Absolute quantification of the 3D distribution of a radionuclide within a patient has been one of the greatest challenges of nuclear medicine. This is due to the fact that nuclear medicine images are degraded by several factors, which limit the quantitative ability of this modality. Quantitative SPECT has wide applications in many areas in nuclear medicine from radiation dosimetry calculations to clinical applications. It has use in image analysis studies to extract information about areas, volumes, and/or amounts of radioactivity in specific regions of interest. The information that derived from these studies is then applied to estimate radiation dosimetry, volumes or to aid in clinical diagnoses. Absolute quantitation means precise and accurate measurements of volume and the amount of radioactivity in a specific region of interest. For absolute quantitation of volume the measurements can be expressed in cubic centimetres, for radioactivity in μCi or Bq. Quantitation of organ volumes using planar imaging technique is a procedure often performed in nuclear medicine but face difficulties due to structure containing radioactivity, which overlie or underlie the organ of interest. SPECT overcomes these difficulties since it is able to separate these structures in the reconstructed images, which have higher contrast than planar images. In the theoretical part of this work, there is a description of the operation and the characteristics of a gamma camera system. Following that, there is a mention to the quality control procedures of the system both for planar and SPECT techniques. Also, there is an extended discussion of the factors that affect to the image quantitation and the corrections that must be applied in order to achieve better volume and activity estimation. At the end of the theoretical part, there is a presentation of procedure for volume and activity quantitation on I-131 sources using threshold technique. In the practical part, there is a study on volume and activity quantitation for I-131 sources with volumes 0.5,1,5,8,10,20 and activities from 300 to 529 μCi using threshold technique. The practical part of this work was performed in the department of Nuclear Medicine of the “THEAGENION” Cancer Institute of Thessaloniki (Greece), with association with the department of Medical Physics. / Η απόλυτη ποσοτικοποίηση της κατανομής ενός ραδιοφαρμάκου στον ασθενή, είναι μια από τις μεγαλύτερες προκλήσεις στην πυρηνική ιατρική, καθώς οι εικόνες από τη γ-κάμερα υποβαθμίζονται από διάφορους παράγοντες, που περιορίζουν την ικανότητα ποσοτικοποίησης. Η ποσοτικοποίηση μέσω SPECT έχει πολλές εφαρμογές στην πυρηνική ιατρική, στο διαγνωστικό τομέα και στο θεραπευτικό στη δοσιμετρία. Χρησιμοποιείται κατά την ανάλυση των εικόνων με σκοπό τον προσδιορισμό όγκων και την μέτρηση ραδιενέργειας σε συγκεκριμένες περιοχές ενδιαφέροντος. Η απόλυτη ποσοτικοποίηση σημαίνει σαφή και όσο το δυνατόν, ακριβή μέτρηση όγκου και ραδιενέργειας σε κάποια περιοχή ενδιαφέροντος. Ο όγκος μπορεί να εκφραστεί σε κυβικά εκατοστά και η ραδιενέργεια σε μCi ή Bq. Η ποσοτικοποίηση του όγκου των οργάνων, χρησιμοποιώντας planar τεχνικη, είναι μια διαδικασία που χρησιμοποιείται συχνά στην πυρηνική ιατρική. Παρ’όλα αυτά αντιμετωπίζει δυσκολίες λόγω των δομών, που βρίσκονται πάνω και κάτω από την περιοχή ενδιαφέροντος, και περιέχουν ραδιενέργεια. Το SPECT αντιμετωπίζει αυτές τις δυσκολίες, αφού έχει τη δυνατότητα να ξεχωρίσει αυτές τις δομές, στις εικόνες που έχουν ανακατασκευαστεί, και να τις παρουσιάσει με μεγαλύτερη αντίθεση από την planar τεχνική. Στο θεωρητικό μέρος της εργασίας γίνεται περιγραφή των χαρακτηριστικών και της λειτουργίας του απεικονιστικού συστήματος της γ-camera. Ακολουθεί η περιγραφή των διαδικασιών ποιοτικού έλεγχου του συστήματος τόσο για την Planar όσο και για την SPECT τεχνική. Στη συνέχεια, γίνεται παρουσίαση της μεθόδου ποσοτικοποίησης όγκου και ραδιενέργειας, στην περίπτωση πηγών Ι-131, εφαρμόζοντας την τεχνική κατωφλίου, ανάλυση των παραγόντων που την επηρεάζουν, καθώς και των διορθώσεων, που πρέπει να γίνονται, ώστε να επιτυγχάνεται η όσο το δυνατόν μεγαλύτερη ακρίβεια. Στο πειραματικό μέρος της εργασίας γίνεται εφαρμογή της παραπάνω μεθόδου σε πηγές Ι-131, όγκου 0.5-20 ml ραδιενέργειας 300-529μCi και σύγκριση των αποτελεσμάτων. Η συγκεκριμένη εργασία εκπονήθηκε στο Τμήμα Πυρηνικής Ιατρικής του ΑΝΘ ‘’ΘΕΑΓΕΝΕΙΟ’’ σε συνεργασία με το Τμήμα Ιατρικής Φυσικής του Νοσοκομείου.

3d αναπαράσταση με παράλληλη επεξεργασία μέσω Matlab / 3D cone beam representation using Matlab

- / -

The utilization of Computed Tomography in paediatric examinations constantly increases. During the procedure, a high amount of dose is delivered to children, which could be avoided. This study examined whether the selection of scanning parameters – tube voltage and tube current-time product- could be based on patient size instead of patient age or weight aiming, for dose reduction. The SRS78 spectrum processor software was employed to generate spectra with tube voltage between 80kVp and 120kVp and with tube current-time product between 50mAs and 165mAs. These spectra were attenuated by different thicknesses of polymethylmethacrylate (PMMA) phantoms. The simulation technique was validated with experimental measurements acquired on CTDI phantoms on a Siemens Somatom plus 4 scanner. The image quality was assessed in terms of noise, contrast and contrast-to-noise ratio (CNR). Furthermore the contrast of iodine, adipose tissue and cortical-bone relative to muscle were calculated in order to examine how the contrast of different materials was influenced when tube voltage changed. The data analysis shows that there is a definite relationship between image quality and the size of a patient. When exposure settings are kept constant, the level of noise, contrast and Contrast-to-Noise Ratio (CNR) depends on the size of the phantom. Noise is increased exponentially and contrast is reduced linearly as the size of the phantom is increased. CNR is markedly higher in small size phantoms. Moreover, when tube voltage was reduced the noise level was increased less in the small size phantoms and the contrast of high atomic number materials is reduced more when tube voltage is reduced. The CNR for high atomic number materials presents modest improvements when tube voltage is increased therefore examinations with contrast agents could be performed at lower tube voltages. Furthermore the high CNR in small size phantoms could be traded off with lower mAs. In particularly the mAs could be reduced by up to 95% while maintaining the same CNR as for adults resulting in dramatic dose reductions for children. Moreover, since Computed Tomography stands out from all the other X-ray techniques due to its ability to detect structures of similar densities the detect ability of low contrast details was investigated. The Catphan phantom and particularly the CTP515 module was employed. The phantom was scanned with the Siemens Somatom plus 4 scanner at 80kVp, 120kVp and 140kVp and with tube current-time product between 43mAs and 165mAs. The image quality was assessed subjectively and objectively. It is observed that when 120kVp and 140kVp are applied there are not sufficient differences on image quality which justify the selection of 140kVp in paediatric protocols. When 80kVp is applied structures with contrast lower than 10HU are not detected. Concerning mAs does not contribute to the detection of low contrast details except if it is combined with high tube voltages. However, mAs contribute to the visualisation of smaller in size details but above a threshold value, higher mAs does not serve any purpose and the value of 300mAs employ in many protocols is not justified. In conclusion, the reduction of dose during paediatric Computed Tomography examinations is more than probable since scanning parameters could be reduced without degradation of image quality. However in order to assure the reduction of dose without side effects, protocols must be constructed which will individualize the Computed Tomography examinations. That is, the optimum spectrum must be selected relative to the diagnostic task and the size of the patient. / -

In 3D positron emission tomography the scatter effect is a significant physical factor degrading image quality. The advancements in computing that occurred the last decades al lowed us to simulate the scatter coincidences fast and ef ficiently. The main concern now is how accurately do we simulate the scatter events. The scope of this project is the implementation and the evaluation of a scatter simulation algorithm that would be able to simulate the scat ter ef fect more precisely than the existing ones. One way to simulate the scatter distribut ion is with an algorithm, first published by Watson and Ollinger, that is based on the Klein-Nishina formula. These methods have been implemented taking into account only the single scatter events (where a photon scatters once in the at tenuation medium). Multiple scatter is generally taken into account by some scaling or filtering procedure. Their main advantages are short computational time and relatively good precision compared to previous more heuristical methods. Although these single scatter algorithms have been effective there are cases where their results are not that accurate. For low energy thresholds and large at tenuation mediums multiple scatter is increased. Given that a significant percentage of people are over -weight (thus the at tenuation medium has large volume) we should consider introducing multiple scatter events in our simulations. Moreover, the distribut ion of all scatter events is broader than the one of single scatter events therefore even if the single scatter distribution is scaled it will not match the total scatter one. In previous work by C. Tsoumpas et al, a new scatter simulation algorithm was developed that attempts to approximate the total scatter distribution by taking into account the case where the one annihilated photon is scattered twice and the case where both annihilated photons are scattered once. These two cases describe the double scatter events and by introducing them into our scatter simulation algorithm we aim to obtain a better approximation of the total scatter distribution. In this thesis we have improved this double scatter simulation algorithm in two important ways. When both annihilated photons scatter they acquire a favourable polarization direction with respect to each other and this influences thei r detect ion probabilities, especially when low energy photons are detected. In the algorithm that we implemented we considered this effect by using the polarized Klein-Nishina formula for this case. In addition, we investigated and validated the need to introduce extra solid angle factors in the implementation. The whole implementation is based on the STIR library (Software for Tomographic Image Reconstruction) written in the C++ programming language. Scatter events can also be simulated by Monte Carlo simulation packages such as SimSET. SimSET is a public domain package designed to simulate positron emission tomography (PET) (and Single Photon Emission Tomography) and was used extensively in this project. Monte Carlo packages because of their ability to exclude any unknown physical parameter they can simulate physical processes like the ones that take place in PET very accurately. Thus they were essential for the evaluation of our scatter correction algorithm. The reason why Monte Carlo packages are not used inclinical practice instead of the model-based methods is that they demand a large computational time. Besides Monte Carlo packages we also per formed a series of experimental scans in order to evaluate our scatter simulation algorithm. The tomograph used for the experiments was the ECAT 962 used in a 3D mode. / -

H Διπλωματική Εργασία αυτή επικεντρώνεται στο θέμα της Υπερηχητικής Απεικόνισης του ανθρώπινού σώματος με την παρατήρηση της δεύτερης αρμονικής που πηγάζει από την μη-γραμμική αλληλεπίδραση των υπερήχων με τους ιστούς που φωτίζονται από ένα παλμικό σήμα με φέρουσα συχνότητα εκπομπής f0. Η επεξεργασία των σημάτων λήψης στην ζώνη γύρω από την συχνότητα 2f0 και η απεικόνισή τους με συμβατικό τρόπο (b-mode) επιτρέπει την επίτευξη καλλίτερης χωρητικής διακριτικής ικανότητας. Η μελέτη ακολουθεί δύο παράλληλες μεθόδους: α) την κυματική ανάλυση του φαινομένου σκέδασης από μια μη γραμμική σφαίρα των υπερηχητικών κυμάτων και β) την εκτέλεση πειραματικών μετρήσεων με χρήση συστήματος υπερηχογράφου που έχει "ανοικτή" αρχιτεκτονική. Τόσο τα θεωρητικά όσο και τα πειραματικά αποτελέσματα επιβεβαιώνουν την χρησιμότητα της μεθόδου σαν μια εναλλακτική ιατρική απεικονιστική τεχνική. / The present Diploma Thesis is focused on the study of using 2nd harmonic ultrasound imaging of tissues as an alternate imaging technology in biomedical engineering.The principle of using of 2nd harmonic imaging is based on the illumination of a tissue medium with a frequency of f0 and then receive and prosess the signals with the same transducer at 2fo frequency. In order to derive specific conclusions this imaging problem is treated both theoreticaly and experimentally in the framework of the present Diploma Thesis.

Η διπλωματική αυτή εργασία ξεκινά με μια σύντομη αναφορά, στο κεφάλαιο 1, στις εξελίξεις που αφορούν τους διάφορους τρόπους ανίχνευσης της ακτινοβολίας, μετά από την αλληλεπίδρασή τους με το σώμα, και στην τεχνολογία απόκτησης ακτινοδιαγνωστικών εικόνων μέχρι την εισαγωγή της ψηφιακής απεικόνισης. Αναφέρεται, επίσης, η μετάβαση από το σύστημα φθορίζουσας οθόνης-φιλμ στο σύστημα του ενισχυτή εικόνας-tv monitor, στο σύστημα CCDs-tv camera και από εκεί στα συστήματα των επίπεδων ανιχνευτών. Στη συνέχεια, παρουσιάζονται τα πλεονεκτήματα της ψηφιακής απεικόνισης και πώς αυτά οδήγησαν στα σύγχρονα ψηφιακά συστήματα ακτινοδιαγνωστικής. Μετά την περιγραφή των συστημάτων αυτών, ακολουθεί η κατηγοριοποίησή τους ανάλογα με την τεχνολογία ανίχνευσης και πιο συγκεκριμένα ανάλογα με το σχήμα του ανιχνευτή, τον τύπο του συστήματος ανίχνευσης και τον τρόπο ανίχνευσης. Το κεφάλαιο 2 αφορά κυρίως τους επίπεδους ανιχνευτές. Αφού παρουσιάζεται η διαδικασία ανάγνωσης σε πίνακα ενεργού μήτρας, αναλύονται οι αρχές άμεσης και έμμεσης ανίχνευσης και οι παράμετροι που χαρακτηρίζουν την απόδοση ενός επίπεδου ανιχνευτή. Ολοκληρώνοτας το κεφάλαιο αυτό, γίνεται σύγκριση μεταξύ των δύο προαναφερθέντων επίπεδων ανιχνευτών, σύγκριση μεταξύ των ανιχνευτών έμμεσης ανίχνευσης, που χρησιμοποιούνται σε κλινικές εφαρμογές, και του ενισχυτή εικόνας, που τείνει να αντικατασταθεί σχεδόν σε όλα τα σύγχρονα μηχανήματα, και, τέλος, αναφορά σε διάφορες εξελίξεις πάνω στην τεχνολογία των επίπεδων ανιχνευτών. Τα συστήματα των επίπεδων ανιχνευτών εφαρμόζονται ήδη σε μια μεγάλη γκάμα ακτινοδιαγνωστικών συστημάτων, στα οποία πραγματοποιούνται εξετάσεις, όχι μόνο διάγνωσης, αλλά και θεραπείας. Εξετάσεις όπως η αγγειογραφία, η ψηφιακή αφαιρετική αγγειογραφία (DSA), στεφανιογραφία και αγγειοπλαστική περιγράφονται στο κεφάλαιο 3. Εκτός, όμως, από τα οφέλη που προκύπτουν από τις παραπάνω διαδικασίες, είναι πιθανό να προκληθούν και βλαβερές συνέπειες από την έκθεση του ασθενούς στις ακτίνες Χ. Αφού περιγραφούν τα ντετερμινιστικά και στοχαστικά αποτελέσματα των ακτινοβολιών στον άνθρωπο, αναφέρονται κάποιες δοσιμετρικές έννοιες και κάποιες συναρτησιακές σχέσεις μεταξύ τους, που σχετίζονται με τα παραπάνω αποτελέσματα και την πρόληψή τους. Η παρούσα εργασία, συνεχίζεται με το ειδικό μέρος, στο οποίο γίνεται, αρχικά, στο κεφάλαιο 4, μία σύντομη περιγραφή του ψηφιακού συστήματος στεφανιογραφίας και μία εισαγωγή σε δοσιμετρικές και γεωμετρικές έννοιες που θα χρησιμοποιηθούν στο επόμενο κεφάλαιο. Το κεφάλαιο 5 αναφέρεται, εξ’ ολοκλήρου, στο σύστημα του ψηφιακού στεφανιογράφου. Μετά την αναφορά στην παλμική ακτινοσκόπηση, τα modes απεικόνισης fluoroscopy και cine, ακολουθεί περιγραφή της τοποθέτησης των δοσιμέτρων, της γεωμετρίας και των προγραμμάτων του συστήματος, που χρησιμοποιήθηκαν για την καταγραφή του ρυθμού δόσης στην είσοδο του ασθενούς. Παρουσιάζονται τ’ αποτελέσματα και οι γραφικές παραστάσεις αυτών, καθώς και τα σχόλια που σχετίζονται με τη δοσιμετρία. Με την ολοκλήρωση των σχολίων συτών, γίνεται μετάβαση στην ποιότητα εικόνας (διακριτική ικανότητα υψηλής και χαμηλής αντίθεσης) και τη συσχέτισή της με τη δοσιμετρία. Η διπλωματική εργασία ολοκληρώνεται, κεφάλαιο 6, με διάφορους μελλοντικούς στόχους που προέκυψαν κατά τη διάρκεια της εκπόνησής της. / -

Το πεδίο έρευνας της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η ευφυής διαχείριση ιατρικών δεδομένων και πιο συγκεκριμένα ιατρικό βίντεο που επιτυγχάνεται κυρίως με την ενσωμάτωση κλινικών δεδομένων με τη χρήση ψηφιακής υδατογραφίας στο ιατρικό βίντεο. Η ψηφιακή υδατογραφία είναι το ερευνητικό πεδίο που ασχολείται με τη διαδικασία ενσωμάτωσης κρυφών πληροφοριών σε ένα σήμα. Η συγκεκριμένη ερευνητική εργασία επικεντρώνεται σε ένα μη ορατό και εύρωστο υδατογραφικό σχήμα για ιατρικό βίντεο. Μια συχνή απαίτηση για τα υδατογραφικά σχήματα είναι η ικανότητα τυφλής αποκωδικοποίησης, η αποκωδικοποίηση δηλαδή χωρίς το αρχικό σήμα. Στην ερευνητική εργασία σχεδιάστηκε και υλοποιήθηκε ένα υδατογραφικό σχήμα που σκοπό έχει τη χρήση του από ιατρικούς οργανισμούς για την προστασία των ιατρικών δεδομένων που παρέχουν τα ιατρικά βίντεο καθώς και την ευφυή διαχείριση των κλινικά χρήσιμων δεδομένων για διαγνωστικούς και εκπαιδευτικούς σκοπούς. Πιο συγκεκριμένα το σύστημα εφαρμόζει τρισδιάστατο μετασχηματισμό κυματιδίων σε ιατρικά βίντεο και ενσωματώνει πολλαπλά υδατογραφήματα, με διαφορετικές ανάγκες σε απαιτήσεις για ακεραιότητα και αδιορατότητα, χωρίς ωστόσο να αλλοιώνει τη διαγνωστική αξία των ιατρικών εξετάσεων. Καθώς η χρησιμότητα της εφαρμογής υδατογραφικών σχημάτων στις ιατρικές εικόνες είναι διεθνώς αναγνωρισμένη, ενώ αντίθετα δεν έχει γίνει μέχρι στιγμής καμία προσέγγιση για ιατρικά βίντεο, η παρούσα ερευνητική εργασία αποτελεί μια καινοτόμα προσέγγιση στην εισαγωγή υδατογραφίας και στα ιατρικά βίντεο, η οποία παράλληλα διαχειρίζεται ευφυώς τις κλινικές διαγνώσεις που προκύπτουν από αυτά. / The research field of this Ph.D thesis is the intelligent management of medical data, and more specifically medical video which is achieved based on the embedding of clinical data through the use of digital watermarking, on the medical video. Digital watermarking is the research field that uses a process to embed hidden information into a signal. The Ph.D thesis focuses on a non visible and robust watermarking scheme for medical videos. A common requirement of watermarking schemes is the ability to blindly decode a message without the use of the original signal. On the current work, a watermarking scheme was designed and implemented aiming to be used by medical organizations to protect medical data and to intelligent manage clinical useful data for diagnostic and educational purposes. In particular the system performs a three dimensional discrete wavelet transform into medical videos and embeds multiple watermarks with different requirements for integrity and imperceptibility without degradation of the diagnostic value of the medical examinations. The use of watermarking schemes on medical images is well established by the international literature. The use of a watermarking scheme for medical videos has not been achieved until today. The present scientific works proposes an innovative approach for medical video watermarking, that intelligently manages at the same time clinical diagnosis from the examinations.

Recent developments in CT technology has resulted in a continuing expansion of CT practice. CT has become a major source of exposure in diagnostic radiology. Therefore, the European Union, in an ionizing radiation protection directive, has classified computed tomography as a high dose diagnostic procedure and has pointed to the need to reduce the dose to the patient. Efforts towards dose reduction in CT have been recommended by international organizations. The European Commission (EC) have recommended the setup and the implementation of CT dose guidance levels for the most frequent examinations to promote strategies for the optimization of CT doses. These dose guidance levels should be derived using data from a wide scale survey. Therefore, it is of great interest whether there are dose quantities whose values are easy to obtain, which can correctly reflect the patient dose and allow assessment of the risk associated with the CT examination. The most widely used CT Dose Quantity is the computed tomography dose index (CTDI). Another important dose quantity is the Dose Length Product (DLP), which includes the patient, or the phantom volume irradiated during a complex examination. The main purpose of this study is the measurement of CTDI and DLP during the most frequent CT examinations at the University Hospital of Patras. Also scan lengths used for the same type of examinations will be monitored. For the same types of examinations effective doses will be calculated. Four CT examination was selected because of their frequency, Routine Head, Routine Chest, Routine Abdomen and Cervical Spine. The protocols of these exams were compared with the European Commission’s recommendations. Data were collected from 120 patients, 30 for each examination. Data on the scanning parameters and the patient dose were selected from the CT scanner, a GE LightSpeed 16. Moreover, data were collected about the sex, the age and the weight of the patient undergone the examination. The mean values of CTDIw, DLP and Effective Dose were calculated for each protocol and were compared with the recommendations of European Commission. Moreover, an evaluation of the dose indication of the CT scanner was made. Using a head and a body CT Dose phantom made by PMMA, an ionization chamber and an electrometer, the CTDI was measured for each examination protocol. These values were compared with the indications of CT and the correspondent values published by ImPACT. / Τα τελευταία χρόνια έχει παρατηρηθεί επέκταση της χρήσης του Υπολογιστικού Τομογράφου(ΥΤ). Ο ΥΤ είναι η κυριότερη πηγή ακτινοβολίας ανάμεσα σε όλες τις ακτινοδιαγνωστικές εξετάσεις. Για αυτό το λόγο η Ευρωπαϊκή Ένωση, σε μια κατευθυντήρια οδηγία για την προστασία από ιοντίζουσες ακτινοβολίες σημείωσε την ανάγκη μείωσης της δόσης στον ασθενή. Προσπάθειες για τη μείωση της δόσης από ΥΤ έχουν γίνει από διεθνείς οργανισμούς, οι οποίοι έχουν προτείνει τον καθορισμό επιπέδων αναφοράς για τις πιο συχνές εξετάσεις ΥΤ με σκοπό την ανάπτυξη στρατηγικών για τη μείωση της δόσης από ΥΤ. Τα επίπεδα αναφοράς πρέπει να προκύπτουν από έρευνες μεγάλης κλίμακας. Για αυτό το λόγο οι ποσότητες της δόσης που χρησιμοποιούνται πρέπει να είναι εύκολο να υπολογιστούν, αλλά να αντανακλούν σωστά τη δόση στον ασθενή και να επιτρέπουν τον υπολογισμό του κινδύνου που προέρχεται από τη χρήση της ακτινοβολίας. Η ποσότητα που χρησιμοποιείται ευρέως στη Δοσιμετρία από ΥΤ είναι ο Computed Tomography Dose Index, CTDI, το Γινόμενο Δόσης Μήκους (Dose Length Product, DLP) το οποίο συνυπολογίζει τον όγκο του ασθενή ή του ομοιώματος που έχει ακτινοβοληθεί κατά τη διάρκεια μιας πλήρους εξέτασης. Ο κύριος σκοπός αυτής της εργασίας είναι η μέτρηση του CTDI και του DLP για τις πιο συχνές εξετάσεις ΥΤ στο Πανεπιστημιακό Γενικό Νοσοκομείο Πατρών. Ακόμα υπολογίζεται το μέσο μήκος εξέτασης και η μέση ενεργός δόση για κάθε εξέταση. Επίσης ελέγχεται η αξιοπιστία των ενδείξεων της δόσης στην κονσόλα του ΥΤ. Επιλέχτηκαν τέσσερις εξετάσεις ΥΤ λόγω της συχνότητας τους, αυτές είναι: η εξέταση κεφαλής, θώρακα, κοιλίας και αυχένα. Τα πρωτόκολλα αυτών των εξετάσεων συγκρίνονται με τις συστάσεις της European Commission. Συνολικά συλλέχτηκαν δεδομένα από 120 ασθενείς, 30 για κάθε εξέταση. Δεδομένα που αφορούσαν τις παραμέτρους της σάρωσης κάθε ασθενή συλλέχτηκαν από την κονσόλα του ΥΤ, ο οποίος είναι ένας GE LightSpeed 16. Επιπλέον συλλέχτηκαν δεδομένα σχετικά με το φύλλο, την ηλικία και το βάρος του ασθενή που υποβλήθηκε σε εξέταση. Υπολογίστηκε η μέση τιμή του CTDIw, του DLP και της ενεργού δόσης για κάθε πρωτόκολλο και συγκρίθηκαν με τα όρια που προτείνει η European Commission σαν DRL. Επιπλέον, έγινε αξιολόγηση της τιμής της δόσης όπως αυτή εμφανίζεται στην κονσόλα του ΥΤ. Για αυτό το λόγο έγιναν μετρήσεις σε ένα ομοίωμα κεφαλής και σε ένα ομοίωμα σώματος κατάλληλο για την δοσιμετρία ΥΤ. Επιπλέον, χρησιμοποιήθηκε ένας θάλαμος ιονισμού και ένα ηλεκτρόμετρο. Έτσι μετρήθηκε η τιμή του CTDI για κάθε πρωτόκολλο χρησιμοποιώντας τις ίδιες παραμέτρους σάρωσης. Οι τιμές που μετρήθηκαν συγκρίθηκαν με τις ενδείξεις του ΥΤ αλλά και με τις τιμές που έχει δημοσιεύσει το Imaging Performance Assessment of CT scanners (ImPACT).

Ultrasound contrast agents (UCA) is a relatively new tool, used in medical ultrasound imaging to enhance the diagnostic abilities of ultrasound and potentially offer a therapeutic value in medical ultrasounds. UCAs are bi or single-layered bubbles, that contain a highly backscattering gas. By injecting them into the blood flow, we locally increase the echogenicity and therefor enhance the contrast of the blood-tissue interface. This way we can provide a improved image of the structure of the organs, we can more accurately diagnose abnormal of defected areas on them, and if the containing gas is replaced with an appropriate drug, focus drug delivery can be achieved, providing potential healing of the disease. ! Up to now, most of the studies done in order to investigate the microbubbles - ultrasound interaction are mostly population studies, which due to their roughly approach cannot clearly diagnose and explain the complex nonlinear and dynamic properties of UCAs and their response to ultrasound field. Because of that, our knowledge on the UCAsʼ, is yet limited although the potential improvements at imaging and therapeutic technics that would be gained from a thorough understanding of this interactions can be very big. ! In this thesis, a study of single microbubbles is presented, using a system developed by the group of Ultrasound imaging in Edinburgh University. The system uses a specially modified commercial ultrasound machine, phased array probes and a specially designed single microbubbles measuring system. The system has the ability to feed, insonify and capture the backscattered echo from a single microbubble, with the use of fully calibrated and characterized ultrasound - probe system. The aim of the project is to contribute in the understanding of the behavior of the UCAs when insonified with an ultrasound wave, and the underlying physical mechanism behind that. The response of two different commercially available UCAs under insonification by ultrasound waves of varying acoustical pressure is presented. The UCAs used are Definity and biSphere. In total echoes from 842 biSphere and 1994 Definity microbubbles have ben captured and the data have been analyzed with in house made matlab codes. Also the response of the bubbles when insonified by consequent pulses of different repetition frequency has been investigated. For this reason, echoes from other 1221 Definity and 459 biSphere microbubbles have been captured and analyzed. The fully understanding of the agent - ultrasound interaction mechanisms can be the basis for creating improved signal processing tools for ultrasound imaging contrast enhancement that would improve imaging abilities of the modality, and potentially use of UCAs as a therapeutic mean. / Οι μικροφυσαλίδες ενίσχυσης της αντίθεσης στην υπερηχοτομογραφία είναι ένα σχετικά καινούργιο “εργαλείο”, το οποίο χρησιμοποιείται προκειμένου να βελτιώσει τις διαγνωστικές ιδιότητες της υπερηχοτομογραφίας και δυνητικά να προσφέρει μια θεραπευτική αξία σε αυτήν. Οι μικροφυσαλίδες είναι φυσαλίδες μονού ή διπλού κελύφους, με διάμετρο της τάξης των 3 μm, οι οποίες περιέχουν αέριο που αντανακλά έντονα τον ήχο. Εισάγοντας τις φυσαλίδες αυτές στην ροή του αίματος του ασθενούς, ενισχύουμε τοπικά την ηχογένεια και κατ΄ επέκταση βελτιώνουμε την αντίθεση μεταξύ του αίματος και των παρακείμενων ιστών. Με αυτό τον τρόπο μπορούμε να αποκτήσουμε μια καλύτερη εικόνα της δομής των οργάνων, να διαγνώσουμε με ακρίβεια την παθοφυσιολογία συγκεκριμένων περιοχών πάνω σε αυτά και, εάν το αέριο των φυσαλίδων αντικατασταθεί με την κατάλληλη φαρμακευτική ουσία, να επιτύχουμε στοχευμένη εφαρμογή της φαρμακευτικής θεραπείας, οδηγώντας σε πιθανή ίαση της ασθένειας. ! Μέχρι τώρα, το μεγαλύτερο μέρος των μελετών που έχουν γίνει με σκοπό την διερεύνηση της αλληλεπίδρασης των φυσαλίδων με τους υπερήχους βασίζονται σε πληθυσμιακές μελέτες, οι οποίες λόγω της γενικής (σε επίπεδο πληθυσμού) προσέγγισής τους, δεν μπορούν με σαφήνεια να διαγνώσουν και να εξηγήσουν τις σύνθετες μη γραμμικές και δυναμικές ιδιότητες των μικροφυσαλίδων, καθώς και την συμπεριφορά τους όταν βρεθούν μέσα στο υπερηχητικό πεδίο. Εξαιτίας αυτού, η γνώση μας σχετικά με τις μικροφυσαλίδες ενίσχυσης της αντίθεσης είναι ακόμα περιορισμένη, αν και οι πιθανές βελτιώσεις τόσο στις απεικονιστικές όσο και στις θεραπευτικές τεχνικές των υπερήχων που θα μπορούσαν να επιτευχθούν μέσα από την κατανόηση αυτής της αλληλεπίδρασης θα ήταν ιδιαίτερα σημαντικές. ! Σε αυτή την εργασία, παρουσιάζεται μια μελέτη των μικροφυσαλίδων όχι σε επίπεδο πληθυσμού αλλά σε επίπεδο μονάδας, η οποία έγινε με την χρήση μιας καινοτόμου πειραματικής διάταξης που αναπτύχθηκε από την ομάδα Υπερηχοτομογραφίας του Πανεπιστήμιου του Εδιμβούργου. Η διάταξη αυτή χρησιμοποιεί έναν ειδικά τροποποιημένο εμπορικό υπερηχοτομογράφο, phased array εκπομπούς, και ένα επίσης ειδικά κατασκευασμένο σύστημα μέτρησης της απόκρισης των μιρκοφυσαλίδων σε επίπεδο μονάδας. Το σύστημα αυτό έχει την δυνατότητα να εισάγει, να διεγείρει με υπερήχους, καθώς και να συλλέγει την ανάκλαση από τις μικροφυσαλίδες, μία προς μία. Σκοπός της εργασίας αυτής είναι να συμβάλει όσο το δυνατόν περισσότερο στην κατανόηση της συμπεριφοράς των μικροφυσαλίδων όταν αυτές διεγείρονται από υπερηχητικά κύματα, καθώς και των υπεύθυνων, για την συμπεριφορά αυτή, φυσικών μηχανισμών. ! Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται η απόκριση δυο διαφορετικών εμπορικά διαθέσιμων τύπων μικροφυσαλίδων, σε υπερηχητικά κύματα διαφορετικών ακουστικών πιέσεων. Οι μικροφυσαλίδες που χρησιμοποιήθηκαν είναι οι Definity και οι biSphere. Συνολικά, η ανάκλαση από 842 biSphere και 1994 Definity μικροφυσαλίδες έχει καταγραφεί, και τα δεδομένα έχουν αναλυθεί με κώδικα Matlab, ο οποίος αναπτύχθηκε στο εργαστήριο ειδικά για την ανάλυση αυτή. ! Επίσης, ερευνάται η απόκριση των φυσαλίδων όταν διεγείρονται από αλλεπάληλους υπερηχητικούς παλμούς, διαφορετικών συχνοτήτων επανάληψης. Για τον σκοπό αυτό, καταγράφηκαν και αναλύθηκαν ανακλάσεις από ακόμα 1221 Definity και 459 biSphere μικροφυσαλίδες. ! Η πλήρης κατανόηση της αλληλεπίδρασης των μικροφυσαλίδων με τους υπερήχους μπορεί να αποτελέσει την βάση για την ανάπτυξη βελτιωμένων τεχνικών επεξεργασίας σήματος για την απεικονιστική υπεηχοτομογραφία, οι οποίες μπορούν να βελτιώσουν τις δυνατότητες των υπερήχων, και δυνητικά να μετατρέψουν τις μικροφυσαλίδες ενίσχυσης σε ένα μέσο ίασης ασθενειών.