Ο βασικός στόχος αυτής της εργασίας είναι η μελέτη της θεωρητικής συμπεριφοράς και τα πλεονεκτήματα της γενικευμένης βάθμωσης δόσης-απόκρισης, καθώς και η έρευνα για τη χρησιμότητα της γενικευμένης βάθμωσης δόσης-απόκρισης σε πρακτικά ακτινοβιολογικά πλάνα θεραπείας μέσω χρήσης της πλατφόρμας RayStation. Τέλος, θα διερευνηθεί η επίδραση της αρχιτεκτονικής του οργάνου (παράλληλη / σειριακή). Βασικό υλικό της μελέτης μας ήταν το λογισμικό για το σχεδιασμό πλάνων θεραπείας RAYSTATION 1.9, που αναπτύχθηκε και σχεδιάστηκε από τη RAYSEARCH LABORATORIES AB, Στοκχόλμη, Σουηδία. Εκτός από αυτό, κάναμε εκτεταμένη χρήση βασικών θεωρητικών τύπων που σχετίζονται με τον υπολογισμό του TCP, NTCP, P + και του γ(D) καθώς και με την ακτινοβιολογικά μοντέλα. Σε ό, τι αφορά τις μεθόδους της μελέτης αυτής, πρώτον υπολογίσαμε θεωρητικά το γ(D) για TCP και NTCP αντίστοιχα, για την ετερογενή κατανομή της δόσης σε διαφορετικά μεγέθη, προκειμένου να επαληθεύσουμε τους υπολογισμούς του RAYSTATION για TCP και NTCP. Επιπλέον, έχουμε δημιουργήσει ένα πλάνο θεραπείας με το όργανο-στόχος και τα όργανα που βρίσκονται σε κίνδυνο να βρίσκονται στην ίδια περιοχή ενδιαφέροντος, προκειμένου να ελέγξουμε την εγκυρότητα του συστήματος για την συνάρτηση P + καθώς και των γενικευμένων γ(D). Επιπλέον, έχουμε θέσει μια σειρά από διαφορετικά πλάνα θεραπείας με το όργανο-στόχος και τα όργανα σε κίνδυνο σε διαφορετικές περιοχές ενδιαφέροντος όπου αυξήσαμε τη μέση δόση, προκειμένου να διερευνήσουμε τη συμπεριφορά του ΔP(μεταβολή απόκρισης) και του γ(D), πριν και μετά την αλλαγή της δοσολογίας. Επίσης υπολογίσαμε θεωρητικά τις ποσότητες αυτές, προκειμένου να εξακριβωθεί η εγκυρότητα των θεωρητικών εκφράσεων συγκρίνοντας τες με τις τιμές που το σύστημα παρήγε σε μας. Τέλος, προσπαθήσαμε να διερευνήσουμε τη συμπεριφορά της ποσότητας ΔP υπολογίζοντας το σχετικό σφάλμα μεταξύ της πραγματικής και την κατά προσέγγιση τιμής χρησιμοποιώντας το Poisson και το Probit μοντέλο, για την περίπτωση όπου έχουμε ένα όργανο-στόχος το οποίο αποτελείται από δύο τμήματα σε παράλληλη αρχιτεκτονική και με τον ίδιο αριθμό κλώνων. Όσον αφορά τα αποτελέσματά μας, πρώτα απ 'όλα, επαληθεύσαμε θεωρητικά τους υπολογισμούς του RAYSTATION για τo γενικευμένο γ(D) και την αντικειμενική συνάρτηση με τη χρήση ενός ανεξάρτητου τρόπου υπολογισμών. Επιπλέον, αποδείχθηκε ότι μετά από μια μικρή μεταβολή (αύξηση) της δόσης, το όργανο που έχει επηρεαστεί περισσότερο, είναι το όργανο με το υψηλότερο γενικευμένο γ(D). Εκτός από αυτό, ελέγχθηκε η εγκυρότητα των θεωρητικών εκφράσεων σχετικά με τον υπολογισμό της μεταβολής της απόκρισης και του γενικευμένου γ(D), αλλά μόνο για την περίπτωση μικρής μεταβολής της δόσης. Ειδικά για την περίπτωση του 50% TCP και NTCP, οι θεωρητικές τιμές που το σύστημα παρέχει εμφανίζουν μεγάλη προσέγγιση με τις πειραματικές, γεγονός που αποδεικνύει τη μεγάλη σημασία του D50 μοντέλου στο προσδιορισμό των κλινικών επιπέδων απόκρισης. Τέλος, όσον αφορά το τελευταίο μέρος των υπολογισμών μας, μπορούμε εύκολα να πούμε ότι η συμπεριφορά της ΔPapprox εμφανίζεται λογική, διότι, για τα δύο μοντέλα που χρησιμοποιήσαμε, πλησιάζει σημαντικά την πραγματική ΔP γύρω από την περιοχή του 50% ή 37%, όπως και αναμέναμε. Επαληθεύσαμε σε αρκετά ικανοποιητικό επίπεδο κάποιες βασικές θεωρητικές προσεγγίσεις για την κλίση δόσης-απόκρισης σχετικά με τη μη ομοιόμορφη κατανομή δόσης μέσω της πλατφόρμας RayStation αλλά το πιο σημαντικό πράγμα είναι το γεγονός ότι η χρησιμότητα της των γενικευμένης βάθμωσης δόσης-απόκρισης είναι εξαιρετικά σημαντική, διότι δίνει στο σχεδιαστή των πλάνων θεραπείας τη δυνατότητα να ερευνήσει ακριβώς το όργανο το οποίο, θα επηρεαστεί περισσότερο μετά από μια μικρή αύξηση της δόσης και ως εκ τούτου θα είναι σε θέση να βελτιστοποιήσει το πλάνο για αύξηση ελέγχου του όγκου αλλά και ελαχιστοποίηση επιπλοκών των υγειών ιστών. / The basic aim of that work is the study of the theoretical behavior and merits of the Generalized Dose-Response gradient as well as the investigation of the usefulness of the generalized dose response gradient in practical radiobiological treatment planning through the use of RayStation. Last but not least, it will be investigated the influence of the organ architecture(parallel/serial). Basic material of our study was the treatment planning platform RAYSTATION 1.9 that was developed and designed by RAYSEARCH LABORATORIES AB,STOCKHOLM,SWEDEN. Except for that ,we made extensive use of basic theoretical formulas that are related to the calculation of TCP, NTCP, P+ and Generalized Gamma as well as to the radiobiological models. As far as the methods of that study are concerned, firstly we calculated theoretically the Generalized Gamma for TCP and NTCP respectively, for heterogeneous dose distribution to different volumes in order to verify RAYSTATION computations for TCP and NTCP. Furthermore, we set a treatment plan with the target organ and the organs at risk in the same ROI in order to check the validity of the system concerning the objective function P+ and the Generalized Gamma. Moreover ,we set a number of different treatment plans with the target organ and the organs at risk in different ROIs and we increased the mean dose in order to investigate the behavior of change in response and that of γ(D) ,before and after the change in dose and to calculate theoretically these quantities, in order to verify the validity of the theoretical expressions by comparing them with the values that the system is providing to us. Finally, we tried to investigate the behavior of ΔP by calculating the relative error between the real and the approximate value using the Poisson and the Probit model, for the case of having a target organ consisting of two compartments in a parallel architecture and with the same number of clonogens. Concerning our results, first of all, we verified theoretically the computations of the RAYSTATION about the Generalized Gamma and the objective function by using an independent way of calculations. Furthermore, we proved that after a small change (increase) in dose ,the organ that is being affected most ,is the organ with the highest Generalized Gamma. Except for that, we verified the validity of the theoretical expressions concerning the calculation of the change in response and that of Generalized Gamma but only for the case of small change in dose. Especially for the case of 50% TCP and NTCP, the theoretical and the values that the system is providing appear great approximation, a fact that proves the high importance of D50 model in specifying clinical response levels. Finally, concerning the last part of our calculations, we easily can say that the behavior of ΔPapprox looks sensible because, for both models that we used, it approaches significantly the real ΔP around the region of 50% or 37% response, as we were expecting. We verified in a quite satisfying level some basic theoretical approaches for dose-response gradient concerning the non-uniform dose delivery through the RayStation platform but the most important thing is the fact that the usefulness of the of the Generalized Dose response gradient is extremely important because it gives to the planner the opportunity to investigate precisely which organ, from the normal tissues will be affected most after a small increase in dose and as a result he will be able to optimize the plan for higher tumor control and lowest normal tissue complications. *This work had been done in collaboration with the Division of Medical Radiation Physics, Department of Oncology-Pathology, Karolinska Institute, Stockholm, Sweden

Η παρούσα ειδική ερευνητική εργασία εκπονήθηκε στα πλαίσια του Διατμηματικού Προγράμματος Μεταπτυχιακών Σπουδών στην “Ηλεκτρονική και Επεξεργασία της Πληροφορίας”, στο Τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου Πατρών. Αντικείμενο της παρούσας εργασίας είναι η “Υλοποίηση σε FPGA του περιγραφέα HOG για ανίχνευση ανθρώπων σε εικόνες και βίντεο”. Το πρώτο κεφάλαιο αποτελεί μια εισαγωγή στις βασικότερες έννοιες που χρησιμοποιούνται στην παρούσα εργασία. Περιγράφεται επίσης η αναπτυξιακή πλακέτα που χρησιμοποιήθηκε καθώς και τα επί μέρους στοιχεία που τη συνθέτουν. Τέλος γίνεται μια συνοπτική αναφορά σε εργασίες με παρόμοιο αντικείμενο, οι οποίες με επηρέασαν στο σχεδιασμό και την υλοποίηση του συστήματός μου. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναλύεται ο περιγραφέας Ιστογραμμάτων Προσανατολισμού της Βάθμωσης ή όπως είναι ευρύτερα γνωστός Histograms of Oriented Gradient Descriptor. Παρουσιάζονται τα βήματα όπως περιγράφονται στην εργασία των Dalal&Triggs[4] και οι βέλτιστες τιμές των παραμέτρων του περιγραφέα. Στο τρίτο κεφάλαιο ακολουθώντας τα βήματα του δευτέρου κεφαλαίου, παρουσιάζεται η διαδικασία υλοποίησης του περιγραφέα στο Matlab. Εκτός της υλοποίησης έγινε και μια προεργασία για τη μεταφορά του σε γλώσσα περιγραφής υλικού. Η προεργασία αυτή περιλαμβάνει απλοποιήσεις και τροποποιήσεις με σκοπό να μειωθεί το υπολογιστικό κόστος. Τέλος παρουσιάζονται τα αποτελέσματα δοκιμών της απόδοσης του περιγραφέα για τις διάφορες απλοποιήσεις. Στο τέταρτο κεφάλαιο γίνεται μια μικρή αναφορά στους ταξινομητές. Περιγράφονται οι ταξινομητές που δοκιμάστηκαν στην παρούσα εργασία ως προς συγκεκριμένα χαρακτηριστικά τους καθώς και την υπολογιστική τους πολυπλοκότητα για την συγκεκριμένη εφαρμογή. Το πέμπτο και τελευταίο κεφάλαιο περιλαμβάνει την περιγραφή της υλοποίησης σε VHDL. Αναλύονται τα επί μέρους κυκλώματα και όπου κρίθηκε αναγκαίο χρησιμοποιήθηκαν σχήματα ή πίνακες. Σε κάποιες περιπτώσεις δίνονται και οι κυματομορφές των κυκλωμάτων. / This thesis took place within the frame work of the Interdeparmental Master’s Program in “Electronics and Information Processing”, at the Department of Physics of University of Patras. The objective of this work is the implementation in FPGA of the HOG descriptor for the detection of people, images and videos. The first chapter is an introduction about the basic concepts, which are used across the manuscript. (Additional descriptions concern the development board which was used as well as the individual parts that compose it.) In the end, there is a brief reference to past projects focusing on similar objectives, which influenced the design and the implementation of my system. The second chapter concerns the presentation and discussion of the Histograms of Oriented Gradient descriptor. The steps of the procedure and the best parameter values of the descriptor are presented in a similar way as they are described in the paper of Dalal and Triggs. In the third chapter, following the steps of the previous one, the focus shifts to the descriptor’s implementation procedure in Matlab. Besides the implementation, there is a preparation for the transference of the descriptor in a Hardware Description Language. This preparation includes simplifications and modifications aiming at the reduction of the computational cost. Finally, we see the tests’ results of the descriptor’s performance concerning the various simplifications. The fourth chapter is a partial reference to the classifiers. The description is about the classifiers that were used in the present work with respect to their features and their computational complexity of this particular application. The fifth and final chapter refers to the description of the implementation in VHDL. There is an analysis of the partial circuits and, when necessary, shapes and tables were used. In some cases, the waveforms of the circuits are being presented.