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. / -

Ο μαζικός αδένας σχηματίζεται την 6η εμβρυϊκή εβδομάδα ως πάχυνση του εξωδέρματος (μαζική ακρολοφία), ενώ κατά τον 5ο εμβρυϊκό μήνα αναπτύσσονται από τις αρχικές επιθηλιακές καταβολές, συμπαγείς χορδές κυττάρων στο υποκείμενο χόριο. Ο μαστός ως εξωκρινής αδένας φέρει υποδοχείς, μέσω των οποίων υπόκειται σε ορμονικό έλεγχο τόσο κατά τη διάρκεια του έμμηνου κύκλου, όσο και κατά τη διάρκεια της κύησης και της γαλακτοφορίας, η οποία αποτελεί και το σκοπό ύπαρξης του μαστού. Όμως ο μαστός αποτελεί ένα από τα όργανα του ανθρώπινου σώματος το οποίο υφίσταται καρκινική εξαλλαγή, αφού αποτελεί την 1η αιτία θανάτου από καρκίνο μεταξύ των γυναικών. Υπολογίζεται πως ο ετήσιος κίνδυνος για να προσβληθεί μία γυναίκα από καρκίνο του μαστού είναι 1: 37.000 μεταξύ των ηλικιών 30-40, ενώ ο αριθμός αυτός αυξάνει σε 1: 200-235 σε ηλικίες άνω των 70 ετών. Σημαντικοί τρόποι προληπτικού ελέγχου, και αυτοί οι οποίοι θα μελετηθούν, προκειμένου να διαγιγνώσκεται έγκαιρα μια κακοήθης αλλοίωση του μαστού είναι η μαστογραφία, που με τη βοήθεια πάντα του υπερηχογραφήματος και του έγχρωμου Doppler είναι σε θέση να εντοπίζει αλλοιώσεις μεγέθους ακόμα και 2 mm, οι οποίες δεν έχουν δώσει ακόμα κλινική σημειολογία. Όταν η μάζα γίνει ψηλαφητή αυτό σημαίνει ότι θα είναι ήδη μεγέθους 2 cm και θα έχει διηθήσει τους γύρω ιστούς. Το υπερηχογράφημα θα μειώσει τον αριθμό των γυναικών οι οποίες θα χρειαστεί να υποβληθούν σε βιοψία, καθώς δίνει τη δυνατότητα καθορισμού της κυστικής ή συμπαγούς σύστασης της απεικονιζόμενης στη μαστογραφία αλλοίωσης. Σκοπός του screening με τις απεικονιστικές αυτές μεθόδους είναι να μειωθεί ακόμα περισσότερο η θνητότητα και η θνησιμότητα από καρκίνο του μαστού καθώς ιάσιμη νόσος είναι αυτή η οποία δεν έχει δώσει ακόμα κλινική σημειολογία. / The mammary gland is formed during the 6th week of fetal life, as an exoderma thickening, while during the 5th month compact cords are being developed subcutaneously. The mammary gland as an exocrine gland, carries receptors through which is subject to hormonal control. Not only does this occur during menstrual circle, but also during gestation and lactation, which is the purpose of its existence. Statistics show that the mammary gland is among the human organs, which are most susceptible to cancerous transmutation, since breast cancer is the first cause of death from cancer among women. It is estimated that the annual risk a woman runs to be affected by breast cancer is 1: 37.000 between the ages 30-40, while this risk increases to 1: 200-235 to women above 70 years of age. Mammography along with ultrasonography and color Doppler are significant preventive measures, in order to obtain a prompt diagnosis of a malignant breast lesion. They are capable of pinpointing a lesion as small as 2mm, before this can be clinically detected. When it reaches the point of being palpable, it measures more than 2cm and will have already infiltrated the surrounding tissue. Ultrasonography will reduce the number of women who will need to undergo biopsy in order to distinguish the cystic or solid nature of a suspicious lesion detected in a mammogram. The aim of screening mammography along with ultrasonography is to decrease the morbidity of breast cancer, since breast cancer is curable only at the stage when clinical examination cannot detect it.

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.

Cancer is the leading cause of death in Taiwan. Breast cancer has the highest morbidity rate in females. Early detection in Taiwanese women is hampered by their inadequate knowledge of risk factors, their biased perceptions of mammography and by their low intentions to carry out recommended preventative strategies. Although the Internet has become a powerful tool to disseminate health information, health information offered on the web frequently is not theoretically-based or patient-centered. Effken's (2003) Informatics Research Organizing Model (IROM) and the Transtheoretical Model (TTM) (Prochaska & Diclemente, 1982; Rakowski, Dube, & Goldstein, 1996) were used to guide the design and evaluation of a tailored web-based program aimed at improving effective breast cancer detection in Taiwanese women. This study used a pretest-posttest design to examine the impact of a tailored, web-based educational intervention on Taiwanese women's perceptions of and intentions to obtain mammography, as well as their satisfaction with the website. One hundred twenty eight Taiwanese women were randomly assigned to one of two groups: tailored intervention (TI) or standard intervention (SI). The TI group received tailored educational materials (i.e. tailored messages, case studies, personal testimonies, and mammography information). The SI group received an educational brochure developed by the Bureau of Health Promotion, Department of Health (DOH). A Stage of Adoption of Mammography Question (SAMQ) and Decisional Balance of Mammography Inventory (DBMI) were administered before and after the educational intervention. A Website Users Satisfaction (WUS) and Demographics Inventory (DI) were administered after the intervention. All materials and instruments were delivered and assessed via a website. ANCOVAs, Chi-Square tests and t-tests were utilized to test the hypotheses. Results of the study revealed that the TI group differed significantly from the SI group in terms of perceptions of, and intentions to obtain, mammography, as well as in satisfaction with the website. The results of this study contribute to our knowledge of how a health education website can change women's mammography-related perceptions and intentions if theoretically-based and tailored interventions are emphasized.

The main objective of this master’s thesis is to investigate the possibility of applying spatially-filtered continuous-wave acoustic tomography to the detection of breast cancer. A continuous acoustic wave is transmitted through the specimen in this tomographic imaging method. Any scattered waves that do not positively contribute to the projection are filtered out using an aperture. There is evidence to suggest that cancerous lesions in the breast have a higher speed of sound than surrounding tissues. This imaging method produces two tomograms of the specimen simultaneously: one showing the internal speed of sound, and the other showing the internal acoustic attenuation coefficient. There is the possibility for a third imaging modality, acoustic dispersion tomography, to be applied to this imaging method. Two proof-of-concept prototype spatially-filtered continuous-wave acoustic tomography scanners were designed and built: one that uses a collimated beam to interrogate the specimen, and another that uses a confocal beam. A least-squares tomographic reconstruction algorithm was chosen to reconstruct the tomograms this method creates. A prostate phantom and a breast phantom were imaged with the confocal tomographic scanner. The tomograms of the prostate phantom show two 1 cm lesions which are consistent with information from the phantom manufacturer. Further work is required to properly validate the speed of sound and acoustic attenuation measurements this method produces. / Graduate

Diss. (sammanfattning) Stockholm : Karol. inst., 2002. / Härtill 5 uppsatser.

Diss. (sammanfattning) Stockholm : Karol. inst., 2005. / Härtill 5 uppsatser.

O καρκίνος του μαστού είναι μια από τις κυρίες αιτίες θανάτου στις γυναίκες. Καθώς η επιτυχής αντιμετώπιση του συνδέεται με τη φάση της νόσου η έγκαιρη διάγνωση του είναι πολύ σημαντική για τους ασθενείς. Ως τεχνική έγκαιρης διάγνωσης αλλά και πληθυσμιακού έλεγχου χρησιμοποιείται η μαστογραφία με χρήση ακτινών-Χ. Η αποτελεσματικότητα της μαστογραφίας στηρίζεται στην υψηλή ποιότητα απεικόνισης του μαστού αλλά και στο όσο το δυνατόν μικρότερη δόση που εναποτίθεται στον μαστό. Ένα από τα βασικότερα χαρακτηριστικά ποιότητας ενός μαστογραφικου συστήματος που επηρεάζει την ικανότητα απεικόνισης ανομοιογενειών μικρών διαστάσεων (π.χ. αποτιτανώσεων) είναι η χωρική διακριτική ικανότητα. Το κατώτερο αποδεκτό όριο είναι 12 lp/mm για μαστογραφία επαφής. H εστία και ο βαθμός φθοράς της σχετίζεται άμεσα με την χωρική διακριτική ικανότητα και την ποιότητα εικόνας. Σκοπός αυτής της μελέτης ήταν να εξετάσουμε την επίδραση της φθοράς της μαστογραφικής ανόδου, στην χωρική ικανότητα υπό συμβατική και μεγεθυντική γεωμετρία. Μια τέτοια μελέτη δεν ήταν δυνατόν να γίνει πειραματικά σε κλινικές συνθήκες. Για αυτό τον λόγο έγινε χρήση ενός προγράμματος προσομοίωσης σε υπολογιστικό περιβάλλον που στηρίζεται στην τεχνική τυχαίας δειγματοληψίας και στην μέθοδο Monte Carlo (MASTOS Code). Η σημαντική παράμετρος η οποία επιλέχτηκε να εκφράζει τον βαθμό φθοράς της ανόδου είναι η κατανομή της έντασης των φωτονίων της εστίας. Τυπικά υπάρχουν τρεις αντιπροσωπευτικές κατανομές φωτονίων της εστίας, η ομοιόμορφη, η απλή κανονική κατανομή (Gaussian), και η διπλή κανονική ή κανονική κατανομή δύο κορυφών(Double Gaussian). Μια άνοδος χωρίς φθορά αρχικά θεωρήθηκε να έχειμια σχεδόν κανονική κατανομή ένταση φωτονίων και μόλις η καταστροφή αρχίζει η απλή κανονική κατανομή μετατρέπεται σε διπλή κανονική. Αυτή η φθορά της ανόδου οφείλεται κυρίως στην υπερβολική χρήση της και στα υψηλά θερμικά φορτία . Για τη μελέτη της χωρικής διακριτικής ικανότητας χρησιμοποιήθηκε απότομη αιχμή(edge) πάχους 4 cm αποτελούμενη από μόλυβδο, μη διαπερατή από ακτίνες-χ, τοποθετημένη στο κέντρο του πεδίου με την κεντρική ακτίνα της δέσμης κάθετη στην αιχμή και την επιφάνεια του ακτινοβολούμενου αντικειμένου. Έπειτα για τον υπολογισμό της χωρικής διακριτικής ικανότητας υπολογίστηκε αρχικά μία συνάρτηση διασποράς ορίου (ESF) για κάθε εικόνα. Για το σκοπό αυτό μία ορθογώνια περιοχή ενδιαφέροντος επελέγη περιλαμβάνοντας 2 mm από κάθε πλευρά της αιχμής. Το προφίλ του κάθετα υπολογισμένου μέσου όρου των τιμών του grey level κατά μήκος αυτής της απόστασης αντιστοιχεί στη συνάρτηση διασποράς ορίου. Από μαθηματική παραγώγηση της συνάρτησης αυτής προέκυψε η συνάρτηση διασποράς γραμμής (LSF) και με εφαρμογή σε αυτή μετασχηματισμού Fourier καταλήγουμε στη συνάρτηση μεταφοράς διαμόρφωσης (MTF). Οι προκύπτουσες συναρτήσεις μεταφοράς διαμόρφωσης προσαρμόστηκαν με τμήμα κανονικής καμπύλης και η χωρική διακριτική ικανότητα σε lp/mm εξήχθη από αυτές, θεωρώντας ότι αντιστοιχεί στο 5% της MTF. Η συγκεκριμένη μέθοδος μέτρησης της συνάρτησης μεταφοράς διαμόρφωσης είναι πολύ δημοφιλής τελευταία λόγω της απλότητάς της και της καταλληλότητάς της, ειδικά στην ψηφιακή απεικόνιση. Μελετήσαμε την επίδραση της φθοράς της ανόδου στην χωρική διακριτική ικανότητα για δυο μεγέθη εστίας, μια 0.1mm η οποία χρησιμοποιείται στα περισσότερα μαστογραφικά μηχανήματα σήμερα και μια με μεγάλες διαστάσεις όπως 0.5mm. Η μελέτη αυτή έγινε μεταβάλλοντας κάθε φορά τα χαρακτηριστικά της απλής και διπλής κανονικής κατανομής έντασης φωτονίων της εστίας. Ουσιαστικά μεταβάλλαμε την απόσταση μεταξύ των δυο κορυφών (δμ) και την τυπική απόκλιση (σ).Με τον τρόπο αυτό πήραμε εικόνες που αντιστοιχούν κάθε φορά σε διαφορετική κατανομή των φωτονίων στην εστία και επομένως σε διαφορετικό βαθμό φθοράς της ανόδου. Όταν η απόσταση των δυο κορυφών της διπλής κανονικής κατανομής ήταν μηδέν τότε είχαμε κανονική κατανομή η οποία αντιστοιχούσε σε μια άνοδο χωρίς φθορά ενώ όταν η απόσταση των δυο κορυφών της διπλής κατανομής αυξανόταν τότε αντιστοιχούσε σε άνοδο με μεγαλύτερο βαθμό φθοράς. Τέλος διατηρώντας σταθερή την απόσταση τον δυο κορυφών μεταβάλαμε την τυπική απόκλιση της κατανομής (σ) με αποτέλεσμα και σε αυτή την περίπτωση να έχουμε ασυμπτωτική προσέγγιση τηςδιπλής κανονικής κατανομής στην απλή κανονική κατανομή της έντασης των φωτονίων της εστίας. Όταν η εστία είναι καινούργια ακόμα και με διαστάσεις 0.5 mm x 0.5 mm (οι οποίες είναι πάνω από τις τυπικές μαστογραφικές τιμές) τότε η χωρική ικανότητα είναι υψηλή και πάνω από το αποδεκτό όριο των 12 lp/mm για την συμβατική μαστογραφία και καθώς αρχίζει η φθορά της η χωρική διακριτική ικανότητα μειώνεται σε ποσοστό 4% με 8%. Αντίθετα για μεγεθυντικές λήψεις όταν αρχίζει η φθορά της ανόδου λόγο της χρήσης της η χωρική διακριτική ικανότητα γίνετε πολύ μικρή με τιμές που κυμαίνονται γύρω στο 5 lp/mm . Επομένως εστίες με μεγάλες διαστάσεις όπως 0.5 mm δεν είναι κατά κανόνα κατάλληλες για μεγεθυντική λήψη καθώς η χωρική διακριτική ικανότητα είναι πολύ μικρή ειδικά όταν αρχίζει η φθορά τους. Για την ονομαστική εστία 0.1 mm x 0.1 mm. τα αποτελέσματα καθορίζουν ότι μια φθαρμένη άνοδος δεν επηρεάζει σημαντικά την ποιότητα εικόνας στην συμβατική μαστογραφία. Η χωρική διακριτική ικανότητα διατηρείται σε υψηλές τιμές(21 lp/mm) με ασήμαντη διακύμανση (περίπου 2% με 5%) μεταξύ των αποτελεσμάτων κατά τη διάρκεια της φθοράς της. Παρόλα αυτά μια φθαρμένη άνοδος έχει σημαντικό αντίκτυπο στη χωρική διακριτική ικανότητα υπό μεγεθυντικές συνθήκες. Όταν η απόσταση των δυο κορυφών της διπλής κατανομής αυξάνει (που αντιστοιχεί σε μεγαλύτερο βαθμό φθοράς ), η χωρική διακριτική ικανότητα μειώνεται σημαντικά ακόμα και κάτω από το αποδεκτό όριο των 12 lp/mm που συνήθως χρησιμοποιείται σε κλινική πρακτική. Για τον μέγιστο βαθμό μεγέθυνσης (m=2) η σχετική υποβάθμιση ης χωρικής διακριτικής ικανότητας φτάνει το 66%. Όταν η τυπική απόκλιση (σ) των δυο κορυφών αυξάνει σε μια διπλή κατανομή με σταθερή απόσταση (δμ) μεταξύ των δυο κορυφών, τότε το αποτέλεσμα είναι η υποβάθμιση της χωρικής διακριτικής ικανότητας σχεδόν 40% (για m= 1.6 κ εστία 0.1 mm). Η επίδραση της φθοράς της ανόδου στην χωρική διακριτική ικανότητα είναι σημαντική ειδικά για μεγάλους βαθμούς μεγέθυνσης (1.6, 1.8, 2.0). Χαρακτηριστικό είναι το γεγονός ότι μια καινούργια άνοδος προκαλεί μείωση της χωρικής διακριτικής ικανότητας κατά 27%, ενώ μια φθαρμένη άνοδος προκαλεί μείωση που φτάνει το 75% καθώς αυξάνουμε την μεγέθυνση από 1 έως 2 με βήμα 0.2. Επομένως η χωρική διακριτική ικανότητα επηρεάζεται ευθέως από την μορφή την κατανομή της έντασης των φωτονίων στην εστία, η οποία προσδιορίζει και την κατάσταση που βρίσκεται η άνοδος , το μέγεθος της εστίας και την μεγέθυνση. Σανσυμπέρασμα μπορούμε να πούμε ότι μόνο εστίες με μικρές διαστάσεις όπως 0.1 mm είναι κατάλληλες για μεγεθυντική μαστογραφία. Μια φθαρμένη άνοδος με εστία 0.1 mm δεν επηρεάζει σημαντικά την χωρική διακριτική ικανότητα στην μαστογραφία επαφής, ενώ αντίθετα για την μεγεθυντική μαστογραφία(κυρίως μεγάλους βαθμούς μεγέθυνσης) η υποβάθμιση της χωρικής διακριτικής ικανότητας είναι σημαντική. Αυτό το γεγονός είναι σημαντικό για υψηλούς βαθμούς μεγέθυνσης και έτσι η αντικατάσταση της λυχνίας ακτινών–x όταν η εστία αρχίζει να φθείρεται είναι πολύ κρίσιμη καθώς μπορεί να οδηγήσει στον υποβιβασμό της χωρικής διακριτικής ικανότητας. / The aim of this study was to examine the influence of mammographic anode aging, from the construction of a perfect anode up to total damage, on spatial resolution under contact and magnification geometries. The crucial parameter that was selected to reflect the degree of damaging of the anode is the type of the x-ray intensity distribution of the focal spot. Typically, there are three representative focal spot distributions, the uniform, the Gaussian and double-peaked Gaussian. A new anode is initially considered to have an almost Gaussian intensity distribution and when the destruction starts the Gaussian distribution turns to double Gaussian distribution. This damage of anode is owed to its extended use and high thermal loads (melting), which is more apparent in the central area of the focal spot. In order to study this aging effect, the Edge Spread Function (ESF) method was utilized, with a thick sharp edge consisting of lead, no transparent to x-rays imaged under various conditions, and following the corresponding spatial resolution was calculated through the modulation transfer function (MTF). In this study we used two focal spot sizes, a 0.1mm which is using in most mammographic units today and a focal spot with big dimensions such 0.5mm. When the focal spot with dimensions 0.5mm by 0.5mm is new then the resolution is high for contact mammography, but when the anode starts damaged, the 0.5mm focal spot is unsuitably because the resolution is maintained under 10 lp/mm, especially for magnification views. Therefore focal spots with big dimensions such 0.5mm are not suitable for clinical practise and magnifications views. Results for nominal focal spot sizes of 0.1mm by 0.1mm demonstrate that a damaged anode does not significantly affect the spatial resolution in contact mammography, since even in this case the spatial resolution is maintained in high degrees with insignificant variation between the results. Nevertheless, a damage anode has important repercussions on the spatial resolution under magnification conditions. When the distance of the two peaks of double Gaussian is increased (corresponding to higher degrees of destruction) the spatial resolution is significantly decreased even under the acceptable limit of 12 lp/mm that is usually utilized in clinical practice. Furthermore, when for a double Gaussian with fixed distance (δμ) between the two peaks, the standard deviation (σ) of two peaks is increasing then it leads to the reduction of spatial resolution of almost 40% for magnification equal 1.6 and focal spot 0.1mm. Accordingly, the resolution is directly affected by the form of the intensity distribution of the anode and the magnification. This effect is dominant for high magnification degrees, and thus the replacement of the x-ray tube when the focal spot starts being destroyed is very crucial, as the tube aging can potentially lead to the degradation of spatial resolution.

- / -