graphics (appearing the temperature rise (°C) as a function of the depth that the laser light penetrates inside the tissue) and results that concerned the parameters under investigation (the total heat, the maximum photon depth when using different input powers and different medium thicknesses) were extracted. The combination of those results, led to the extraction of useful information and to the quantification of the thermal effects induced on skin and breast tissue and to the quantification of the influence of several parameters on breast’s temperature, when being irradiated with laser beams. Photochemical interactions, photoablation, plasma-induced ablation and photodisruption could as well be examined with the development of a new Monte Carlo simulation code, giving interesting results about the interaction mechanisms observed during the CTLM’ s laser beam irradiation of the breast tissue as an aspect of future work. / Ο καρκίνος του μαστού αποτελεί τον πρωταρχικό παράγοντα θνησιμότητας των γυναικών στις ανεπτυγμένες χώρες. Κατά την διάρκεια των τελευταίων χρόνων, εντούτοις, αρκετές τεχνικές στην απεικόνιση του μαστού έχουν αναπτυχθεί και εφαρμοστεί, με την μαστογραφία ακτινών Χ να αποτελεί ίσως την πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη από τις διαγνωστικές μεθόδους καρκίνου. Παρόλο που η μαστογραφία ακτινών Χ ακόμη παραμένει η κύρια διαγνωστική τεχνική στην μάχη κατά του καρκίνου του μαστού και αποτελεί έναν συνεισφέρων παράγοντα στην σταδιακή μείωση των θανάτων από καρκίνο του μαστού, παρουσιάζει συγκεκριμένα μειονεκτήματα τα οποία ποικίλλουν από ψευδή-θετικά αποτελέσματα έως χαμένες αλλοιώσεις καθώς και το ρίσκο της καρκινογένεσης. Έχει εκτενώς τεκμηριωθεί ότι η μαστογραφία, συμβατική ή ψηφιακή, “χάνει” το 25% - 40% των καρκίνων του μαστού, με το ποσοστό να αυξάνει μεταξύ γυναικών με πυκνούς μαστούς οι οποίες και αποτελούν το 40% του γυναικείου πληθυσμού. Εφόσον η μαστογραφία αποτελεί μια προβολική απεικόνιση υπερτιθέμενων δομών μαστού είναι γενικότερα δυσκολότερο να ανιχνευτεί καρκίνος σε έναν μαστό με πυκνή μορφή. Σαν αποτέλεσμα η μαστογραφία παρουσιάζει χαμηλή ευαισθησία (κυμαίνεται από 24.5% έως 37%) ειδικά σε γυναίκες με πυκνούς μαστούς. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι απεικονίζει μόνο ανατομική λεπτομέρεια και δεν παρέχει λειτουργική πληροφορία που είναι απαραίτητη για την πρώιμη και ακριβή διάγνωση του καρκίνου του μαστού και αναμένεται να μειώσει σημαντικά τον αριθμό των μη απαραίτητων βιοψιών. Οι ειδικές ιδιότητες του φωτός μπορούν να βοηθήσουν την οπτική απεικόνιση να “δει” αυτά που οι άλλες διαγνωστικές μέθοδοι, συμπεριλαμβανομένης και της συμβατικής μαστογραφίας ακτινών Χ, μπορεί να χάσουν. Μία από τις νεότερες τεχνικές στο προσκήνιο, είναι η μαστογραφία laser με μεθόδους υπολογιστικής τομογραφίας (CTLM), ένας υπολογιστικός, τομογραφικός, βασιζόμενος σε ακτινοβολία laser ανιχνευτής για τον μαστό, που μπορεί να ανιχνεύει μεγαλύτερη ροή αίματος (η οποία αποτελεί ένδειξη καρκίνου), χρησιμοποιώντας μία μη ιοντίζουσα πηγή ενέργειας. Το σύστημα CTLM χρησιμοποιεί laser για να απεικονίσει τον μαστό σε μία μη διηθητική διαδικασία. Αντίθετα με την μαστογραφία ακτινών Χ, το σύστημα CTLM απεικονίζει την αιμογλοβίνη του αίματος και την διαδικασία της νέο-αγγειογέννεσης ή του σχηματισμού νέων αγγείων που συχνά σχετίζεται με τον καρκίνο του μαστού. Το CTLM λειτουργεί σαν ένας συμβατικός ανιχνευτής υπολογιστικής τομογραφίας εφόσον η πηγή ενέργειας, ένα laser που εκπέμπει στο εγγύς υπέρυθρο ανιχνεύει τον μαστό και ένας υπολογιστής αναδομεί εικόνες από εγκάρσιες τομές που βασίζονται σε μετρήσιμα οπτικά δεδομένα. Οι μετρήσιμες οπτικές τιμές σχετίζονται απευθείας με τον οπτικό δραστικό συντελεστή μεταφοράς του μαστού. Όπως στην υπολογιστική τομογραφία, οι εικόνες μπορούν να απεικονιστούν σαν ατομικές τομές ή ως τρισδιάστατοι όγκοι. Η μαστογραφία laser με μεθόδους υπολογιστικής τομογραφίας (CTLM) είναι μια σχετικά νέα τεχνική απεικόνισης του μαστού, παρόλα αυτά μελέτες διαγνωστικών κέντρων από όλο τον κόσμο την παρουσιάζουν ως μία πολλά υποσχόμενη μέθοδο στην απεικόνιση του μαστού είτε μόνη της είτε βοηθητικά στην συμβατική μαστογραφία. Κατά την εφαρμογή ακτινοβολίας η μαστογραφία laser με μεθόδους υπολογιστικής τομογραφίας laser σε βιολογικό ιστό, η εμφάνιση διαφόρων μηχανισμών αλληλεπίδρασης είναι πολλαπλή. Η ποικιλία αυτή οφείλεται στα ειδικά χαρακτηριστικά του ιστού καθώς και στις παραμέτρους του laser. Η ακτινοβολία laser προκαλεί βιολογική καταστροφή σε ιστούς μέσω φωτοχημικών, φωτοθερμικών και φωτομηχανικών αλληλεπιδράσεων. Κατά την διάρκεια της NIR laser ακτινοβολίας του μαστού της τεχνικής CTLM, θερμικά φαινόμενα λαμβάνουν χώρα, τα οποία μελετήθηκαν σε αυτή την διπλωματική εργασία με την βοήθεια ενός Monte Carlo κώδικα προσομοίωσης, του κώδικα MCSLTT (Monte Carlo Simulation of Light Transport in Tissue). Με την βοήθεια του συγκεκριμένου κώδικα πραγματοποιήθηκε η προσομοίωση της διάδοσης των φωτονίων εντός του ιστού και του δέρματος του μαστού και ελήφθησαν γραφικές που παρουσίαζαν την αύξηση της θερμοκρασίας (°C) ως συνάρτηση του βάθους που η ακτινοβολία laser φτάνει εντός του ιστού και αποτελέσματα που αφορούσαν τις παραμέτρους υπό διερεύνηση (συνολική θερμότητα, μέγιστο βάθος φωτονίων με χρήση διαφορετικών ισχύων εισόδου και διαφορετικών παχών μέσου). Ο συνδυασμός αυτών των αποτελεσμάτων οδήγηση σε χρήσιμες πληροφορίες και στην ποσοτικοποίηση των θερμικών φαινομένων στο δέρμα και στον ιστό του μαστού καθώς και στην ποσοτικοποίηση της επίδρασης αρκετών παραμέτρων στην θερμοκρασία του μαστού όταν αυτός ακτινοβολείται από δέσμες laser. Οι φωτοχημικές αλληλεπιδράσεις, η φωτοαποκόλληση, η αποκόλληση επαγόμενη από πλάσμα και η φωτοδιάσπαση θα μπορούσαν να μελετηθούν σε μία μελλοντική εργασία με την ανάπτυξη ενός νέου Monte Carlo κώδικα προσομοίωσης, οδηγώντας στην εξαγωγή συμπερασμάτων σχετικά με τους μηχανισμούς αλληλεπίδρασης κατά την διάρκεια της CTLM μεθόδου ακτινοβόλησης του μαστού.