Mammography is currently the gold standard technique for early detection of breast cancer before it becomes clinically palpable. Breast compression is essential part of mammography which provides better contrast and smaller radiation dose. It optimizes the image quality and the visualization of small lesions by reducing the breast thickness. The overall goal of this thesis is to simulate the complete mammographic imaging chain, starting from the creation of breast phantoms, compression, and mammogram simulation. A specific aim is to carry out a study that compares the quality of breast lesions on simulated mammographic images obtained from both uncompressed and compressed breast models. For the creation of the breast models, we use a software breast phantom which incorporates a 3D voxel array with geometric primitives, a ductal network, and a model for lesions. Further on, a Simulation Algorithm for Soft Tissue Compression (SASTC) is used for the compression of the breast phantoms. For this purpose, the algorithm was implemented into C++ language and incorporated into the available Breast Simulator software. The SASTC algorithm is based on the spring-mass model according to which the volume of the breast phantom is divided into a number of elements, each one consisting of 27 nodes and the nodes are connected with springs. The compression algorithm allows stretching and compression of the volume object. Due to these deformations the voxels of the breast’s volume are distorted. Several algorithms are developed to correct for these distortions. These algorithms are based on interpolation techniques and on the Jordan Curve Theorem. We designed 11 models of small breast phantoms that included microcalcifications of different sizes. These breast phantoms as well as the compressed model of each phantom are subjected to mammography simulation to create mammograms. The x-ray image acquisition model, used for the acquirement of the mammographic images, is based on a combination of ray tracing techniques and the x-ray attenuation law. A comparison between the acquired mammograms of both uncompressed and compressed breast phantom was performed. A preliminary visual evaluation demonstrates that the clarity of the structures in the breast model is improved in the images of the compressed breast. Quantitative evaluation involving contrast calculations supports the former results. / Η μαστογραφία αποτελεί τον καλύτερο τρόπο για την έγκαιρη ανίχνευση του καρκίνου του μαστού προτού να είναι δυνατός ο εντοπισμός του με τη μέθοδο της ψηλάφισης. Η συμπίεση του μαστού είναι ένα σημαντικό μέρος της μαστογραφίας καθώς βελτιστοποιεί την ακτινογραφική ποιότητα της εικόνας και επιτρέπει την ελλάτωση της δόσης της ακτινοβολίας στον ασθενή καθώς μειώνεται το πάχος του μαστού. Ο γενικός στόχος της συγκεκριμένης διπλωματικής εργασίας είναι η προσομοίωση της διαδικασίας της μαστογραφίας, η οποία περιλαμβάνει τη δημιουργία των μοντέλων μαστού, τη συμπίεση τους και την προσομοίωση λήψης των εικόνων της μαστογραφίας. Πιο συγκεκριμένα, στόχος είναι να δημιουργηθούν οι μαστογραφικές εικόνες των ασυμπίεστων και συμπιεσμένων μοντέλων μαστού προκειμένου να πραγματοποιηθεί σύγκριση μεταξύ τους. Για τη δημιουργία των μοντέλων του μαστού χρησιμοποιείται το λογισμικό προσομοίωσης BreastSimulator που αναπτυχθηκε στο εργαστηρίο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας στο Πανεπιστήμιο Πατρών (Bliznakova 2003). Η εξωτερική και εσωτερική δομή του μαστού καθώς και οι διάφορες παθολογικές δομές προσομοιόνονται με τη χρήση βασικών γεωμετρικών σχημάτων. Τα μοντέλα αποκτούνται υπό τη μορφή τρισδιάστατου πίνακα. Για τη συμπίεση των μοντέλων μαστού χρησιμοποιήθηκε ο αλγόριθμος SASTC (Simulation Algorithm for Soft Tissue Compression), αφού πρώτα πραγματοποιήθηκε μετατροπή από τη γλώσσα προγραμματισμού Java σε C++ έτσι ώστε να είναι δυνατή η χρησιμοποίησή του ως μέρους του λογισμικού BreastSimulator. Αυτός ο αλγόριθμος βασίζεται στο μοντέλο μάζας-ελατηρίου σύμφωνα με το οποίο ο όγκος του μοντέλου του μαστού χωρίζεται σε στοιχεία, καθένα από τα οποία αποτελείται από 27 κόμβους. Οι κόμβοι συνδέονται μεταξύ τους με ελατήρια. Ο αλγόριθμος συμπίεσης επιτρέπει την εξάπλωση και τη συμπίεση του όγκου του αντικειμένου. Το γεγονός αυτό έχει ως αποτέλεσμα την εμφάνιση παραμορφώσεων στα voxel του τρισδιάστατου μοντέλου του μαστού. Για την διόρθωση αυτών των παραμορφώσεων αναπτύχθηκε ένας νέος αλγόριθμος. Τα τρισδιάστατα μοντέλα μαστού που προκύπτουν από τον αλγόριθμο συμπίεσης χρησιμοποιούνται ως είσοδος στον προσομοιωτή ακτινοβόλησης του μαστού και προκύπτουν οι εικόνες της μαστογραφίας. Εικόνες μαστογραφίας από διάφορα μοντέλα ασυμπίεστου και συμπιεσμένου μαστού δημιουργήθηκαν ακολουθώντας την παραπάνω διαδικασία και στη συνέχεια πραγματοποιήθηκε σύγκριση αυτών των εικόνων. Από μια πρώτη οπτική αξιολόγηση προκύπτει ότι η ευκρίνεια των δομών του μαστού είναι βελτιωμένη στις εικόνες που αντιστοιχούν στα μοντέλα συμπιεσμένου μαστού. Η ποσοτική αξιολόγηση η οποία στηρίζεται στον υπολογισμό του CNR (contrast to noise ratio) επιβεβαίωσε την παραπάνω διαπίστωση.

Η δραστικότητα των λυοσωματικών ενζύμων είναι αυξημένη στο εξωκυττάριο υγρό ασθενών με μηνιγγίτιδα και περιτονίτιδα μικροβιακής αιτιολογίας. Ο σκοπός της παρούσας μελέτης ήταν να ερευνήσουμε αν η δραστικότητα αυτών των ενζύμων ήταν αυξημένη στο περιτοναϊκό υγρό ασθενών με πυελική φλεγμονή και γυναικολογικό καρκίνο. Η δραστικότητα της β-γλυκουρονιδάσης, β-γαλακτοσιδάσης και α-μαννοσιδάσης μετρήθηκε στο περιτοναϊκό υγρό 5 ασθενών με PID, 10 ασθενών με γυναικολογικό καρκίνο, 10 ασθενών που χρησιμοποιήθηκαν σαν σημείο αναφοράς και το υγρό 7 ασθενών με καλοήθεις κύστεις ωοθηκών. Η μέση τιμή της +/-SD της δραστικότητας της β- γλυκουρονιδάσης , β-γαλακτοσιδάσης, και της α- μανοσιδάσης στην PID ήταν 148+/-82, 278+/ -112, και 291+/-140 nmol 4 -methylummbelliferone/ ml / h αντίστοιχα. Στα δείγματα αναφοράς ήταν 22+/-9, 48+/-10 και80+/-23 , αντίστοιχα (p<=0,003 - 0.00001). Στο γυναικολογικό καρκίνο η δραστικότητα ήταν 113+/-35, 210+/- 82, και 243+/-123 αντίστοιχα ( διαφορά από τα δείγματα αναφοράς p<=0,0006-0,000001). Υπήρξε θετική συσχέτιση μεταξύ της δραστικότητας της β- γλυκουρονιδάσης και του σταδίου του καρκίνου. Η μέτρηση της δραστικότητας των ενζύμων στο υγρό των ωοθηκικών κύστεων δεν διέφερε σημαντικά σε σχέση με αυτή των δειγμάτων αναφοράς. Η δραστικότητα των λυοσωματικών ενζύμων είναι αυξημένη στο περιτοναϊκό υγρό ασθενών με (PID), πυελική φλεγμονή και γυναικολογικό καρκίνο. Η απουσία επικάλυψης των μετρηθέντων τιμών δραστικότητας των ανωτέρω ενζύμων μεταξύ ασθενών με γυναικολογικό καρκίνο και PID σε σχέση με τα δείγματα αναφοράς δείχνει οτι κάποιες μετρήσεις πρέπει να αρχίζουν να εφαρμόζονται για διαγνωστικούς σκοπούς. / The activity of lysosomal enzymes is increased in extracellular fluids οf patients with bacterial maningitis and peritonitis. Our objective was to investigate whether the activity of these enzymes is increased in the peritoneal fluid of pelvic inflammatory disease (PID) and gynecologic cancers. The activity of β-glucuronidase, β-galactosidase and α-mannosidase was measured in the peritoneal fluid of 5 patients with PID, 10 with gynecologic cancer, 10 control subjects, and the flouid of 7 benign ovarian cysts. The mean +/- SD β-glucoronidase, β-galactosidase, and α-mannosidase activity in PID was 148+/-82, 278+/-112, and 291+/-140 nmol 4- methylumbelliferone/ ml/h, respectively; in the controls it was 22+/-9, 48+/-10 and 80+/-23, respectively ( p<=0,003-0,00001). In the gynecologic cancers the activity was 113+/-35, 210+/-82, and 243+/-123, respectively (difference from controls p<=0.0006-0.000001). There was a positive correlaton between β-glucoronidase activity and stage of cancer.The activity of the ovarian cysts fluid did not differ significantly from the controls. The lysosomal enzyme activity is increased in the peritoneal fluid of PID and gynecologic cancers. The absence of overlapping values between patients and controls indicates that such measurements may be applied for diagnostic purposes.

Το μονοπάτι του Transforming- Growth Factor beta είναι ένα από τα πιο πολύπλοκα και πιο καλά μελετημένα σε μια σειρά παθήσεων και έχει βρεθεί να δρα άλλοτε ως ογκοκατασταλτικό και άλλοτε ως προαγωγό της κακοήθους εξαλλαγής. Πρόσφατα έγινε η ανακάλυψη των υποστρωμάτων του, της οικογένειας των Smad πρωτεϊνών, που μεταφέρουν το σήμα στον πυρήνα του κυττάρου, με τη συμμετοχή πολλαπλών παραγόντων, συν –ενεργοποιητών ή συν – καταστολέων. Η Ski πρωτεΐνη έχει ταυτοποιηθεί τελευταία ως ένας σημαντικός συν-καταστολέας του εν λόγω μονοπατιού. Επιπλέον, ο καρκίνος του μαστού είναι ένας από τους πιο συχνούς καρκίνους στις γυναίκες και η ανακάλυψη καινούριων μορίων στόχων μοριακής θεραπείας αποτελεί μια μεγάλη πρόκληση, ιδίως σε ασθενείς με νόσο αρχικού σταδίου. Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής ήταν η μελέτη της έκφρασης του υποδοχέα του TGF-β, των πρωτεϊνών Smad2/3, Smad4 και Ski σε καρκινώματα μαστού σταδίου Τ1 και Τ2 με απουσία λεμφαδενικών μεταστάσεων, και η συσχέτιση της έκφρασης τους με ποικίλες κλινικοεργαστηριακές παραμέτρους, κυριότερες των οποίων ήταν ο βαθμός κακοηθείας των όγκων, η έκφραση ορμονικών υποδοχέων, η εμφάνιση απομακρυσμένων μεταστάσεων καθώς και ο θάνατος των ασθενών. Υλικά και μέθοδος: Σε 146 δείγματα από πορογενή καρκινώματα μαστού (εκ των οποίων 21 in situ και 125 διηθητικά) μελετήθηκε με τη μέθοδο της ανοσοϊστοχημείας (έμμεση μέθοδος βιοτίνης- στρεπταβιδίνης) η έκφραση των προαναφερθέντων μορίων. Η εκτίμηση της ανοσοθετικότητας ήταν τόσο ποιοτική (θετικη – αρνητική), όσο και ποσοτική (αρνητική, μέτρια, έντονη) ανάλογα με το ποσοστό των θετικών νεοπλασματικών κυττάρων και την ένταση της χρώσης. Η στατιστική ανάλυση των αποτελεσμάτων έγινε με το στατιστικό πρόγραμμα SPSS 13 for windows. Αποτελέματα: Η έκφραση του υποδοχέα του TGF-β είχε στατιστικώς σημαντική, αντίστροφη συσχέτιση με το βαθμό κακοηθείας των όγκων, καθώς και με την εμφάνιση αιματογενών μεταστάσεων και θανάτου των ασθενών. Η έκφραση της Smad2/3 πρωτεΐνης αποδείχτηκε ανεξάρτητος προγνωστικός παράγοντας στα Grade I διηθητικά καρκινώματα και η Smad4 βρέθηκε να αποτελεί ισχυρό προγνωστικό παράγοντα στους ER (Estrogen Receptor) θετικούς όγκους. Η έκφραση της Smad2/3 και της Smad4 συσχετίστηκαν σημαντικά τόσο μεταξύ τους όσο και με την έκαραση του TGF-β υποδοχέα. Η έκφραση της πρωτεΐνης Ski συσχετίστηκε με το βαθμό κακοηθείας των όγκων, την παρουσία αιματογενών μεταστάσεων και αποδείχτηκε ανεξάρτητος προγνωστικός παράγοντας για την επιβίωση των ασθενών. Επίσης σημαντική ήταν η παρατήρηση της ενδοκυττάριας μετακίνησης της Ski από τον πυρήνα προς το κυτταρόπλασμα του κυττάρου, αυξανομένου του βαθμού κακοηθείας των όγκων και η στατιστικώς σημαντική συσχέτιση της παρουσίας κυτταροπλασματικής Ski ανοσοχρώσης και απώλειας έκφρασης της πρωτεΐνης Smad2/3. Συμπεράσματα: Οι Smad πρωτεΐνες αποδεικνύεται για άλλη μια φορά να αποτελούν τα ενδοκυττάρια υποστρώματα του TGF-β και φαίνεται να διαδραματίζουν ρόλο ογκοκατασταλτικών πρωτεϊνών στην εξέλιξη της νεοπλασίας του μαζικού αδένα, ενώ η Ski πρωτεϊνη δρα ως ένα ισχυρό ογκογονίδιο καταστέλλοντας τη δράση του TGF-beta μονοπατιού. Όλες οι μελετηθείσες πρωτεΐνες αποτελούν δυνητικά ενδιαφέροντες στόχους μελλοντικής μοριακής θεραπείας. / Transgorming Growth Factor beta signaling pathway is thoroughly studied in a series of diseases and this molecule has been proved to act either as an ancogene or as a tumor suppressor molecule in human carcinogenesis. Recently, the Smad proteins’ family has been identified as TGF-b’s intracellular substrates, which transfer the signal in the cell’s nucleus. A lot of molecules have also been found to act as co-repressors or co-activators in this procedure. Ski protein is one of the most well known Smad proteins’ co-repressors. On the other hand, breast cancer is one of the most common cancers in women, and the fi of new predictive factors, especially in the early stages of the disease is very alluring. The purpose of the present study was the investigation of the expression of TGF-β receptor, as well as the expression of Smad2/3 and Ski protein in T1, T2, -node negative breast cancer specimens and theirs potent correlation with several clinicopathological parameters The most important of these were tumor Grade, hormone receptors’ positivity as well as the patients’ outcome (blood – borne metastases or death of their disease). Materials and methods: 146 breast cancer specimens were used, among which 21 in situ and 125 invasive. The proteins’ expression was studied using immunohistochemistry (biotin – streptabidin indirect method). The evaluation of the immunopositivity was not only qualitative (negative versus positive) but also quantitative (negative, weakly positive and strongly positive) depending on the number of positive tumor cells and the staining’s intensity). The statistical analysis of the results was implemented using the SPSS13 for windows. Results: TGF-β receptor’s expression was inversely correlated with tumor Grade as well as with the presence of blood- borne metastases and patients’ death. The expression of Smad2/3 protein was proved to be an independent prognostic factor in Grade I invasive carcinomas while loss of Smad4 expression was strongly correlated with poor patients’ outcome in ER (Estrogen Receptor) –positive tumors. All three proteins’ positivity had statistically significant correlation with each other. Ski proteins’ expression was strongly correlated with tumors’ Grade, the presence of distant metastases and was also an independent prognostic factor for patients’ survival. An other important observation was the intracellular metatopisi of Ski’ s expression from the nucleus to the cytoplasm in high Grade tumors and the strong relationship between cytoplasmic Ski and loss of expression of Smad2/3. Conclusions: Smad proteins seem to be TGF-beta intracellular substrates and, according to our results, play a tumor suppressor role in mammary gland tumorigenesis. On the other hand, Ski protein acts as an oncogene in breast carcinogenesis procedure modulating the TGF-beta pathways’ effect. All the studied proteins are potent targets of a future molecular therapy.

Είναι ευρέως γνωστό από παλιά ότι οι μουστάρδες του αζώτου όταν είναι συνδεδεμένες μέσω ενός εστερικού δεσμού με ένα στεροειδές μόριο ή με ένα τροποποιημένο στεροειδές, τότε εμφανίζουν μικρότερη τοξικότητα και καλύτερη αντινεοπλασματική δράση. Προκειμένου να επιβεβαιώσουμε το ρόλο του στεροειδικού μορίου στην έκφραση της αντιλευχαιμικής ενεργότητας, επανασυνθέσαμε 16 ανάλογα της μουστάρδας 4-Μe-CABA και τα εξετάσαμε στη λευχαιμία Ρ388 in vivo και σε φυσιολογικά ανθρώπινα λεμφοκύτταρα in vitro. H πλειοψηφεία των εξεταζόμενων ενώσεων εμφάνισε χαμηλή τοξικότητα-χαμηλότερη τοξικότητα από αυτήν της μουστάρδας- ενώ η αντιλευχαιμική δράση αυξήθηκε σημαντικά. Όσον αφορά στις τροποποιήσεις αποδείχτηκε για μια ακόμη φορά ότι η ύπαρξη της ΝΗ-CΟ ομάδας ως εξωκυκλικό αμίδιο συνεισεφέρει σημαντικά στην δράση του μορίου μόνο όμως όταν βρίσκεται σε β-διαμόρφωση. Η μετατροπή του Β αλλά και του D στεροειδικού σκελετού σε λακταμικό ενίσχυσε την αντιλευχαιμική δράση των μορίων. Επίσης τα 7-οξειδωμένα παράγωγα αποδείχτηκαν καλύτερα από τα μη οξειδωμένα ανάλογα. Τα ευρήματα μας υποστηρίζουν ότι το στεροειδικό κομμάτι αυτών των ενώσεων δεν είναι μία απλή βιολογική πλατφόρμα όπως εικαζόταν για χρόνια. / It is commonly known that nitrogen mustards when conjugated with steroids or modified steroids via esteric bond show low toxicity and better antileukemic activity. In order to confirm the role of the steroidal moiety on the expression of anti-leukemic activity we re-synthesized 15 derivatives of the 4-Μe-CABA mustard and tested them on leukaemia P388 in vivo and in normal human lymphocytes in vitro.The majority of the tested compounds showed low toxicity while the measured antileukemic potency was significantly increased.As far as the modifications that were tested, once more it was proved that the existence of the ΝΗ-CΟ moiety when out of the ring as an amidic group contributes significantly to the activity of the molecule only if it is at axial conformation. The lactamization of the B-steroidal ring as well as the lactamization of the D-steroidal ring rendered the molecule more potent. Furthermore the 7-oxidized derivatives proved better than the non-7-oxidized derivatives. Our findings support the notion that the steroidal part of these molecules is not just a simple biological platform as has been speculated for years.

Η ραγδαία ανάπτυξη του Παγκόσμιου Ιστού προσέφερε σε όλους τους χρήστες ανά τον κόσμο τη δυνατότητα άμεσης, γρήγορης και αποτελεσματικής προσπέλασης κάθε είδους πληροφορίας. Καθημερινά πραγματοποιούνται εκατομμύρια καταχωρήσεις πληροφοριών στο Διαδίκτυο με αποτέλεσμα ο όγκος της διακινούμενης πληροφορίας να αυξάνει με εκθετικούς ρυθμούς. Με το πάτημα ενός κουμπιού, μια πληθώρα πληροφοριών, ακόμη και για το πιο εξειδικευμένο θέμα, βρίσκεται μπροστά στην οθόνη του χρήστη, έτοιμη προς ανάγνωση και επεξεργασία. Αυτή ακριβώς η «υπερδιάθεση» πληροφοριών καθιστά πολύ δύσκολη έως αδύνατη οποιουδήποτε είδους επεξεργασία των δεδομένων από το χρήστη, έστω και σε επίπεδο απλής ανάγνωσης. Η ύπαρξη ενός εργαλείου ανάκτησης κειμένου και εξαγωγής όρων και κανόνων από μια υπερμεγέθη συλλογή κειμένων θα έδινε τη δυνατότητα στο χρήστη να ανακτήσει χρήσιμες πληροφορίες γρήγορα, χωρίς να είναι απαραίτητη η ανάγνωση και η φυσική επεξεργασία όλων αυτών των κειμένων. Ειδικότερα στο ευαίσθητο πεδίο των Βιο-Επιστημών όπου η αδυναμία επεξεργασίας της διαθέσιμης πληροφορίας και της εξαγωγής χρήσιμων συνδέσεων και συμπερασμάτων επηρεάζει αρνητικά την επιστημονική έρευνα, είναι επιτακτική η ανάγκη παρουσίας εργαλείων που θα διευκολύνουν τη διαδικασία εξόρυξης γνώσης από κείμενα με βιολογικό περιεχόμενο. Στην παρούσα διπλωματική εργασία γίνεται μια παρουσίαση τεχνικών με τις οποίες είναι δυνατή η εξαγωγή γνώσης και κανόνων από κείμενα ηλεκτρονικής μορφής στο Διαδίκτυο τα οποία αφορούν στο επιστημονικό πεδίο της Βιολογίας. Η προσπάθειά μας επικεντρώνεται κυρίως στη δυνατότητα εξόρυξης γνώσης από κείμενα που αναφέρονται σε ένα συγκεκριμένο θέμα Βιολογίας (π.χ. μεταγραφικοί παράγοντες) και που η πραγματοποίηση του στόχου αυτού θα ήταν διαφορετικά από δύσκολη έως αδύνατη καθώς το πλήθος των κειμένων είναι απαγορευτικό για την αναλυτική μελέτη τους από ειδικό ή ομάδα ειδικών, πόσο μάλλον από έναν απλό χρήστη. Αρχικά, περιγράφουμε τον τρόπο ανάκτησης των κειμένων που αναφέρονται στο συγκεκριμένο θέμα του ενδιαφέροντός μας από την ηλεκτρονική βιβλιοθήκη National Library of Medicine και τη δημιουργία της προς επεξεργασία συλλογής κειμένων. Η συλλογή αυτή υπόκειται σε λεξικολογική ανάλυση και επεξεργασία κατά τη διάρκεια της οποίας διατηρούνται από κάθε κείμενο οι πιο σημαντικοί όροι, ενώ οι υπόλοιποι απορρίπτονται. Με τον τρόπο αυτό δημιουργείται ένα σύνολο από τους πιο αντιπροσωπευτικούς όρους ανά κείμενο με τη συχνότητα εμφάνισής τους σε αυτά. Στη συνέχεια, εφαρμόζουμε τεχνικές ομαδοποίησης δεδομένων με στόχο τη δημιουργία ομάδων όρων, αλλά και ομάδων κειμένων. Στα πλαίσια της προσπάθειας αυτής, πειραματιστήκαμε με διάφορες γνωστές τεχνικές ομαδοποίησης (αλγόριθμοι k-means και ιεραρχικός μονής σύνδεσης), ενώ υλοποιήσαμε εκ νέου τον αλγόριθμο ISODATA σε περιβάλλον ανάπτυξης Matlab. Η έρευνά μας ολοκληρώνεται με την εφαρμογή της τεχνικής του Latent Semantic Indexing πριν τη ομαδοποίηση των δεδομένων και τη σύγκριση των αποτελεσμάτων. Μέσα από τις ομάδες που δημιουργούνται με αυτή τη διαδικασία, διαπιστώνουμε την παρουσία συνδέσεων μεταξύ όρων και κειμένων και, ακόμη περισσότερο, τη δυνατότητα εξαγωγής συμπερασμάτων, αλλά και εξόρυξης πραγματικά νέας γνώσης επάνω σε συγκεκριμένα πεδία της επιστήμης της Βιολογίας. / The rapid growth of World Wide Web offered every user around the globe the ability to have immediate, quick and effective access to every kind of information. Daily, millions of records of information about every subject are added on Internet, giving the volume of available information an exponential boost. Simply by pressing only one single button, a plethora of information – even about the most sophisticated topic - is laid out in front of user’s screen ready to be read and processed. This plethora is exactly the reason that makes it difficult or even impossible for a simple user to process all the available data, or even just read it. It is clear that the presence of a tool that will make feasible the retrieval of documents and the extraction of terms and rule-associations from a huge document collection would give users the ability to retrieve valuable information quickly, without even reading or pre-processing all these documents. Especially in Bio-sciences, the inability of processing the available information and extracting useful connections and assumptions is an obstacle in scientific research. Therefore, there is a crying need for tools that will facilitate the process of text mining from documents with biological concept. In the present master thesis we present techniques for extracting knowledge and rules from documents in a digital format retrieved from Internet, with special reference to the scientific field of Biology. Our attempt is mainly focused on knowledge extraction from documents with specific biological concept (e.g. transcription factors), which is a really difficult – in some cases even impossible – task to accomplish due to the huge amount of available documents that an expert or a group of experts should read and process – imagine what a simple user could do. First, we describe the retrieval of documents referring to the specific biological concept we are interested about, from the National Library of Medicine and the construction of our document set. This set will be lexicological processed and only the most important term from each document will be kept while the rest will be ignored. This way, a set of the most representative terms per document will be created, along with the frequency in which the terms appear in each document. Secondly, we apply clustering techniques over this terms-by-document set in order to produce clusters of terms as well as clusters of documents. During this step, many well known clustering techniques are being tested, such as the k-means algorithm and the hierarchical-single linkage algorithm. We also describe our implementation, the ISODATA algorithm. The implementation of all clustering algorithms tested here was done on Matlab 6p5. Our research ends with the application of Latent Semantic Indexing (LSI) technique over our terms-by-documents set before the clustering step; we compare the resulting clusters with those taken without performing LSI before clustering. It is in those clusters that we find many connections between terms and documents and - even more – we discover the ability of extracting not only conclusions about the concept of the documents in each cluster but also truly new knowledge referring to specific scientific fields of Biology.

Recent studies have suggested significant variation in radiotherapy schedules used to treat advanced NSCLC, both between different centres as well as between countries. In this study, treatment methodologies have been explored using management plans proposed by radiation oncologists when given general questions and theoretical case histories for patients with advanced NSCLC. Methods and Materials The survey was conducted by sending a questionnaire to twenty four radiotherapy centres in Europe. The questionnaire was composed of two sections. The first section concerned reasons for starting radiotherapy, parameters that influence the choice of total dose and fractionation for radiotherapy and the kind of equipment that is used. The second section examines five case histories and asked the responders about the management of these five theoretical patients also regarding the radiotherapy techniques proposed and the aim of treatment (radical or palliative). Furthermore, trials comparing different regimens of palliative radiotherapy in patients with NSCLC were compared. Nineteen trials were reviewed. There were important differences in the doses of radiotherapy investigated, the patient characteristics and the outcome measures. Results In the first part responders (70% of the centres) suggested as the most important factors that influence the choice of total dose and fractionation for radiotherapy, distant metastases, performance status of the patient, lung function and size of the primary tumour. The most common reasons for starting the treatment is not only symptom relief, but also cure and prolongation of life. In the second part, more than 95% of the responders replied that they would give radiotherapy in each of these cases. The median total doses proposed where 20Gy/5fractions/1week or 30Gy/10fractions/2weeks for cases A and D (equivalent dose for fractionation 2Gy per fraction=23 and 33Gy) and 60-68Gy/30fractions/6weeks or 68Gy/34fractions/7weeks for cases B, C and E. For case E, 20% of the responders suggested Stereotactic Body Radiotherapy with 63Gy in 3 Fractions. The total dose and number of fractions of radiotherapy could be related to the perceived aims and expectations of treatment e.g. those aiming to extent life would give significantly higher total doses in a larger number of fractions, whereas those aiming to relieve symptoms would give significantly lower total doses. For the review to the literature there is no strong evidence that any regimen gives greater palliation. Higher dose regimens give more acute toxicity, especially oesophagitis. There is evidence for a modest increase in survival (5% at 1 year and 3% at 2 years) in patients with better performance status (PS) given higher dose radiotherapy. Some regimens are associated with an increased risk of radiation myelitis. Conclusions This survey demonstrates a range of treatment strategies for advanced and inoperable NSCLC within Europe. There are a number of factors that influence the perceived aims of treatment and treatment planning. These factors should be taken into account when evaluating the effectiveness of different irradiation techniques, especially in the determination of radiobiological parameters and dose-response relations. The majority of patients should be treated with short courses of palliative radiotherapy, of 1 or 2 fractions. Care should be taken with the dose to the spinal cord. The use of high dose palliative regimens should be considered for and discussed with selected patients with good performance status. More research is needed into reducing the acute toxicity of large fraction regimens and into the role of radical compared to high dose palliative radiotherapy. In the future, large trials comparing different RT regimens may be difficult to set up because of the increasing use of systemic chemotherapy. Trials looking at how best to integrate these two modalities, particularly in good PS patients need to be carried out. / Πρόσφατες μελέτες έχουν αναδείξει σημαντική ποικιλία στα ακτινοθεραπευτικά σχήματα που χρησιμοποιούνται στην ακτινοθεραπεία του μη μικροκυτταρικού καρκίνου του πνεύμονα προχωρημένου σταδίου. Στη συγκεκριμένη μελέτη θεραπευτικές μεθοδολογίες έχουν διερευνηθεί χρησιμοποιώντας τεχνικές που προτείνονται από ογκολόγους ακτινοθεραπευτές . Υλικά και Μέθοδοι: Η μελέτη αποτελείται από δυο μέρη. Στο πρώτο ένα ερωτηματολόγιο εστάλη σε είκοσι τέσσερα ακτινοθεραπευτικά κέντρα στην Ευρώπη .Το ερωτηματολόγιο αποτελούνταν από δυο τμήματα. Στο πρώτο ζητούνταν οι λόγοι για τους οποίους γίνεται έναρξη της ακτινοθεραπείας, οι παράμετροι που επηρεάζουν την επιλογή για τη συνολική δόση και τις συνεδρίες για την θεραπεία και τον εξοπλισμό που χρησιμοποιούν. Στο δεύτερο τμήμα παρουσιαστήκαν πέντε θεωρητικά κλινικά περιστατικά και ζητήθηκε η αντιμετώπιση αυτών των θεωρητικών ασθενών. Στο δεύτερο μέρος της μελέτης πραγματοποιήθηκε ανασκόπηση στη βιβλιογραφία και σύγκριση των αποτελεσμάτων κλινικών δοκιμών που έχουν πραγματοποιηθεί στο παρελθόν. Αποτελέσματα: Στο ερωτηματολόγιο απάντησαν το εβδομήντα τοις εκατό των κέντρων στα όποια εστάλη. Στο πρώτο μέρος ως οι πιο σημαντικοί παρόντες που επηρεάζουν την επιλογή της τελικής δόσης και τις συνεδρίες οριστήκαν οι παρουσία απομακρυσμένων μεταστάσεων, η κλινική εικόνα του ασθενούς, η πνευμονική λειτουργία και το μέγεθος του πρωτογενούς όγκου. Οι σημαντικότεροι λόγοι για έναρξη θεραπείας είναι ανακούφιση από τα συμπτώματα καθώς και επιμήκυνση της ζωής. Στο δεύτερο μέρος ενενήντα πέντε τοις εκατό των κέντρων απάντησαν ότι θα πραγματοποιούσαν ακτινοθεραπεία και στους πέντε αυτούς ασθενείς. Η επιλογή της συνολικής δόσης και συνεδρίων επηρεάζεται από την θεώρηση της θεραπείας ως παρηγορική ή θεραπευτική. Τα κέντρα που είχαν στόχο την επιμήκυνση της ζωής έδιναν μεγαλύτερες δόσεις και περισσότερες συνεδρίες εν αντιθέσει με τα κέντρα που είχαν στόχο την υποχώρηση των συμπτωμάτων που έδιναν μικρότερης δόσεις σε λιγότερες συνεδρίες. Στο δεύτερο μέρος υπολογιστήκαν οι σχετικές βιολογικές δραστικότητες από τα δεδομένα της βιβλιογραφίας καθώς και ο παράγοντας πολλαπλασιασμού του όγκου και κατασκευάστηκαν καμπύλες δόσης απόκρισης. Συμπεράσματα: Η μελέτη αποδεικνύει την ύπαρξη ποικιλίας στις τεχνικές που χρησιμοποιούνται στη θεραπεία προχωρημένου και ανεγχείρητου μη μικροκυτταρικού καρκίνου του πνεύμονα. Αυτοί οι παράγοντες πρέπει να συνυπολογίζονται όταν εκτιμάται η αποτελεσματικότητα διαφορετικών ακτινοθεραπευτικών τεχνικών, κυρίως στο προσδιορισμό ακτινολογικών παραμέτρων και σχέσεων δόσης –απόκρισης.

The aim of this study is the clinical derivation of the dose-response relations of bladder and prostate regarding PSA progression and urinary complications using patients treated for prostate cancer with both photon and proton beams. Such data are necessary for a prospective estimation of the clinical effectiveness of radiation therapy using combinations of different radiation modalities. Material During the period from 2002 until 2006, at the Academic Hospital in Uppsala, Sweden 189 patients underwent radiotherapy for prostate cancer, which combined photon and proton beams therapy. Of these patients, 100 have been included in this study and have been analysed for the prostate. The analyses for urinary complications were made for 72 patients who didn’t have final clinical urinary outcome equal to one . The dose distribution delivered to the prostate, the two regions of the bladder and the clinical treatment outcome, were available for each patient. The patients were given a proton boost of 20 Gy in 4 fractions of 5 Gy in addition to a conventional photon beam treatment, which was prescribed to a dose of 50 Gy in 25 fractions of 2 Gy. In this analysis, the delineated regions of interest were the prostate, the whole urinary bladder and the lower 3 cm part of the bladder. It is known that most urinary complications come from the lower 3cm part of bladder due to its anatomical position near to urethra and prostate. The photon and proton doses were calculated using the BED (biologically effective dose) concept. Furthermore, for the calculation of the proton dose an RBE value of 1.1 was considered. Finally, the combined effective dose was chosen to be the sum of the maximum dose of protons and the mean dose of photons for the whole bladder and the bladder-3cm, while for the prostate, the effective dose was considered as the sum of the mean dose for photons and the minimum dose for protons. The radiobiological parameter acquisition was performed for the Poisson Binomial and Probit models using the Maximum Likelihood method. Results Of the 100 patients, 94 had tumor control (94 %), whereas 6 patients had treatment failure (6 %). Of the 72 patients, 15 (21%) showed urinary complications, whereas 57 (79%) were complication-free.. The estimated values of the parameters for tumour are D50= 49.4 Gy (68% CI = 47.90-52.80 Gy) and γ = 2.25 (68% CI = 1.95-2.80) for the Poisson , D50= 49.55Gy (68% CI= 47.56-51.45Gy) and γ = 2.25 (68% CI = 1.95-2.80) for Binomial, whereas for the Probit model the values of D50 and γ50 are 47,27Gy (68% CI = 45.25-50.01 Gy) and 1,33 (68% CI = 1.20-1.37), respectively. The estimated values of the parameters for the whole bladder are D50= 104 Gy (68% CI = 103.12-105.01 Gy) and γ = 0.7 (68% CI = 0.67-0.72) for the Poisson , D50= 108 Gy (68% CI= 106-108.8 Gy) and γ = 0.6 (68% CI = 0.58-0.70) for Binomial, whereas for the Probit model the values of D50 and γ50 are 97 Gy (68% CI = 95.30-97.56 Gy) and 1 (68% CI = 0.94-1.12), respectively. Finally, the estimated values of the parameters for bladder 3cm are D50= 88.4 Gy (68% CI = 85.4-89.5 Gy) and γ = 1.30 (68% CI = 1.18-1.45) for the Poisson , D50= 88.58 Gy (68% CI= 86.21-89.85 Gy) and γ = 1.28 (68% CI = 1.12-1.51) for Binomial, whereas for the Probit model the values of D50 and γ50 are 85.58 Gy (68% CI = 83.23-89.21Gy) and 1.78 (68% CI = 1.56-1.83), respectively. From the derived mean DVHs of the prostate it is concluded that photon and proton therapies contribute the same in the toxicity of the patients and both proton and photon therapy provide the patients with the prescribed dose in the target – prostate gland. From the derived mean DVHs of the bladder and the bladder 3cm, it is observed that photon therapy provides the patients with more dose than the proton therapy, thus it can be assumed that the urinary complications were mainly due to the photon treatment. Bladder 3cm receives more dose both during photon and proton therapy in comparison with the whole bladder for patients with and without complications. Thus, the lower 3cm part of the bladder contributes more in the possibility of urinary complications. In ROC analysis, for the prostate the area under the ROC curve is 0.71. This indicates that the model distinguishes quite well the group of the patients with and without PSA progression. For the whole bladder and the lower 3cm of the bladder, the results are 0.61 and 0.65 respectively; the model does not separate well the two groups (with and without the complications). These results suggest that other factors may also be important for urinary toxicity. Conclusions The dose-response relations of bladder and prostate appear to be described well by the estimated parameters of the Poisson, Poisson and Probit models. Future studies incorporating more radiobiological models and more detailed factors describing the combined treatment and endpoint registration will be needed until an accurate prospective estimation of the expected urinary complications is reached. / Ο σκοπός αυτής της μελέτης είναι ο προσδιορισμός των παραμέτρων δόσης απόκρισης αναφορικά με το κλινικό αποτέλεσμα της εξέλιξης της PSA και των ουροποιητικών επιπλοκών μετά από ακτινοθεραπεία προστάτη με φωτόνια και πρωτόνια. Αυτά τα δεδομμένα είναι πού χρήσιμα στην κλινική πράξη για την εκτίμηση και σύγκριση των πλάνων ακτινοθεραπείας. Υλικά και μέθοδοι Κατά την περίοδο 2002 με 2006, στο Ακαδημαϊκό Νοσοκομείο της Ουψάλα, Σουηδίας, 189 ασθενείς υποβλήθηκαν σε ακτινοθεραπεία φωτονίων και πρωτονίων για προστάτη. Από το σύνολο των ασθενών, 100 μελετήθηκαν και συμπεριλήφθηκαν στην παρούσα εργασία. Ειδικότερα για τις ουροποιητικές επιπλοκές, η ανάλυση πραγματοποιήθηκε για 72 ασθενείς χωρίς κλινικό αποτέλεσμα ίσο με 1. Το κλινικό αποτέλεσμα και οι κατανομές δόσεις της ουροδόχου κύστης και του προστάτη ήταν διαθέσιμα για κάθε ασθενή. Οι ασθενείς δέχθηκαν θεραπεία πρωτονίων των 20 Gy σε 4 συνεδρίες των 5 Gy καθώς και θεραπεία φωτονίων των 50 Gy σε 25 συνεδρίες των 2 Gy. Οι περιοχές ενδιαφέροντος που απεικονίστηκαν είναι ο προστάτης, ολόκληρη η ουροδόχος κύστη και τα χαμηλότερα 3 cm από την βάση της ουροδόχου κύστης (κύστη 3εκ.). Είναι γνωστό ότι οι περισσότερες επιπλοκές προέρχονται από το τμήμα που περιλαμβάνει τα χαμηλότερα 3 cm από την βάση της ουροδόχου κύστης εξαιτίας της ανατομικής του θέσης κοντά στην ουρήθρα και στον προστάτη. Οι δόσεις φωτονίων και πρωτονίων υπολογίστηκαν χρησιμοποιώντας την BED. Επίσης, στον υπολογισμό της δόσης πρωτονίων χρησιμοποιήθηκε η RBE ίση με 1.1. Τέλος, η ισοδύναμη δόση για την κύστη και τα 3 εκ. της κύστης είναι το άθροισμα της μέγιστης δόσης πρωτονίων και της μέσης δόσης φωτονίων. Ενώ για τον προστάτη, είναι το άθροισμα της μέσης δόσης φωτονίων και της ελάχιστης δόσης των πρωτονίων. Τα δεδομένα χρησιμοποιήθηκαν σε μια διαδικασία προσαρμογής μέγιστης πιθανοφάνειας (maximum likelihood fitting) ώστε να υπολογιστούν οι βέλτιστες τιμές των παραμέτρων που χρησιμοποιούνται από τα μοντέλα Poisson, Binomial και Probit. Αποτελέσματα Από τους 100 ασθενείς , 94 ήταν ασυμπτωματικοί ασθενείς και 6 εμφάνισαν επιπλοκή όσο αφορά την εξέλιξης της PSA . Από τους 72 ασθενείς, 15 (21%) παρουσίασαν ουροποιητικές επιπλοκές ενώ, 57 (79%) δεν παρουσίασαν. Οι βέλτιστες εκτιμήσεις των παραμέτρων δόσης απόκρισης για τον όγκο είναι are D50= 49.4 Gy (68% CI = 47.90-52.80 Gy) και γ = 2.25 (68% CI = 1.95-2.80)για το Poisson, για το Binomial μοντέλο D50= 49.55Gy (68% CI= 47.56-51.45Gy) and γ = 2.25 (68% CI = 1.95-2.80), ενώ για το Probit μοντέλο οι τιμές για τα D50 και γ50 είναι 47,27Gy (68% CI = 45.25-50.01 Gy) και 1,33 (68% CI = 1.20-1.37) αντίστοιχα. . Οι βέλτιστες εκτιμήσεις των παραμέτρων δόσης απόκρισης για την κύστη είναι D50= 104 Gy (68% CI = 103.12-105.01 Gy) και γ = 0.7 (68% CI = 0.67-0.72) για το Poisson , D50= 108 Gy (68% CI= 106-108.8 Gy) και γ = 0.6 (68% CI = 0.58-0.70) για το Binomial, ενώ για το Probit μοντέλο οι τιμές για τα D50 και γ50 είναι 97 Gy (68% CI = 95.30-97.56 Gy) και 1 (68% CI = 0.94-1.12), αντίστοιχα. Τέλος, οι βέλτιστες εκτιμήσεις των παραμέτρων δόσης απόκρισης για την κύστη 3cm είναι D50= 88.4 Gy (68% CI = 85.4-89.5 Gy) και γ = 1.30 (68% CI = 1.18-1.45) για το Poisson, D50= 88.58 Gy (68% CI= 86.21-89.85 Gy) and γ = 1.28 (68% CI = 1.12-1.51) για το Binomial μοντέλο, , ενώ για το Probit μοντέλο οι τιμές είναι 85.58 Gy (68% CI = 83.23-89.21Gy) and 1.78 (68% CI = 1.56-1.83). Από τα μέσα αθροιστικά διαγράμματα του προστάτη προκύπτει ότι και η θεραπεία φωτονίων και πρωτονίων συνεισφέρουν το ίδιο στην τοξικότητα των ασθενών, αλλά και ότι και οι δυο θεραπείες δίνουν στον στόχο την καθορισμένη δόση. Από τα μέσα αθροιστικά διαγράμματα της κύστης και της κύστης 3cm, παρατηρείται ότι η θεραπεία φωτονίων προσφέρει στους ασθενείς με επιπλοκές μεγαλύτερη δόση από την θεραπεία πρωτονίων, με αποτέλεσμα να μπορεί να υποτεθεί ότι οι ουροποιητικές επιπλοκές οφείλονται κυρίως στην θεραπεία φωτονίων. Επίσης, παρατηρείται ότι η κύστη 3cm λαμβάνει περισσότερη δόση και στην θεραπεία φωτονίων και στην θεραπεία πρωτονίων συγκριτικά με ολόκληρη την κύστη για όλους τους ασθενείς με ή χωρίς επιπλοκές. Έτσι, συμπεραίνεται ότι αυτό το μέρος της κύστης συμβάλλει περισσότερο στην εμφάνιση επιπλοκών. Επιπλέον, στην ROC ανάλυση, για τον προστάτη η περιοχή κάτω από τη ROC καμπύλη είναι 0.71, δηλαδή τα μοντέλα φαίνονται να διαφοροποιούν καλά τις ομάδες ασθενών με και χωρίς επιπλοκή της PSA. Για την ουροδόχο κύστη και την κύστη 3cm , τα αποτελέσματα είναι 0.61 και 0.65 αντίστοιχα. Τα μοντέλα δεν διαφοροποιούν καλά τις ομάδες με ή χωρίς. Συμπεραίνεται ότι υπάρχουν και άλλοι παράγοντες που επηρεάζουν την ουροποιητική τοξικότητα. Συμπεράσματα Οι σχέσεις δόσης απόκρισης για την κύστη και τον προστάτη φαίνεται να περιγράφονται αρκετά καλά από τις εκτιμημένες παραμέτρους δόσης απόκρισης για τα Poisson, Poisson και Probit μοντέλα. Μελλοντικές μελέτες με περισσότερα ακτινοβιολογικά μοντέλα και λεπτομερέστερους παράγοντες, που θα περιγράφουν την συνδυασμένη θεραπεία και το κλινικό αποτέλεσμα είναι απαραίτητες για μια ακριβή πρόβλεψη των επιπλοκών.

- / -

The purpose of this work is to investigate the influence of possible patient movement and anatomy alteration on the quality of delivered prostate US based HDR-brachytherapy. The effect of patient movement and anatomy change (after the needle implantation and 3D image set acquisition) on catheter and organ dislocation and the consequences that this generated on the DVHs, conformity index and on radiobiological parameters. Materials and methods: This work is based on 3D image sets and treatment plans of 48 patients obtained right after the needle implantation (clinical plan is based on this 3D image set) and before and after the irradiation. In our institution the 3D-US based pre-planning, the transperineal implantation of needles using template and the intraoperative planning and irradiation is realized using the real-time dynamic planning system Oncentra Prostate. All pre-plans and all the inverse optimization of clinical plans were based on HIPO using the modulation restriction option. The patient body/OARs/catheters movement are generated from the clinical, pre- and post- irradiation plans and its influence on DVH-, COIN and radiobiological parameters of PTV and OARs are calculated and presented. Results: It is observed a slight decrease of treatment plan quality with increase of time between the clinical image set acquisition and the patient irradiation. Also, we show that the patient body movement/anatomy alteration and/or catheters dislocation results in decreased plan quality; change of values of the COIN, DVH- and radiobiological parameters. Conclusion: The measured mean shift of anatomy and needles (beams) is as low as 1.0mm that is lower by an order of magnitude to values known from external beam irradiation. For high modulated plans as those in HDR Brachytherapy such small shifts result in dosimetric changes which are in general lower than 5%. Our results demonstrate that quality assurance procedures have to be clinically implemented to guarantee anatomy and implant stability of the order of 1mm. This can only be realized without any manipulation of the implant and anatomy as done, for instance in the case of removing the US-probe before treatment delivery or moving the patient from one bed to another for the irradiation purposes / Σκοπός της εργασίας αυτής είναι να διερευνήσει την επιδραση που έχει η πιθανή μετακίνηση του ασθενούς και η αλλαγή της ανατομίας στην ποιότητα της Βραχυθεραπείας. Η μετακίνηση του ασθενούς, οι αλλαγές της ανατομίας ( μετά την εμφύτευση των βελονών και την συλλογή των τρισδιάστατων 3D εικόνων), η μετακίνηση των καθετήρων και των οργάνων επιφέρουν αλλαγές που παρουσιάζονται μέσα από τα ιστογράμματα δόσης - όγκου (DVH), δείκτη συμμορφίας (conformity index) και των ραδιοβιολογικών παραμέτρων. Υλικά και Μέθοδοι: Η μελέτη αυτή βασίζεται στην συλλογή τρισδιάστατων εικόνων υπερήχων (3D set) και στους σχεδιασμούς θεραπείας (treatment plans) από 48 ασθενείς που συλλέχθηκαν σε τρείς φάσεις: μετά την εμφύτευση των καθετήρων (κλινικός σχεδιασμός θεραπείας (clinical plan) βασίζεται σε αυτή την συλλογή 3D εικόνων), πριν την ακτινοβόληση και μετά την ακτινοβόληση.Στην κλινική μας ο προσχεδιασμός της θεραπείας (pre-planing) που βασίζεται στο τρισδιάστατο υπερηχογράφημα (3D-US), η διαπερινεϊκή εμφύτευση των καθετήρων με την βοήθεια του οδηγού template, ο διεγχειρητικός σχεδιασμός της θεραπείας (intraoperative planning) και η ακτινοβόληση πραγματοποιούνται με την χρήση του Real-time dynamic planning system Oncentra Prostate. Όλα τα pre-plans και όλα τα inverse optimization clinical plans βασίζονται στο HIPO χρησιμοποιώντας την επιλογή του modulation restriction. Οι μετακινήσεις του σώματος του ασθενούς/ των ευαίσθητων σε κίνδυνο οργάνων (OARs)/ και των καθετήρων αναπαράγονται από τα clinical, pre και post- irradiation plans. Κατόπιν υπολογίζεται και παρουσιάζεται η επίδρασή τους στο DVH, COIN και στις ραδιοβιολογικές παραμέτρους του όγκου στόχου σχεδιασμού (PTV) και των (OARs). Αποτελέσματα: Παρατηρείται μια ελαφρά μείωση της ποιότητας του σχεδιασμού θεραπείας με την αύξηση του χρόνου μεταξύ του κλινικού σχεδιασμού και της ακτινοβόλησης του ασθενούς. Επίσης παρουσιάζουμε ότι η μετακίνηση του ασθενούς/ η αλλαγή στην ανατομία ή/ και η μετακίνηση των καθετήρων έχει ως αποτέλεσμα στην μείωση της ποιότητας του σχεδιασμού. Έχουμε αλλαγή στις αλλαγές στις τιμές του COIN, του DVH και των ραδιοβιολογικών παραμέτρων. Συμπέρασματα: Η μέση τιμή των μετρούμενων μετακινήσεων της ανατομίας και των βελονών είναι ιδιαίτερα μικρή περίπου 1.0mm σε σύγκριση με τις γνωστές τιμές από την εξωτερική ακτινοθεραπεία. Για τους υψηλής διαμόρφωσης σχεδιασμούς, όπως αυτοί της HDR βραχυθεραπείας, μικρές μετακινήσεις οδηγούν σε δοσιμετρικές αλλαγές γενικά μικρότερες από 5%. Τα αποτελέσματα μας παρουσιάζουν ότι λαμβάνοντας υπόψη τις διαδικασίες εξασφάλισης ποιότητας επιτυγχάνεται η ακινητοποίηση του εμφυτεύματος της τάξης του 1mm. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί μόνο με ακινητοποίηση του εμφυτεύματος και της ανατομίας, για παράδειγμα στην περίπτωση όπου μετακινούμε την κεφαλή της συσκευής υπερήχων (US- probe) πριν την ακτινοβόληση ή μετακινώντας τον ασθενή από ένα κρεβάτι σε ένα άλλο για τις ανάγκες τις ακτινοβόλησης.

Τhe purpose of this study is to investigate and analyze the influence of the possible errors eventually occurring in a 3D-US based HDR Brachytherapy of prostate cancer on the quality of dose delivery. The influence of modulation restriction tool on the plan quality and sensitivity is also investigated. Materials: Twelve clinical implants for HDR Brachytherapy of prostate cancer have been selected out of the clinical routine. The range of the prostate volumes was 26-101 cm3. Due to the fact that the implanted needles are fixed on the template, the most probable error should be a systematic shift of the implanted catheters on the cranial-caudal direction caused by the movement of the patient relative to the template. The planning was done using HIPO which is implemented in the real time intraoperative planning system Oncentra Prostate (OcP). HIPO offers a unique modulation restriction option that limits the free modulation of dwell times. Firstly the reference plans, where no catheter shift has been simulated, the clinical with MR >0 and the theoretical with MR=0, for all 12 implants have been compared. Then for each of the 12 clinical implants, 10 systematic shifts of the implanted catheters in the range of [-5, +5] mm in step of 1mm were simulated. The influence of this systematic shift on DVH-, COIN, EI and radiobiological parameters of PTV and OARs is calculated and recorded. The analysis of the observed changes has been done firstly by addressing the quality of the implant. For this purpose the range of shift was estimated that the resulted 3D dose distributions keep fulfilling the clinical dosimetric protocol. Secondly, the focus was placed to the stability of the dose distribution. Here the range for the shift has been estimated which enables that the dosimetric, conformity and radiobiological parameters of the implant remain within ±5% or ±10% of the originally planned values. Results: The use of modulation restriction (MR>0) results in plans with more conformal dose distribution (COIN, EI) but slightly lower D90 and V100 , gEUD, EUD2,v and EUD2,s values. The quality analysis demonstrate that for the DVH based parameters values of prostate a maximal shift of ±1.0 mm can be tolerated, although in case of using the modulation restriction the sensitivity from the influence of the systematic shift is greater. Similar were the results for the DVH parameters for urethra, rectum and bladder. For the stability analysis in order to keep the dosimetric parameters within ±5% of the originally planned value for the prostate and OARs, a maximum shift of around ±0.5 mm can be tolerated and for the ±10% criterion this is -1.0/+0.5 mm. The same behavior applies for the radiobiological parameters. The analysis based on COIN considering only the target and also the OARs have shown a maximum shift range of ±1.5 mm. For the EI analysis this range is ±0.0 mm. For ±10% criterion this is ±2.5 mm and ±0.5 mm respectively. Conclusion: Our study has demonstrated that high modulated, high conformal Brachytherapy dose distributions for prostate HDR implants are sensitive to systematic catheter shift. The consequence of shift changes is not clear. We can generally speak about a required geometrical stability of the implant as high as ±1.0mm. Modulation restriction without improving this reduces significantly the total dwell time keeping the plan quality and increasing conformity (COIN, EI). / Ο σκοπός αυτής της μελέτης είναι να ερευνήσουμε και να αναλύσουμε την επιρροή που μπορεί να έχουν τα πιθανά λάθη που συμβαίνουν στην Υψηλού Ρυθμού Δόσης (HDR) Βραχυθεραπεία του καρκίνου του προστάτη, η οποία βασίζεται σε τρισδιάστατες εικόνες (3D) υπερήχου, στη ποιότητα εναπόθεσης δόσης. Επίσης διερευνάται η επίδραση του Modulation Restriction (MR) στην ποιότητα και ευαισθησία του πλάνου θεραπείας. Υλικά και Μέθοδοι: Επιλέχθηκαν 12 κλινικά εμφυτεύματα για την HDR Βραχυθεραπεία του καρκίνου του προστάτη από την κλινική ρουτίνα μας. Το εύρος του όγκου του προστάτη είναι 26-101 cm3. Επειδή οι βελόνες που εμφυτεύθηκαν στον προστάτη είναι σταθεροποιημένες πάνω στο template, το πιο πιθανό λάθος που μπορεί να συμβεί είναι η συστηματική μετατόπιση των εμφυτευμένων καθετήρων σε cranial – caudal (κρανιακή – ουραία ) διεύθυνση η οποία έχει προκληθεί από την κίνηση του ασθενούς σε σχέση με το template. Το πλάνο θεραπείας έγινε χρησιμοποιώντας την επιλογή HIPO του προγράμματος real time intraoperative planning system Oncentra Prostate (OcP). Το HIPO προσφέρει την δυνατότητα επιλογής του Modulation Restriction (MR) το οποίο περιορίζει την ελεύθερη διαμόρφωση των χρόνων παραμονής της πηγής στους καθετήρες. Στα αρχικά μας πλάνα θεραπείας (reference plans) δεν έχει γίνει προσομοίωση μετακίνησης του καθετήρα. Συγκρίνουμε τα κλινικά μας πλάνα (MR>0) και τα θεωρητικά μας (MR=0) και για τα 12 εμφυτεύματα. Στην συνέχεια για κάθε ένα από τα 12 εμφυτεύματα γίνεται η προσομοίωση 10 συστηματικών μετακινήσεων των εμφυτευμένων καθετήρων με εύρος [-5,+5]mm και με βήμα 1mm. Υπολογίζεται και καταγράφεται η επίδραση της συστηματικής μετακίνησης στα ιστογράμματα δόσης - όγκου (DVH), δείκτη συμμορφίας (conformity index- COIN), External Index (EI) και στις ραδιοβιολογικές παραμέτρους για τον όγκο στόχου (PTV) και των ευαίσθητων σε κίνδυνο οργάνων (OARs). Αρχικά η ανάλυση των παρατηρούμενων αλλαγών έχει γίνει σύμφωνα με την ποιότητα του εμφυτεύματος (quality analysis). Για αυτό τον λόγο το εύρος της μετακίνησης έχει υπολογιστεί έτσι ώστε τα αποτελέσματα από τις 3D κατανομές δόσεις να πληρούν το κλινικό δοσιμετρικό μας πρωτόκολλο. Στην συνέχεια εστιάσαμε στην σταθερότητα της κατανομής της δόσης (stability analysis). Σε αυτή την περίπτωση το εύρος μετακίνησης των καθετήρων έχει υπολογιστεί έτσι ώστε οι τιμές των DVH, COIN και ραδιοβιολογικών παραμέτρων των εμφυτευμάτων να παραμένουν μέσα στο ±5% ή στο ±10% των αρχικών πλάνων (reference). Αποτελέσματα: Χρησιμοποιώντας την επιλογή του Modulation Restriction (MR>0) προκύπτουν πλάνα με πιο ομοιόμορφη κατανομή της δόσης (COIN, EI) αλλά με ελαφρώς μικρότερες τιμές των D90, V100, gEUD, EUD2,v και EUD2,s. H “quality analysis” έδειξε ότι για τις δοσιμετρικές παραμέτρους του προστάτη η μέγιστη μετατόπιση που μπορούμε να έχουμε είναι ±1mm. Χρησιμοποιώντας την επιλογή του MR η μετατόπιση αυτή γίνεται ακόμα πιο ευαίσθητη. Παρόμοια ήταν τα αποτελέσματα μας για τις δοσιμετρικές παραμέτρους των OARs (ουρήθρα, κύστη και ορθό). Σύμφωνα με την “stability analysis” η μέγιστη μετατόπιση που μας επιτρέπεται έτσι ώστε να διατηρήσουμε τις τιμές των δοσιμετρικών παραμέτρων του προστάτη και των OARs μέσα στο ±5% της τιμής του αρχικού μας πλάνου είναι ±0.5mm ενώ για το ±10% το όριο αυτό είναι -1.0/+0.5 mm. Την ίδια συμπεριφορά παρατηρούμε και για τις ραδιοβιολογικές παραμέτρους. Η ανάλυση που βασίζεται στο COIN, συμπεριλαμβάνοντας αρχικά μόνο τον στόχο μας και στην συνέχεια και τα OARs έδειξε ότι η μέγιστη μετακίνηση μας έχει εύρος ±1.5mm . Για την ανάλυση που βασίζεται στο EI αυτό το εύρος είναι ±0.0 mm . Για το ±10% τα όρια είναι ±2.5mm και 0.5mm αντίστοιχα. Συμπεράσματα: Η μελέτη μας έδειξε ότι οι υψηλά διαμορφωμένες και οι υψηλά ομοιόμορφες κατανομές δόσης των εμφυτευμάτων της HDR βραχυθεραπείας του προστάτη είναι ευαίσθητες στις συστηματικές μετακινήσεις των καθετήρων. Οι συνέπειες από τις αλλαγές αυτών των μετακινήσεων δεν είναι ξεκάθαρες. Μπορούμε γενικά να μιλήσουμε για μια απαιτούμενη γεωμετρική σταθερότητα του εμφυτεύματος τόσο υψηλή όσο ±1.0mm. Η δυνατότητα επιλογής του MR χωρίς να βελτιώνει αυτό, μειώνει σημαντικά τον ολικό χρόνο παραμονής της πηγής στους καθετήρες διατηρώντας την ποιότητα του πλάνου θεραπείας και αυξάνοντας την ομοιομορφία στην κατανομή της δόσης (COIN, EI).