Ο γενικός σκοπός της παρούσας μελέτης ήταν να προτείνει μια νέα μέθοδο για την πλήρη περιγραφή των χαρακτηριστικών ποιότητας εικόνας και την βελτιστοποίηση της Τομογραφίας Εκπομπής Ποζιτρονίων (PET) αναπτύσσοντας ένα μοντέλο Monte Carlo. Υλικά και Μέθοδοι: Η μέθοδος αναπτύχθηκε χρησιμοποιώντας τον κώδικα Monte Carlo (GEANT4 Application For Tomographic Emissions) του GEANT4 με το πακέτο λογισμικού GATE που αναπτύχθηκε από την Open-GATE collaboration. Για την ανακατασκευή των εικόνων χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό STIR και για τη λήψη των δεδομένων της ανακατασκευής, από το GATE, χρησιμοποιήθηκε μια συστοιχία από 12 επεξεργαστές Dual Core Intel (R) Xeon (TM) 3.00GHz (Supermicro SuperServer 6015B-UR/NTR, Αγγλία). Ο σαρωτής PET που προσομοιώθηκε σε αυτή τη μελέτη ήταν ο General Electric Discovery-ST (ΗΠΑ). Το μοντέλο GATE πιστοποιήθηκε μέσω της σύγκρισης των αποτελεσμάτων που ελήφθησαν με δημοσιευμένα αποτελέσματα (Bettinardi et al 2004, Mawlawi et al 2004) τα οποία ακολουθούν το πρωτόκολλο της NEMA-NU-2 2001. Οι εικόνες ανακατασκευάστηκαν με τρεις μεθόδους, αρχικά με τη 2D φιλτραρισμένη οπισθοπροβολή (FBP2D), στη συνέχεια με τη μέθοδο της 3D φιλτραρισμένης οπισθοπροβολής (FPB3DRP), των Kinahan και Rogers, και τέλος με χρήση επαναληπτικών αλγορίθμων (MLE-OSMAPOSL). Αρχικά έγινε προσδιορισμός της Συνάρτησης Μεταφοράς Διαμόρφωσης (MTF) για την αξιολόγηση της ποιότητας εικόνας συστημάτων PET. Η αξιολόγηση έγινε μέσω της προσομοίωσης μιας νέας επίπεδης πηγής Λεπτού Χρωματογραφικού Φιλμ (Thin Layer Chromatography-TLC) το οποίο αποτελείται από ένα στρώμα Διοξειδίου του Πυριτίου και υποστρώματα φύλλου Αλουμινίου, εμβαπτισμένο σε 18F-FDG με ενεργότητα 44.4MBq. Η αξιολόγηση της MTF έγινε μέσω των ανακατασκευασμένων εικόνων της επίπεδης πηγής κάνοντας χρήση του λογισμικού STIR. Η αξιολόγηση της MTF πραγματοποιήθηκε επίσης: α) σε τρεις διαστάσεις (3D), τοποθετώντας την επίπεδη πηγή σε οριζόντια και σε κάθετη κατεύθυνση (διαστάσεις πηγής οριζόντια και κάθετα 5x10 εκατοστά), β) με σάρωση πηγής μεγαλύτερου πλάτους, ανακατασκευάζοντας την εγκάρσια τομή της (διαστάσεις 18x10cm) και γ) από ανακατασκευασμένες εικόνες σημειακής πηγής. Να τονίσουμε εδώ ότι η παρούσα μελέτη είχε ως στόχο να συγκρίνει την προτεινόμενη μέθοδο (αξιολόγηση της MTF μέσω επίπεδης πηγής) με την πιο παραδοσιακή τεχνική που βασίζεται σε σημειακές πηγές. Στη συνέχεια έγινε προσδιορισμός της Ανιχνευτικής Κβαντικής Αποδοτικότητας (DQE) για την εκτίμηση της συνολικής απόδοσης του συστήματος PET, μέσω υπολογισμού της Συνάρτησης Μεταφοράς Διαμόρφωσης και του Κανονικοποιημένου Φάσματος Ισχύος Θορύβου (NNPS). Οι καμπύλες της MTF υπολογίστηκαν από την ανακατασκευή των εγκάρσιων τομών της επίπεδης πηγής (1 MBq), ενώ το NNPS υπολογίστηκε από τις αντίστοιχες στεφανιαίες τομές. Οι εικόνες ανακατασκευάστηκαν εφαρμόζοντας επαναληπτικούς αλγόριθμους (MLE-OSMAPOSL), χρησιμοποιώντας διάφορα υποσύνολα των προβολών (subsets) (3 έως 21) και επαναλήψεων (iterations) (1 έως 20). Επιπλέον, η αξιολόγηση της DQE έγινε μέσω διερεύνησης της επίδρασης διαφόρων κρυστάλλων σπινθηριστών στην διακριτική ικανότητα (MTF) και τον θόρυβο (NNPS) των ανακατασκευασμένων εικόνων του PET. Σε αυτή την περίπτωση, ο αλγόριθμος ανακατασκευής της εικόνας MLE-OSMAPOSL, υλοποιήθηκε χρησιμοποιώντας 15 subsets και 3 iterations. Αποτελέσματα και Συζήτηση: Τα αποτελέσματα της πιστοποίησης μέσω σύγκρισης με δημοσιευμένα αποτελέσματα είναι τα ακόλουθα: Η Διακριτική Ικανότητα (Spatial Resolution, SR) στο Πλήρες Εύρος στο Ήμιση του Μέγιστου (Full Width at Half Maximum - FWHM) βρέθηκε να έχει απόκλιση μικρότερη από 3,29% σε λειτουργία 2D και μικρότερη από 2,51% σε λειτουργία 3D, σε σχέση με δημοσιευμένα πειραματικά αποτελέσματα (Mawlawi et al 2004), αντιστοίχως. Οι τιμές 2D, για την Ευαισθησία (Sensitivity), το Ποσοστό Σκέδασης (Scatter Fraction-SF) και την Απόδοση του Ρυθμού Μέτρησης (Count-Rate), τα οποία ελήφθησαν ακολουθώντας το πρωτόκολλο της NEMA NU 2-2001, βρέθηκαν να διαφέρουν λιγότερο από 0,46%, 4,59% και 7,86%, αντίστοιχα με τα δημοσιευμένα πειραματικά αποτελέσματα (Mawlawi et al 2004). Ακολούθως, οι αντίστοιχες τιμές σε λειτουργία 3D βρέθηκαν να διαφέρουν λιγότερο από 1,62%, 2,85% και 9,13%, αντίστοιχα, με τα δημοσιευμένα πειραματικά αποτελέσματα (Mawlawi et al 2004). Η ευαισθησία επιπλέον εκτιμήθηκε χωρίς την παρουσία υλικού εξασθένησης, προσομοιώνοντας απευθείας μια ιδανική πηγή. Οι διαφορές που προέκυψαν μεταξύ της ιδανικής πηγής και της μεθοδολογίας κατά NEMA-NU-2 2001 κυμαίνονται από 0,04% έως 0,82% (ακτινική θέση R = 0cm) σε λειτουργία 2D και από 0,52% έως 0,67% σε λειτουργία 3D (ακτινικές θέσεις R = 10cm). Συνεπώς κάνοντας χρήση αυτής της μεθόδου, η ευαισθησία μπορεί να προσδιοριστεί με πιο απλοποιημένη και γρήγορη διαδικασία. Οι τιμές του Ρυθμού Μέτρησης Ισοδύναμου Θορύβου (Noise Equivalent Count Rate-NECR) που προέκυψαν ήταν 94.31kcps σε 2D και 66.9kcps σε 3D στα 70 και 15kBq/mL αντίστοιχα, σε σύγκριση με τα δημοσιευμένα αποτελέσματα τα οποία ήταν 94.08kcps σε 2D και 70.88kcps σε 3D στα 54.6kBq/mL και 14kBq/mL αντίστοιχα. Οι τιμές για την ποιότητα εικόνας βρέθηκαν σε εξαιρετική συμφωνία με τα δημοσιευμένα αποτελέσματα. Αφού ολοκληρώθηκε η πιστοποίηση του μοντέλου έγινε υπολογισμός της MTF. Οι τιμές MTF που προέκυψαν από την ανακατασκευή με τον αλγόριθμο FBP2D βρέθηκαν σε εξαιρετική συμφωνία με αυτές που προέκυψαν από την ανακατασκευή με τον αλγόριθμο FBP3DRP, ενώ οι αντίστοιχες τιμές μέσω του αλγόριθμου MLE-OSMAPOSL ήταν σε όλο το φάσμα των χωρικών συχνοτήτων υψηλότερες σε σχέση με τους αλγόριθμους οπισθοπροβολής (FBP). Η προσομοίωση της μεγάλης επίπεδης πηγής με αλγορίθμους οπισθοπροβολής έδειξε ότι οι τιμές της MTF ελαττώνονται σταδιακά από το κέντρο προς τα άκρα του οπτικού πεδίου (Field Of View-FOV). H MTF, της κάθετης τομής, διέφερε ελάχιστα σε σχέση με την οριζόντια. Η σύγκριση της επίπεδης πηγής με τη σημειακή πηγή έδειξε ότι η πρώτη είναι λιγότερη ευαίσθητη στο θόρυβο (SD = 0,0031 και 0,0203, αντίστοιχα). Η αξιολόγηση της DQE μέσω επαναληπτικών αλγορίθμων MLE-OSMAPOSL έδειξε ότι η απόδοση του συστήματος βελτιώνεται όσο αυξάνεται ο αριθμός των επαναλήψεων μέχρι μια μέγιστη τιμή (12 iterations) και παρέμενε αναλλοίωτη από εκεί και έπειτα. Επιπλέον, η μεταβολή του αριθμού των subsets δεν είχε επίδραση στην MTF, για ίσο αριθμό επαναλήψεων. Αντίστοιχα τα επίπεδα θορύβου (NNPS) μειώθηκαν με την αύξηση του αριθμού των iterations και των subsets. Με βάση τα προηγούμενα οι τιμές της DQE επηρεάστηκαν τόσο από την MTF όσο και από το NNPS και βρέθηκαν να αυξάνουν με την αντίστοιχη αύξηση του αριθμού των iterations και των subsets. Τέλος, ο ανιχνευτής PET στον οποίο τοποθετήθηκαν κρύσταλλοι LuAP, παρείχε τις βέλτιστες τιμές MTF σε οπισθοπροβολή 2D και 3D ενώ η αντίστοιχη διαμόρφωση με κρυστάλλους BGO παρείχε τις βέλτιστες τιμές MTF μετά την ανακατασκευή με MLE-OSMAPOSL. Αντίστοιχα, ο ανιχνευτής με κρυστάλλους BGO είχε τα χαμηλότερα επίπεδα θορύβου και τις υψηλότερες τιμές DQE μετά από την εφαρμογή όλων των αλγόριθμων ανακατασκευής. Συμπερασματικά: Η παρούσα μελέτη έδειξε ότι η συνολική απόδοση συστημάτων PET μπορεί να χαρακτηριστεί πλήρως, να βελτιωθεί περαιτέρω και να γίνει πιο απλή με τη διερεύνηση των διαφόρων στοιχείων της αλυσίδας απεικόνισης μέσω μεθόδων Monte Carlo. Η μέθοδος αξιολόγησης ανιχνευτών ΡΕΤ, βασιζόμενη σε επίπεδη πηγή TLC, απαιτεί υλικά που είναι συνηθισμένα στο κλινικό περιβάλλον, μπορεί να εφαρμοστεί πειραματικά και να χρησιμοποιηθεί στην κλινική πράξη. Σε αυτή τη μελέτη χρησιμοποιήθηκε για την εκτίμηση και βελτιστοποίηση της ποιότητας εικόνας, αλλά μπορεί να είναι επίσης χρήσιμη στον τομέα της έρευνας για περαιτέρω ανάπτυξη συστημάτων ΡΕΤ και SPECT, μέσω προσομοιώσεων με το πακέτο λογισμικού GATE. Οι ανακατασκευασμένες εικόνες από το λογισμικό STIR μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για την εκτίμηση της κατανομής του ραδιοφαρμάκου, καθώς και την απευθείας λήψη της δοσιμετρικής κατανομής, με αντίστοιχο όφελος στους πυρηνικούς γιατρούς. / The overall purpose of this study was to propose a novel method for the complete image quality characterization and optimization of Positron Emission Tomography (PET) scanners with Monte-Carlo (MC) methods. Α model was developed using the Monte Carlo package of Geant4 Application for Tomographic Emission (GATE) and the software for tomographic image reconstruction (STIR) with cluster computing to obtain reconstructed images. The PET scanner used in this study was the General Electric Discovery-ST (US). The GATE model was validated by comparing results obtained in accordance with the National Electrical Manufacturers Association NEMA-NU-2-2001 protocol (Bettinardi et al 2004, Mawlawi et al 2004). Validation images were reconstructed with the commonly used 2D Filtered Back Projection (FBP2D) and the Kinahan and Rogers FPB3DRP Reprojection Algorithms. Image quality, in terms of the Modulation Transfer Function (MTF), was initially assessed with a novel plane source consisting of a Thin Layer Chromatography (TLC) plate, simulated by a layer of Silica gel on Aluminium foil substrates immersed in Fluorodeoxyglucose (18F-FDG) bath solution (44.4MBq). MTF was assessed from the evaluated STIR digital reconstructed images of the plane source. MTF was also assessed a) in three dimensions, in lines passing through the central axis of the PET scanner, by placing the plane source only horizontally and vertically (5x10cm), b) by scanning 18cm of the transaxial Field Of View (FOV) through the simulation of a horizontal large plane source (18x10cm) and c) by evaluating reconstructed point source images. Furthermore, the study aimed to compare the proposed method with the more traditional technique based on a line source. The complete image quality characterization was assessed in terms of the Detective Quantum Efficiency (DQE) by estimating the MTF and the Normalized Noise Power Spectrum (NNPS) of the 18F-FDG TLC plane source (1 MBq). MTFs curves were estimated from transverse reconstructed images of the plane source, whereas the NNPS data were estimated from the corresponding coronal images. Images were reconstructed by the Maximum Likelihood Estimation (MLE)-OSMAPOSL reprojection algorithm by using various subsets (3 to 21) and iterations (1 to 20). Additionally, the influence of different scintillating crystals on PET scanner’s image quality, in terms of the MTF, the NNPS and the DQE, was also investigated. In this case, OSMAPOSL image reconstruction was assessed by using 15 subsets and 3 iterations. The simulated spatial resolution in terms of Full Width at Half Maximum (FWHM) agreed with published data of Mawlawi et al (2004), within less than 3.29% in 2D and less than 2.51% in 3D with published data of others, respectively. The 2D values for the sensitivity, the scatter fraction and the count-rate were found to agree within less than 0.46%, 4.59% and 7.86%, respectively with corresponding published values. Accordingly, the corresponding 3D values were found to agree to less than 1.62%, 2.85% and 9.13%, respectively with Mawlawi et al (2004) published values. Sensitivity, which was also estimated in the absence of attenuation material by simulating an ideal source, showed differences between the extrapolated and the ideal source values (with and without attenuation) ranging in 2D from 0.04% to 0.82% (radial location R=0cm) in 2D and from 0.52% to 0.67% in 3D mode (radial locations R=10cm). By using this model, sensitivity can be obtained in a more simplified procedure. The simulated noise equivalent count rate was found to be 94.31kcps in 2D and 66.9kcps in 3D at 70 and 15kBq/mL respectively, compared to 94.08kcps in 2D and 70.88kcps in 3D at 54.6kBq/mL and 14kBq/mL respectively, from the published by others values. The simulated image quality was found in excellent agreement with these published values. The MTFs obtained using the FBP2D were in close agreement to those obtained by the FBP3DRP, whereas the MTFs of the OSMAPOSL show, in all cases, that higher frequencies are preserved than in the case of the FBP. FBP reconstructed images obtained from the large horizontal plane source showed that the MTF was found to degrade gradually as we move towards the edge of the FOV. The MTFs of the FBP images along the vertical direction were slightly lower than the corresponding horizontal ones. In addition, the plane source method is less prone to noise than the conventional line source method (sd=0.0031 and 0.0203, respectively). In the case of DQE investigation, MTF values assessed from the evaluated STIR digital reconstructed images, of the TLC based plane source, were found to improve as the number of iterations increased up to 12 and remain almost constant thereafter. Furthermore, variation in the number of subsets didn’t show any effect on the MTF, for equal number of iterations. The noise levels, in terms of the NNPS, in the reconstructed PET image, were found to decrease with the corresponding increase of both the number of iterations and subsets. DQE values were influenced by both MTF and NNPS and were found to increase with the corresponding increase in both number of iterations and subsets. Finally, the PET scanner configuration, incorporating LuAP crystals, provided the optimum MTF values in both 2D and 3DFBP whereas the corresponding configuration with BGO crystals was found with the higher MTF values after OSMAPOSL. The scanner incorporating BGO crystals were also found with the lowest noise levels and the highest DQE values after all image reconstruction algorithms. In conclusion, our study showed that the imaging performance of PET scanners can be fully characterized, further improved and simplified by investigation of the imaging chain components through MC methods. The simulated PET evaluation method, based on a TLC plane source, requires materials commonly found in a clinical environment and can be experimentally implemented and used in clinical practice. In this study it was used for the image quality assessment and optimization, but it can be also useful in research for the further development of PET and SPECT (Single Photon Emission Tomography) scanners though GATE simulations. Reconstructed images by STIR can be also used to obtain radiopharmaceutical distribution of images and direct dose maps, quite useful to nuclear medicine practitioners.

Η ηπατική εγκεφαλοπάθεια είναι ένα νευροψυχιατρικό κλινικό σύνδρομο που αναπτύσσεται σε ασθενείς με σοβαρή ηπατική ανεπάρκεια. Οι κλινικές εκδηλώσεις που χαρακτηρίζουν το σύνδρομο ποικίλουν από ελαφρές διαταραχές της ψυχικής κατάστασης μέχρι κώμα, ενώ σε ιστολογικό επίπεδο οι αλλοιώσεις του ΚΝΣ είναι μη ειδικές. Πολλοί μηχανισμοί ενέχονται στην παθογένεια της νόσου, όπως εναπόθεση στο εξωκυττάριο υγρό τοξικών προιόντων που δεν μεταβολίζονται στο ήπαρ, αλλαγές στον αιματοεγκεφαλικό φραγμό, ανώμαλη ισορροπία νευρομεταβιβαστών, διαταραχές μεταβολισμού και ηλεκτρικής ισορροπίας στα νευρωνικά κύτταρα του εγκεφάλου. Σύμφωνα με την τελευταία ταξινόμηση της ηπατικής εγκεφαλοπάθειας (ΗΕ) (Παγκόσμιο Συνέδριο Γαστρεντερολογίας, Βιέννη 1998) προσδιορίσθηκε η κλινική οντότητα της ελάχιστης ή υποκλινικής ηπατικής εγκεφαλοπάθειας σαν υποκατηγορία της ΗΕ σχετιζόμενης με κίρρωση και πυλαία υπέρταση. Η Υποκλινική Ηπατική Εγκεφαλοπάθεια (ΥΗΕ) είναι ο όρος που χρησιμοποιείται για να περιγράψει λεπτές διαταραχές της εγκεφαλικής λειτουργίας και μεταβολές φυσιολογικών παραμέτρων στους κιρρωτικούς ασθενείς που δεν έχουν κλινικές ενδείξεις ηπατικής εγκεφαλοπάθειας. Σε κλινικό επίπεδο παρατηρούνται μια σειρά από διαταραχές σε βιολογικές παραμέτρους όπως ο ύπνος, και περιορισμός σε πολλές φυσικές δραστηριότητες και συμπεριφορές της καθημερινής ζωής. Ενώ η διάγνωση της ΗΕ λόγω της κλινικής της αναγνώρισης δεν παρουσιάζει προβλήματα, η διάγνωση της ΥΗΕ είναι προβληματική, καθώς στις διάφορες σειρές μελετών που μέχρι σήμερα έχουν γίνει το “gold standard” διάγνωσης της νόσου δεν έχει καθορισθεί. Για τον σκοπό αυτό χρησιμοποιούνται ψυχομετρικές δοκιμασίες, ερωτηματολόγια καταγραφής συμπεριφοράς και χρονότυπου, μελέτη ιστορικού ύπνου, ηλεκτροφυσιολογικές μέθοδοι(ΗΕΓ) και νεώτερες νευροαπεικονιστικές τεχνικές (MRI εγκεφάλου). Ανώμαλοι κιρκαδιανοί ρυθμοί σε πολλές βιολογικές παραμέτρους έχουν περιγραφεί σε ασθενείς με κίρρωση ήπατος. Η παρουσία του βιολογικού ρολογιού, του υπερχιασματικού πυρήνα του υποθαλάμου (SCN) με τις προσαγωγές και απαγωγές συνδέσεις του επιτρέπει τον συγχρονισμό των ρυθμών των βιολογικών παραμέτρων με τα εξωτερικά ερεθίσματα που αναπτύσσονται στον 24ωρο κύκλο ημέρας/νύχτας. Οι σύγχρονες απόψεις περιλαμβάνουν δύο βασικές ερμηνείες για τις διαταραχές της κιρκαδιανής λειτουργίας που παρατηρούνται στην χρόνια ηπατική νόσο. Πρώτον, οι ανωμαλίες στους κιρκαδιανούς ρυθμούς ξεκινούν από τις επιδράσεις στον SCN των νευροτοξινών που δεν μεταβολίζονται επί ηπατικής ανεπάρκειας και τις προσαγωγές/απαγωγές συνδέσεις του. Δεύτερον, ο ανώμαλος ηπατικός μεταβολισμός της μελατονίνης και η διαφορετικού βαθμού επίδρασή της στον SCN οδηγεί σε μετάθεση φάσεων, αποσυγχρονισμό ρυθμών και τελικά μεταβολή στην απόδοση του βιολογικού ρολογιού. Φαίνεται ότι και οι δύο ερμηνείες, οι οποίες συνδυάζουν τις επιδράσεις της ηπατοκυτταρικής δυσλειτουργίας και της πυλαιοσυστηματικής αναστόμωσης, είναι υπεύθυνες για τις κιρκαδιανές δυσλειτουργίες στην ηπατική νόσο. Σκοπός της μελέτης είναι, αφού μελετήσει κιρρωτικούς ασθενείς ώστε να τους χαρακτηρίσει ότι πάσχουν από ελάχιστη ηπατική εγκεφαλοπάθεια, να καταγράψει όποιες διαταραχές βιολογικών παραμέτρων όπως ο ύπνος και μεταβολές της καθημερινής συμπεριφοράς, καθώς και το ενδοκρινολογικό τους profile με μελέτη υποφυσιακών ορμονών και της μελατονίνης. Οι ανωτέρω μέθοδοι εν συνεχεία συσχετίσθηκαν με νευροφυσιολογικές μεθόδους(ΗΕΓ) και νευροαπεικονιστικές τεχνικές (MRI εγκεφάλου) στην προσπάθεια προσέγγισης πληρέστερα της διάγνωσης της ΥΗΕ, και αναζήτησης δεικτών πρωιμότερης διάγνωσης της νόσου. Μελετήθηκε ομάδα κιρρωτικών ασθενών χωρίς κλινικά ευρήματα εγκεφαλοπάθειας, με παράλληλη χρησιμοποίηση ομάδας ελέγχου παθολογικών μη ηπατοπαθών ασθενών ίδιας ηλικίας και κοινωνικού profile. Όλοι οι ασθενείς υπεβλήθησαν σε πλήρη κλινική νευρολογική εξέταση, εργαστηριακό βιοχημικό έλεγχο, ψυχομετρικές δοκιμασίες(NCT-A,DST), μελέτη ιστορικού ύπνου και ερωτηματολόγια ανάλυσης χαρακτηριστικών χρονότυπου (BNSQ, Horne) και καθημερινής συμπεριφοράς (SIP), μετρήσεις και ανάλυση κιρκαδιανού ρυθμού υποφυσιακών ορμονών και μελατονίνης, καθώς και ΗΕΓ και MRI εγκεφάλου. Τα αποτελέσματα των ψυχομετρικών δοκιμασιών ήταν παθολογικά σε όλους τους κιρρωτικούς και αφορούσαν διαταραχές λεπτών νοητικών λειτουργιών, κινητική αντίδραση και εγρήγορση. Ιδιαίτερο εύρημα ανεδείχθη από την μελέτη οι διαταραχές του ύπνου στους χωρίς εγκεφαλοπάθεια κιρρωτικούς που περιελάμβαναν μειωμένη διάρκεια νυχτερινού ύπνου, παρατεταμένο χρόνο κατάκλισης πριν την έλευσή του και αυξημένο αριθμό νυχτερινών αφυπνίσεων.Παράλληλα όμως ανεδείχθη από τα ερωτηματολόγια και την μελέτη SIP, ένας χρονότυπος καλύτερης συμπεριφοράς που περιγράφεται ως «Περισσότερο Πρωινός Τύπος» για τους κιρρωτικούς, που συμπίπτει με αυτόν της ομάδας ελέγχου παθολογικών μη ηπατοπαθών ασθενών, αλλά και γενικότερα είναι αποδεκτός από τα καθιερωμένα κοινωνικά status. Το ιστορικό του ύπνου κρίνεται ως απαραίτητο εργαλείο συμπλήρωσης κατά την λήψη του ιατρικού ιστορικού, ενώ τα φαινόμενα ημερήσιας υπνηλίας είναι εύρημα σε πιο προχωρημένα στάδια της νόσου. Η MRI εγκεφάλου ανέδειξε παθολογικά ευρήματα σε 69% των κιρρωτικών ασθενών. Αυτά συνίσταντο σε αυξημένης έντασης μαγνητικό σήμα στις Τ-1 ακολουθίες στα βασικά γάγγλια του εγκεφάλου, ενώ οι μη ηπατοπαθείς ασθενείς είχαν φυσιολογική MRI εγκεφάλου. Η στατιστική ανάλυση των αποτελεσμάτων της μελέτης έδειξε ότι η αυξημένη ένταση του παθολογικού μαγνητικού σήματος εμφάνισε σημαντική συσχέτιση με την επιδείνωση της υπερχολερυθσιναιμίας, την υποαλβουμιναιμία, και την υπερσφαιριναιμία, ενώ συνολικά και με το άθροισμα κατά Child-Pugh. H ανάλυση του ΗΕΓ ανέδειξε παθολογικά ευρήματα-μη ειδικές αλλοιώσεις (θ και δ κύματα σε διάφορους συνδυασμούς) στο 50% των κιρρωτικών χωρίς εγκεφαλοπάθεια και φυσιολογικά ευρήματα στους μη ηπατοπαθείς. Ανευρέθη επίσης στατιστική συσχέτιση μεταξύ της αύξησης του παθολογικού σήματος της MRI εγκεφάλου και της βαρύτητας των ΗΕΓ ανωμαλιών. Μελετήθηκαν επίσης υποφυσιακές ορμόνες, η κορτιζόλη και η μελατονίνη, αναλύοντας τόσο τις απόλυτες τιμές τους όσο και την συμπεριφορά και περιοδικότητά τους μέσα στο 24ωρο. Κύρια ευρήματα ήταν για τις προλακτίνη, θυρεοειδοτρόπο και μελατονίνη, κατά την στατιστική ανάλυση διασποράς και λαμβάνοντας υπόψη την σημαντικότητα του παράγοντα αλληλεπίδρασης, η διαφορετική συμπεριφορά των ορμονών μέσα στο 24ωρο τόσο σε σχέση με την ομάδα ελέγχου των μη ηπατοπαθών ασθενών, όσο και σε σχέση με τα βιβλιογραφικά δεδομένα υγιών μαρτύρων. Η κορτιζόλη δεν ανέδειξε διαφορετική συμπεριφορά 24ώρου σε σχέση με τους μη ηπατοπαθείς παθολογικούς, παρατηρήθηκε όμως μια συνολικά επιμένουσα υποκορτιζολαιμία με έλλειψη των γνωστών εκκριτικών αιχμών της ορμόνης στο 24ωρο.Από την μελέτη επίσης φάνηκε μια μετάθεση της καμπύλης της μελατονίνης προς τις πρωινές ώρες , με αυξημένα επίπεδα το πρωί, και μια αναστροφή της περιοδικότητας στην έκκριση της TSH. Συνολικά παρατηρήθηκε μια διαταραχή στον κιρκαδιανό ρυθμό έκκρισης όλων των ορμονών και απουσία των φυσιολογικών διακυμάνσεών τους στο 24ωρο. Τα αποτελέσματα των ορμονών συγκρινόμενα με τις υπόλοιπες μεθόδους διάγνωσης της ελάχιστης εγκεφαλοπάθειας έδειξαν ότι δεν υπάρχει στατιστικά σημαντική συσχέτιση με την ποσοτική μέθοδο προσδιορισμού του ανθρώπινου χρονότυπου Horne score, και ότι οι μεταβολές της μελατονίνης, προλακτίνης και θυρεοειδοτρόπου δεν σχετίζονται στατιστικά με την ένταση του παθολογικού σήματος στην MRI εγκεφάλου και την βαρύτητα των ΗΕΓ αλλοιώσεων. Για την κορτιζόλη όμως οι μεταβολές των τιμών της σχετίζονται στατιστικά σημαντικά με την αύξηση της έντασης του παθολογικού μαγνητικού σήματος, με την επιδείνωση του βαθμού της ηπατικής επάρκειας(Child-Pugh score), και την επιδείνωση των αλλοιώσεων στο ΗΕΓ. Τέλος, η στατιστική ανάλυση ανέδειξε ότι οι βαρύτερα πάσχοντες κιρρωτικοί (Child score >5) παρουσιάζουν επίταση των ορμονικών διαταραχών, αφού σε αυτούς ανευρίσκονται ακόμα χαμηλότερα επίπεδα κορτιζόλης το πρωί και μελατονίνης το βράδυ. Η μελέτη κιρρωτικών ασθενών, ακόμα και αυτών χωρίς παθολογικά νευρολογικά ευρήματα παρουσιάζει μια σειρά από διαταραχές λεπτών λειτουργιών του ΚΝΣ, αλλά και ανωμαλίες σε πολλές φυσιολογικές και ενδοκρινολογικές παραμέτρους. Στην παρούσα μελέτη οι κιρρωτικοί ασθενείς με ελάχιστη εγκεφαλοπάθεια παρουσίασαν ένα γενικά κοινωνικά αποδεκτό χρονότυπο συμπεριφοράς, «Περισσότερο Πρωινό Τύπο», με σαφείς όμως διαταραχές στον νυχτερινό ύπνο, και περιορισμό σε πολλές λειτουργικές ικανότητες και δραστηριότητες του 24ώρου. Τα αυξημένα πρωινά επίπεδα της μελατονίνης ενοχοποιούνται πρωτίστως για την μετάθεση φάσεων 24ώρου και τις διαταραχές του ύπνου. Στα παραπάνω ευρήματα προστίθενται τα παθολογικά ψυχομετρικά tests ως ειδικοί δείκτες διάγνωσης της ΥΗΕ. Το ΗΕΓ κατέγραψε μη ειδικές διαταραχές στο 50% των κιρρωτικών χωρίς εγκεφαλοπάθεια, όμως η MRI εγκεφάλου φαίνεται ότι έχει μεγαλύτερη ευαισθησία και αξία ως πρώιμος δείκτης νευρολογικών αλλαγών, καθώς το παθολογικής έντασης μαγνητικό σήμα σχετίζεται στατιστικά σημαντικά με παραμέτρους επιδείνωσης της ηπατικής βιοχημείας, με την ταξινόμηση της βαρύτητας της ηπατικής νόσου (Child score),αλλά και τον προοδευτικά αυξανόμενο βαθμό αλλοιώσεων στο ΗΕΓ. Σε επίπεδο ανάλυσης των προαναφερθέντων διαταραχών των κιρκαδιανών ρυθμών των υποφυσιακών ορμονών στην κίρρωση και επί απουσίας έκδηλης εγκεφαλοπάθειας και δοθείσας της θέσης του βιολογικού ρολογιού στον υποθάλαμο, φαίνεται ότι η επίδραση των παθολογικών επιπέδων της μελατονίνης στον SCN καθορίζει σε όποιο βαθμό την απόδοση του κιρκαδιανού βηματοδότη. Δημιουργούνται έτσι μεταθέσεις φάσεων και αποσυγχρονισμός σε πολλές βιολογικές παραμέτρους. Στην διαταραχή της λειτουργίας του βιολογικού ρολογιού συμμετέχουν σαφώς και διαταραχές στα προσαγωγά/απαγωγά μονοπάτια του SCN, οι επιδράσεις των τοξινών που δεν μεταβολίζονται στην ηπατική ανεπάρκεια, ανώμαλη νευρομεταβιβαστική λειτουργία, αυξημένα GABA-εργική δραστηριότητα, και διαταραχές των εγκεφαλικών αστροκυττάρων. Στην παρούσα μελέτη διαφαίνεται ότι οι επιδράσεις των νευροτοξινών προηγούνται, καθώς οι διαταραχές ρυθμού και έκκρισης μελατονίνης παρατηρούνται κυρίως σε πιο προχωρημένα στάδια της ηπατικής νόσου (Child score>5).Παράλληλα η όποιου βαθμού απορρύθμιση των εκλυτικών παραγόντων του υποθαλάμου για τις υποφυσιακές ορμόνες διαταράσσει την περιοδικότητά τους και τα επίπεδά τους με ότι αυτό μεταφράζεται σε κλινικό επίπεδο. Το σημαντικό επίσης στην παρούσα μελέτη είναι και η διαφορετικότητα στην συμπεριφορά των ορμονών μέσα στο 24ωρο των κιρρωτικών χωρίς εγκεφαλοπάθεια, τόσο από μη ηπατοπαθείς παθολογικούς όσο και από τα φυσιολογικά βιβλιογραφικά δεδομένα υγιών μαρτύρων. Αποτελεί τέλος ιδιαίτερο προβληματισμό για τον κλινικό ιατρό η αναζήτηση της ΥΗΕ και κατ επέκταση των αρχόμενων νευρολογικών αλλαγών , τόσο με ανάλυση του ιστορικού και μελέτη ύπνου και νεώτερες νευροαπεικονιστικές τεχνικές(MRI εγκεφάλου), αλλά και αναζήτηση του πρώιμα διαταραγμένου ενδοκρινολογικού profile των ασθενών αυτών. / Hepatic encephalopathy, a major complication of liver cirrhosis, is a clinical syndrome characterized by abnormal mental status occuring in patients with severe hepatic insufficiency. The clinical manifestations range from a slightly altered mental status to coma. In the absence of clinical symptoms, but with a number of disturbances in biological parameters, such as sleep and function abnormalities in every day life, the term minimal hepatic encephalopathy is established. A high proportion of cirrhotic patients ranging from 30% to 70% show neuropsychological or neurophysiological abnormalities, although conventional neurological and mental assessment is normal. In this absence of biological correlates, diagnosis of minimal or Subclinical Hepatic Encephalopathy (SHE) relies on psychometric, neurophysiological and recently neuroimaging tests, although the “gold standard” of this clinical diagnosis has not yet been established. Abnormal rhythms of several biological parameters have been described in patients with cirrhosis. The existence of the “biological” clock, the Suprachiasmatic Nucleus (SCN) of hypothalamus, with its afferent/efferent connections allows the organism to foresee and anticipate the modifications in the external enviroment that occur during the day/night cycle. Current views propose two explanations for the alterations in circadian function seen in chronic liver disease. First, abnormalities of circadian rhythms arise from the effects on the SCN and/or its afferent/efferent connections of neurotoxins implicated in the pathogenesis of hepatic encephalopathy. Second, the impaired hepatic metabolism of melatonin results in elevated morning plasma levels that cause a phase shift of the output from the circadian clock. It is possible that both explanations, that combine the effects of hepatocellular dysfunction and portal-systemic shunting, are responsible for the circadian abnormality in liver disease. The aim of this study was to evaluate cirrhotic patients without evidence of encephalopathy, and as they have been characterized with the term minimal encephalopathy, to describe their clinical status, analyze their chronotypology, and redifine neuropsychiatric abnormalities and abnormal daily activities using psychometric tests, neurophysiologic exams (HCG) and neuroimaging images (brain MRI). Aim also of the study was to analyse the endocrinologic profile of cirrhotics without encephalopathy, trying to correlate any abnormal circadian rhythm of hormones with biological parameters, clinical performances and laboratory tests. Twenty six cirrhotic patients without signs of encephalopathy and a controll group of thirteen patients without hepatopathy, and normal neurological exam, took part in the study. Psychometric status was evaluated using NCT-A and Digit Symbol test, also the Sickness Impact Profile (SIP) analysis was used. The findings of NCT-A and DST studies were a worse performance of cirrhotic subjects in psychomotor speed and attention. A diminished level of daily functioning in patients with minimal HE, reflected by significantly impairments of all SIP categories, was recognised, while non hepatopathy patients did not exhibit such abnormalities. Further analysis of everyday activities using BNSQ and Horne Score tests took place, while an interview of sleep history was performed. Results of these tests showed a chronotypology of Moderate Morningness Type, although non encephalopathic cirrhotics were found to have some particular sleep abnormalities. These were found to be a decreased sleeping time (<6h/night), sleep latency>30 min, and often awakenings during night sleep (>3 episodes/night). Although chronotypology of non hepatopathy patients was the same, Moderate Morningness Type, sleep abnormalities were not described in non cirrhotic group. Sleep history is recognised as a necessary tool for the assessment of early neurological abnormalities, and Evening chronotypology of cirrhotic patients is probably related with more severe liver disease. An awake 16-channel digital EEG was performed on all patients. The abnormal EEG findings were analysed as specific( epileptic form or paroxysmal) and non specific disturbances( theta and delta waves in various combinations). Furthermore, the non specific disturbances were classified as mild, moderate and severe. The EEG analysis demonstrated non specific disturbances in 50% of cirrhotics, while the rest of them had normal EEG recording. In the neuroimaging field, all patients underwent a brain MRI exam. 69% of cirrhotic patients exhibited abnormal signal intensity on T-1 weighted images. The affected sites were globus pallidus, putamen or both. The abnormality consisted of high billateral and symmetrical signal intensities of various extents. These abnormalities, compared to the signal of the adjacent white matter of the brain, were classified into three grades: Grade 0: no alterations, Grade 1: mild, Grade 2: severe. No abnormalities were demonstrated on T2-weighted images. According to a qualitative classification 12 patients were classified as Grade 1, 6 as Grade 2, whereas 8 patients had no alterations in the basal ganglia. None patient of the controll group exhibit any MRI abnormalities. There was a significant correlation between quantitative assessment of signal intensity in brain MRI and severity of EEG abnormalities. Using variant analysis to investigate further this relationship, a significant linear association was found between EEG grading and signal MRI intensity. MRI abnormalities were found in 40% of cirrhotics with normal EEG, suggesting MRI as a more sensitive method of evaluating patients with subclinical hepatic encephalopathy. Brain MRI abnormalities were also correlated with liver biochemistry and Child-Pugh category. In our study, Child score and albumin level were identified as significant predictors of the MRI signal intensity.The level of brain MRI abnormalities was also parallel with deterioration of serum bilirubin and globulins, as significant statistical correlations between these parameters were found. The levels and the circadian rhythmicity of cortizol, the pituitary hormones TSH and prolactin, and melatonin which is excreted by the pineal gland are also analysed in non encephalopathic cirrhotics. The results and the statistical analysis showed a disruption of the 24h cycle for melatonin, prolactin and TSH, regarding to normal levels and circadian rhythm. A different behaviour of each hormone in the 24h cycle regarding to non cirrhotic patients was also recognised. For cortisol the circadian rhythmicity was not affected, while the 24h plasma levels of the hormone were suppressed. Statistical analysis showed no significant correlation between the results of hormones tests and chronotypology. No statistical correlation was detected between levels of melatonin, prolactin and TSH, and the severity of brain MRI abnormalities and abnormal EEG findings. On the contrary, statistical analysis showed a relation between the levels of cortisol and brain MRI abnormalities, between 24h cortisol levels and EEG disturbances, also a correlation between cortisol levels and deterioration of hepatic sufficiency was recognised (Child score>5). Similar, disturbances of melatonin levels were correlated with the degree of liver insufficiency. As a conclusion of this study, cirrhotic patients with minimal encephalopathy have sleep disturbances and a chronotypology described as Moderate Morningness type. Cirrhotics with minimal encephalopathy failed to demonstrate good results in neuropsychiatric tests, also seem to have limitations in many activities of every day life, according to SIP questionnaire results. In the absence of neurological signs, these cirrhotics have abnormal EEG findings (50%), and abnormalities in brain MRI (69%). Brain MRI seems to have an important role in the diagnosis of minimal encephalopathy, as such abnormalities are in statistical correlation with biochemical parameters of liver insufficiency, also with overall Child-Pugh score. Cirrhotic patients with minimal encephalopathy have disturbances in many biological parameters, as a result of abnormal circadian rhythms, which are controlled by the biological clock, the SCN of hypothalamus. Abnormal circadian rhythms of pituitary hormones, also disturbances in the 24h cycle of melatonin are recognised in this study. The role of melatonin in the controll of the circadian rhythmicity is major, however as described in this study, abnormalities of melatonin secretion may result in more advanced liver disease. The abnormal endocrinologic pattern of cirrhotics with minimal encephalopathy seems to be different not only regarding to healthy individuals, also to other non hepatopathy patients , as described in this study. Except the role of melatonin in this abnormality, other factors play a key role, such false neurotransmitters, effects on afferent/efferent connections of the SCN, disturbances in the astrocyte function, increased GABA-ergic activity. A critical question for clinicians is whether this endocrinologic abnormality should be considered an early indicator of Hepatic Encephalopathy, and if that happens, how early it appears. We believe that further investigation is needed with re-assessment of the cirrhotic patients in the future. Hepatic encephalopathy, a major complication of liver cirrhosis, is a clinical syndrome characterized by abnormal mental status occuring in patients with severe hepatic insufficiency. The clinical manifestations range from a slightly altered mental status to coma. In the absence of clinical symptoms, but with a number of disturbances in biological parameters, such as sleep and function abnormalities in every day life, the term minimal hepatic encephalopathy is established. A high proportion of cirrhotic patients ranging from 30% to 70% show neuropsychological or neurophysiological abnormalities, although conventional neurological and mental assessment is normal. In this absence of biological correlates, diagnosis of minimal or Subclinical Hepatic Encephalopathy (SHE) relies on psychometric, neurophysiological and recently neuroimaging tests, although the “gold standard” of this clinical diagnosis has not yet been established. Abnormal rhythms of several biological parameters have been described in patients with cirrhosis. The existence of the “biological” clock, the Suprachiasmatic Nucleus (SCN) of hypothalamus, with its afferent/efferent connections allows the organism to foresee and anticipate the modifications in the external enviroment that occur during the day/night cycle. Current views propose two explanations for the alterations in circadian function seen in chronic liver disease. First, abnormalities of circadian rhythms arise from the effects on the SCN and/or its afferent/efferent connections of neurotoxins implicated in the pathogenesis of hepatic encephalopathy. Second, the impaired hepatic metabolism of melatonin results in elevated morning plasma levels that cause a phase shift of the output from the circadian clock. It is possible that both explanations, that combine the effects of hepatocellular dysfunction and portal-systemic shunting, are responsible for the circadian abnormality in liver disease. The aim of this study was to evaluate cirrhotic patients without evidence of encephalopathy, and as they have been characterized with the term minimal encephalopathy, to describe their clinical status, analyze their chronotypology, and redifine neuropsychiatric abnormalities and abnormal daily activities using psychometric tests, neurophysiologic exams (HCG) and neuroimaging images (brain MRI). Aim also of the study was to analyse the endocrinologic profile of cirrhotics without encephalopathy, trying to correlate any abnormal circadian rhythm of hormones with biological parameters, clinical performances and laboratory tests. Twenty six cirrhotic patients without signs of encephalopathy and a controll group of thirteen patients without hepatopathy, and normal neurological exam, took part in the study. Psychometric status was evaluated using NCT-A and Digit Symbol test, also the Sickness Impact Profile (SIP) analysis was used. The findings of NCT-A and DST studies were a worse performance of cirrhotic subjects in psychomotor speed and attention. A diminished level of daily functioning in patients with minimal HE, reflected by significantly impairments of all SIP categories, was recognised, while non hepatopathy patients did not exhibit such abnormalities. Further analysis of everyday activities using BNSQ and Horne Score tests took place, while an interview of sleep history was performed. Results of these tests showed a chronotypology of Moderate Morningness Type, although non encephalopathic cirrhotics were found to have some particular sleep abnormalities. These were found to be a decreased sleeping time (<6h/night), sleep latency>30 min, and often awakenings during night sleep (>3 episodes/night). Although chronotypology of non hepatopathy patients was the same, Moderate Morningness Type, sleep abnormalities were not described in non cirrhotic group. Sleep history is recognised as a necessary tool for the assessment of early neurological abnormalities, and Evening chronotypology of cirrhotic patients is probably related with more severe liver disease. An awake 16-channel digital EEG was performed on all patients. The abnormal EEG findings were analysed as specific( epileptic form or paroxysmal) and non specific disturbances( theta and delta waves in various combinations). Furthermore, the non specific disturbances were classified as mild, moderate and severe. The EEG analysis demonstrated non specific disturbances in 50% of cirrhotics, while the rest of them had normal EEG recording. In the neuroimaging field, all patients underwent a brain MRI exam. 69% of cirrhotic patients exhibited abnormal signal intensity on T-1 weighted images. The affected sites were globus pallidus, putamen or both. The abnormality consisted of high billateral and symmetrical signal intensities of various extents. These abnormalities, compared to the signal of the adjacent white matter of the brain, were classified into three grades: Grade 0: no alterations, Grade 1: mild, Grade 2: severe. No abnormalities were demonstrated on T2-weighted images. According to a qualitative classification 12 patients were classified as Grade 1, 6 as Grade 2, whereas 8 patients had no alterations in the basal ganglia. None patient of the controll group exhibit any MRI abnormalities. There was a significant correlation between quantitative assessment of signal intensity in brain MRI and severity of EEG abnormalities. Using variant analysis to investigate further this relationship, a significant linear association was found between EEG grading and signal MRI intensity. MRI abnormalities were found in 40% of cirrhotics with normal EEG, suggesting MRI as a more sensitive method of evaluating patients with subclinical hepatic encephalopathy. Brain MRI abnormalities were also correlated with liver biochemistry and Child-Pugh category. In our study, Child score and albumin level were identified as significant predictors of the MRI signal intensity.The level of brain MRI abnormalities was also parallel with deterioration of serum bilirubin and globulins, as significant statistical correlations between these parameters were found. The levels and the circadian rhythmicity of cortizol, the pituitary hormones TSH and prolactin, and melatonin which is excreted by the pineal gland are also analysed in non encephalopathic cirrhotics. The results and the statistical analysis showed a disruption of the 24h cycle for melatonin, prolactin and TSH, regarding to normal levels and circadian rhythm. A different behaviour of each hormone in the 24h cycle regarding to non cirrhotic patients was also recognised. For cortisol the circadian rhythmicity was not affected, while the 24h plasma levels of the hormone were suppressed. Statistical analysis showed no significant correlation between the results of hormones tests and chronotypology. No statistical correlation was detected between levels of melatonin, prolactin and TSH, and the severity of brain MRI abnormalities and abnormal EEG findings. On the contrary, statistical analysis showed a relation between the levels of cortisol and brain MRI abnormalities, between 24h cortisol levels and EEG disturbances, also a correlation between cortisol levels and deterioration of hepatic sufficiency was recognised (Child score>5). Similar, disturbances of melatonin levels were correlated with the degree of liver insufficiency. As a conclusion of this study, cirrhotic patients with minimal encephalopathy have sleep disturbances and a chronotypology described as Moderate Morningness type. Cirrhotics with minimal encephalopathy failed to demonstrate good results in neuropsychiatric tests, also seem to have limitations in many activities of every day life, according to SIP questionnaire results. In the absence of neurological signs, these cirrhotics have abnormal EEG findings (50%), and abnormalities in brain MRI (69%). Brain MRI seems to have an important role in the diagnosis of minimal encephalopathy, as such abnormalities are in statistical correlation with biochemical parameters of liver insufficiency, also with overall Child-Pugh score. Cirrhotic patients with minimal encephalopathy have disturbances in many biological parameters, as a result of abnormal circadian rhythms, which are controlled by the biological clock, the SCN of hypothalamus. Abnormal circadian rhythms of pituitary hormones, also disturbances in the 24h cycle of melatonin are recognised in this study. The role of melatonin in the controll of the circadian rhythmicity is major, however as described in this study, abnormalities of melatonin secretion may result in more advanced liver disease. The abnormal endocrinologic pattern of cirrhotics with minimal encephalopathy seems to be different not only regarding to healthy individuals, also to other non hepatopathy patients , as described in this study. Except the role of melatonin in this abnormality, other factors play a key role, such false neurotransmitters, effects on afferent/efferent connections of the SCN, disturbances in the astrocyte function, increased GABA-ergic activity. A critical question for clinicians is whether this endocrinologic abnormality should be considered an early indicator of Hepatic Encephalopathy, and if that happens, how early it appears. We believe that further investigation is needed with re-assessment of the cirrhotic patients in the future.

Σκοπός της παρούσας μελέτης είναι να εξετάσουμε πως οι παράμετροι σάρωσης και ανακατασκευής επηρεάζουν την ποιότητα της εικόνας. Καθόσον, ορισμένες από τις παραμέτρους, αυξάνουν την δόση στον εξεταζόμενο, μελετήσαμε σε ποιες περιπτώσεις θα πρέπει να τις τροποποιήσουμε, άλλοτε για λόγους ακτινοπροστασίας και άλλοτε για την βελτιστοποίηση της ποιότητα της εικόνας. Υλικό και μέθοδος : Το πείραμα μας έγινε σε ελικοειδή Υ .Τ (Philips 5000SR), χρησιμοποιώντας πρόγραμμα συμβατικής σάρωσης (τομής-τομής) και ελικοειδούς σάρωσης σε ομοίωμα που χρησιμοποιείται για τον ποιοτικό έλεγχο. Σαρώσαμε τα διαφορετικά τμήματα του ομοιώματος, εφαρμόζοντας όλους τους δυνατούς συνδυασμούς των παραμέτρων σάρωσης και ανακατασκευής. Μετρήσαμε σε όλες τις εικόνες τον θόρυβο, την χωρική διακριτική ικανότητα (Χ.Δ.Ι ) και την αντιθετική διακριτική ικανότητα. Αποτελέσματα: Η Χ.Δ.Ι μεταβάλλεται περισσότερο από το πάχος τομής και τον αλγόριθμο ανακατασκευής, ενώ οι παράμετροι έκθεσης την επηρεάζουν λιγότερο σε εξεταζομένους με φυσιολογικές διαπλάσεις. Ο θόρυβος της εικόνας είναι μεγαλύτερος στο κέντρο της εικόνας και αυξάνει περισσότερο όταν μειώνουμε τους παράγοντες έκθεσης. Η αντιθετική διακριτική ικανότητα βελτιώνεται με αύξηση των παραμέτρων έκθεσης και με εφαρμογή κατάλληλου αλγόριθμου ανακατασκευής. Συμπέρασμα: Η σωστή επιλογή των παραμέτρων σάρωσης και ανακατασκευής μπορεί να οδηγήσει στην βελτίωση της ποιότητας της εικόνας ή στην βέλτιστη εικόνα με την λιγότερη δυνατή δόση στον εξεταζόμενο. / The purpose of the present study is to examine how the scanning and reconstruction parameters effect the quality imaging. While, some of the parameters increase the dose to the patient, we studied in which cases we have to modify them either for the benefit of the radiation protection or for the optimization of the quality imaging. Material and method. Our experiment was put into practice in conventional spiral CT (Philips 5000SR), using conventional scanning software ( slice-slice) and helical scanning at a phantom situable for quality control. We scanned the different parts of the phantom, by appling all the various combinations of the scanning and reconstruction parameters. We measured in all the images the noise, the spacial resolution and the low contrast resolution. Results. The spacial resolution is mainly influenced by the slice thickness and the reconstuction algorithm, while is less affected by the exposure parameters as far as it concerns patients with normal body mass. The noise of the image is greater at the center of the image and increases mostly when the exposure parameters are reduced. The low contrast resolution is improved by the increase of the exposure parameters and by the application of the suitable reconstruction algorithm. Conclusion. The reasonable choice of the scanning and reconstruction parameters results in the optimization of the quality imaging or in the best image with the less possible dose for the patient.

The work covered in this thesis deals with the problem of automatically registering 3D images acquired from different medical imaging modalities. The approach taken is to develop generic measures of image registration derived from the co-occurence of values in the two images. The development of statistical alignment measures is reviewed. The registration problem is then expressed in terms of entropy and developed using tools from information theory. The problem of the optimization of the registration process in the different types of algorithms is identified as important and the power of Genetic Algorithms is applied. The application of image registration techniques, implemented during this thesis, in complex situations is evaluated. The cases of patients with brain ischemia and brain tumour residual disease are elaborated. This is accomplished with the formation of Groupwares where the tacit knowledge, owned by the individual specialists that take part in the collaboration, is exposed and made explicit in the process of the evaluation of the findings, provided by the fused images. This is performed in a high performance computer network that has been developed between the Department of Medicine and the University Hospital. / Η παρούσα εργασία ασχολείται με το πρόβλημα της αυτοματοποιημένης προσαρμογής και σύντηξης τρισδιάστατων απεικονίσεων από διαφορετικές ιατρικές απεικονιστικές μεθοδολογίες.

The scope of this thesis is to process and analyze statistically Magnetic Resonance Images (MR-T1) from Parkinson’s disease patients in order to detect brain areas that exhibit brain change which is caused by the disease. Parkinson’s disease is an idiopathic disease which means that its cause is yet unknown. It is a chronic neurodegenerative disorder of the central nervous system which causes the progressive death of specific brain neurons that leads to motor impairments (tremor, bradykinesia, muscle rigidity) and non motor ones (cognitive, sleep, sensation disturbances). Magnetic Resonance Images (T1-weighted) were acquired from both Parkinson’s patients and healthy subjects (Controls) at intervals of 0 and 5 years. The data have undergone longitudinal (two-time-point), cross sectional (single-time-point) and statistical analysis with the use of FSL software library. Evidence of atrophy among Parkinson’s patients aroused, in brain areas near the ventricles and the middle temporal gyrus, after statistical analysis / Ο σκοπός αυτής της εργασίας είναι η επεξεργασία και στατιστική ανάλυση μαγνητηκών τομογραφιών (MR-T1) από ασθενείς με Πάρκινσον για την ανίχνευση περιοχών του εγκεφάλου που παρουσιάζουν μεταβολές που οφείλονται στην ασθένεια. Η ασθένεια Πάρκινσον είναι ιδιοπαθής, δηλαδή ασθένεια της οποίας η αιτία παραμένει ακόμη άγνωστη. Είναι μια χρόνια δυσλειτουργία λόγω εκφυλισμού των νευρώνων του κεντρικού νευρικού συστήματος η οποία προκαλεί τη σταδιακή νεκρωση συγκεκριμένης ομάδας εγκεφαλικών νευρώνων. Αυτή η νέκρωση οδηγεί σε κινητικές δυσλειτουργίες (τρέμουλο, βραδυκινησία, και μυϊκή δυσκαμψία και σε μή κινητικές όπως γνωστικές, διαταραχής ύπνου,διαταραχές αφής κ.α. Μαγνητικές τομογραφίες (τύπου Τ1) ασθενών και υγιών ελήφθησαν σε διαστήματα 0 και 5 ετών. Τα δεδομένα αναλύθηκαν με δυο μεθόδους (longitudinal και cross-sectional) και εν συνεχεία έγινε στατιστική επεξεργασία των αποτελεσμάτων. Έγινε χρήση της βιβλιοθήκης FSL Μετά από στατιστική ανάλυση προέκυψαν ενδείξεις ατροφίας στους ασθενείς με Πάρκινσον σε περιοχές του εγεκφάλου κοντά στις εγκεφαλικές κοιλίες (ventricles) και στη μέσο-κροταφική έλικα (middle temporal gyrus).

Στο συγκεκριμένο ερευνητικό πρωτόκολλο μελετήθηκαν οι πιθανές ένοχες βλάβες σε φλεβικά μοσχεύματα ασθενών με οξέα στεφανιαία σύνδρομα με τη μέθοδο της Οπτικής Συνεκτικής Τομογραφίας (OCT). • Οι αθηροσκληρωτικές βλάβες των φλεβικών μοσχευμάτων έχουν μελετηθεί in vivo με τη μέθοδο της αγγειοσκόπησης και της ενδαγγειακής υπερηχογραφίας (IVUS). Απεναντίας, η απεικόνιση των μοσχευμάτων με τη μέθοδο της OCT, η οποία χαρακτηρίζεται από σημαντικά μεγαλύτερη διακριτική ικανότητα σε σχέση με το IVUS και βελτιωμένη διεισδυτική ικανότητα συγκρινόμενη με την αγγειοσκόπηση, δεν έχει μελετηθεί συστηματικά. • Μέθοδος: Η απεικόνιση των ένοχων βλαβών των μοσχευμάτων πραγματοποιήθηκε, κατόπιν αγγειογραφίας τους, με τη μέθοδο χωρίς απόφραξη της OCT σε ασθενείς με ασταθή στηθάγχη (UA), έμφραγμα μυοκαρδίου με ανάσπαση του διαστήματος ST (STEMI) και έμφραγμα μυοκαρδίου χωρίς ανάσπαση του διαστήματος ST (non-STEMI). Ο ινώδης ιστός, ο λιπώδης ιστός, οι εναποθέσεις ασβεστίου, ο θρόμβος και η ρήξη της πλάκας ορίστηκαν σύμφωνα με τα κριτήρια απεικόνισης στοιχείων για την OCT, όπως περιγράφηκαν και στο γενικό μέρος. • Αποτελέσματα: Απεικονίστηκαν 28 φλεβικά μοσχεύματα (μέσης ηλικίας 14.6 ετών) σε 26 ασθενείς. Οι βλάβες χαρακτηρίστηκαν ως σύμπλοκες αγγειογραφικά σε ποσοστό 96.4%, ενώ εμφάνιζαν εξέλκωση σε ποσοστό 32.1% και θρόμβο σε ποσοστό 21.4%. Η OCT αποκάλυψε ινολιπώδη σύσταση σε όλες τις βλάβες, εναπόθεση ασβεστίου στο 32.1% των βλαβών, ρήξη πλάκας σε ποσοστό 60.7% και παρουσία θρόμβου σε ποσοστό 46.4%. Η παρουσία του θρόμβου ήταν προοδευτικά συχνότερη ανάμεσα στις ομάδες ανάλογα με το κλινικό τους σύνδρομο (UA έως STEMI, p=0.003, UA έναντι εμφράγματος μυοκαρδίου, p=0.006). Η λεπτή ινώδης κάψα καταγράφηκε οριακά συχνότερα στους ασθενείς με οξύ έμφραγμα μυοκαρδίου (UA έναντι εμφράγματος μυοκαρδίου, p=0.06, STEMI 100% έναντι non-STEMI 53.3% έναντι UA 20%, p=0.03). Βλάβες με στοιχεία ευθρυπτότητας, όπως απεικονίζονταν στην OCT παρουσιάζονταν σε ποσοστό 67.9%, χωρίς όμως συσχέτιση με την κλινική εικόνα. • Συμπέρασμα: Οι ένοχες βλάβες φλεβικών μοσχευμάτων μεγάλης ηλικίας ασθενών με οξέα στεφανιαία σύνδρομα, όπως αυτές απεικονίζονται στην OCT, εμφανίζουν ινολιπώδη σύσταση, σχετικά λεπτή ινώδη κάψα, ρήξη πλάκας και θρόμβο που συσχετίζονται με το κλινικό φάσμα των οξέων στεφανιαίων συνδρόμων. Αυτά οδηγούν στο συμπέρασμα ότι οι ίδιοι μηχανισμοί αθηροσκλήρωσης που οδηγούν στην εμφάνιση οξέων στεφανιαίων συνδρόμων στα γηγενή στεφανιαία αγγεία, είναι πιθανόν να ενέχονται και στην πρόκληση οξέων στεφανιαίων συνδρόμων λόγω αποτυχίας των φλεβικών μοσχευμάτων. / This study sought to assess, with optical coherence tomography (OCT), presumably culprit atherosclerotic lesions of saphenous vein grafts (SVGs) in patients with acute coronary syndromes (ACS). Background: Atherosclerotic lesions of SVGs have been studied in vivo with angioscopy and intravascular ultrasound. However, imaging with OCT, which has a higher resolution than intravascular ultrasound and better penetration than angioscopy, has not been conducted systematically. Methods Using a nonocclusive OCT technique, we performed angiography and OCT of culprit SVG lesions in patients with unstable angina (UA), ST-segment elevation myocardial infarction (STEMI), and non-STEMI. Fibrous and fatty tissue, calcification, thrombus, and plaque rupture were defined according to OCT objective criteria. Results: Twenty-eight SVGs (average age 14.6 years) in 26 patients were imaged. Lesions on angiography were complex (96.4%), with ulceration in 32.1% and thrombus in 21.4%. OCT disclosed a fibrofatty composition in all lesions, calcification in 32.1%, plaque rupture in 60.7%, and thrombus in 46.4%. Thrombus was progressively more frequent across groups (UA to STEMI, p=0.003; UA vs. myocardial infarction, p=0.006). A thin fibrous cap was marginally more frequent in myocardial infarction patients (UA vs. myocardial infarction, p=0.06; STEMI 100% vs. non-STEMI 53.3% vs. UA 20%, p=0.03). OCT features of friability were present in 67.9% of SVGs not correlating with clinical presentation. Conclusions: OCT of culprit lesions of old SVGs in patients with ACS demonstrates fibrofatty composition, relatively thin fibrous cap, plaque rupture, and thrombus, which correlate with the clinical spectrum of ACS. This suggests that similar mechanisms with native vessels’ atherosclerosis may be involved in SVG-related ACS.

Η γεωφυσική διασκόπηση αποτελεί μια τεχνική διερεύνησης που χαρακτηρίζεται ως μη καταστροφική, με δυνατότητα εφαρμογής σε μεγάλη πλειονότητα προβλημάτων. Πραγματοποιήθηκε γεωφυσική έρευνα με εφαρμογή ηλεκτρικής χαρτογράφησης, ηλεκτρικής τομογραφίας, γεωραντάρ και καταγραφών εδαφικού θορύβου σε περιοχή της Πανεπιστημιούπολης. Σκοπός ήταν η λεπτομερής γεωφυσική διερεύνηση για τον εντοπισμό γεωλογικών ασυνεχειών στον ευρύτερο χώρο του Πανεπιστημίου. Οι προαναφερόμενες τεχνικές εφαρμόστηκαν στο πεδίο σε προκαθορισμένα γεωφυσικά δίκτυα (κάνναβοι) που απείχαν μεταξύ τους απόσταση 100 μέτρων, με σάρωση επάλληλων διατομών παράλληλα και κάθετα στην διεύθυνση του γεωμαγνητικού Βορρά. Ως πρώτη τεχνική επιλέχτηκε η ηλεκτρική χαρτογράφηση με χρήση της δίδυμης διάταξης και άνοιγμα ηλεκτροδίων 0.5-3 μέτρων, που απέδωσε την κατανομή της ηλεκτρικής αντίστασης του εδάφους επί οριζόντιου επιπέδου. Ως δεύτερη τεχνική εφαρμόστηκε η ηλεκτρική τομογραφία. Με χρήση 25 συνευθειακών ηλεκτροδίων σε απόσταση 1 μέτρου, μέσω της διάταξης Wenner-Schlumberger, επιτεύχθηκε η καταγραφή της κατανομής της φαινόμενης ειδικής αντίστασης επί κατακόρυφου επιπέδου και σε 8 διαφορετικά βάθη. Μέσω του ειδικού λογισμικού Res2DINV, υπολογίστηκε η τιμή της ειδικής ηλεκτρικής αντίστασης, με δημιουργία μαθηματικού προτύπου δύο διαστάσεων βασιζόμενο στα ελάχιστα τετράγωνα. Με την βοήθεια του ειδικού λογισμικού Geosoft Oasis Montaj, πραγματοποιήθηκε η επεξεργασία των δεδομένων της ηλεκτρικής χαρτογράφησης και της ειδικής ηλεκτρικής αντίστασης. Ως αποτέλεσμα ήταν η παραγωγή έγχρωμων χαρτών κατανομής της ηλεκτρικής αντίστασης, ενώ από την δεύτερη τεχνική παρήχθησαν οριζόντιες κατόψεις της ειδικής αντίστασης σε ορισμένο βάθος καθώς και τρισδιάστατη απεικόνιση αυτής. Οι γεωφυσικές έρευνες με χρήση του γεωραντάρ και των καταγραφών εδαφικού θορύβου χρησιμοποιήθηκαν επικουρικά για να ταυτοποιήσουν τα παραγόμενα αποτελέσματα των ηλεκτρικών μεθόδων γεωφυσικής διασκόπησης. Από την ερμηνεία των παραγόμενων χαρτών έγινε σαφής ο εντοπισμός της υπάρχουσας γεωλογικής ασυνέχειας στην παραπάνω περιοχή και κατασκευάστηκε τρισδιάστατο μοντέλο απεικόνισης κατανομής της ειδικής ηλεκτρικής αντίστασης. / Geophysical prospecting is a non catastrophic technique, which is applicable on a wide range of problems, including archaeological, environmental and geological problems. At Campus University of Patras, a detailed geophysical investigation applied in order to detect possible geological discontinuities, which produced serious problems at buildings and main roads of the Campus. As main technique used the electric mapping and electric imaging, which applied on already prepared geophysical grids by measuring parallel profiles with direction along and perpendicular to the geomagnetic north, while the two geophysical grids were 100 meters away each other. Firstly, an electric mapping procedure took place by using twin-probe array with four electrodes in distance between 0.5-3 meters. As a result was the recording of soil resistance on horizontal layer with constant depth. By processing the data through Geosoft Oasis Montaj software, the distribution of soil resistance was illustrated on color scale maps. Secondly, electric imaging technique applied with twenty-five equal space electrodes along straight lines, with one meter space by using the hybrid arrangement Wenner-Schlumberger. As a result was the recording of distribution of soil apparent resistivity on a vertical layer in eight separated depths. Resistivity calculated by processing imaging data with 2D mathematical algorithm based on least squares inversion (Res2Dinv). Further processing by Oasis Montaj, had as a result the production of horizontal slices and 3D maps, where the resistivity distribution was illustrated on separated depths, in color and grey schedule format. The combined geophysical investigation with the aid of ground penetrating radar and the HVSR (Horizontal to Vertical Spectral Ratio) technique confirmed the existence of geological discontinuity.

Ο μυελός των οστών επηρεάζεται από λεμφοϋπερπλαστικές διαταραχές, μεταστατική νόσο, αλλά και από διάφορες θεραπευτικές προσεγγίσεις. Η μαγνητική τομογραφία είναι η πιο κατάλληλη μέθοδος για την ανίχνευση των μεταστάσεων και την παρακολούθηση μετά τη θεραπεία. Τεχνικές ανάλυσης εικόνας χρησιμοποιούνται επιπλέον προκειμένου να αντλήσουμε πρόσθετες διαγνωστικές πληροφορίες. Η παρούσα μελέτη επικεντρώνεται στις πρώιμες αλλαγές που προκαλούνται στον οστικό μυελό μετά από ακτινοβόληση και συγκρίνει καθιερωμένες μεθόδους για την ταυτοποίηση και τον χαρακτηρισμό αυτών των βλαβών με τη χρήση ενός αυτοματοποιημένου συστήματος ταξινόμησης. ΜΕΘΟΔΟΙ: 36 ασθενείς με ιστολογικά επιβεβαιωμένη πρωτοπαθή κακοήθεια και οστικές μεταστάσεις συμπεριλήφθηκαν στη μελέτη. Όλοι οι ασθενείς υποβλήθηκαν σε ακττινοθεραπεία για την αντιμετώπιση οστικών μεταστάσεων στη σπονδυλική στήλη ή τη λεκάνη. Η μαγνητική τομογραφία πραγματοποιήθηκε ακριβώς πριν, 12 έως 18 ημέρες και 3 μήνες μετά την έναρξη της ακτινοθεραπείας. Ελήφθησαν εικόνες εντός, πλησίον και εκτός του πεδίου ακτινοβόλησης. Η ποιοτική αξιολόγηση πραγματοποιήθηκε ανεξάρτητα από δύο έμπειρους ακτινολόγους. Για την ποσοτική αξιολόγηση, συγκεκριμένες μετρήσεις επιλέχθηκαν και αξιολογήθηκαν με τη μέθοδο της περιοχής ενδιαφέροντος. Επιπλέον, χαρακτηριστικά υφής 1ης και 2ης τάξης εξήχθησαν και τοποθετήθηκαν σε ένα πιθανοτικό νευρωνικό δίκτυο, προκειμένου να δημιουργηθεί ένα σύστημα αυτόματης ταξινόμησης των βλαβών. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ: Σύμφωνα με την ποιοτική και ποσοτική αξιολόγηση, εντός του πεδίου ακτινοβολίας 22.22% και 33.33% των ασθενών αντίστοιχα παρουσίασε λιπώδη μεταστροφή του μυελού, 19.44% και 16.67% των ασθενών παρουσίασε αιμορραγία, ενώ 11.11% και 16.67% των ασθενών εμφάνισε οίδημα του οστικού μυελού. Παρακείμενα του πεδίου ακτινοβόλησης 11.11% και 19.44% των ασθενών παρουσίασε λιπώδη μεταστροφή, 8.33% παρουσίασε αιμορραγία, ενώ 2.78% και 8.33% έδειξε οίδημα του μυελού των οστών. Εκτός του πεδίου ακτινοβολίας 5.56% των ασθενών παρουσίασαν αλλαγές συμβατές με λιπώδη μεταστροφή, ενώ το υπόλοιπο 94.44% δεν έδειξε σημαντικές μεταβολές. Δεν υπήρξε στατιστικά σημαντική μεταβολή του δείκτη σκιαγραφικής ενίσχυσης μετά τη χορήγηση γαδολινίου. Με βάση την πολυπαραγοντική ανάλυση, καμία από τις παραμέτρους που μελετήθηκαν δεν φάνηκε να επηρεάζει στατιστικά σημαντικά την εμφάνιση οποιασδήποτε από τις μετακτινικές αλλοιώσεις. Η μέγιστη συνολική ακρίβεια ταξινόμησης του συστήματός μας, ως προς τη διάκριση μεταξύ προ και μετακτινικών εικόνων ήταν 93.02%, με χρήση του συστήματος ταξινόμησης LSFT - PNN και της μεθόδου ECV. Η ακρίβεια του συστήματος στη διάκριση μεταξύ των τριών κυρίων τύπων των μετακτινικών βλαβών ήταν 86.67% . ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ: Η παρούσα μελέτη δείχνει ότι σημαντικό ποσοστό των ασθενών που υποβάλλονται σε ακτινοθεραπεία θα εμφανίσει τουλάχιστον μία από τις κοινές μετακτινικές μεταβολές του οστικού μυελού. Η λιπώδης μεταστροφή του μυελού είναι η πιο συχνά εμφανιζόμενη πρώιμη μεταβολή. Η ποιοτική ανάλυση των εικόνων μαγνητικής τομογραφίας υστερεί σε ευαισθησία σε σύγκριση με τις ποσοτικές μετρήσεις. Το βασζόμενο σε νευρικό δίκτυο προτεινόμενο σύστημα ταξινόμησης μπορεί να αποδειχθεί χρήσιμο εργαλείο για το χαρακτηρισμό αυτών των βλαβών. / Bone marrow can be affected by lymphoproliferative disorders and metastatic disease but also by several therapeutic approaches. MRI is the most suitable method for the detection of metastases and post-treatment follow-up. Image analysis techniques are now used to extract additional diagnostic information. This study focuses on the early radiation-induced changes that can be detected by MRI and compares the established methods for the identification and characterization of these lesions with an automated classification system. METHODS: 36 patients with histologically confirmed primary malignancy and associated bone metastases were included in the study. All patients underwent radiation therapy (RT) to treat bone metastases to the spinal column or the pelvis. Magnetic resonance imaging (MRI) was performed just before the start of RT, 12 to 18 days and up to 3 months after the start of RT. Images were obtained within, adjacent and outside the radiation field. Qualitative assessment was performed independently by two experienced radiologists. For quantitative assessment, specific measurements were selected and evaluated by the method of the region of interest (ROI). In addition, textural features of 1st and 2nd class were exported and inserted into a probabilistic neural network classifier, in order to create an automatic classification system for these lesions. RESULTS: Following qualitative and quantitative assessment, within the radiation field, 22.22% and 33.33% of patients respectively showed fatty conversion of the bone marrow, 19.44% and 16.67% of patients showed haemorrhage, while 11.11% and 16.67% of the patients demonstrated bone marrow oedema. Adjacent to the radiation field, 11.11% and 19.44% of patients showed fatty conversion, 8.33% showed haemorrhage, while 2.78% and 8.33% demonstrated bone marrow oedema. Outside of the radiation field, 5.56% of patients showed changes compatible with fatty conversion, while the remaining 94.44% showed no significant change. There was no statistically significant change of the enhancement index after gadolinium administration. In multivariate analysis, none of the studied parameters did not appear to affect significantly the appearance of any of the radiation-induced lesions. The largest overall classification accuracy of the system designed to distinguish between the pre- radiation and radiation-induced images was 93.02% using the LSFT-PNN classification system of multiple sequences and the ECV method. Discrimination accuracy of the classification system designed to distinguish between the three main types of post-radiation lesions was 86.67%. CONCLUSIONS: This study shows that a significant proportion of patients undergoing RT will experience at least one of the common radiation-induced bone marrow changes. Fatty marrow conversion is the most often featured change in the examined period. Qualitative analysis of the MRI images lacks sensitivity comparing to quantitative measurements. The proposed classification system, based on the neural network, can be used as a very helpful tool for the characterization of these lesions.

Σκοπός της παρούσης διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της ακτίνας εξαΰλωσης του ποζιτρονίου στην Τομογραφία Εκπομπής Ποζιτρονίου (PET) ύστερα από διάσπαση βήτα ενός ραδιενεργού πυρήνα. Η μελέτη γίνεται σε περιβάλλον GATE, ενός πακέτου που χρησιμοποιείται για προσομοίωση απεικονιστικών τεχνικών. Προσομοιώνονται διάφοροι πυρήνες και σε διαφορετικά περιβάλλοντα με σκοπό την ανάλυση και τη σύγκριση των αποτελεσμάτων. / Main objective of the present diplomatic thesis is the positron annihilation distance study in Positron Emission Tomography, after radioactive nucleus’ beta decay. The study is using GATE, which is an application used in imaging techniques. Under GATE we simulate a variety of nuclei in different ambient materials in order to analyze and compare the results.

Use of multi-detector CT in lung cancer screening has the potential to detect smaller lung nodules with improved sensitivity. In this study the development of a Computer Aided Detection (CAD) system for lung nodules is reported. A combination of two segmentation approaches is used, to segment lung regions. Following segmentation, a selective enhancement filter is applied for ''initial'' identification of nodule seed points in lung regions. Candidate lung nodule regions were delineated with the use of a region growing algorithm, with thresholds provided by minimum error thresholding. False positive regions were subsequently removed using two Support Vector Machines (SVM) classifiers in cascade, utilizing a set of 6 morphological features extracted from corresponding nodule candidate regions of the enhanced and the original images. The proposed automated scheme was tested on a reference dataset of 21 cases provided by the Lung Imaging Database Consortium. System performance on a case and slice basis provided sensitivities of 91% and 81% respectively, both with an average of 5 FPs per slice. Further analysis of the slice dataset with respect to size, contrast and location of nodules provided sensitivities of 81%, 83% and 85% for nodules of small size, low contrast and near pleura. This CAD scheme may be a useful tool in assisting radiologists in lung nodule detection. / Χρήση υπολογιστικής αξονικής τομογραφίας με πολλαπλών ανιχνευτών στον πληθυσμιακό έλεγχο καρκίνου το πνεύμονα αναμένεται να συμβάλει θετικά λόγω της ικανότητας της να ανιχνεύει οζίδια του πνεύμονα μικρού μεγέθους με αυξημένη ευαισθησία. Σε αυτή την μελέτη περιγράφεται η ανάπτυξη συστήματος αυτόματης ανίχνευσης οζιδίων του πνεύμονα, με στόχο την αύξηση της ευαισθησίας σε πολυτομική αξονική τομογραφία. Το σύστημα ανίχνευσης οζιδίων αποτελείται από τρία στάδια, το στάδιο της τμηματοποίησης των πνευμονικών πεδίων, την αναγνώριση των αρχικών υποψηφίων περιοχών και τέλος την μείωση των ψευδώς θετικών ενδείξεων. Η τμηματοποίηση των πνευμονικών πεδίων πραγματοποιήθηκε με τον συνδυασμό δύο αυτόματων τεχνικών τμηματοποίησης. Στην συνέχεια ένα επιλεκτικό ενισχυτικό φίλτρο εφαρμόζεται στην περιοχή των πνευμονικών πεδίων, για την ανίχνευση τον αρχικών υποψηφίων οζιδίων και τον συντεταγμένων τους. Τα όρια των υποψήφιων οζιδίων καθορίστηκαν με την βοήθεια ενός αλγορίθμου οριοθέτησης περιοχής με τις σταθερές κατωφλιού να υπολογίζονται αυτόματα βάση τις τεχνικής που προτάθηκε από τον Kittler et al. Η μείωση των ψευδώς θετικών ενδείξεων πραγματοποιήθηκε με την εφαρμογή δύο ταξινομητών Support Vector Machines (SVM) σε σειρά, οι οποίοι χρησιμοποίησαν 6 μορφολογικά χαρακτηριστικά τα οποία υπολογίστηκαν από τις περιοχές των υποψηφίων οζιδίων στην ενισχυμένη αλλά και στην αρχική εικόνα. Το σύστημα το οποίο παρουσιάζεται σε αυτή την εργασία εφαρμόστηκε και δοκιμάστηκε σε βάση δεδομένων αναφοράς η οποία περιλαμβάνει 21 εξετάσεις, την οποία τις παρέχει το Lung Imaging Database Consortium ((LIDC). Η απόδοση του συστήματος σε επίπεδο εξέτασης και επίπεδο τομής ήταν αντίστοιχα 91% και 81% με 5 ψευδώς θετικές ενδείξεις αντίστοιχα. Περαιτέρω ανάλυση βάση του μεγέθους, αντίθεσης και θέσης των οζιδίων απέδωσε ευαισθησίες 81%, 83% και 85% για οζίδια μικρού μεγέθους, χαμηλής αντίθεσης και οζίδια που βρίσκονται στον υπεζοκότα. Το προτεινόμενο σύστημα μπορεί να αποδειχθεί χρήσιμο εργαλείο υποβοήθησης ανάγνωσης οζιδίων σε πολυτομική αξονική τομογραφία για τους ακτινολόγους.