<p>Numerous studies have shown that the combination of radiation therapy and hyperthermia, when delivered at moderate temperatures (40°-45°C) for sustained times (30-90 minutes), can help to provide palliative relief and augment tumor response, local control, and survival. However, the dependence of treatment success on achieved temperature highlights the need for accurate thermal dosimetry, so that the prescribed thermal dose can be delivered to the tumor. This can be achieved noninvasively with MR thermometry. However, there are many challenges to performing MR thermometry in the breast, where hyperthermia of locally advanced breast cancer can provide a benefit. These include magnetic field system drift, fatty tissue, and breathing motion.</p> <p>The purpose of this research was to develop a system for the hyperthermia treatment of LABC while performing MR thermometry. A hardware system was developed for performing the hyperthermia treatment within the MR bore. Methods were developed to correct for magnetic field system drift and to correct for breath hold artifacts in MR thermometry of the tumor using measurement of field changes in fat references. Lastly, techniques were developed for measuring temperature in the fatty tissue using multi-echo fat water separation methods, reducing the error of performing MR thermometry in such tissues. All of these methods were characterized with phantom and in vivo experiments in a 1.5T MR system. </p> <p>The results of this research can provide the means for successful hyperthermia treatment of LABC with MR thermometry. With this thermometry, accurate thermal doses can be obtained, potentially providing improved outcomes. However, these results are not only applicable in the breast, but can also be used for improved MR thermometry in other areas of the body, such as the extremities or abdomen.</p> / Dissertation

Diffraction Enhanced Imaging (DEI) is an X-ray imaging technique providing specific information about the molecular structure of a tissue by means of coherently scattered photons. A Controlled Drift Detector (CDD) is a novel 2D silicon imager developed to be used in X-ray imaging techniques. In this work a final (complete and detailed) analysis of DEI data taken with the CDD in the ELETTRA synchrotron light source facility in Trieste (Italy) in 2005, is presented and the applicability of both this new technique and the novel detector are discussed.

<p>It is essential that breast cancer be detected at its earliest stages for better prognosis. Advanced imaging techniques and systems are constantly under development and study to improve the screening and detection of breast cancer. Like every technological advancement in medical care, these techniques and systems need to be tested and verified before their clinical translation. What are currently considered the gold standard for justification of clinical translation are randomized clinical trials. Clinical trials are time-consuming, costly, and expose the population to extra irradiation in the case of x-ray imaging. Given the recent advances in computation and modeling, virtual clinical trials can be carefully designed and carried out to inform, orient, or potentially replace clinical trials given adequate validation and credibility. This dissertation elaborates on the design, implementation, and performance analysis of virtual clinical trials, which is made possible through the employment and advancement of sophisticated tools and models.</p> / Dissertation

Este trabalho foi motivado por um estudo maio, proposto pela Agência Internacional de Energia Atômica (IAEA). O objetivo do trabalho foi estimar o kerma incidente (Ki) e a dose glandular média (Dg) em pacientes submetidas a mamografias nas projeções crânio-caudal (CC) e médio-lateral-oblíqua (MLO), nos sistemas de aquisição de imagens analógico e digital CR. A estimativa foi realizada através de cálculos matemáticos, tendo como base estudos computacionais utilizando simulações de Monte Carlo. Este estudo fez parte de um estudo maior em mamografia, coordenado pela IAEA, cujos dados fizeram parte da representação dos dados brasileiros no estudo da América Latina. Foram escolhidas mamografias cuja mama exposta tinha aproximadamente 50% de glandularidade e 50% de adiposidade. Dados da técnica radiográfica utilizada nos exames, assim como a espessura da mama comprimida, foram registrados em planilhas especificas e o cálculo foi realizado com base em testes de rendimento do tubo de raios X dos mamógrafos. Além disso, as mamografias acompanhadas foram analisadas quanto a critérios de qualidade da imagem. Foram acompanhadas 100 exposições, sendo 50 analógicas e d 50 digitais. Os resultados mostraram que as imagens foram predominantemente aceitas quanto aos critérios de qualidade da imagem estabelecidos pala IAEA, com melhores resultados do sistema digital. Os valores de Ki e Dg encontrados para o objeto simulador estavam de acordo com o recomendado, mas os calculados para as pacientes estavam mais altos, principalmente o Ki. O sistema digital obteve doses mais baixas e melhor qualidade de imagem. Os resultados sugerem que os exames devem ser realizados com o devido cuidado, de maneira a oferecer qualidade de imagem para o diagnóstico em doses tão baixas quanto razoavelmente exeqüíveis. O treinamento contínuo dos profissionais da mamografia deve ser realizado de maneira e oferecer exames adequados ao diagnóstico, protegendo os pacientes e mantendo a qualidade do serviço a todos. / This work has been motivated by a larger study, proposed by the International Atomic Energy Agency (IAEA). The aim of this work was to estimate the incident kerma (Ki) and mean glandular dose (Dg) in patients who underwent mammograms in craniocaudal projections (CC) and mediolateral-ablique (MLO), at analog and digital systems. The estimation was performed using mathematical calculations based on computational studies using Monte Carlo simulations. This study was part of a larger study in mammography, coordinated by the IAEA, whose data were included in the representation of Brazilian data in the study of Latin America. Mammograms with 50% of glandular tissue and 50% of fat were selected. Data from the radiographic technique used in the examinations, as well as the compressed breast thickness were recorded in spreadsheets and specific calculation was made based on output tests of the X-ray tube for mammography. In addition, the mammograms were analysed with the criteria of image quality. The amount of examinations was 100 mammograms, 50 analog and 50 digital. The results showed that the images were largely accepted as the criteria for image quality established by the IAEA, with better results from digital system. The values of Ki and Dg for the phantom were according to the recommended, but those calculate for the patients were higher, especially the Ki. Digital system produced lower dosis and better results on image quality. The results suggests that the examinations must be conducted with due care in order to offer image quality in dosis as low as reasonably achievable. The permanent training of mammographers should be conducted in a manner to provide exams with quality, protecting the patient and maintaining the quality of service to all patients treated.

In the framework of this thesis, a simulation model, based on Monte Carlo techniques, was developed for the study of breast imaging using Synchrotron Radiation (SR). The basic core of the model was developed in previous dissertations of our Department for conventional mammography. The existing model was expanded to include SR physical and geometrical characteristics and test the potential of SR for further optimization in breast imaging. The SR model was validated against experimental data from SYRMEP beamline of the Elettra Synchrotron Light Facility. The alterations of the new model comparing to the one for conventional mammography mostly concerned the geometry used (source-to-slit distance 22m), the narrow gaussian almost monoenergetic beam, and the scanning of the region of interest by a uniform movement of the phantom and the detector. Besides the generation of an image, the model was enriched with dose parameters (incident air kerma, backscatter radiation, entrance surface air kerma-Ke), in order to evaluate SR for both image quality and dose. The validation showed excellent results for 16-28 keV, for both image quality (subject contrast-SC) and dose (incident air kerma and corresponding number of photons) indices. In the case of SC, Pearson's correlation R was calculated 0.996, while in the case of dose validation, R was equal to 1. Regarding the backscatter, the validation was based on published data and the deviation did not exceed 2% for 20 keV. The performance of SR was then evaluated with mathematical phantoms designed to simulate difficult imaging tasks; the first experiment concerned a 4cm-thick phantom made of adipose tissue with embedded spheres of PMMA, glandular tissue and water of increasing diameter; the second one concerned a step wedge of 0-75% glandularity in a 5cm-thick background of adipose tissue and small calcifications in each step. The first experiment was used to compare SR energies (16-25 keV) to conventional mammographic spectra (Mo/Mo, Mo/Rh, Rh/Rh, W/Mo, W/Rh, W/Nb and W/Pd at 28 kVp) in terms of SC and CNR (Contrast-to-Noise Ratio). The results demonstrate that there is an energy range where CNR maximized (18-21 keV). The image quality indices are highly affected by the size and composition of the lesion, with PMMA showing a slightly degraded CNR compared to the same size glandular tissue inhomogeneity. SR energies between 18-21 keV demonstrate improved imaging performance compared to conventional spectra. For the second experiment, a Figure of Merit (FOM=CNR^2/Ke), was used as an index of the overall perfomance. The energy on the detector was kept constant at 7μGy for SR energies 19-25 keV (for 20 keV, the corresponding Ke was 1.5mGy). The results showed that the best performance (highest FOM), is observed in higher energies. However, taking into consideration the contrast-detail visibility, the best performance was observed at 21-22 keV. Synchrotron Radiation seems promising for breast imaging, since it shows better performance in cases where conventional mammography faces limitations. However, further exhaustive performance studies, in terms of resolution and dose, are necessary in order to consider it as a reliable alternative for mammographic applications. / Στα πλαίσια της διατριβής αυτής, αναπτύχθηκε ένα μοντέλο προσομοίωσης με βάση τις τεχνικές Monte Carlo για την υπολογιστική μελέτη της εφαρμογής της Ακτινοβολίας Συγχρότρου (ΑΣ) στην απεικόνιση μαστού. Μια βάση για το σχεδιασμό του μοντέλου είχε διαμορφωθεί στο Εργαστήριο Ιατρικής Φυσικής για κλασική μαστογραφία. Το νέο μοντέλο σχεδιάστηκε και πιστοποιήθηκε ως προς την ακρίβεια των αποτελεσμάτων του, με βάση πειραματικές μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν με τη δέσμη SYRMEP του Elettra Synchrotron Light Facility στην Τεργέστη. Οι διαφορές του μοντέλου για ΑΣ σε σχέση με το προηγούμενο που είχε αναπτυχθεί για κλασική μαστογραφία παρατηρήθηκαν κυρίως στη διάταξη (απόσταση πηγής-σχισμής 22m), στη στενή gaussian μορφή της σχεδόν μονοενεργειακής δέσμης, αλλά και στην σάρωση της περιοχής ενδιαφέροντος από τη δέσμη, που πραγματοποιείται στην πράξη με την ομοιόμορφη κίνηση του συστήματος ομοίωμα-ανιχνευτής. Εκτός από τη δημιουργία εικόνας, στο μοντέλο προστέθηκαν και παράμετροι για τον υπολογισμό δοσιμετρικών στοιχείων (προσπίπτον kerma στην επιφάνεια του ομοιώματος, οπισθοσκεδαζόμενη ακτινοβολία, kerma εισόδου στην επιφάνεια του μαστού-Ke), για τη συνολική εκτίμηση της απόδοσης της ΑΣ στην απεικόνιση μαστού. Η πιστοποίηση του μοντέλου ως προς την ακρίβεια των παραγόμενων αποτελεσμάτων είχε εξαιρετικά αποτελέσματα, τόσο για την ποιότητα εικόνας (αντίθεση υποκειμένου-subject contrast), όσο και για τη δόση (προσπίπτον kerma και αντίστοιχος αριθμός φωτονίων). Ο συντελεστής συσχέτισης του Pearson, R, μεταξύ των δεικτών ποιότητας πειραματικής και προσομοιωμένης εικόνας, βρέθηκε 0.996, ενώ στην περίπτωση της επαλήθευσης της δόσης, ο συντελεστής R άγγιξε το 1. Για την οπισθοσκεδαζόμενη ακτινοβολία, η επαλήθευση πραγματοποιήθηκε με βάση βιβλιογραφικά στοιχεία και τα αποτελέσματα έδωσαν απόκλιση μικρότερη του 2% για 20 keV. Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκαν πειράματα προσομοίωσης για την αξιολόγηση της ΑΣ με χρήση μαθηματικών ομοιωμάτων; στο πρώτο πείραμα σχεδιάστηκε ομοίωμα πάχους 4cm από λιπώδη ιστό με σφαιρικές ανομοιογένειες τριών διαφορετικών διαμέτρων και τριών διαφορετικών πυκνοτήτων (PMMA, αδενώδης ιστός και νερό); το δεύτερο πείραμα αφορά σε ομοίωμα αδενώδους ιστού αυξανόμενου πάχους (step wedge) 0-75% glandularity μέσα σε λιπώδη ιστό πάχους 5cm και με ενσωματωμένες αποτιτάνωσεις σε κάθε βήμα. Στο πρώτο πείραμα, συγκρίθηκαν ενέργειες ΑΣ (16-25 keV) με τα συνήθη μαστογραφικά φάσματα (Mo/Mo, Mo/Rh, Rh/Rh, W/Mo, W/Rh, W/Nb and W/Pd) στα 28 kVp ως προς το Subject Contrast (SC) και το Contrast-to-Noise Ratio (CNR). Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι υπάρχει ένα εύρος ενεργειών (18-21 keV) όπου το CNR γίνεται βέλτιστο. Οι δείκτες ποιότητας εικόνας εξαρτώνται σημαντικά από το μέγεθος και τη σύνθεση της ανομοιογένειας με το PMMA να εμφανίζει ελαφρώς υποβαθμισμένο CNR σε σχέση με το αντίστοιχο μέγεθος ανομοιογένειας από αδενώδη ιστό. Οι ενέργειες ΑΣ στο εύρος 18-21 keV παρουσίασαν καλύτερη απόδοση από τα συμβατικά φάσματα. Για το δεύτερο πείραμα, χρησιμοποιήθηκε ένας δείκτης συνολικής απόδοσης (Figure of Merit - FOM=CNR^2/Ke). Για εύρος ενεργειών 19-25 keV, διατηρήθηκε σταθερή η ενέργεια στον ανιχνευτή (7 μGy), που αντιστοιχεί σε Ke=1.5mGy για 20 keV. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι την καλύτερη απόδοση (υψηλότερο FOM) παρουσίασαν οι υψηλότερες ενέργειες ΑΣ. Λαμβάνοντας όμως υπόψη και την ανιχνευσιμότητα των αποτιτανώσεων, η καλύτερη απόδοση παρατηρήθηκε στα 21-22 keV. Η Ακτινοβολία Συγχρότρου φαίνεται εξαιρετικά υποσχόμενη στην απεικόνιση μαστού, καθώς έχει καλύτερη απόδοση σε περιπτώσεις όπου η συμβατική μαστογραφία παρουσιάζει περιορισμούς. Εντούτοις, πρέπει να υποβληθεί σε περισσότερες μελέτες απόδοσης, ώστε να θεωρηθεί ως αξιόπιστη εναλλακτική για τις μαστογραφικές εφαρμογές.

Breast cancer is the prime factor of women mortality in the developed countries. During the recent years however, many techniques in breast imaging have been developed and applied, with X-ray mammography been perhaps the most widely used of cancer diagnostic tests. Nevertheless, X-ray mammography although still remains the frontline diagnostic technique in the fight against breast cancer and has been a contributing factor in the steady decline in deaths from breast cancer, it has certain drawbacks which range from false-positive results to missed lesions and the risk of carcinogenesis. Mammography, whether conventional or digital, has been thoroughly documented as missing between 25% and 40% of breast cancers, with a higher miss rate among women with dense breasts, which constitute 40% of the female population. Because the mammogram is a projected image of superimposed breast structures, it is generally more difficult to detect cancer in a breast with a dense (i.e. lighter in appearance on a mammogram) pattern. As a result, mammography appears low sensitivity (ranging from 24.5% to 37%), especially in women with dense breasts. This is due to the fact that it only images anatomic detail and provides no functional information which is essential for early and accurate diagnosis of breast cancer and can be expected to significantly reduce the number of unnecessary biopsies. The special properties of light could help optical imaging "see" what other diagnostic methods, including conventional x-ray mammography, may miss. One of the newest techniques on the scene is CT laser mammography (CTLM), a computed tomographic laser light-based scanner for the breast, which is able to detect greater blood flow that is a sign of cancer, with a radiation free energy source. The Computed Tomography Laser Mammography (CTLM®) system uses laser to image the breast in a non-invasive procedure. Unlike x-ray mammography, CTLM images blood hemoglobin and the process of neoangiogenesis or new vessel formation which is often associated with breast cancer. The CTLM functions somewhat like a conventional CT scanner in that an energy source, a near-infrared (NIR) laser, scans the breast; a computer reconstructs cross-sectional images based on measured optical data. The measured optical values are directly related to the optical effective transport coefficient of the breast tissue. Like CT, the images may be viewed as single slices or as 3D volumes. The Computed Tomography Laser Mammography method is a rather new breast imaging technique, yet studies from diagnostic centers all over the world present it as a promising tool in the imaging of the breast either alone or as an adjunctive to conventional mammography. When applying laser light to biological tissue, the occurrence of a variety of interaction mechanisms is multiple. This diversity is due to specific tissue characteristics as well as laser parameters. Laser radiations induce biological damage in tissues via photochemical, photothermal, and photomechanical interactions. During the CTLM technique of the NIR laser irradiation of the breast tissue, thermal effects take place, which were studied in this thesis with the aid of a Monte Carlo simulation code, the MCSLTT (Monte Carlo Simulation of Light Transport in Tissue) code. With the assistance of the MCSLTT code the simulation of the photon propagation inside the breast tissue and the skin was performed and graphics (appearing the temperature rise (°C) as a function of the depth that the laser light penetrates inside the tissue) and results that concerned the parameters under investigation (the total heat, the maximum photon depth when using different input powers and different medium thicknesses) were extracted. The combination of those results, led to the extraction of useful information and to the quantification of the thermal effects induced on skin and breast tissue and to the quantification of the influence of several parameters on breast’s temperature, when being irradiated with laser beams. Photochemical interactions, photoablation, plasma-induced ablation and photodisruption could as well be examined with the development of a new Monte Carlo simulation code, giving interesting results about the interaction mechanisms observed during the CTLM’ s laser beam irradiation of the breast tissue as an aspect of future work. / Ο καρκίνος του μαστού αποτελεί τον πρωταρχικό παράγοντα θνησιμότητας των γυναικών στις ανεπτυγμένες χώρες. Κατά την διάρκεια των τελευταίων χρόνων, εντούτοις, αρκετές τεχνικές στην απεικόνιση του μαστού έχουν αναπτυχθεί και εφαρμοστεί, με την μαστογραφία ακτινών Χ να αποτελεί ίσως την πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη από τις διαγνωστικές μεθόδους καρκίνου. Παρόλο που η μαστογραφία ακτινών Χ ακόμη παραμένει η κύρια διαγνωστική τεχνική στην μάχη κατά του καρκίνου του μαστού και αποτελεί έναν συνεισφέρων παράγοντα στην σταδιακή μείωση των θανάτων από καρκίνο του μαστού, παρουσιάζει συγκεκριμένα μειονεκτήματα τα οποία ποικίλλουν από ψευδή-θετικά αποτελέσματα έως χαμένες αλλοιώσεις καθώς και το ρίσκο της καρκινογένεσης. Έχει εκτενώς τεκμηριωθεί ότι η μαστογραφία, συμβατική ή ψηφιακή, “χάνει” το 25% - 40% των καρκίνων του μαστού, με το ποσοστό να αυξάνει μεταξύ γυναικών με πυκνούς μαστούς οι οποίες και αποτελούν το 40% του γυναικείου πληθυσμού. Εφόσον η μαστογραφία αποτελεί μια προβολική απεικόνιση υπερτιθέμενων δομών μαστού είναι γενικότερα δυσκολότερο να ανιχνευτεί καρκίνος σε έναν μαστό με πυκνή μορφή. Σαν αποτέλεσμα η μαστογραφία παρουσιάζει χαμηλή ευαισθησία (κυμαίνεται από 24.5% έως 37%) ειδικά σε γυναίκες με πυκνούς μαστούς. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι απεικονίζει μόνο ανατομική λεπτομέρεια και δεν παρέχει λειτουργική πληροφορία που είναι απαραίτητη για την πρώιμη και ακριβή διάγνωση του καρκίνου του μαστού και αναμένεται να μειώσει σημαντικά τον αριθμό των μη απαραίτητων βιοψιών. Οι ειδικές ιδιότητες του φωτός μπορούν να βοηθήσουν την οπτική απεικόνιση να “δει” αυτά που οι άλλες διαγνωστικές μέθοδοι, συμπεριλαμβανομένης και της συμβατικής μαστογραφίας ακτινών Χ, μπορεί να χάσουν. Μία από τις νεότερες τεχνικές στο προσκήνιο, είναι η μαστογραφία laser με μεθόδους υπολογιστικής τομογραφίας (CTLM), ένας υπολογιστικός, τομογραφικός, βασιζόμενος σε ακτινοβολία laser ανιχνευτής για τον μαστό, που μπορεί να ανιχνεύει μεγαλύτερη ροή αίματος (η οποία αποτελεί ένδειξη καρκίνου), χρησιμοποιώντας μία μη ιοντίζουσα πηγή ενέργειας. Το σύστημα CTLM χρησιμοποιεί laser για να απεικονίσει τον μαστό σε μία μη διηθητική διαδικασία. Αντίθετα με την μαστογραφία ακτινών Χ, το σύστημα CTLM απεικονίζει την αιμογλοβίνη του αίματος και την διαδικασία της νέο-αγγειογέννεσης ή του σχηματισμού νέων αγγείων που συχνά σχετίζεται με τον καρκίνο του μαστού. Το CTLM λειτουργεί σαν ένας συμβατικός ανιχνευτής υπολογιστικής τομογραφίας εφόσον η πηγή ενέργειας, ένα laser που εκπέμπει στο εγγύς υπέρυθρο ανιχνεύει τον μαστό και ένας υπολογιστής αναδομεί εικόνες από εγκάρσιες τομές που βασίζονται σε μετρήσιμα οπτικά δεδομένα. Οι μετρήσιμες οπτικές τιμές σχετίζονται απευθείας με τον οπτικό δραστικό συντελεστή μεταφοράς του μαστού. Όπως στην υπολογιστική τομογραφία, οι εικόνες μπορούν να απεικονιστούν σαν ατομικές τομές ή ως τρισδιάστατοι όγκοι. Η μαστογραφία laser με μεθόδους υπολογιστικής τομογραφίας (CTLM) είναι μια σχετικά νέα τεχνική απεικόνισης του μαστού, παρόλα αυτά μελέτες διαγνωστικών κέντρων από όλο τον κόσμο την παρουσιάζουν ως μία πολλά υποσχόμενη μέθοδο στην απεικόνιση του μαστού είτε μόνη της είτε βοηθητικά στην συμβατική μαστογραφία. Κατά την εφαρμογή ακτινοβολίας η μαστογραφία laser με μεθόδους υπολογιστικής τομογραφίας laser σε βιολογικό ιστό, η εμφάνιση διαφόρων μηχανισμών αλληλεπίδρασης είναι πολλαπλή. Η ποικιλία αυτή οφείλεται στα ειδικά χαρακτηριστικά του ιστού καθώς και στις παραμέτρους του laser. Η ακτινοβολία laser προκαλεί βιολογική καταστροφή σε ιστούς μέσω φωτοχημικών, φωτοθερμικών και φωτομηχανικών αλληλεπιδράσεων. Κατά την διάρκεια της NIR laser ακτινοβολίας του μαστού της τεχνικής CTLM, θερμικά φαινόμενα λαμβάνουν χώρα, τα οποία μελετήθηκαν σε αυτή την διπλωματική εργασία με την βοήθεια ενός Monte Carlo κώδικα προσομοίωσης, του κώδικα MCSLTT (Monte Carlo Simulation of Light Transport in Tissue). Με την βοήθεια του συγκεκριμένου κώδικα πραγματοποιήθηκε η προσομοίωση της διάδοσης των φωτονίων εντός του ιστού και του δέρματος του μαστού και ελήφθησαν γραφικές που παρουσίαζαν την αύξηση της θερμοκρασίας (°C) ως συνάρτηση του βάθους που η ακτινοβολία laser φτάνει εντός του ιστού και αποτελέσματα που αφορούσαν τις παραμέτρους υπό διερεύνηση (συνολική θερμότητα, μέγιστο βάθος φωτονίων με χρήση διαφορετικών ισχύων εισόδου και διαφορετικών παχών μέσου). Ο συνδυασμός αυτών των αποτελεσμάτων οδήγηση σε χρήσιμες πληροφορίες και στην ποσοτικοποίηση των θερμικών φαινομένων στο δέρμα και στον ιστό του μαστού καθώς και στην ποσοτικοποίηση της επίδρασης αρκετών παραμέτρων στην θερμοκρασία του μαστού όταν αυτός ακτινοβολείται από δέσμες laser. Οι φωτοχημικές αλληλεπιδράσεις, η φωτοαποκόλληση, η αποκόλληση επαγόμενη από πλάσμα και η φωτοδιάσπαση θα μπορούσαν να μελετηθούν σε μία μελλοντική εργασία με την ανάπτυξη ενός νέου Monte Carlo κώδικα προσομοίωσης, οδηγώντας στην εξαγωγή συμπερασμάτων σχετικά με τους μηχανισμούς αλληλεπίδρασης κατά την διάρκεια της CTLM μεθόδου ακτινοβόλησης του μαστού.

An 53 Hündinnen aus dem Patientengut der Klinik für Kleintiere der Universität Leipzig, die mit Umfangsvermehrungen der Mamma vorgestellt und anschließend in der Klinik für Kleintiere operiert wurden, wurde präoperativ eine sonographische Untersuchung der Mamma durchgeführt. Darüber hinaus wurden die Mammarkomplexe von acht tragenden und einer laktierenden Hündin mit dieser Technik untersucht. Ziel war es, Kriterien zur Einschätzung der Dignität der Tumoren mit Hilfe dieser nichtinvasiven Methode zu erarbeiten. Es sollten die Fragen geklärt werden, ob mit Hilfe der hochauflösenden Sonographie eine Aussage über Gut- oder Bösartigkeit eines Herdes möglich ist und ob dabei dieselben Kriterien entscheidend sind, die in der Humanmedizin eine zuverlässige Differenzierung erlauben. Außerdem sollte überprüft werden, welchen Beitrag die farbkodierte Duplexsonographie oder Resistance- und Pulsatilitätsindex zur Charakterisierung von Mammatumoren der Hündin leisten. Die Gesamtzahl der in die Studie eingehenden Komplexe beträgt 114. Die sonographischen Untersuchungen erfolgten mit einem 14 MHz Matrix-Linearschallkopf. Bei 70 der 114 untersuchten Lokalisationen erfolgte zusätzlich zur B-Mode-Untersuchung eine Untersuchung mit der farbkodierten Duplexsonographie. Konnten mit Hilfe dieser Methode Gefäße in der Umfangsvermehrung nachgewiesen werden, wurde in 47 von 70 Fäl-len zusätzlich der PW-Doppler eingesetzt, um Flussspektren aus den dargestellten Gefäßen abzuleiten. Aus diesen wurden Resistance-Index und Pulsatilitätsindex bestimmt. Bei der retrospektiven Auswertung der Grauwertbilder aus der B-Mode-Untersuchung wurde für jeden Komplex die Ausprägung von 12 Parametern beurteilt. Die Bilder aus der farbkodierten Duplexsonographie lieferten zusätzlich Informationen zu Gefäßzahl, Gefäßdurchmesser und Gefäßverteilung innerhalb eines Tumors. Die Exstirpate wurden pathohistologisch untersucht. Die aus der Gewebetypisierung entsprechend der WHO-Klassifikation resultierenden Gruppen sind so klein, dass nur eine deskriptive statistische Auswertung möglich war. Es erfolgte die Zusammenfassung unterschiedlicher Gewebetypen zu den Gruppen der „malignen“ bzw. „benignen“ Tumoren. Für Malignität sprechen eine unregelmäßige Randkontur (32 von 61 malignen, 4 von 48 benignen Lokalisationen), eine Schallverstärkung (36/61 malignen, 9/48 benignen Lokalisationen) oder –auslöschung (8/61 malignen, 0 /48 benignen Lokalisationen) hinter dem Tumor, Verkalkungen (20/61 malignen, 6/48 benignen Lokalisationen) sowie ein unregelmäßiger Durchmesser der Tumorgefäße (25/61 malignen, 12/48 benignen Lokalisationen). Meist gutartig sind Umfangsvermehrungen der Mamma, denen sonographisch eine klare Abgrenzung zum umgebenden Gewebe fehlt (15/61 malignen, 36/48 benignen Lokalisationen). Außerdem solche mit indifferentem retroläsionalem Schallverhalten (17/61 malignen, 39/48 benignen Lokalisationen). Kombiniert man mehrere der Parameter miteinander, ist die resultierende Teilmenge der betreffenden Läsionen kleiner, die Aussagekraft höher. Für Bösartigkeit spricht beispielsweise eine Kombination von Verkalkung und unregelmäßiger Randkontur (13 von 61 malignen, 1 von 48 benignen Lokalisationen), Verkalkung und echodichtem Randsaum („deutlich“ oder „fraglich“; 9/61 malignen, 0/48 benignen Lokalisationen) sowie mittlerer Echodichte und retroläsionaler Schallverstärkung (21/61 malignen, 6/48 benignen Lokalisationen). Für Gutartigkeit sprechen mittlere Echodichte des Tumorzentrums in Kombination mit indifferentem Schallverhalten (13/61 malignen, 33/48 benignen Lokalisationen) sowie regelmäßiger Gefäßdurchmesser bei diffuser Gefäßverteilung (3/36 malignen, 14/29 benignen Lokalisationen). Es konnte dargestellt werden, dass sich mit Hilfe der hochauflösenden B-Mode-Sonographie Kriterien aufzeigen lassen, die tendenziell für Gut- oder Bösartigkeit eines Mammatumors sprechen. Dabei ist es zweckmäßig, mehrere Parameter in die Beurteilung einfließen zu lassen. Auch die farbkodierte Duplexsonographie kann dabei einen Beitrag leisten. Die Ermittlung von Resistance- und Pulsatilitätsindex hingegen erweist sich als nicht sinnvoll. Ein Parameter, welcher in der Humanmedizin eine entscheidende Rolle zur Unterscheidung bösartiger von gutartigen Tumoren der Mamma spielt ist die Randkontur eines Tumors. Dies ist das einzige Kriterium, das auch bei Mammatumoren der Hündin einen diagnostischen Nutzen aufweist. Anhand einzelner sonographischer Parameter ist es nicht möglich, die Dignität eines Tumors vorherzusagen. Die sonographische Untersuchung kann jedoch in einigen Fällen beim Abschätzen der Prognose helfen. / In 53 bitches that underwent surgery because of tumors of the mammary gland at the Department of small animal medicine of the University of Leipzig we carried out a preoperative ultrasonographic examination of the mammary gland. Furthermore eight pregnant and one lactating bitch were examined the same way. We aimed to find out, whether high-resolution ultrasound helps differentiate benign from malignant tumors. Also we wanted to evaluate criteria established for that purpose in human medicine. Use of colour-coded duplex sonography, resistance index and pulsatility index for this question are reassessed too. The total number of mammary complexes examined for this study is 114. A GE Logiq™ 9 with a 14 MHz linear array transducer was used for all examinations. Seventy of the 114 sites of mammary tissue underwent a colour-coded duplex sonography after the B scan. Blood vessels were detectet in 70 of the tumors. In 47 of these sites the PW-Doppler was used to gain flow patterns to achieve resistance- and pulsatility-index. The images were analysed retrospectively. In B scan images lesions were judged by 12 parameters. Additional information about number, diameter and distribution of vessels within a tumor was taken from the images of colour-coded duplex sonography. The excised complexes were evaluated pathohistologically. Only descriptive statistical analysis was possible because the resulting groups were very small after being sorted according to WHO-classification. Therefore the complexes of mammary glands were subsumpted into two groups – „malignant“ and „benign“ tumours. An irregular contour of the tumor (32 of 61 malignant, 4 of 48 benign tumors), signal enhancement (36/61 malignant, 9/48 benign tumors) or total shadowing (8/61 malignant, 0/48 benign tumors) behind the tumor, calcification (20/61 malignant, 6/48 benign tumors) and irregular vessel diameters (25/61 malignant, 12/48 benign tumors) are signs of malignancy. Tumors that miss a clearly detactable borderline (15/61 malignant, 36/48 benign tumors) and tumors with no signal alteration behind the tumor (17/61 malignant, 39/48 benign tumors) are benign more often. The combination of parameters reduces the number of adequate tumors and rises significance. A tumor showing an irregular contour and calcification (13/61 malignant, 1/48 benign tumors) is more likely to be malignant as well as a tumor of medium echodensity showing signal enhancement (21/61 malignant, 6/48 benign tumors). Tumors of medium echodensity without signal alteration behind the lesion (13/61 malignant, 33/48 benign tumors) and tumors with diffusely distributed vessels of regular diameter (3/36 malignant, 14/29 benign tumors) are more likely to be benign. It could be shown that high-resolution B scan parameters can help differentiate between malignant and benign tumors of the mammary gland, especially if they are used in combination with each other. Parameters from colour-coded duplex sonography can increase predicting value of B scan examinations too but there is no use of analysing resistance index or pulsatility index. One of the criteria established in human medicine ist the contour of a tumor. This parameter is of diagnostic use in mammary tumours of the bitch too. It is not possible to clearly predict the character of a tumor of the mammary gland of a bitch by only a few parameters based on a sonogram but sonographic examination can be helpful for assessing prognosis sometimes.

An 53 Hündinnen aus dem Patientengut der Klinik für Kleintiere der Universität Leipzig, die mit Umfangsvermehrungen der Mamma vorgestellt und anschließend in der Klinik für Kleintiere operiert wurden, wurde präoperativ eine sonographische Untersuchung der Mamma durchgeführt. Darüber hinaus wurden die Mammarkomplexe von acht tragenden und einer laktierenden Hündin mit dieser Technik untersucht. Ziel war es, Kriterien zur Einschätzung der Dignität der Tumoren mit Hilfe dieser nichtinvasiven Methode zu erarbeiten. Es sollten die Fragen geklärt werden, ob mit Hilfe der hochauflösenden Sonographie eine Aussage über Gut- oder Bösartigkeit eines Herdes möglich ist und ob dabei dieselben Kriterien entscheidend sind, die in der Humanmedizin eine zuverlässige Differenzierung erlauben. Außerdem sollte überprüft werden, welchen Beitrag die farbkodierte Duplexsonographie oder Resistance- und Pulsatilitätsindex zur Charakterisierung von Mammatumoren der Hündin leisten. Die Gesamtzahl der in die Studie eingehenden Komplexe beträgt 114. Die sonographischen Untersuchungen erfolgten mit einem 14 MHz Matrix-Linearschallkopf. Bei 70 der 114 untersuchten Lokalisationen erfolgte zusätzlich zur B-Mode-Untersuchung eine Untersuchung mit der farbkodierten Duplexsonographie. Konnten mit Hilfe dieser Methode Gefäße in der Umfangsvermehrung nachgewiesen werden, wurde in 47 von 70 Fäl-len zusätzlich der PW-Doppler eingesetzt, um Flussspektren aus den dargestellten Gefäßen abzuleiten. Aus diesen wurden Resistance-Index und Pulsatilitätsindex bestimmt. Bei der retrospektiven Auswertung der Grauwertbilder aus der B-Mode-Untersuchung wurde für jeden Komplex die Ausprägung von 12 Parametern beurteilt. Die Bilder aus der farbkodierten Duplexsonographie lieferten zusätzlich Informationen zu Gefäßzahl, Gefäßdurchmesser und Gefäßverteilung innerhalb eines Tumors. Die Exstirpate wurden pathohistologisch untersucht. Die aus der Gewebetypisierung entsprechend der WHO-Klassifikation resultierenden Gruppen sind so klein, dass nur eine deskriptive statistische Auswertung möglich war. Es erfolgte die Zusammenfassung unterschiedlicher Gewebetypen zu den Gruppen der „malignen“ bzw. „benignen“ Tumoren. Für Malignität sprechen eine unregelmäßige Randkontur (32 von 61 malignen, 4 von 48 benignen Lokalisationen), eine Schallverstärkung (36/61 malignen, 9/48 benignen Lokalisationen) oder –auslöschung (8/61 malignen, 0 /48 benignen Lokalisationen) hinter dem Tumor, Verkalkungen (20/61 malignen, 6/48 benignen Lokalisationen) sowie ein unregelmäßiger Durchmesser der Tumorgefäße (25/61 malignen, 12/48 benignen Lokalisationen). Meist gutartig sind Umfangsvermehrungen der Mamma, denen sonographisch eine klare Abgrenzung zum umgebenden Gewebe fehlt (15/61 malignen, 36/48 benignen Lokalisationen). Außerdem solche mit indifferentem retroläsionalem Schallverhalten (17/61 malignen, 39/48 benignen Lokalisationen). Kombiniert man mehrere der Parameter miteinander, ist die resultierende Teilmenge der betreffenden Läsionen kleiner, die Aussagekraft höher. Für Bösartigkeit spricht beispielsweise eine Kombination von Verkalkung und unregelmäßiger Randkontur (13 von 61 malignen, 1 von 48 benignen Lokalisationen), Verkalkung und echodichtem Randsaum („deutlich“ oder „fraglich“; 9/61 malignen, 0/48 benignen Lokalisationen) sowie mittlerer Echodichte und retroläsionaler Schallverstärkung (21/61 malignen, 6/48 benignen Lokalisationen). Für Gutartigkeit sprechen mittlere Echodichte des Tumorzentrums in Kombination mit indifferentem Schallverhalten (13/61 malignen, 33/48 benignen Lokalisationen) sowie regelmäßiger Gefäßdurchmesser bei diffuser Gefäßverteilung (3/36 malignen, 14/29 benignen Lokalisationen). Es konnte dargestellt werden, dass sich mit Hilfe der hochauflösenden B-Mode-Sonographie Kriterien aufzeigen lassen, die tendenziell für Gut- oder Bösartigkeit eines Mammatumors sprechen. Dabei ist es zweckmäßig, mehrere Parameter in die Beurteilung einfließen zu lassen. Auch die farbkodierte Duplexsonographie kann dabei einen Beitrag leisten. Die Ermittlung von Resistance- und Pulsatilitätsindex hingegen erweist sich als nicht sinnvoll. Ein Parameter, welcher in der Humanmedizin eine entscheidende Rolle zur Unterscheidung bösartiger von gutartigen Tumoren der Mamma spielt ist die Randkontur eines Tumors. Dies ist das einzige Kriterium, das auch bei Mammatumoren der Hündin einen diagnostischen Nutzen aufweist. Anhand einzelner sonographischer Parameter ist es nicht möglich, die Dignität eines Tumors vorherzusagen. Die sonographische Untersuchung kann jedoch in einigen Fällen beim Abschätzen der Prognose helfen. / In 53 bitches that underwent surgery because of tumors of the mammary gland at the Department of small animal medicine of the University of Leipzig we carried out a preoperative ultrasonographic examination of the mammary gland. Furthermore eight pregnant and one lactating bitch were examined the same way. We aimed to find out, whether high-resolution ultrasound helps differentiate benign from malignant tumors. Also we wanted to evaluate criteria established for that purpose in human medicine. Use of colour-coded duplex sonography, resistance index and pulsatility index for this question are reassessed too. The total number of mammary complexes examined for this study is 114. A GE Logiq™ 9 with a 14 MHz linear array transducer was used for all examinations. Seventy of the 114 sites of mammary tissue underwent a colour-coded duplex sonography after the B scan. Blood vessels were detectet in 70 of the tumors. In 47 of these sites the PW-Doppler was used to gain flow patterns to achieve resistance- and pulsatility-index. The images were analysed retrospectively. In B scan images lesions were judged by 12 parameters. Additional information about number, diameter and distribution of vessels within a tumor was taken from the images of colour-coded duplex sonography. The excised complexes were evaluated pathohistologically. Only descriptive statistical analysis was possible because the resulting groups were very small after being sorted according to WHO-classification. Therefore the complexes of mammary glands were subsumpted into two groups – „malignant“ and „benign“ tumours. An irregular contour of the tumor (32 of 61 malignant, 4 of 48 benign tumors), signal enhancement (36/61 malignant, 9/48 benign tumors) or total shadowing (8/61 malignant, 0/48 benign tumors) behind the tumor, calcification (20/61 malignant, 6/48 benign tumors) and irregular vessel diameters (25/61 malignant, 12/48 benign tumors) are signs of malignancy. Tumors that miss a clearly detactable borderline (15/61 malignant, 36/48 benign tumors) and tumors with no signal alteration behind the tumor (17/61 malignant, 39/48 benign tumors) are benign more often. The combination of parameters reduces the number of adequate tumors and rises significance. A tumor showing an irregular contour and calcification (13/61 malignant, 1/48 benign tumors) is more likely to be malignant as well as a tumor of medium echodensity showing signal enhancement (21/61 malignant, 6/48 benign tumors). Tumors of medium echodensity without signal alteration behind the lesion (13/61 malignant, 33/48 benign tumors) and tumors with diffusely distributed vessels of regular diameter (3/36 malignant, 14/29 benign tumors) are more likely to be benign. It could be shown that high-resolution B scan parameters can help differentiate between malignant and benign tumors of the mammary gland, especially if they are used in combination with each other. Parameters from colour-coded duplex sonography can increase predicting value of B scan examinations too but there is no use of analysing resistance index or pulsatility index. One of the criteria established in human medicine ist the contour of a tumor. This parameter is of diagnostic use in mammary tumours of the bitch too. It is not possible to clearly predict the character of a tumor of the mammary gland of a bitch by only a few parameters based on a sonogram but sonographic examination can be helpful for assessing prognosis sometimes.

No description available.

This thesis presents the research results on the development of a microwave tomography imaging algorithm capable of reconstructing the dielectric properties of the unknown object. Our focus was on the theoretical aspects of the non-linear tomographic image reconstruction problem with particular emphasis on developing efficient numerical and non-linear optimization for solving the inverse scattering problem. A detailed description of a novel microwave tomography method based on frequency dependent finite difference time domain, a numerical method for solving Maxwell's equations and Genetic Algorithm (GA) as a global optimization technique is given. The proposed technique has the ability to deal with the heterogeneous and dispersive object with complex distribution of dielectric properties and to provide a quantitative image of permittivity and conductivity profile of the object. It is shown that the proposed technique is capable of using the multi-frequency, multi-view, and multi-incident planer techniques which provide useful information for the reconstruction of the dielectric properties profile and improve image quality. In addition, we show that when a-priori information about the object under test is known, it can be easily integrated with the inversion process. This provides realistic regularization of the solution and removes or reduces the possibility of non-true solutions. We further introduced application of the GA such as binary-coded GA, real-coded GA, hybrid binary and real coded GA, and neural-network/GA for solving the inverse scattering problem which improved the quality of the images as well as the conversion rate. The implications and possible advantages of each type of optimization are discussed, and synthetic inversion results are presented. The results showed that the proposed algorithm was capable of providing the quantitative images, although more research is still required to improve the image quality. In the proposed technique the computation time for solution convergence varies from a few hours to several days. Therefore, the parallel implementation of the algorithm was carried out to reduce the runtime. The proposed technique was evaluated for application in microwave breast cancer imaging as well as measurement data from university of Manitoba and Institut Frsenel's microwave tomography systems.