Στην παρούσα διπλωματική εργασία ασχολήθηκα με την εύρεση του καρδιακού παλμού και στην συνεχεία με την εύρεση της ταχύτητας του αίματος ενός ατόμου, χρησιμοποιώντας τεχνικές ψηφιακής επεξεργασίας εικόνας και βίντεο στο υπέρυθρο φάσμα. Για να επιτευχτεί αυτός ο στόχος χρησιμοποίησα την λήψη μια βιντεοκάμερας ενώ το υποκείμενο φωτιζόταν από μια σειρά διόδων εκπομπής στο υπέρυθρο φάσμα. Στηριζόμενη στην ιδιότητα της αιμοσφαιρίνης να απορροφά το υπέρυθρο φως ορισμένου μήκους κύματος, επεξεργάστηκα τα δεδομένα με το λογισμικό και τη γλώσσα προγραμματισμού Matlab και έφτασα σε συμπεράσματα κατά πόσο μπορεί η μέθοδος αυτή να δώσει ικανοποιητικά αποτελέσματα. Ποιο αναλυτικά παρουσιάζεται το θεωρητικό υπόβαθρο, το οποίο αποτελείται από τις βασικές ιατρικές έννοιες και το μαθηματικό υπόβαθρο. Έπειτα γίνεται αναλυτική παρουσίαση των άλλων μεθόδων που χρησιμοποιούνται ευρέως για να παράγονται αυτού του είδους οι μετρήσεις και τέλος παρουσιάζεται το πείραμά μαζί με τις μεθόδους επεξεργασίας των δεδομένων, τα αποτελέσματα και τα συμπεράσματα. / -

Η διπλωματική εργασία περιγράφει μια μέθοδο επίλυσης του προβλήματος προσδιορισμού των γεωμετρικών χαρακτηριστικών ανθρώπινων ερυθρών αιμοσφαιρίων από προσομοιωμένες εικόνες σκέδασης ΗΜ ακτινοβολίας He-Ne laser 632.8nm. Αρχικά παρουσιάζεται το ευθύ πρόβλημα σκέδασης ΗΜ ακτινοβολίας από ανθρώπινο ερυθρό αιμοσφαίριο και στη συνέχεια το αντίστροφο πρόβλημα επιλύεται με χρήση τεχνικών συμπίεσης εικόνας και τεχνητού νευρωνικού δικτύου ακτινικής συνάρτησης. Τέλος, αναπτύσσεται μια τεχνική εύρεσης των αναλογιών των ερυθρών αιμοσφαιρίων στις εικόνες σκέδασης. / This thesis describes a method of estimating the geometrical features of the human red blood cell, from a set of simulated light scattering images produced by a He-Ne laser beam at 632.8nm. The light scattering problem by a human RBC is presented and afterwards the inverse problem is solved using image compression techniques and a radial basis function neural network. Finally, a method of finding the ratio of RBCs in the scattering images is developed.

Είναι κοινά αποδεκτή η γνώμη ότι στις μέρες μας η υπολογιστική τομογραφία αποτελεί αναπόσπαστο μέσο διάγνωσης στην κλινική πράξη. Προκαταρκτικές όμως εξετάσεις ρουτίνας σε μικρά ζώα είναι επίσης ωφέλιμες με απώτερο στόχο την εφαρμογή νέων τεχνικών διάγνωσης και τη βελτίωση παλαιοτέρων, στον άνθρωπο. Αυτό τον ρόλο καλείται να παίξει η μικροτομογραφία, που ουσιαστικά αποτελεί μια παραλλαγή της κλασσικής Υπολογιστικής Τομογραφίας Κωνικής Δέσμης (CBCT). Στόχος της παρούσας διατριβής είναι η μελέτη, η ανάπτυξη, η εφαρμογή και η αξιολόγηση αλγορίθμων ανακατασκευής εικόνας μικρών ζώων και αντικειμένων, απο τις προβολικές εικόνες τους. Συνδυάζοντας προβολικά δεδομένα λήψης από διάφορες γεωμετρίες, όπως της επίπεδης ισοκεντρικής τροχιάς αλλά και της τρισορθογώνιας, της ελικοειδούς καθώς και αυτής του περιορισμένου γωνιακού κυκλικού τόξου, ανακατασκευάστηκαν λογισμικά κυρίως μοντέλα των υπό εξέταση δειγμάτων. Με απώτερο στόχο την εφαρμογή αλλά και τη βελτίωση γνωστών αλγορίθμων ανακατασκευής αλλά και τον πειραματισμό και την ανάπτυξη καινούργιων μεθόδων αναδημιουργίας στο χώρο της τομογραφίας, ένα νέο λογισμικό εργαλείο δημιουργήθηκε στα πλαίσια της διατριβής αυτής. Πρόκειται για την Υπολογιστική Βιβλιοθήκη CLCT, μια ενοποιημένη πλατφόρμα προσομοίωσης που έχει αναπτυχθεί στην αντικειμενοστραφή γλώσσα προγραμματισμού C++. Χρησιμοποιώντας το εργαλείο αυτό, είναι δυνατή η σύνθεση ενός σεναρίου υπολογιστικής τομογραφίας με χρήση των επιμέρους στοιχείων της βιβλιοθήκης. Στο πλαίσιο της βιλιοθήκης, έχει αναπτυχθεί πληθώρα εργαλείων που αφορούν την ανακατασκευή αλλά και την επεξεργασία εικόνας. Παραδείγματα χρήσης της βιβλιοθήκης αναφέρονται τόσο για την περίπτωση της μικροτομογραφίας κωνικής δέσμης (στην ανακατασκευή μοντέλων μικρών ζώων και πειραματικών δεδομένων) όσο και για άλλες γενικές εφαρμογές της κλασσικής υπολογιστικής τομογραφίας στην ιατρική. / It is common belief that nowadays Computed Tomography is an integral part of medical diagnosis. Preliminary studies on small animals are also useful as they allow applying new diagnostic techniques and imaging modalities on humans, while improving at the same time the well established traditional methods. This is a role to be played by micro Computed Tomography (μCT), a technique similar to the conventional Cone Beam CT. The aim of the current thesis is to study, develop, apply and evaluate image reconstruction algorithms using projection images of small animals and objects. Using different acquisition geometries like circular or three-orthogonal trajectories as well as helical and limited arc trajectories, reconstructions were performed using software phantoms. A new software tool, CLCT library, was created during this thesis aiming to contribute to the implementation and improvement of well-known image reconstruction algorithms but also to the experimental testing and evaluation of new image reconstruction techniques. CLCT is an object-oriented class library, implemented in C++. In the core of the library, fundamental elements are classes, tightened together in a logical hierarchy. Real world objects, like an X-Ray Source or a Flat- Detector, can be defined as instances of corresponding classes. Various utilities (like 3D transformations, loading, saving, filtering of images, creation of planar or curved objects of various dimensions) have been incorporated in the software tool as class methods. They allow the user to easily set up any arrangement of these objects in 3D space and to experiment with many different trajectories and configurations. The application of CLCT library confirms the flexibility of the approach which is presented in this thesis through simulations on software phantoms as well as on real projection data for both cases of μCT and conventional Cone Beam CT.

- / -

- / -

- / -

Η παρούσα διπλωματική εργασία ασχολείται με την εκτίμηση του χρώματος αντικειμένων τα οποία απεικονίζονται σε φωτογραφίες, μέσω χρωματικής ισοστάθμισης και κατά συνέπεια μέσω διαχωρισμού των συνιστωσών ανάκλασης του φωτός. Συγκεκριμένα, εφαρμόσθηκε μια μέθοδος εκτίμησης του χρώματος αντικειμένων χρησιμοποιώντας μια βάση δεδομένων πολλαπλών εικόνων οι οποίες επεξεργάστηκαν ψηφιακά. Οι φωτογραφίες της βάσης δεδομένων απεικονίζουν την ίδια σκηνή και λήφθηκαν τοποθετώντας τη φωτεινή πηγή σε διαφορετική θέση στην περίπτωση κάθε φωτογραφίας. Η εργασία βασίστηκε κατά ένα μεγάλο μέρος σε άρθρα και πληροφορίες που συλλέχθηκαν από το διαδίκτυο. Τα πειραματικά αποτελέσματα ήταν ικανοποιητικά και έδειξαν πως ο συγκεκριμένος αλγόριθμος επιτυγχάνει χρωματική ισοστάθμιση και απόδοση χρωμάτων με καλή ακρίβεια και μικρή υπολογιστική πολυπλοκότητα. / The present Diploma Thesis deals with color estimation of objects which are depicted in photos, through color constancy and thus by separating the reflection components of light. We applied a method for estimating the color of objects using a database of multiple images that were digitally processed. The photos of the database represent the same scene and were obtained by placing the light source in a different location while capturing each photo. The present work was largely based on articles and information gathered from the internet. The experimental results were satisfactory and showed that the specific algorithm achieves color constancy and color estimation with good accuracy and low computational complexity.

Indirect detection digital imaging systems used in medical imaging, compromises powder phosphor scintillators as X-ray to light converters. Powder phosphors should combine image quality and light output parameters in order to produce high quality diagnostic images, with the parallel dose reduction to the patient. Additionally, they must be characterized by short decay times in order to be used in digital breast tomosynthesis (DBT) and dual energy imaging (DE). The aim of the present PhD thesis is the investigation of the optimum powder phosphor scintillator for use in a CMOS based digital imaging system and the investigation of the combination of the digital imaging system with the optimum scintillator for low energy medical applications, like DBT. Scintillating screens, were prepared using the method of sedimentation, by Lu2SiO5:Ce, Gd2O2S:Eu and Gd2O2S:Tb powder phosphors. Their properties were evaluated by experimentally determining parameters related to optical signal intensity and distribution at the scintillator exit surface, characterizing medical image quality and the patient’s dose. By comparing the luminescence efficiency and image quality properties of Lu2SiO5:Ce, Gd2O2S:Eu and Gd2O2S:Tb, the scintillating screen with the optimum characteristics was defined and placed, in close contact with the CMOS photodiode. MTF and DQE of our CMOS sensor were found better at the whole spatial frequency range with previously published data for a passive CMOS sensor, while NNPS was comparable. The evaluated CMOS sensor is characterized by high spatial resolution and detection efficiency properties that make it suitable for DBT. Additionally, image quality is acceptable at low exposure levels, which is crucial in DBT and DE applications where high patient’s dose is a drawback for the establishment of these methods. / Τα ψηφιακά συστήματα ιατρικής απεικόνισης, έμμεσης ανίχνευσης, χρησιμοποιούν φωσφόρους σπινθηριστές ως μετατροπείς της ακτινοβολίας-Χ σε ορατό φως. Οι φώσφοροι σπινθηριστές πρέπει να συνδυάζουν χαρακτηριστικά ποιότητας εικόνας και απόδοσης σε φωταύγεια προκειμένου να παράγουν εικόνες υψηλής διαγνωστικής αξίας με τη παράλληλη ελάττωση της δόσης στον εξεταζόμενο. Επιπλέον πρέπει να έχουν μικρούς χρόνους απόσβεσης για χρήση σε συστήματα ψηφιακής τομοσύνθεσης (DBT) και απεικόνισης διπλής ενέργειας (DE). Σκοπός της παρούσας Διδακτορικής Διατριβής ήταν η διερεύνηση των βέλτιστων υλικών φωσφόρων σπινθηριστών για χρήση σε ολοκληρωμένο ψηφιακό απεικονιστικό σύστημα τύπου CMOS καθώς και η διερεύνηση των χαρακτηριστικών του συστήματος ψηφιακού ανιχνευτή/ βέλτιστου σπινθηριστή για ιατρικές εφαρμογές χαμηλών ενεργειών, όπως η DBT. Παρασκευάστηκαν, με τη μέθοδο της καθίζησης, φθορίζουσες οθόνες από υλικά σπινθηριστών όπως τα Lu2SiO5:Ce, Gd2O2S:Eu και Gd2O2S:Tb. Οι ιδιότητες τους μελετήθηκαν αξιολογώντας πειραματικά παραμέτρους οι οποίες εκφράζουν την ένταση και την κατανομή του παραγόμενου σήματος στην έξοδο του ανιχνευτή και σχετίζονται άμεσα με την ποιότητα της ιατρικής εικόνας αλλά και με τη δόση στον εξεταζόμενο. Στον ανιχνευτή τοποθετήθηκε, σε άμεση επαφή με τις φωτοδιόδους CMOS, φθορίζουσα οθόνη Gd2O2S:Tb, η οποία προσδιορίστηκε μέσω της σύγκρισης των ανωτέρω υλικών σε απόδοση φωταύγειας και ποιότητα εικόνας. Η απόδοση του CMOS ήταν καλύτερη εν συγκρίσει με δημοσιευμένα αποτελέσματα για αισθητήρα PPS CMOS, σε όλο το εύρος των χωρικών συχνοτήτων. Τα αποτελέσματα αυτά δείχνουν ότι ο υπό εξέταση ανιχνευτής τύπου CMOS έχει υψηλή διακριτική ικανότητα και ανιχνευτική αποδοτικότητα, κρατώντας παράλληλα χαμηλά επίπεδα θορύβου καθιστώντας τoν κατάλληλο για χρήση σε πρότυπο σύστημα (DBT). Επιπλέον βρέθηκε ότι η ποιότητα εικόνας δεν υποβαθμίζεται σε χαμηλά επίπεδα έκθεσης, στοιχείο που είναι σημαντικό για εφαρμογές (DBT) και (DE), όπου η αυξημένη δόση στον εξεταζόμενο είναι ανασταλτικός παράγοντας για τη καθιέρωση και ευρεία αποδοχή των συγκεκριμένων μεθόδων.

- / -

- / -