Στη παρούσα διπλωματική εργασία έχοντας σα βάση το γεγονός ότι η μαστογραφία αποτελεί την καλύτερη τεχνική έγκαιρης ανίχνευσης του καρκίνου του μαστού και ότι το μέγιστο όφελος της μαστογραφίας βρίσκεται στην πρώιμη ανίχνευση του καρκινώματος στα αρχικά στάδιά του, ασχοληθήκαμε με την ανάλυση και εφαρμογή μεθόδων ψηφιακής επεξεργασίας εικόνας, που εφαρμόζονται στη μαστογραφία. Ορίσαμε και αναλύσαμε τους διάφορους αλγόριθμους ενίσχυσης εικόνας, που στηρίζονται στην ενίσχυση αντίθεσης μέσω: (α) αύξησης των διαβαθμίσεων του γκρι σε συγκεκριμένες υπό περιοχές (π.χ. μέθοδος παραθύρου, εξίσωση ιστογράμματος) (μέθοδοι ενίσχυσης αντίθεσης) (β) αύξησης των διαφορών διαβάθμισης του γκρι της εικόνας, που αντιστοιχούν στην ενίσχυση της παρυφής της εικόνας, που συνήθως παρέχεται από φίλτρα που υλοποιούν τελεστές παραγώγου εικόνας (μέθοδοι ενίσχυσης αιχμών). Οι τεχνικές ενίσχυσης εικόνας που χρησιμοποιήσαμε στα πλαίσια της παρούσας Διπλωματικής Εργασίας είναι η Μέθοδος παραθύρου (Intesity Windowing), η Εξισορρόπηση Ιστογράμματος με ψαλίδισμα (Clipped Adaptive Histogram Equalization) και η Καταστολή θορύβου-Ενίσχυσης παρυφής με μέθοδο μετασχηματισμού κυματίου (Wavelet). Πριν την εφαρμογή των μεθόδων ενίσχυσης εικόνας στις μαστογραφικές εικόνες ήταν αναγκαία η δημιουργία ψηφιακών συνθετικών εικόνων οι οποίες μιμούνται τα παθολογικά ευρήματα και μέσω αυτών εξάγουμε τις βέλτιστες παραμέτρους που θα χρησιμοποιηθούν στις μεθόδους ενίσχυσης εικόνας. Αυτό το πετύχαμε κάνοντας χρήση των ποσοτικών δεικτών αξιολόγησης ποιότητας εικόνας. Οι δείκτες αυτοί στηρίχτηκαν σε μετρήσεις θορύβου και αντίθεσης για συγκεκριμένη περιοχή ενδιαφέροντος μαστογραφικής εικόνας και είναι ο Δείκτης Βελτίωσης Αντίθεσης (Contrast improvement index-CII), ο Δείκτης Ενίσχυσης Θορύβου (Noise amplification index- NAI) και ο λόγος CII/NAI (Contrast to noise ratio index -CNRI). Στη συνέχεια κάνοντας χρήση των βέλτιστων παραμέτρων ενίσχυσης εικόνας που βρήκαμε μέσω των ποσοτικών δεικτών, ενισχύσαμε το δείγμα των 105 μαστογραφικών εικόνων (περιοχής ενδιαφέροντος) και με τη βοήθεια ακτινολόγου προχωρήσαμε στο πειραματικό στάδιο της Διπλωματικής Εργασίας αξιολογώντας τις μαστογραφικές εικόνες με βάση το σύστημα BIRADS του ACR. Τελευταίο βήμα της μελέτης μας αποτέλεσε η διαγνωστική ακρίβεια του ακτινολόγου βασιζόμενη στη ROC καμπύλη. Υπολογίσαμε το εμβαδό κάτω από την καμπύλη ROC για κάθε μέθοδο ενίσχυσης ξεχωριστά αλλά και για τις αρχικές μαστογραφικές εικόνες στις οποίες είχαμε τις εκτιμήσεις από δύο ακτινολόγους. / In the present postgraduate thesis, we studied the application of image enhancement methods in X-ray mammography, the best technique for detection of breast cancer in early stages. We defined and analyzed the various algorithms of mammographic image enhancement, which are based in contrast enhancement: (a) Increasing the differences in grey level values in specific regions (Intensity Windowing, Histogram Equalization), called contrast enhancement methods. (b) Increasing the gradation of the differences of grey level values of regions that correspond in edge enhancement, provided by filters such applying first or second order derivatives, called edge enhancement methods). Three image enhancement methods were used in the present study, Manual Intensity Windowing (MIW), the Contrast-Limited Adaptive Histogram Equalization (CLAHE) and a dual-stage (denoising and enhancement) Adaptive Wavelet-based Enhancement method (WAVELET). Before applying the three image enhancement methods in mammographic images (regions of interests, ROIs), it was necessary to determine the optimal values of parameters that will be used in image enhancement methods. Digital synthetic images simulating pathological findings, such as microcalcification clusters, were developed for the determination of optimal values of parameters for CLAHE and WAVELET of the image enhancement methods. This was achieved by using quantitative metrics for image quality evaluation. These metrics were based on measurements of noise and contrast for a specific ROI in mammographic images containing the simulated microcalcification clusters. These metrics are: Contrast Improvement Index (CII), Noise Amplification Index (NAI) and the Contrast-to-Noise Ratio Index (CNRI). For the two image enhancement methods (CLAHE and WAVELET) the optimal values of parameters were used, while for MIW a radiologist manually determined the values of parameters (centre and level of windowing) for enhancing the sample of 105 mammographic images (ROIs) containing microcalcification clusters. Evaluation of the three image enhancement methods was performed based on BI-RADS of ACR for patient management determined by one radiologist. Last step of our study was to estimate the diagnostic accuracy of radiologist based on ROC analysis. We calculate the area under ROC curve for each enhancement method, as well as for the initial mammographic images (original).

Στην παρούσα διπλωματική εργασία στόχος είναι η μελέτη της δυνατότητας επεξεργασίας των εικόνων των μαστογραφιών με σκοπό την ανίχνευση σε αυτές ύποπτων περιοχών. Η μελέτη αυτή βασίζεται στις ήδη υπάρχουσες επιστημονικές γνώσεις γύρω από τον καρκίνου του μαστού και τις ιδιότητές του και γίνεται μέσω επεξεργασίας των εικόνων με Matlab. Στο πρώτο κεφάλαιο αναφέρονται οι γνώσεις που έχουμε συλλέξει από επιστημονικές πηγές σχετικά με τις αιτίες,τη φαινομενολογία,την έκταση και τα είδη του καρκίνου του μαστού καθώς και τη διαδικασία της αναλογικής και της ψηφιακής μαστογραφία. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναλύονται ενδελεχώς όλα τα χαρακτηριστικά της ψηφιακής μαστογραφίας.Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται ανασκόπηση των τεχνικών οι οποίες έχουν προταθεί ή χρησιμοποιηθεί για την αυτοματοποιημένη διάγνωση, κατηγοριοποίηση και επεξεργασία μαστογραφικών εικόνων.Στο τέταρτο κεφάλαιο γίνεται ανάλυση της μεθόδου εντοπισμού καρκίνου από εικόνες μαστογραφίας με τη χρήση μετασχηματισμού Watershed. Στο πέμπτο κεφάλαιο εξετάζεται η κλινική χρησιμότητα της καμπύλης ROC και JAFROC στη διαγνωστική έρευνα. Στο έκτο και τελευταιο κεφάλαιο γίνεται ολόκληρη η πειραματική διαδικασία στην οποία δοκιμάζονται διάφοροι τρόποι επεξεργασίας της εικόνας για όλα τα είδη καρκίνων του μαστού σε ένα μεγάλο πλήθος μαστογραφιών και εξάγονται σημαντικά συμπεράσματα για την επιλογή κάποιων από αυτών ανά είδος. / In this essay the purpose is the study of the possibility of mammography image processing techniques in order to detect possible breast cancer tissues. The study is based on already gained scientific knowledge on breast cancer and its characteristics and it is achieved through image processing techniques in matlab. In the first chapter is reported the knowledge we have gained on causes ,description, range and kinds of breast cancer , as also as the analogical and digital mammography procedure. In the second chapter, there are fully analyzed the digital mammography features. In the third chapter, there is a review of techniques used or tested in the past in automatic mammographic diagnosis and in image categorization and processing. In the fourth chapter,an image detection technique based on transformation Watershed is analyzed. In the fifth chapter, the clinical usefulness of ROC and JAFROC study is studied. In the sixth and last chapter, there is the whole experimental procedure that we have accomplished in order to test the advantages of various matlab image detection tools in various breast cancer kinds. There are also made some very important conlusions in the last chapter.

Le droit de retour légal est celui en vertu duquel une personne succède à des biens qui avaient été remis gratuitement au défunt décédé sans postérité. Il s’agit d’une institution ancienne dont le fondement premier était traditionnellement la conservation des biens dans la famille. Apparu en droit romain, appliqué dans l’ancien droit français, le retour légal fut inséré in extremis dans le Code Napoléon, à côté du droit de retour de nature conventionnelle qu’il est loisible aux parties de stipuler. Des trois cas de retour prévus en 1804, deux furent supprimés par la loi du 3 janvier 1972. Il fallut attendre la loi du 3 décembre 2001 pour qu’à l’article 757-3 un nouveau droit de retour légal soit instauré au bénéfice des frères et soeurs qui, du fait de la réforme, se trouvaient primés par le conjoint dans la dévolution ab intestat. Puis la loi du 23 juin 2006 instaura à son tour à l’article 738-2 un droit de retour légal au profit des père et mère qui venaient de perdre leur qualité d’héritier réservataire. Dans ces deux cas, on observe que l’instauration du droit de retour légal constitue une contrepartie, pour les uns de leur exclusion de la dévolution par le conjoint, pour les autres de la perte du bénéfice de la réserve : fonction originale pour un droit de retour légal. Si les fondements des textes nouveaux ne sont pas évidents à mettre en lumière, leurs régimes novateurs soulèvent également de nombreuses difficultés d’applications et d’interprétations. Naguère, le retour légal organisait la dévolution successorale d’un bien en fonction de son origine dont il résultait une dualité de succession. Aujourd’hui, le retour légal n’organise plus que la dévolution successorale d’une portion de bien en tenant compte de son origine et l’on doute qu’il constitue dans tous les cas une succession anomale impliquant une dualité de succession. Ces incertitudes engagent à se demander s’il est possible de déroger au retour légal et comment. Au-delà de la dérogation conventionnelle, la modification et même l’abrogation des textes doivent être envisagées. / The statutory reversion right is the right under which a person inherits assets which were returned free of charge to the deceased who died leaving no descendants. It is an old institution which primary basis is, traditionally, the preservation of assets in the family. Established in Roman law, applied in old French law, statutory reversion was inserted in extremis in the Napoleonic code (the French civil code) next to the conventional reversion right which can be stipulated by the two parties within the framework of a transfer contract inter vivos. Out of the three cases provided in 1804, two were removed by the law of January 3, 1972. But it was not until December 3, 2001 that was established, in article 757-3 of the Civil Code, a new statutory reversion right in favour of the brothers and sisters, who, as a consequence of the reform, were superseded by the spouse in the transfer under intestate succession. Then the law of June 23, 2006 established, in turn, in article 738-2 of the Civil Code, a statutory reversion right in favour of the father and mother who had just lost their qualification of rightful heirs. In both cases, we can notice that the establishment of the statutory reversion right constitutes a counterpart, on one hand according to the exclusion for transfer by the spouse, on the other hand, the loss of the benefit of reservation: a particular role for the statutory reversion right. If the bases of the new texts are not easily highlighted, their innovative schemes also raise numerous difficulties of application and interpretation. Formerly, statutory reversion established transmission of property by inheritance according to its origin from which a duality in terms of inheritance resulted. Nowadays, statutory reversion only establishes transmission of property by inheritance of a portion of goods, taking into account its origin, and this raises some doubt as to whether it shall constitute, in all cases, an anomalous succession implying duality in terms of inheritance. This results in uncertainties which lead to wonder if it is possible to derogate from the statutory reversion and how this could be done. Beyond variation by agreement, the modification and even the repeal of texts must be considered.

As an artist working with the female model, this practice-led research examines concepts of alterity and subjectivity while challenging the dominant role of male subjectivity in the western world. It revolves around the relationship between myself and the female subject, a specific woman who within the context of my work epitomises but at the same time transcends womanhood. This undertaking suggests that my representations of her body grow out of a dialectical tension between the feeling that the female other has almost become a metonymic extension of myself, and the awareness that such a feeling is at the same time illusory. The practical component of my investigations takes the form of body-themed box assemblages which are reminiscent of polyptychs, tabernacles and reliquaries. However, the sacred images which form part of these ecclesiastical items are replaced with others showing close-ups of the fragmented bodies of the model and myself. While this kind of profane artefact acts as a receptacle for our bodies which are broken down and enshrined together with other objects, it constitutes part of an ongoing process whereby the relationship between myself and the female figure is metamorphosed, re-shaped, and re-visioned. The significance of these creations is meant to extend beyond their artefactual existence and become mediums through which I re-visit female sexuality and eroticism and assess them within a spiritual context, albeit in the circumscribed framework of a particular woman. The artefact s ultimate objective is to appease my innate desire to access the other via a self-reflexive process which involves both mirroring and distancing at one and the same time. This process also includes an exploration into the spiritual with the aim of exploiting that which is other in the western theological tradition, namely God and the Divine. The gaze is also deeply involved in this exploration of the other. In fact, while our bodies are subjected to a re-visitation and trans-valuation in parts through multiplication and fragmentation, the gaze is in the process broken down into a series of glances which originate from myself, the viewer or the female subject. This process questions and disrupts the dominance of the male gaze, and its associated precepts, in Western visual culture. Finally, by correlating the model s body with the divine, my artefacts seek to give this woman, as an embodiment of the true other, a trans-corporeal identity. Rather than seeking to exert control over the other, they provide a pious space wherein the self and the other are able to encounter each other in a manner that initiates an equitable relationship, unhindered by presumptive knowledge. This is aided by the aesthetics and dynamics underlying the box assemblage which, while expressing gender fluidity and encouraging disengagement from preconceived dogmas a sort of reverse cognition also enhances the experience of its deific symbolism.

Breast cancer screening and diagnosis in X-ray mammography rely on the detection and visualization of microcalcifications (μCs) and soft tissue masses. The early detection of breast cancer has been shown to decrease breast cancer mortality. The μCs are composed mainly of calcium with attenuation coefficients greater than that of soft tissue. The detection and visualization of μCs are relatively easy over a uniform tissue background, but limited by the ‘‘clutter’’ due to overlapping tissue background present on the mammogram. The clutter in tissue background arises from the structures of glandular tissue, vessels, and soft tissue masses in the breast. However, depending upon their size and location, the visualization of calcifications in mammograms may be limited by the superimposed anatomical structures even when the calcifications have adequate contrast-to-noise ratio (CNR). Dual-energy subtraction imaging techniques offer an alternative approach to the detection and visualization of μCs. With this technique, high- and low-energy images are separately acquired and ‘‘subtracted’’ from each other in a weighted fashion to cancel out the cluttered tissue structure so as to decrease the obscurity from overlapping tissue structures. In this study, computer simulations were developed in order to compute SNR as a function of various imaging parameters (X-ray spectra, μC size, breast thickness, and total exposure- 2 different cases) in Dual Energy Calcification images. Emphasis was placed on the monochromatization of the X-ray spectra with the use of K-edge filtering technique. Also, simulations provided values for various quality parameters of the spectra. Optimization was based on maximization of SNRtc while reducing total entrance exposure of the breast or Coefficient of Variation of the incident photons (CVIinc). / Ο καρκίνος του μαστού, ο οποίος είναι μια κοινή αιτία θανάτου μεταξύ των γυναικών του πληθυσμού, μπορεί να εκδηλωθεί μέσω μικροαποτιτανώσεων. Στη μαστογραφία, η ιατρική διάγνωση (συμπεριλαμβανομένων των τεχνικών ελέγχου) βασίζεται στην ανίχνευση και απεικόνιση αυτών των μικροαποτιτανώσεων (μCs) ή/ και της μάζας των μαλακών ιστών. Η έγκαιρη ανίχνευση του καρκίνου έχει αποδειχθεί ότι μειώνει τη θνησιμότητα λόγω καρκίνου του μαστού. Οι μCs αποτελούνται κυρίως από ασβέστιο (Ca), με αποτέλεσμα τη μεγαλύτερη εξασθένηση της ακτινοβολίας σε σχέση με τον μαλακό ιστό. Η ανίχνευση και η απεικόνιση των μικροαποτιτανώσεων είναι σχετικά εύκολη για έναν ομοιόμορφο μαστό. Ωστόσο, η απεικόνιση περιορίζεται από την ανομοιομορφία του υγιούς επικείμενου ιστού, που προκύπτει από τον αδενώδη ιστό, τις φλέβες και τους μαλακούς ιστούς στο μαστό. Ανάλογα με το βαθμό της ανομοιομορφίας, την αντίθεση των μCs, και τον τρόπο της επικάλυψης του ιστού, μπορεί να είναι δύσκολο να εντοπιστεί μια μικροαποτιτάνωση, παρόλο που ενδέχεται να υπάρχει επαρκής λόγος αντίθεσης προς θόρυβο (CNR). Η απεικόνιση με αφαιρετική τεχνική διπλής ενέργειας προσφέρει μια εναλλακτική προσέγγιση για την ανίχνευση και απεικόνιση των μCs. Με την τεχνική αυτή, αποκτώνται ξεχωριστά εικόνες υψηλής και χαμηλής ενέργειας και στη συνέχεια αφαιρείται η μια από την άλλη, με σκοπό να μειωθεί η ασάφεια από τις επικαλυπτόμενες δομές του ιστού. Στη παρούσα μελέτη, αναπτύχθηκε αλγόριθμος προσομοίωσης για τον υπολογισμό του SNR για διάφορους παράγοντες απεικόνισης (φάσματα ακτίνων-Χ, μέγεθος αποτιτάνωσης, πάχος μαστού και συνθήκες έκθεσης). Έμφαση δόθηκε στη τροποποίηση των φασμάτων ακτίνων-Χ ώστε να αποκτηθούν όσο το δυνατόν πιο «μονοχρωματικά» φάσματα με τη χρήση της τεχνικής K-edge. Η επιλογή των βέλτιστων φασμάτων υψηλής και χαμηλής ενέργειας βασίστηκε στην αύξηση του SNRtc με ταυτόχρονη μείωση της έκθεσης εισόδου στην επιφάνεια του μαστού ή τη μείωση του συντελεστή διακύμανσης των προσπιπτόντων φωτονίων στην είσοδο του μαστού (CVIinc).

Interstitial lung diseases are a heterogeneous group of disorders that vary widely in etiology, clinic-radiologic presentation, histopathologic features, and clinical course. MDCT is the modality of choice for determining the extent of diffuse interstitial lung disease and predicting the clinical outcomes as the scoring of fibrosis correlates well with the mortality rate. Different visual scoring systems for evaluating ILDs’ extent on HRCT have been developed over the past 20 years. Several visual scoring methods have been used to characterize and quantify the disease, correlate with common clinical parameters, prognosticate patients, assess disease progression and evaluate response to treatment. Up to date, visual scoring remains the method of choice for assessing disease extent in clinical practice. However, these methods show variable reproducibility in literature and therefore, a more accurate classification system is necessary for objective and reproducible assessment of disease extent. This has lead to considerable research efforts in advanced computer-based ILD extent quantification systems in the last 10 years. In this Thesis we compare four different available methods for the assessment of interstitial lung disease, for total, ground glass and reticular extent. A radiologist in training evaluated disease extent using a semi-quantitative visual scoring method (a), a visual pixel-based method (b) and semi-automated histogram thresholding technique (c). An automated CAD algorithm (d) was also utilized. All methods were applied to the same data sample of patients with collagen vascular diseases and lung involvement. The sample performance is reported on axial slice basis in terms of mean, standard deviation and range. Furthermore, methods have been compared pairwise by means of Bland-Altman analysis, utilized in order to assess by inspection the degree of agreement for varying disease extent. Additionally, the Intraclass Correlation Coefficient index has been calculated for all pairs compared. Statistical analysis showed almost perfect agreement between our visual pixel based method and the automated system concerning total and reticular disease extent, while the CAD algorithm and thresholding technique have demonstrated substantial agreement. None of the pairwise comparisons exhibited a high degree of agreement concerning ground glass extent estimation. Inter-observer comparison manifested significantly higher degree of agreement for the visual pixel based technique as compared to semi-quantitative visual scoring method. CAD algorithms provide a fast and reproducible disease extent and in our study present a high agreement with visual pixel based method, which is accounted for the more precise, albeit time wasting method. Resultantly, these automated systems could replace semi-quantitative visual scoring methods, not radiologists, in terms of accuracy, reproducibility and more precise clinical decision. / Οι διάμεσες πνευμονοπάθειες αποτελούν μια ετερογενή κατηγορία διαταραχών με ποικίλη αιτιολογία, κλινική, ιστολογική και ακτινολογική εικόνα. Η MDCT αποτελεί τη μέθοδο εκλογής για την εκτίμηση της έκτασης της νόσου και επομένως για την κλινική πορεία των ασθενών, εφόσον η έκταση της ίνωσης εμφανίζει υψηλή συσχέτιση με το δείκτη θνητότητας. Τα τελευταία 20 χρόνια έχουν αναπτυχθεί πολλά διαφορετικά συστήματα και μέθοδοι, που βασίζονται στην οπτική παρατήρηση και αποσκοπούν στον χαρακτηρισμό και την ποσοτικοποίηση της έκτασης της διάμεσης νόσου, καθώς και στο συσχετισμό της με κλινικές παραμέτρους, όπως η πρόγνωση και η ανταπόκριση στη θεραπεία. Οι ημιποσοτικές μέθοδοι, που βασίζονται στην οπτική παρατήρηση παραμένουν έως και σήμερα μέθοδοι εκλογής για την αξιολόγηση και ποσοτικοποίηση της έκτασης της νόσου. Εντούτοις, χαρακτηρίζονται σύμφωνα με τα βιβλιογραφικά δεδομένα από χαμηλούς δείκτες επαναληψιμότητας. Ως εκ τούτου, η αναζήτηση περισσότερο αντικειμενικών και επαναλήψιμων μεθόδων για την εκτίμηση της διάμεσης πνευμονοπάθειας είναι επιτακτική ανάγκη. Ως αποτέλεσμα, τα τελευταία 10 χρόνια η ερευνητική προσπάθεια έχει προσανατολιστεί σε αυτοματοποιημένες μεθόδους για την ποσοτικοποίηση της διάμεσης νόσου. Στην παρούσα διπλωματική συγκρίθηκαν τέσσερεις διαφορετικές μέθοδοι, διαθέσιμες για την ποσοτικοποίηση των αλλοιώσεων του πνευμονικού ιστού. Η έκταση της νόσου αξιολογήθηκε από έναν ειδικευόμενο ακτινολόγο με ημιποσοτική μέθοδο με οπτική παρατήρηση (α), με ποσοτική μέθοδο χειρονακτικού σχεδιασμού και τμηματοποίησης των προσβεβλημένων περιοχών (β) και με μια ημι-αυτόματη μέθοδο κατωφλίωσης ιστογράμματος (γ). Για τον ίδιο σκοπό χρησιμοποιήθηκε ένας αλγόριθμος υποβοήθησης διάγνωσης (CAD) (δ). Όλες οι μέθοδοι εφαρμόστηκαν στο ίδιο δείγμα δεδομένων από ασθενείς με νοσήματα του συνδετικού ιστού και πνευμονική προσβολή. Τα ημιποσοτικά αποτελέσματα, καθώς και αυτά της χειρωνακτικής τμηματοποίησης συγκρίθηκαν με τα αντίστοιχα δύο έμπειρων ακτινολόγων in consensus και μελετήθηκε η συμφωνία τους. Οι αποδόσεις των μεθόδων που χρησιμοποιήθηκαν στην εκτίμηση τόσο της συνολικής έκτασης της νόσου, όσο και των επιμέρους προτύπων συγκρίθηκαν ανά ζεύγη με ανάλυση κατά Bland-Altman και με υπολογισμό του δείκτη ICC (Intraclass Correlation Coefficient). Η στατιστική ανάλυση των αποτελεσμάτων έδειξε σημαντική συσχέτιση μεταξύ του CAD και του χειρωνακτικού σχεδιασμού για τη συνολική έκταση και το reticular πρότυπο, ενώ χαμηλότερη είναι η συμφωνία μεταξύ του CAD και της μεθόδου κατωφλίωσης ιστογράμματος. Δεν παρατηρήθηκε υψηλός δείκτης συμφωνίας σε κανένα ζεύγος συσχέτισης όσο αφορά την εκτίμηση του προτύπου θαμβής υάλου. Η συμφωνία των ακτινολόγων είναι υψηλότερη για την οπτική μέθοδο αξιολόγησης με χειρονακτική τμηματοποίηση σε σχέση με την ημιποσοτική μέθοδο με οπτική παρατήρηση. Οι αλγόριθμοι υποβοήθησης διάγνωσης παρέχουν γρήγορη και επαναλήψιμη εκτίμηση της έκτασης της διάμεσης νόσου και στη δικιά μας μελέτη παρουσιάζουν υψηλού βαθμού συσχέτιση με την ποσοτική μέθοδο, η οποία θεωρείται η πιο ακριβής, εντούτοις χρονοβόρα μέθοδος. Συμπερασματικά, τα αυτόματα αυτά συστήματα θα μπορούσαν να αντικαταστήσουν τις υποκειμενικές ημιποσοτικές μεθόδους στην ποσοτικοποίηση των διάμεσων αλλοιώσεων του πνεύμονα.

Magnetic resonance mammography (MRM) is a promising technique, since it provides high resolution breast imaging with no use of ionising radiation and with inherently good soft tissue discrimination. The addition of dynamic contrast enhancement kinetics of the breast upgraded the method to a great extend, due to highly differentiated malignant vs. benign lesion hemodynamics resulting from the angiogenetic properties of cancerous cells. Straightforward pharmacokinetic analysis, such as the 3TP algorithm, has been implemented in commercially available CAD systems. Quantitative parameters can be extracted that directly correspond to different aspects of the underlying pathology and can be compared to biopsy results. However, there is a general understanding that straightforward pharmacokinetic analysis (3TP model) requires a very demanding imaging protocol in order to be able to measure such parameters accurately. Fitting the experimental data of the dynamic series to simple mathematical models extracting quantitative features provides a means to evaluate and to shrink the big amount of data of the study to one set of images, in order make the diagnostic process faster and more robust. That could facilitate the clinical routine. The dynamic series of the MRM examinations of the 55 patients were analyzed in this study. Radiologists specialized in MRM have identified and characterized all suspicious lesions according to BIRADS lexicon. Dynamic data were fitted pixel-wise to a simple bilinear model to extract washout, time to peak and washin parameters. Subsequently, those parameters were mapped to Hue, Saturation and Value, respectively, of an HSV color model, which was utilized for characterizing the lesions. Also, Hue heterogeneity was qualitatively assessed for the characterization of lesions. In addition, observers evaluated the haemodynamic properties of the lesions with the conventional hand-drawn ROI based technique (Kuhl system). The results of the two methods were then compared to the histological ground truth to derive their classification performance. Classification performance for the proposed and the conventional one was Az=0.880.05 and Az=0.860.05, respectively, by means of ROC analysis. Results indicate no statistically different performance between the two methods, with the proposed one offering time savings and reproducibility. / Η μαγνητική τομογραφία μαστών (MRM) είναι μια πολλά υποσχόμενη τεχνική, αφού προσφέρει απεικόνιση των μαστών με υψηλή διακριτική ικανότητα αλλά και εγγενή ικανότητα διάκρισης διαφόρων τύπων μαλακών ιστών, χωρίς τη χρήση ιοντίζουσας ακτινοβολίας. Η προσθήκη δυναμικής απεικόνισης των ιστών του μαστού με τη χρήση παραμαγνητικής σκιαγραφικής ουσίας στο εξεταστικό πρωτόκολλο ισχυροποίησε τη μέθοδο αφού υπάρχει σημαντική διαφοροποίηση στην αιμοδυναμική συμπεριφορά ανάμεσα σε καλοήθεις και κακοήθεις παθήσεις λόγω του αγγειακού δικτύου που δημιουργούν οι μεταβολικές ανάγκες των καρκινικών κυττάρων. Υπολογιστικά συστήματα αυτόματης διάγνωσης που διατίθενται εμπορικά, πραγματοποιούν φαρμοκοκινητική ανάλυση της δυναμικής συμπεριφοράς των ιστών του μαστού με χρήση μαθηματικών αλγορίθμων όπως ο αλγόριθμος τριών χρονικών σημείων (3TP). Από τέτοιες αναλύσεις εξάγονται ποσοτικές παράμετροι που έχουν ευθεία συσχέτιση με διάφορα χαρακτηριστικά της υποκείμενης παθολογίας και μπορούν να συγκριθούν με τα αποτελέσματα ιστολογικών μελετών. Παρόλα αυτά είναι γενικά αποδεκτό ότι για να επιτευχθεί ακριβής υπολογισμός των παραμέτρων αυτών απαιτείται η επιλογή ειδικού εξεταστικού πρωτοκόλλου με μεγάλες απαιτήσεις σε χρονική διακριτική ικανότητα. Η επιλογή απλών μαθηματικών μοντέλων για τον υπολογισμό ποσοτικών παραμέτρων με έμμεση συνάφεια με την παθολογία μας δίνει τη δυνατότητα να ελαχιστοποιήσουμε τον όγκο δεδομένων που παρέχει η εξέταση σε ένα σετ εικόνων και να κάνουμε τη διαδικασία της διάγνωσης πιο γρήγορη και ασφαλή από ότι παρουσιάζεται σήμερα στην κλινική ρουτίνα. Η σειρά των εικόνων της δυναμικής μελέτης των εξετάσεων μαγνητικής τομογραφίας μαστών 55 ασθενών αναλύθηκαν για αυτή τη μελέτη. Ακτινολόγοι με εξειδίκευση στην εξέταση κατέταξαν όλες τις ανιχνευθείσες παθολογικές περιοχές κατά BIRADS. Έγινε προσέγγιση των πειραματικών τιμών των pixels των δυναμικών σειρών με ένα απλό διγραμμικό μοντέλο και εξάχθηκαν χάρτες ποσοτικών παραμέτρων έκπλυσης σήματος (washout), χρόνου μέγιστης ενίσχυσης (time to peak) και ενίσχυσης (washin). Στη συνέχεια αυτές οι παράμετροι χρησιμοποιήθηκαν σαν απόχρωση (Hue), κορεσμό (Saturation) και ένταση (Value) της χρωματικής κλίμακας HSV. Με αυτή την αντιστοίχηση δημιουργήθηκαν χάρτες λειτουργικής απεικόνισης οι οποίοι και χρησιμοποιήθηκαν για το χαρακτηρισμό της παθολογίας. Για τον τελικό χαρακτηρισμό εκτιμήθηκε ποιοτικά και η ανομοιογένεια των λειτουργικών χαρτών ως προς την απόχρωση. Επιπλέον η αιμοδυναμική συμπεριφορά των ευρημάτων εκτιμήθηκε με τη συμβατική μέθοδο περιγραφής περιοχής ενδιαφέροντος με το χέρι και εξαγωγής καμπύλης σήματος – χρόνου από αυτήν την περιοχή (μέθοδος Kuhl). Τα αποτελέσματα των δυο μεθόδων συγκρίθηκαν με τα αποτελέσματα της ιστολογικής εξέτασης των ελεγχθεισών παθολογιών και υπολογίστηκε η απόδοση της κάθε μεθόδου. Αυτή βρέθηκε Az=0.880.05 για την προτεινόμενη μέθοδο και Az=0.860.05 για την κλασική, με χρήση ανάλυσης ROC. Τα αποτελέσματα αυτά υποδεικνύουν ότι δεν υπάρχει στατιστικώς σημαντική διαφορά μεταξύ των δυο μεθόδων, με την προτεινόμενη να παρουσιάζει κέρδος χρόνου και αυξημένη επαναληψιμότητα.

Η παρούσα εργασία αποτελείται από έξι κεφάλαια, τα οποία έχουν την εξής δομή: Στο κεφάλαιο 1 γίνεται μια εισαγωγή στο πρόβλημα του καρκίνου του μαστού, κάνοντας αρχικά μία παρουσίαση της ανατομίας και της φυσιολογίας του μαστού. Στη συνέχεια γίνεται μια αναφορά στο πως αναπτύσσεται ο καρκίνος του μαστού, ποιοι προδιαθεσιακοί παράγοντες υπάρχουν και πως αντιμετωπίζεται. Επίσης περιγράφονται και τα διάφορα είδη καρκινικών ευρημάτων. Αναλύονται τα διάφορα διαγνωστικά μέσα δίνοντας έμφαση στη μαστογραφία ως μέσο απεικόνισης του καρκίνου, στον τρόπο που παράγεται, ψηφιοποιείται και ερμηνεύεται. Τέλος γίνεται αναφορά στα πλεονεκτήματα που προκύπτουν από τη χρήση του υπολογιστή στη μαστογραφική μελέτη. Στο κεφάλαιο 2 γίνεται αναφορά στις μεθόδους ψηφιακής επεξεργασίας και ανάλυσης εικόνας που εφαρμόζονται στη μαστογραφία. Αναλύονται μια σειρά από τεχνικές βελτίωσης της ποιότητας των ψηφιακών μαστογραφιών, δίνοντας έμφαση στην έννοια του ιστογράμματος εικόνας και στις διάφορες τεχνικές τροποποίησης του. Τέλος γίνεται αναφορά στην υφή της εικόνας και στις διάφορες παραμέτρους που χρησιμοποιούνται στην ψηφιακή ανάλυση ενός μαστογραφήματος όπως επίσης και στην διαδικασία κατάταξης των διαφόρων περιοχών του σε υγιή και μη φυσιολογικά. Στο κεφάλαιο 3 αναλύεται μια άλλη ομάδα μεθόδων ανάλυσης εικόνας μαστογραφιών η οποία μπορεί να περιγραφεί ως τεχνικές ανίχνευσης ανωμαλιών. Αυτές οι μέθοδοι προσπαθούν να εντοπίσουν συγκεκριμένες ανωμαλίες, όπως οι μικροαποτιτανώσεις, οι οζώδεις σκιάσεις, ή οι αλλοιώσεις της δομής των γειτονικών ιστών μέσα στις εικόνες μαστογραφιών. Αυτές οι μέθοδοι ταξινομούνται στην ερευνητική περιοχή της επεξεργασίας εικόνας για τον εντοπισμό των ανωμαλιών στις μαστογραφίες. Στο κεφάλαιο 4 της διπλωματικής εργασίας γίνεται παρουσίαση της συγκριτικής ανάλυσης που χρησιμοποιείται για την ερμηνεία των ψηφιακών μαστογραφημάτων. Γίνεται αναφορά στα είδη της, στα στάδια από τα οποία αποτελείται καθώς και στις δυσκολίες που παρουσιάζονται κατά την εφαρμογή της. Αναλύεται η διαδικασία της συστοίχισης μαστογραφημάτων, που είναι ένα από τα πιο βασικά αλλά και συνάμα από τα πιο πολύπλοκα στάδια της συγκριτικής ανάλυσης και τέλος γίνεται εκτενής αναφορά στο συντελεστή ετεροσυσχέτισης ως μέσο για την αναγνώριση και τη συστοίχιση δισδιάστατων προτύπων. Στο κεφάλαιο 5 αναλύονται τα συστήματα ταξινόμησης προτύπων που χρησιμοποιούνται για την αναγνώριση των υπόπτων περιοχών στα ψηφιακά μαστογραφήματα. Δίνεται έμφαση στα τεχνητά νευρωνικά δίκτυα, που αποτελούν τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα συστήματα απόφασης στο χώρο αυτό, και ιδιαίτερα στα δίκτυα ακτινικών συναρτήσεων που χρησιμοποιήθηκαν στην παρούσα διπλωματική εργασία. Στο κεφάλαιο 6 περιγράφονται τρεις ξεχωριστές μελέτες. Αρχικά μελετήθηκε το πρόβλημα της συστοίχισης ψηφιακών μαστογραφιών. Το πρώτο στάδιο της συγκριτικής ανάλυσης μαστογραφημάτων, είτε αυτή είναι δίπλευρη είτε πρόσκαιρη, είναι η συστοίχιση των αντίστοιχων μαστογραφημάτων. Στο σύστημα που υλοποιήθηκε, επιδιώκουμε τη συστοίχιση μαστογραφημάτων μέσω της εξαγωγής του περιγράμματος κάθε μαστού και της ελαχιστοποίησης της διαφοράς των εμβαδών τους. Βρίσκοντας την ελάχιστη τιμή του εμβαδού μετατοπίζοντας στο χώρο την μια μαστογραφία υπολογίζουμε ταυτόχρονα και τη θέση του καλύτερου ταιριάσματος των δύο μαστογραφημάτων. Έπειτα μελετήθηκαν διάφορες τοπολογίες νευρωνικών δικτύων ακτινικών συναρτήσεων. Ως παραμέτρους –εισόδους στο νευρωνικό δίκτυο- χρησιμοποιήσαμε στατιστικούς περιγραφείς της υφής. Οι πιο απλές τεχνικές περιγραφής της υφής, με πολύ καλή απόδοση, είναι οι στατιστικές τεχνικές που βασίζονται στα ιστογράμματα των περιοχών, τις επεκτάσεις τους και τις ροπές τους. Πραγματοποιήθηκαν αξιολογήσεις του συστήματος αναγνώρισης για ροπές από 1ης έως και 15ης τάξης ώστε να βρεθεί ο αριθμός που μας εξασφαλίζει την καλύτερη απόδοση. Η καλύτερη τοπολογία του δικτύου χρησιμοποιήθηκε για την ανάπτυξη ενός συστήματος ανίχνευσης υπόπτων περιοχών σε ψηφιακές μαστογραφίες. Τέλος αναπτύσσεται διεξοδικά σύστημα ανίχνευσης υπόπτων περιοχών σε ψηφιακά μαστογραφήματα Η ταξινόμηση πραγματοποιείται με στατιστικούς περιγραφείς της υφής ενώ ο έλεγχος γίνεται μέσω χρήσης νευρωνικού δικτύου ακτινικών συναρτήσεων. Το σύστημα ανίχνευσης δίνει ως αποτέλεσμα τα αρχικά μαστογραφήματα σηματοδοτημένα με τις πλέον ύποπτες περιοχές για την ύπαρξη νεοπλασίας. Παρουσιάζονται αναλυτικά τα στάδια που ακολουθήθηκαν για τη υλοποίηση του συστήματος, τα πειραματικά αποτελέσματα, τα προβλήματα που αντιμετωπίστηκαν και τα συμπεράσματα που εξήχθησαν. / -

Mammography is currently the gold standard technique for early detection of breast cancer before it becomes clinically palpable. Breast compression is essential part of mammography which provides better contrast and smaller radiation dose. It optimizes the image quality and the visualization of small lesions by reducing the breast thickness. The overall goal of this thesis is to simulate the complete mammographic imaging chain, starting from the creation of breast phantoms, compression, and mammogram simulation. A specific aim is to carry out a study that compares the quality of breast lesions on simulated mammographic images obtained from both uncompressed and compressed breast models. For the creation of the breast models, we use a software breast phantom which incorporates a 3D voxel array with geometric primitives, a ductal network, and a model for lesions. Further on, a Simulation Algorithm for Soft Tissue Compression (SASTC) is used for the compression of the breast phantoms. For this purpose, the algorithm was implemented into C++ language and incorporated into the available Breast Simulator software. The SASTC algorithm is based on the spring-mass model according to which the volume of the breast phantom is divided into a number of elements, each one consisting of 27 nodes and the nodes are connected with springs. The compression algorithm allows stretching and compression of the volume object. Due to these deformations the voxels of the breast’s volume are distorted. Several algorithms are developed to correct for these distortions. These algorithms are based on interpolation techniques and on the Jordan Curve Theorem. We designed 11 models of small breast phantoms that included microcalcifications of different sizes. These breast phantoms as well as the compressed model of each phantom are subjected to mammography simulation to create mammograms. The x-ray image acquisition model, used for the acquirement of the mammographic images, is based on a combination of ray tracing techniques and the x-ray attenuation law. A comparison between the acquired mammograms of both uncompressed and compressed breast phantom was performed. A preliminary visual evaluation demonstrates that the clarity of the structures in the breast model is improved in the images of the compressed breast. Quantitative evaluation involving contrast calculations supports the former results. / Η μαστογραφία αποτελεί τον καλύτερο τρόπο για την έγκαιρη ανίχνευση του καρκίνου του μαστού προτού να είναι δυνατός ο εντοπισμός του με τη μέθοδο της ψηλάφισης. Η συμπίεση του μαστού είναι ένα σημαντικό μέρος της μαστογραφίας καθώς βελτιστοποιεί την ακτινογραφική ποιότητα της εικόνας και επιτρέπει την ελλάτωση της δόσης της ακτινοβολίας στον ασθενή καθώς μειώνεται το πάχος του μαστού. Ο γενικός στόχος της συγκεκριμένης διπλωματικής εργασίας είναι η προσομοίωση της διαδικασίας της μαστογραφίας, η οποία περιλαμβάνει τη δημιουργία των μοντέλων μαστού, τη συμπίεση τους και την προσομοίωση λήψης των εικόνων της μαστογραφίας. Πιο συγκεκριμένα, στόχος είναι να δημιουργηθούν οι μαστογραφικές εικόνες των ασυμπίεστων και συμπιεσμένων μοντέλων μαστού προκειμένου να πραγματοποιηθεί σύγκριση μεταξύ τους. Για τη δημιουργία των μοντέλων του μαστού χρησιμοποιείται το λογισμικό προσομοίωσης BreastSimulator που αναπτυχθηκε στο εργαστηρίο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας στο Πανεπιστήμιο Πατρών (Bliznakova 2003). Η εξωτερική και εσωτερική δομή του μαστού καθώς και οι διάφορες παθολογικές δομές προσομοιόνονται με τη χρήση βασικών γεωμετρικών σχημάτων. Τα μοντέλα αποκτούνται υπό τη μορφή τρισδιάστατου πίνακα. Για τη συμπίεση των μοντέλων μαστού χρησιμοποιήθηκε ο αλγόριθμος SASTC (Simulation Algorithm for Soft Tissue Compression), αφού πρώτα πραγματοποιήθηκε μετατροπή από τη γλώσσα προγραμματισμού Java σε C++ έτσι ώστε να είναι δυνατή η χρησιμοποίησή του ως μέρους του λογισμικού BreastSimulator. Αυτός ο αλγόριθμος βασίζεται στο μοντέλο μάζας-ελατηρίου σύμφωνα με το οποίο ο όγκος του μοντέλου του μαστού χωρίζεται σε στοιχεία, καθένα από τα οποία αποτελείται από 27 κόμβους. Οι κόμβοι συνδέονται μεταξύ τους με ελατήρια. Ο αλγόριθμος συμπίεσης επιτρέπει την εξάπλωση και τη συμπίεση του όγκου του αντικειμένου. Το γεγονός αυτό έχει ως αποτέλεσμα την εμφάνιση παραμορφώσεων στα voxel του τρισδιάστατου μοντέλου του μαστού. Για την διόρθωση αυτών των παραμορφώσεων αναπτύχθηκε ένας νέος αλγόριθμος. Τα τρισδιάστατα μοντέλα μαστού που προκύπτουν από τον αλγόριθμο συμπίεσης χρησιμοποιούνται ως είσοδος στον προσομοιωτή ακτινοβόλησης του μαστού και προκύπτουν οι εικόνες της μαστογραφίας. Εικόνες μαστογραφίας από διάφορα μοντέλα ασυμπίεστου και συμπιεσμένου μαστού δημιουργήθηκαν ακολουθώντας την παραπάνω διαδικασία και στη συνέχεια πραγματοποιήθηκε σύγκριση αυτών των εικόνων. Από μια πρώτη οπτική αξιολόγηση προκύπτει ότι η ευκρίνεια των δομών του μαστού είναι βελτιωμένη στις εικόνες που αντιστοιχούν στα μοντέλα συμπιεσμένου μαστού. Η ποσοτική αξιολόγηση η οποία στηρίζεται στον υπολογισμό του CNR (contrast to noise ratio) επιβεβαίωσε την παραπάνω διαπίστωση.

Η προσομοίωση της συμπίεσης του μαστού κατά την διάρκεια της μαστογραφίας πραγματοποιείται σήμερα με την μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων (FEM), η οποία επιβάλει την χρήση ενός μικρού αριθμού κόμβων, λόγω της μεγάλης υπολογιστικής ισχύς που απαιτεί, οδηγώντας σε χαμηλή ανάλυση της εικόνας του συμπιεσμένου μαστού. Επιπρόσθετα, η ανάγκη για την δημιουργία ενός πλέγματος του υπο συμπίεση όγκου, αποτελεί μία πολύπλοκη και μονότονη διαδικασία που δεν έχει αυτοματοποιηθεί πλήρως μέχρι σήμερα. Στη εργασία αυτή έχει αναπτυχθεί μια νέα μέθοδος για την προσομοίωση της συμπίεσης κατά την διάρκεια της μαστογραφίας, η οποία μπορεί να συμπιέσει ένα εικονικό ομοίωμα μαστού (Breast Phantom) υψηλής ανάλυσης με οποιαδήποτε γεωμετρική δομή και σύνθεση. Κύριος στόχος δεν αποτέλεσε η ακριβής μοντελοποίηση της δομής και συμπεριφοράς των ανθρώπινων ιστών, αλλά η απόκτηση ρεαλιστικών αποτελεσμάτων συμπίεσης μαστού με στόχο μια ακριβέστερη προσομοίωση μαστογραφίας. Η μέθοδος που αναπτύχθηκε βασίζεται σε ένα μοντέλο γραμμικών ελατηρίων και χρησιμοποιεί μια επαναληπτική τυχαία διαδικασία για την επίτευξη της ισορροπίας όλων των διακεκριμένων σημείων του όγκου(κόμβων). Τα στοιχεία του μοντέλου απαρτίζονται από 27 κόμβους, έχοντας 1 κόμβο ως κεντρικό και 26 ως γείτονες. Επιπλέον τα γειτονικά στοιχεία μοιράζονται κοινούς κόμβους και συνεπώς αλληλεπικαλύπτονται. Το πολύ σπουδαίο ζήτημα της διατήρησης του όγκου, επιλύθηκε με την χρήση ελατηρίων μεταβλητού μήκους ισορροπίας τα οποία ανάλογα με την εφαρμοσμένη συμπίεση σε κάθε στοιχείο συστέλλονται ή διαστέλλονται με στόχο την διατήρηση του όγκου κάθε στοιχείου. Τέλος δεν απαιτείται η δημιουργία ενός πλέγματος στον χώρο διότι το μοντέλο βασίζεται στα διακεκριμένα σημεία του breast phantom (voxel-based). Η εφαρμογή αυτής της μεθόδου έκανε εφικτό τον υπολογισμό των νέων θέσεων ισορροπίας 500.000 κόμβων ενός Breast Phantom που δέχθηκε 50% συμπίεση και περιείχε λιπώδη ιστό, δομές αδένων και ανωμαλίες (ασβεστώματα), με μέση απόκλιση μικρότερη από 0.1 χιλιοστά. Η αντιστρεψιμότητα του αλγόριθμου καθώς και η ακρίβεια του εκτιμητή απόκλισης επιβεβαιώθηκαν με την βοήθεια μια «αντίστροφης προσομοίωσης» κατά την διάρκεια της οποίας ένας συμπιεσμένος μαστός αποσυμπιέστηκε πλήρως για να επιστρέψει στην αρχική ασυμπίεστη μορφή του. Η διαδικασία τόσο για την συμπίεση όσο και για την αποσυμπίεση διήρκεσε περίπου 12 ώρες η κάθε μία, σε ένα σύστημα WinXp PC 2.4 GHz. Ο κώδικας του αλγόριθμου είναι γραμμένος σε γλώσσα Java. Τα αποτελέσματα αποδεικνύουν ότι είναι εφικτό να προσομοιωθεί η συμπίεση ενός Breast phantom ανάλυσης 512x512x512 ,απεριόριστου αριθμού ιστών και γεωμετρικών δομών, που μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε υψηλής ανάλυσης προσομοίωση μαστογραφίας. / Breast compression during Mammography is currently being simulated using FEM analysis, which due to its computational greed, forces the use of a relatively small number of nodes leading to a low resolution image of the compressed breast. Moreover the mesh generation of the volume under compression is a tedious and complex task which demands user interaction. In the current work a novel method for simulating compression during mammography which uses a high resolution 3D Breast Phantom with any geometrical structure and contents has been developed. This work was not focused on producing a precise model of the structure and behavior of human tissues, but on achieving realistic results of breast compression during mammography, and therefore contributing to a more accurate mammography simulation. This method is based on a linear spring model and uses a repetitive random process to reach the equilibrium position for all the discrete points in the volume (nodes). The elements of the model consist of 27 nodes each, 1 center node and 26 neighbor nodes. Moreover neighbor elements share common nodes, and therefore overlap each other. The very critical issue of volume preservation was resolved by the introduction of variable equilibrium length springs which, depending on the compression applied on each element, expand or contract in order for the volume of each element to be preserved. Finally, user interaction is minimized by dismissing the tedious and time consuming need for a mesh generation and using a fully automated voxel based model instead. Applying this method it was made possible to compute the new position of each of the 500.000 nodes of a Breast Phantom subjected to 50% compression, which was composed of fatty tissue, gland and various abnormalities, with an average deviation less than 0.1 mm. The reversibility of the algorithm as well as the validity of the deviation estimator were verified by the means of a “reverse simulation” during which the compressed breast phantom was perfectly decompressed to its initial uncompressed state. The entire process both for compression and decompression took approximately 12 hours each on a WinXp PC 2.4 GHz. The source code is written in Java language. The results show that it is possible to obtain a 512x512x512 compressed 3D Breast Phantom with unlimited number of different tissues and structures which can be used in high resolution mammography simulation.