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

Η ανίχνευση με τη χρήση μικροκυμάτων παίζει πολύ σημαντικό ρόλο στην τεχνολογική εξέλιξη του κόσμου τα τελευταία 50 χρόνια. Από τα ραντάρ μέχρι τη Μικροκυματική Ραδιομετρία, η ανίχνευση με τη χρήση μικροκυμάτων έχει χρησιμοποιηθεί για έναν αυξανόμενο αριθμό εφαρμογών σε διάφορα επιστημονικά πεδία, μεταξύ των οποίων η χαρτογράφηση του εδάφους, ο καθορισμός της υγρασίας του εδάφους, η θερμογραφία και η ανίχνευση του καρκίνου του μαστού. Έτσι, οι μικροκυματικοί αισθητήρες, διαθέτοντας την ικανότητα να διαπερνούν πολλά είδη μέσων (πχ. σύννεφα, βιολογικοί ιστοί), έχουν μια σημαντική θέση ανάμεσα σε άλλες τεχνικές μέτρησης. Η Μικροκυματική Ραδιομετρία αποτελεί ένα σημαντικό τομέα της επιστημονικής έρευνας και εφαρμογής της ανίχνευσης με τη χρήση μικροκυμάτων, καθώς αποτελεί μια παθητική μέθοδο ανίχνευσης της φυσικά εκπεμπόμενης χαοτικής θερμικής ακτινοβολίας από κάθε σώμα που βρίσκεται σε θερμοκρασία άνω του απόλυτου μηδενός (-273 Κελσίου). Ένα μικροκυματικό ραδιόμετρο είναι η συσκευή που χρησιμοποιείται για τη διεξαγωγή ραδιομετρικών μετρήσεων. Η ραδιομετρία έχει αποτελέσει ένα σημαντικό τομέα έρευνας όχι μόνο για την αξιολόγηση της ατμόσφαιρας και της επιφάνειας της γης, αλλά και για την περαιτέρω διερεύνηση των παθητικών μετρήσεων, με σημαντικές εφαρμογές ειδικά στον τομέα της βιοϊατρικής. Στα πλαίσια της παρούσας Διδακτορικής Διατριβής μελετήθηκε σε θεωρητικό και πειραματικό επίπεδο η βελτιστοποίηση των ιδιοτήτων ανίχνευσης ενός Τρισδιάστατου Συστήματος Παθητικής Μικροκυματικής Ραδιομετρικής Απεικόνισης για διαγνωστικές εφαρμογές εγκεφάλου. Η καινοτομία της προτεινόμενης μεθόδου έγκειται στη χρήση μιας αγώγιμης ελλειψοειδούς κοιλότητας που δρα σαν μορφοποιητής δέσμης, ώστε να επιτευχθεί μέγιστη συγκέντρωση και εστίαση της ακτινοβολίας που εκπέμπει το φυσικό σώμα ενδιαφέροντος, σε συνδυασμό με ευαίσθητους ραδιομετρικούς δέκτες και ομοιοκατευθυντικές κεραίες λήψης στο φάσμα συχνοτήτων 1 – 4 GHz. Η μέτρηση πραγματοποιείται με την τοποθέτηση του ανθρώπινου εγκεφάλου στην περιοχή της πρώτης εστίας και τη λήψη της ακτινοβολίας που συγκλίνει, μέσω ανάκλασης στα τοιχώματα του ελλειψοειδούς, στη δεύτερη εστία. Εκεί είναι τοποθετημένη η κεραία λήψης που συνδέεται στον ευαίσθητο ραδιομετρικό δέκτη. VI Με σκοπό τη βελτίωση των ιδιοτήτων εστίασης του συστήματος, πραγματοποιήθηκε η μοντελοποίησή του και ακολούθησε εκτενής ηλεκτρομαγνητική μελέτη για την ανάλυση της επίδρασης διατάξεων προσαρμογής από κατάλληλα υλικά στο εσωτερικό της ελλειψοειδούς κοιλότητας. Τα αποτελέσματα δείχνουν πως με τη σωστή επιλογή των υλικών και των ιδιοτήτων τους, είναι δυνατό να επιτευχθεί σημαντική βελτίωση του βάθους ανίχνευσης του κατωφλίου ανίχνευσης θερμοκρασίας και της χωρικής διακριτικής ικανότητας του συστήματος. Τα πειράματα με ομοιώματα που πραγματοποιήθηκαν, επαληθεύουν τις βασικές αρχές λειτουργίας του συστήματος καθώς επίσης και την ευεργετική επίδραση των διατάξεων προσαρμογής στις ιδιότητες εστίασής του, που μελετήθηκαν θεωρητικά στο πρώτο στάδιο της έρευνας,. Τέλος, οι πειραματικές διαδικασίες, που σχεδιάστηκαν με βάση πιθανές κλινικές εφαρμογές του συστήματος, δείχνουν ότι έχει βασικά χαρακτηριστικά και ιδιότητες ώστε να αποτελέσει στο μέλλον κλινικό, διαγνωστικό εργαλείο. / Microwave sensing has played an increasingly significant role in the world’s technological advances over the past 50 years. From radar to radiometry, microwave sensing has been used for a large number of applications, including ground mapping, soil moisture determination, thermography, and breast cancer detection. With the ability to safely penetrate many kinds of media (e.g., clouds or biological specimens), microwave sensors find a significant place among other modalities of measurement. Microwave radiometry is an important scientific research and application area of microwave sensing because it provides a passive sensing technique for detecting naturally emitted chaotic thermal radiation by any material object being above the absolute zero temperature (-273 Celsius). A microwave radiometer is the device used to conduct radiometric measurements. While radiometry has been a significant research field for atmospheric and earth surface evaluations, it lends itself to further exploration of passive measurements, with significant applications especially in the biomedical field. In the framework of the present PhD Thesis, a theoretical and experimental optimization study of the sensing capabilities of a Three Dimensional Passive Microwave Radiometry Imaging System for brain diagnostic applications was performed. The novelty of the proposed methodology consists in the use of a conductive ellipsoidal cavity acting as a beamformer to achieve maximum peak of radiation pattern in order to measure the intensity of the microwave energy, radiated by the medium of interest, by using sensitive microwave radiometers and relevant non – contacting antennas within the range of 1 – 4 GHz. The measurement is realized by placing the human brain in the region of the first focus and collecting the radiation converged at the second focus by a receiving antenna connected to the sensitive radiometer. Towards the improvement of the system’s focusing properties, extended electromagnetic analysis was performed in order to validate the impact of matching configurations made from appropriate materials, located inside the ellipsoidal cavity. The results show that with the appropriate choice of materials and careful assessment of their properties, it is possible to significantly improve the system’s detection depth, temperature detection level and spatial sensitivity. VIII The experimental procedures that were performed verify the proof of concept and confirm the beneficial impact of matching configurations on the system’s focusing properties, which was theoretically studied in the first part of the research. Finally, the experimental set used in the study, related to possible clinical applications, produced promising results regarding the potential perspective of the system to serve as a future clinical diagnostic tool.