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.

Διευρεύνηση της μεθόδου του ακτινοεμβολισμού με μικροσφαιρίδια Υ-90 για τη αντιμετώπιση ηπατικών όγκων. Βελτίωση της image-based δοσιμετρίας προτείνοντας PET ιχνηθέτες. / Investigation of the method of radioembolization with Y90 microspheres for the treatment of liver malignancies. Improvement of the image-based dosimetry proposing the use of PET tracers.

Ο σκοπός της διπλωματικής εργασίας ήταν η βελτιστοποίηση του πλάνου θεραπείας στο μαστό για τα 2 εφαπτόμενα συνεπίπεδα πεδία ενέργειας 6 MV. Η ανάγκη αυτή πρόκυψε από το γεγονός της εμφάνισης ελλείμματος στην κατανομή της δόσης καθώς όπως φαίνεται και στις παρακάτω εικόνες (στην αξονική και στην οβελιαία τομή) είχαμε ικανοποιητική κάλυψη του CTV στην περιφέρεια του μαστού αλλά στο κέντρο του CTV και σε μεγαλύτερα βάθη όχι. Για την πραγματοποίηση του παραπάνω σκοπού εφαρμόστηκαν 4 τεχνικές ακτινοβόλησης: 1. Δύο εφαπτόμενα συνεπίπεδα πεδία ενέργειας 6 MV, 2. Δύο εφαπτόμενα συνεπίπεδα πεδία ενέργειας 15 MV, 3. Δύο εφαπτόμενα συνεπίπεδα πεδία ενέργειας 6 MV + 1 Field In a Filed (FiF) πεδίο ενέργειας 15 MV και 4. . Δύο εφαπτόμενα συνεπίπεδα πεδία ενέργειας 6 MV + 2 Field In a Filed (FiF) πεδία ενέργειας 15 MV. Η παραπάνω μεθοδολογία εφαρμόστηκε σε πλήθος Ν=100 ασθενών, κατά 95% μεγέθους όγκου Τ1 (έως 2cm) και Τ2 (2-5 cm) και με αριθμό διηθημένων λεμφαδένων Ν<3. Ο υλικοτεχνικός εξοπλισμός που χρησιμοποιήθηκε για την υλοποίηση της εργασίας ήταν: 1. Αξονικός τομογράφος- Simulator Somatom Duo Siemens, 2. Σύστημα διαχείρισης (RVS) ακτινοθεραπευτικού τμήματος ARIA της VARIAN, 3. Σύστημα σχεδιασμού θεραπείας (TPS) Eclipse της VARIAN, 4. Σύστημα κλασσικού εξομοιωτή Aquity της VARIAN και 5. Γραμμικός Επιταχυντής ELEKTA SL 15. Για την στατιστική επεξεργασία των αποτελεσμάτων για πλήθος Ν=100 ασθενών χρησιμοποιήθηκε το πρόγραμμα IBM SPSS (Statistical Package for Social Sciences) έκδοση 20. Η στατιστική επεξεργασία έδειξε ότι μέσος όρος της μέσης δόσης για τις διάφορες τεχνικές ήταν 96.5%, 98.9%, 100.7%, 101.9% για τα 6MV, 15MV, 6MV + 1FIF 15MV και 6MV + 2FIF 15MV, αντίστοιχα. Τα 95% διαστήματα εμπιστοσύνης (Confidence Intervals) ήταν (96.2-96.8), (98.6-99.1), (100.4-100.9), (101.7-102.1) αντίστοιχα. Η ανάλυση έδειξε πως όλες οι ομάδες διέφεραν μεταξύ τους σε επίπεδο στατιστικής σημαντικότητας p < 0.001. Τα αποτελέσματα της εργασίας ήταν ότι η μέση δόση αυξάνεται από μέθοδο σε μέθοδο όπως έδειξε και η στατιστική ανάλυση, ο δείκτης ομοιογένειας μειώνεται αντίστοιχα από μέθοδο σε μέθοδο και αυτό αποτελεί δείγμα βελτίωσης της κατανομής της δόσης. Ακόμα ότι από ένα συγκεκριμένο όγκο του CTV και πάνω η καλύτερη μέθοδος αποδείχτηκε ότι είναι η 6MV + 2FIF 15MV, ενώ από ένα συγκεκριμένο όγκο του CTV και κάτω οι μέθοδοι έχουν περίπου την ίδια αποτελεσματικότητα. Τέλος όσον αφορά τα φυσιολογικά όργανα (organs at risk), τον αντίστοιχο πνεύμονα και την καρδιά, μετρήθηκε το V20 (ο όγκος του οργάνου που λαμβάνει από 2000 cGy και πάνω) και αποδείχτηκε ότι είναι ανεξάρτητο από την τεχνική ακτινοβόλησης. / The purpose of this thesis is to optimize the breast cancer treatment planning for the coplanar tangential fields of 6MV energy. The need for this arose as the dose distribution appears deficient both at the center and deeper in the CTV, as shown in the CT and sagittal images below, whereas the dose is satisfactory distributed at the perimeter of the breast. In order to accomplish that, there were applied 4 radiation techniques: 1. Two coplanar tangential fields of 6MV energy, 2. Two coplanar tangential fields of 15MV energy, 3. Two coplanar tangential fields of 6MV energy with Field in a Field (FiF) of 15MV energy and 4. Two coplanar tangential fields of 6MV energy with two Fields in a Field (FiF’s) of 15MV energy. The method above was applied on 100 patients. 95% of them had T1 tumor (T<2cm), T2 tumor (T=2-5cm) and a number of infiltrated lymph N<3. The equipment that has been used for the materialization of the procedure was: 1. A Computed Tomographer Somatom Duo Siemens, 2. An RVS system of VARIAN, 3. A TPS Eclipse system of VARIAN, 4. A Simulator Aquity of VARIAN and 5. A linear accelerator ELEKTA SL 15. Using the program IBM SPSS 20 (Statistical Package for Social Sciences), for a hundred patients, the statistical analysis showed that the average of the mean dose was 96.5% for the 6MV, 98.9% for the 15MV, 100.7% for the 6MV + 1 FIF of 15MV and 101.9% for the 6MV + 2 FIF of 15MV respectively (95% CI, p<0.001). There was an interaction between CTV size and mean dose, notably for large breasted patients (CTV>750cc). In this particular clinical scenario two 6MV tangential fields with 2 FIFs consistently outperformed the others. Minimum dose was also statistically different among all groups (p<0.05) except for the two FIF-less tangential fields with 6 and 15 MV. Interestingly, minimum dose (%) lacked a dependence on volume size. The result of this procedure was that the mean dose increases from method to method as it was obvious from the statistical analysis. The homogeneity index decreases respectively from method to method which indicates improvement of the dose distribution. It was also proved that, for certain large volumes of CTV the best method was the 6MV with two FIF’s of 15MV energy, whereas for smaller volumes of CTV the other three methods were of the same effectiveness. In conclusion, as far as the organs at risk concern, it has been found that the V20, of the heart and the right or left lung each time, is irrelevant of the technique that has been used each time.