Η φυσιολογία του κεντρικού νευρικού συστήματος (ΚΝΣ) έχει καλά περιγραφεί όσον αφορά τα υποσυστήματα, γενικά και ειδικά. Γενικά: Σχετικά με το ενδοκρανιακό αγγειακό σύστημα, oι δυναμικές αλληλεπιδράσεις και αλλαγές (οξείες και χρόνιες) μεταξύ του εγκεφαλικού παρεγχύματος, της ενδοκράνιας πίεσης (intracranial pressure ICP), του εγκεφαλονωτιαίου υγρού (ΕΝΥ) και χωροκατακτητικών μαζών έχουν αρχίσει και εκτεταμένα μελετηθεί και περιγραφεί τα τελευταία 100 χρόνια. Ειδικά: Η λειτουργική χαρτογράφηση του παρεγχύματος (π.χ. φλοιϊκή, βασικών γαγγλίων, λευκής ουσίας, συνδετικών και συνδεσμικών ινών) που σχετίζεται με το τραύμα, τη λοίμωξη, τους όγκους και το αγγειακό σύστημα, έχουν αναλυθεί με τη χρήση του ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος (ΗΕΓ) και τις σύγχρονες νευροαπεικονιστικές μεθόδους όπως PET, SPECT, MEG (Magneto encephalography), fMRI (functional Magnetic Resonance Imaging) από το 19254. Αυτές οι μελέτες έχουν δώσει νέα ώθηση στην κατανόηση και ερμηνεία των υποσυστημάτων (νευρωνικών, αγγειακών -rCBF, ενδοκρινολογικών, ανοσολογικών) του εγκεφάλου, σε σύγκριση με τις γνώσεις των προηγουμένων αιώνων. Όμως δεν πρέπει να αγνοήσουμε τις πληροφορίες που έχουν αποκτηθεί τα τελευταία 2000-3000 χρόνια, από την εποχή του Ιπποκράτη. Όσο εντυπωσιακές και αν είναι οι πρόσφατες ανακαλύψεις θα πρέπει να τοποθετηθούν στην κατάλληλη ιστορική προοπτική. Οι νέες γνώσεις μας είναι σχετικές και σε πολλές περιπτώσεις χρήζουν περισσότερης μελέτης. Η αυτόματη υπαραχνοειδής αιμορραγία (SAH) με τις λειτουργικές και ανατομικές επιδράσεις στο εγκεφαλικό παρέγχυμα είναι μια από τις νοσολογικές οντότητες που οι νέες απεικονιστικές μέθοδοι έχουν τύχει εκτεταμένης εφαρμογής. SAH με το ίδιο μέγεθος, Εισαγωγή 11 εντόπιση, επέκταση, δεν προκαλούν τις ίδιες δυσλειτουργίες ή ελλείμματα -μόνιμα ή προσωρινά. Υπάρχουν και άλλοι παράγοντες που επιδρούν σε αυτό άμεσα ή έμμεσα: 1. Η δομική οργάνωση του ΚΝΣ δεν επιτρέπει επιβλαβείς παράγοντες να καταστρέψουν τους νευρώνες, τις ίνες της λευκής ουσίας, τις αγγειακές δομές ή το ανοσοποιητικό σύστημα. 2. Η θέση των κύριων λειτουργιών μέσα στο ΚΝΣ είναι γνωστή, όμως οι κυτταρικές ομάδες αυτών των περιοχών δεν είναι απομονωμένες από τις γύρω κυτταρικές ομάδες, από τα απομακρυσμένα συστήματα, από ολόκληρο τον εγκέφαλο, ή ακόμη και από το σώμα. 3. Τα υποσυστήματα του ΚΝΣ και κυρίως η rCBF, σχετίζoνται με ένα πολύπλοκο δικτυωτό σύστημα (network-like system). H ένταση των μηχανικών, χημικών, βιολογικών ερεθιστικών παραγόντων και η δυνατότητα ερεθισμού του υποσυστήματος είναι υπεύθυνα 4. για την σοβαρότητα και τη διάρκεια της δυσλειτουργίας και των ελλειμμάτων (διάσχιση). 5. Η πίεση του εγκεφαλικού παρεγχύματος (οίδημα, παρεκτόπιση, εγκολεασμός) ως ακτινολογικό εύρημα της συμβατικής τεχνολογίας δεν μπορεί να προβλέψει την κλινική συμπτωματολογία, αλλά κυρίως, δεν μπορεί να προβλέψει πότε η πίεση θα γίνει επικίνδυνη. H αντιμετώπιση της υπαραχνοειδούς αιμορραγίας που βασίζεται στη φαρμακευτική υπερδυναμική θεραπεία (αυξημένος ενδοαγγειακός όγκος υγρών, ελεγχόμενη αυξημένη πίεση, αιμoαραίωση) και στη χρήση των αναστολέων Ca+2 αρχίζει τα τελευταία χρόνια να εμπλουτίζεται με νέες χειρουργικές τεχνικές, όπως την αγγειοπλαστική και το by-pass.  Το SPECT-εγκεφάλου παρέχει επιπρόσθετες πληροφορίες όσον αφορά στη SAH από ότι οι μέχρι τώρα υπάρχουσες νευροαπεικονιστικές μέθοδοι;  Μπορεί η μέτρηση της rCBF-SPECT και η έγκαιρη πρόβλεψη των αλλαγών της να τροποποιήσουν τη φαρμακευτική θεραπεία με την ελπίδα να επιτευχθούν αποτελέσματα ανώτερα από εκείνα που ανακοινώνονται μέχρι σήμερα στη διεθνή βιβλιογραφία;  Πώς η διαφορετικότητα του χρόνου εμφάνισης του “αγγειόσπασμου” μπορεί να συσχετιστεί με τις δυσλειτουργίες του εγκεφάλου (ισχαιμία) και την πρόγνωση;  Μπορεί ο χρόνος εμφάνισης του “αγγειόσπασμου” να προβλεφθεί με το SPECT;  Γιατί μετράμε τις εφεδρείες της rCBF; Εισαγωγή 12  Μπορεί το 99mTc-ECD να αποτελέσει ένα αξιόπιστο ραδιοφάρμακο για τη μέτρηση της rCBF, συγκρινόμενο με ραδιοφάρμακα της ίδιας κατηγορίας; Tα ερωτήματα που τέθηκαν παραπάνω, των οποίων η απάντηση (μελέτη) γίνεται ολοένα και πιο επιτακτική στο κατώφλι του ερχομένου αιώνα, έδωσαν το ερέθισμα για να συνταχθεί το παρόν πόνημα. Η γοητεία της πρόβλεψης του αγγειόσπασμου και η επίδρασή της στη θεραπευτική αντιμετώπιση και την πρόγνωση της νόσου, οδήγησαν την ερευνητική προσπάθεια στη “μελέτη της εγκεφαλικής αιμάτωσης με 99mTc-ECD της υπαραχνοειδούς αιμορραγίας με SPECT”, που είναι ο τίτλος της παρούσας μελέτης. Το Γενικό Μέρος της παρούσας μελέτης περιλαμβάνει μια σύντομη ιστορική αναδρομή της σχέσης της πυρηνικής ιατρικής και του rCBF, των ραδιοφαρμάκων γενικά και του 99mTc- ECD ειδικότερα, την περιγραφική παρουσίαση της ανατομίας και παθοφυσιολογίας του αιματοεγκεφαλικού φραγμού και της αγγειακής εγκεφαλικής αυτορρύθμισης, την εκτενή παρουσίαση της SAH και του αγγειόσπασμου (αίτια, παθοφυσιολογία, παθολογία, ταξινόμηση, κλινική εκδήλωση, αντιμετώπιση). Τέλος, γίνεται εισαγωγή στην ιατρική τεχνολογία του SPECT και τις εφαρμογές του στην Νευροχειρουργική γενικά και στην SAH ειδικότερα. Στο Ειδικό Μέρος παρουσιάζονται το υλικό και η ανάλυση της μεθόδου, τα κλινικά, ακτινολογικά και σπινθηρογραφικά αποτελέσματα και η συζήτησή τους, καθώς επίσης η σύγκριση της μεθόδου με τις ήδη υπάρχουσες. Τέλος αναφέρονται τα συμπεράσματα της μελέτης και ακολουθεί η περίληψη αυτής. / -

The aim of this study is the development of a statistical denoising method, to reduce noise in scintigraphic images, preserving image quality characteristics such as contrast, and resolution. The method is based on principal component analysis (PCA) reduces the volume of image data, preserving a large amount of useful information, by considering that a small number of independent image components contain useful information (signal), whereas a large number of independent components contain statistical noise. Therefore, applying PCA and discarding the image components, which correspond to noise, noise reduction can be achieved. PCA is a multivariate correlation analysis technique which explains algebraically a variance-covariance structure of observed data sets with a few linear combinations of original variables [28-30]. The motivation behind PCA is to find a direction, or a few directions, that explain as much of the variability as possible. This is achieved because each direction is associated with a linear sum of the variables, which are linear sums of the initial variables. Thus, the first principal component is the linear sum corresponding to the direction of greatest variability. The search for the second principal component is restricted to variables that are uncorrelated with the first principal component. To assess the performance of the proposed denoising method was compared to four conventional noise reduction methods, employing quantitative image quality characteristics (noise and spatial resolution characteristics). Specifically, the linear filter (smooth 3x3 and smooth 5x5), and the non-linear filter (median 3x3 and median 5x5) were used. Additionally to demonstrate the applicability of the proposed method, it was applied to clinical planar scintigraphic images. / Ο όρος Πυρηνική Ιατρική περιγράφει τις διαγνωστικές και θεραπευτικές διαδικασίες, που απαιτούν την εισαγωγή ραδιοφαρμάκων στον οργανισμό. Οι απεικονιστικές τεχνικές της πυρηνικής ιατρικής αξιοποιούν το γεγονός ότι η ακτινοβολία των ραδιενεργών νουκλιδίων μπορεί να διαπεράσει τους ιστούς και να ανιχνευθεί εξωτερικά, καθιστώντας δυνατή τη μελέτη φυσιολογικών και βιοχημικών διαδικασιών εν εξελίξει σε ζωντανούς οργανισμούς. Η απεικόνιση πυρηνικής ιατρικής χρησιμοποιείται ευρέως στην κλινική πράξη. Σε σύγκριση με άλλες απεικονιστικές τεχνικές έχει το πλεονέκτημα ότι μπορεί να δώσει ταυτόχρονα ανατομικές και λειτουργικές πληροφορίες. Το μειονέκτημα όμως των εικόνων πυρηνικής ιατρικής είναι ο πολύ χαμηλός λόγος σήματος-προς-θόρυβο (signal-to-noise ratio-SNR) σε σχέση με εικόνες άλλων απεικονιστικών τεχνικών. Η εικόνα στην πυρηνική ιατρική αντιστοιχεί στην κατανομή ραδιενεργού υλικού μέσα στο σώμα του ασθενούς. Η τιμή κάθε pixel της εικόνας σχετίζεται με τον αριθμό των γ-φωτονίων που ανιχνεύονται σε μια περίοδο χρόνου. Οι τιμές αυτές ακολουθούν μια στατιστική κατανομή (κατανομή Poisson), λόγω της τυχαίας φύσης της διάσπασης του χορηγούμενου ραδιενεργού υλικού. Η διακύμανση μιας τυχαίας Poisson μεταβλητής ισούται με τη μέση τιμή της και συνεπώς για να μειωθεί η επίδραση του Poisson θορύβου, ο αριθμός των φωτονίων που ανιχνεύονται πρέπει να αυξηθεί. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με τρεις τρόπους. Πρώτον, με αύξηση του χρόνου καταγραφής, που συνεπάγεται όμως αυξημένο κίνδυνο μετακίνησης του ασθενή. Δεύτερον, με αύξηση της δόσης ραδιενεργού υλικού, που δίνεται στον ασθενή, κάτι που προφανώς είναι ανεπιθύμητο. Η τελευταία λύση είναι η χρήση γ-κάμερας με πολλαπλούς ανιχνευτές ή με πολύ ευαίσθητο ανιχνευτή, που συνεπάγεται αυξημένο κόστος και πολυπλοκότητα. Για το λόγο αυτό, τεχνικές ψηφιακής επεξεργασίας για μείωση θορύβου εικόνας μπορούν να συνεισφέρουν σημαντικά στη βελτίωση της εικόνας στην πυρηνική ιατρική. Οι κλασικές τεχνικές μείωσης θορύβου κάνουν χρήση γραμμικών φίλτρων εξομάλυνσης (smoothing filters) για την αντικατάσταση της τιμής κάθε εικονοστοιχείου (pixel) με μια μέση τιμή ,η οποία προκύπτει από τη γειτονιά του. Τα φίλτρα αυτά όμως έχουν το μειονέκτημα ότι μειώνουν την αντίθεση και τη διακριτική ικανότητα της εικόνας. Μη γραμμικά φίλτρα, όπως το median φίλτρο, διατηρούν σε πολλές περιπτώσεις την αντίθεση των δομών, αλλά επίσης υποβαθμίζουν την ποιότητα εικόνας. Ένας από τους λόγους, που οι συμβατικές τεχνικές δεν έχουν ικανοποιητικά αποτελέσματα είναι ότι δεν αντιμετωπίζουν το γεγονός ότι ο θόρυβος σε κάθε pixel εξαρτάται από την ένταση του σήματος (signal dependent noise). Για το λόγο αυτό έχουν προταθεί πρασαρμοζόμενα (adaptive) φίλτρα μείωσης θορύβου. Η κατηγορία των φίλτρων αυτών χρησιμοποιεί στατιστικά κριτήρια για την επιλογή των γειτονικών pixels, που χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό της τιμής του κεντρικού pixel. Στη συγκεκριμένη διπλωματική εργασία υλοποιήθηκε μέθοδος μείωσης θορύβου, που βασίζεται στη Ανάλυση Κύριων Συνιστωσών (Principal Components Analysis, PCA), προσαρμοσμένη σε εικόνες πυρηνικής ιατρικής. Η μέθοδος αυτή στοχεύει στη μείωση του κβαντικού θορύβου Poisson κατανομής, που εμπεριέχεται σε εικόνες πυρηνικής ιατρικής. Η PCA είναι μια στατιστική τεχνική, που εξετάζει τις σχέσεις που διέπουν τις μεταβλητές ενός συνόλου δεδομένων και βρίσκει ένα υποσύνολο από τις πιο σημαντικές μεταβλητές. Οι νέες μεταβλητές περιγράφονται σαν γραμμικός συνδυασμός των αρχικών μεταβλητών και κατατάσσονται σε σειρά σημαντικότητας σε σχέση με τη διακύμανση των δεδομένων που η κάθε μια εκφράζει. Η πρώτη σημαντική συνιστώσα (principal component) είναι η μεταβλητή που εκφράζει το μέγιστο ποσό διακύμανσης. Η δεύτερη σημαντική συνιστώσα εκφράζει το επόμενο μεγαλύτερο ποσό διακύμανσης και είναι ανεξάρτητη από της πρώτης κ.ο.κ.. Ουσιαστικά, το σύνολο των αρχικών σχετιζόμενων μεταβλητών μετασχηματίζεται σε ένα σύνολο ασυσχέτιστων μεταβλητών, όπου οι λιγότερο σημαντικές μεταβλητές μπορούν να απομακρυνθούν χωρίς ουσιαστική απώλεια πληροφορίας. Η κύρια χρήση της PCA είναι να μειωθεί ο όγκος ενός συνόλου δεδομένων και να οδηγηθούμε σε μια βέλτιστη περιγραφή τους. Στην περίπτωση των εικόνων πυρηνικής ιατρικής μπορούμε να θεωρήσουμε ότι λόγω του στατιστικού χαρακτήρα του θορύβου η χρήσιμη πληροφορία περιέχεται σε μικρό αριθμό συνιστωσών, ενώ ο θόρυβος σε ένα μεγάλο αριθμό μη-σημαντικών συνιστωσών. Εφαρμόζοντας συνεπώς την PCA και αφαιρώντας τις συνιστώσες που αντιστοιχούν στον θόρυβο μπορούμε να επιτύχουμε σημαντική μείωση του. Επίσης πραγματοποιήθηκε συγκριτική αξιολόγηση μεταξύ της προτεινόμενης μεθόδου και άλλων μεθόδων μείωσης θορύβου σε εικόνες πυρηνικής ιατρικής. Συγκεκριμένα, η μέθοδος που βασίζεται στη PCA συγκρίθηκε με το φίλτρο εξομάλυνσης (smooth 3x3 και smooth 5x5) και το μη-γραμμικό φίλτρο (median 3x3 και median 5x5). Όλες οι μέθοδοι εφαρμόστηκαν σε πρότυπες εικόνες πυρηνικής ιατρικής, που αποκτήθηκαν με τη βοήθεια δυο ομοιωμάτων, ενός ομοιώματος με μικρές θερμές περιοχές (hot spots phantom) και ενός ομοιώματος μέτρησης διακριτικής ικανότητας (bar phantom) σε διαφορετικούς χρόνους. Στις επεξεργασμένες εικόνες μετρήθηκαν ο θόρυβος, η αντίθεση, ο λόγος αντίθεσης-προς-θόρυβο (Contrast-to-Noise-ratio, CNR) και το εύρος στο ήμισυ της μέγιστης τιμής (Full-Width-of-Half-Maximum, FWHM). Τα αποτελέσματα της σύγκρισης έδειξαν ότι η μέθοδος που βασίζεται στη PCA μειώνει σημαντικά το θόρυβο, ενώ ταυτόχρονα αυξάνει το λόγο αντίθεσης-προς-θόρυβο. Τέλος, πραγματοποιήθηκε πιλοτική μελέτη προτίμησης από δυο πυρηνικούς ιατρούς μεταξύ των μεθόδων μείωσης θορύβου σε δείγμα κλινικών εικόνων συγκεκριμένων εξετάσεων στατικών λήψεων (οστών, πνευμόνων, θυρεοειδούς, παραθυρεοειδούς και νεφρών). Η μελέτη αυτή έδειξε ότι η PCA μειώνει σημαντικά το θόρυβο, ενώ ταυτόχρονα βελτιώνει οπτικά τις ανατομικές δομές των εικόνων.

Η παρούσα Διπλωματική Εργασία επικεντρώνεται σε προσπάθειες σύνθεσης και χαρακτηρισμού νέων συμπλόκων ενώσεων του In(III) με τη χρήση 2-πυρίδυλο οξιμών, αζολίων, 2-ακετυλοπυριδίνης υδραζόνης, δι-2-πυρίδυλο κετόνης και βάσεων Schiff ως υποκαταστάτες. Μελετήθηκε η επίδραση αρκετών συνθετικών παραμέτρων στη χημική και δομική ταυτότητα των προϊόντων. Οι οργανικοί υποκαταστάτες που χρησιμοποιήθηκαν και οδήγησαν σε αποτελέσματα παρουσιάζονται στο Σχήμα Ι. Σχήμα Ι. Οι συντακτικοί τύποι και οι συντομογραφίες των υποκαταστατών που χρησιμοποιήθηκαν στην παρούσα Διπλωματική Εργασία. Χρησιμοποιώντας ως ανόργανη πηγή Ιn(III) το InCl3 παρασκευάστηκαν τα ακόλουθα σύμπλοκα: [InCl3(H2O)(Mebta)2].Η2Ο (1.Η2Ο), (2-ΜeImH2)6{[InCl4(2-MeImH)2]}3[InCl6] (2), [InCl3(ΕtOH)(MepaoH)] (3), [CH3C(NH2)2][InCl4(NH2paoH].0.5MeCN (4.0.5MeCN), [InCl3{(py)2C(OEt)(OH)}].EtOH (5.EtOH), [InCl3{(py)2C(OH)2}].2MeCN (6.2MeCN), [InCl2(aphz)2][InCl4(aphz)]. Η2Ο (7.Η2Ο) και [In2Cl(saph)2(saphH)]. Et2O.EtOH (8.Et2O.EtOH). Οι δομές των ενώσεων 1-8 προσδιορίσθηκαν με κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ μονοκρυστάλλου. Όλα τα σύμπλοκα χαρακτηρίσθηκαν με φασματοσκοπία IR, και επιλεγμένες ενώσεις με τεχνικές Raman, p-XRD, 1H NMR και Θερμοσταθμική Ανάλυση (TG). Τα φασματοσκοπικά δεδομένα εξετάζονται σε σχέση με τις γνωστές δομές των ενώσεων και τους τρόπους ένταξης των υποκαταστατών. Τα κέντρα InIII στις ενώσεις είναι 6- ενταγμένα με οκταεδρική γεωμετρία. Οι υποκαταστάτες Μebta και 2-ΜeImH συμπεριφέρονται ως μονοδοντικοί Ν- δότες, οι υποκαταστάτες MepaoH και NH2paoH ως Ν(2-πυρίδυλο), Ν(οξιμικό)- διδοντικοί χηλικοί και τα μόρια (py)2C(OEt)(OH) και (py)2C(OH)2 ως Ν,Ο,Ν΄- τριδοντικοί χηλικοί υποκαταστάτες. Ο υποκαταστάτης aphz συμπεριφέρεται ως Ν(2-πυρίδυλο), Ν(ιμινικό)- διδοντικός χηλικός, το ιόν saphH- ως Ο,Ν,Ο΄- τριδοντικός χηλικός και οι διδοντικοί υποκαταστάτες saphH2- γεφυρώνουν δύο κέντρα InIII μέσω δύο διαφορετικών αποπρωτονιωμένων ατόμων οξυγόνου. Πιστεύουμε ότι τα αποτελέσματα που παρουσιάζονται στη Διπλωματική Εργασία συνιστούν συνεισφορά στη χημεία ένταξης του ινδίου(ΙΙΙ), καθώς επίσης και στη χημεία ένταξης των οργανικών υποκαταστατών που φαίνονται στο Σχήμα Ι. / Our Diploma Work focused on the synthesis and characterization of new complexes of In(III) using 2-pyridyl oximes, azoles, 2-acetylpyridine hydrazone, di-2-pyridyl ketone and Schiff bases as ligands. The effect of several synthetic parameters on the chemical and structural identities of the products has been studied. The organic ligands used are shown in Scheme I. Scheme I. The structural formule and abbreviations of the ligands used in this Diploma Work. Using InCl3 as a source of inorganic ln(III), following complexes hve been prepared: [InCl3(H2O)(Mebta)2].Η2Ο (1.Η2Ο), (2-ΜeImH2)6{[InCl4(2-MeImH)2]}3[InCl6] (2), [InCl3(ΕtOH)(MepaoH)] (3), [CH3C(NH2)2][InCl4(NH2paoH].0.5MeCN (4.0.5MeCN), [InCl3{(py)2C(OEt)(OH)}].EtOH (5.EtOH), [InCl3{(py)2C(OH)2}].2MeCN (6.2MeCN), [InCl2(aphz)2][InCl4(aphz)]. Η2Ο (7.Η2Ο) και [In2Cl(saph)2(saphH)]. Et2O.EtOH (8.Et2O.EtOH). The structures of compounds 1-8 were determined by single-crystal X-ray crystallography. All the complexes were characterized by IR spectroscopy, and selected compounds by Raman, p- XRD, 1H NMR and thermogravimetric (TG) techniques . The spectroscopic data are discussed in terms of the known structures of the compounds and the coordination modes of the ligands. The InIII centers in the complexes are all 6- coordinate with an octahedral geometry. Mebta and 2- MeImH behave as monodentate N- donors, MepaoH and NH2paoH as N(2-pyridyl), N(oxime)-bidentate chelating ligands and (py)2C(OEt)(OH) and (py)2C(OH)2 as N,O,N΄- tridentate chelating ligands. The aphz molecule acts as a N(2-pyridyl), N(imino)- bidentate chelating ligand, the saphH- anion as an O,N,O΄- tridentate chelating ligand and each saph2- ligand bridges two InIII centers through a (different in each case) deprotonated oxygen atom. We believe that our results contribute into the chemistry of indium(III) and into the coordination chemistry of the ligands shown in Scheme I.