Μελέτη και αξιολόγηση 4-διαστάσεων (4-D) τεχνικών ανακατασκευής εικόνων ποζιτρονιακής τομογραφίας (PΕΤ)

• Κύριος συγγραφέας: Κρατημένου, Μαρία
• Άλλοι συγγραφείς: Κουτσούρης, Δημήτριος
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2017
• Θέματα: Τεχνική απεικόνισης; Κινητική του ραδιοφαρμάκου; Χωρική και χρονική κατανομή της ενεργότητας; 4D ανακατασκευή; Positron emission tomography (PET); Technique for imaging; 4D PET; Radiotracer pharmacokinetics; Spatial and temporal distribution of the radiotracer; 4D reconstruction; 616.075 75

Το PET είναι μία τεχνική απεικόνισης της μεταβολικής δραστηριότητας των ιστών, η οποία έχει αποδειχθεί εξαιρετικά χρήσιμη στην Ογκολογία, την Καρδιολογία, την Νευρολογία, κτλ. Οργανολογικά το PET απεικονίζει μία συγκεκριμένη περιοχή στον τρισδιάστατο χώρο και στο κλασσικό 3D PET η ανακατασκευή εικόνας γίνεται χωρίς να λαμβάνονται υπ’ όψιν η κίνηση του υπό εξέταση οργάνου και οι μεταβολές στον ρυθμό πρόσληψης του ραδιοφαρμάκου. Στο 4D PET πρόσθετος στόχος είναι η μελέτη της κινητικής του ραδιοφαρμάκου, προκειμένου να απεικονιστεί η υποξία, να διαχωριστούν οι καλοήθεις από τους κακοήθεις όγκους, να γίνει παρακολούθηση της θεραπείας και της ανταπόκρισης του ασθενούς σε αυτήν κτλ. Στο πρώτο μέρος της εργασίας αυτής γίνεται μία γενική ανασκόπηση του PET, της φυσικής του, των κλινικών εφαρμογών και των ραδιοφαρμάκων που χρησιμοποιούνται. Στο δεύτερο μέρος εξετάζεται σε βάθος το 4D PET. Το πρώτο βήμα είναι η λήψη πολλών προβολών και ημιτονογραμμάτων σε διαφορετικές χρονικές στιγμές. Πρώτα διαχωρίζεται η κίνηση των οργάνων από τις μεταβολές στην πρόσληψη του ραδιοφαρμάκου, και περιγράφονται τα μειονεκτήματα της ανακατασκευής των λήψεων ανεξάρτητα η μία από την άλλη και τον μετά-την-ανακατασκευή υπολογισμό των κινητικών παραμέτρων (η κλασική προσέγγιση των δύο σταδίων). Στη συνέχεια καθορίζεται το γενικό φυσικο-μαθηματικό πλαίσιο της στατιστικής ανακατασκευής εικόνας, με ιδιαίτερη έμφαση στην μαθηματική περιγραφή της χωρικής και χρονικής κατανομής της ενεργότητας, την αντικειμενική συνάρτηση και τους αλγόριθμους ανακατασκευής εικόνας. Η περιγραφή της κατανομής της ενεργότητας γίνεται και για το 3D και για το 4D PET, ώστε να αναδειχθούν οι διαφορές. Ειδικά για το 4D PET διαχωρίζεται η χωρική κατανομή από την χρονική, για την οποία χρησιμοποιούνται οι θεμελιώδεις συναρτήσεις του Patlak, του Logan, της φασματικής ανάλυσης και τα μοντέλα διακριτών διαμερισμάτων. Ακολουθεί η περιγραφή των τριών πιο συνηθισμένων μορφών αντικειμενικής συνάρτησης, δηλ. η Προσδοκώμενη Πιθανοφάνεια (Expected Likelihood), το Μέγιστο Εκ Των Υστέρων (Maximum a Posteriori) και τα Ελάχιστα Tετράγωνα (Least Squares), καθώς και οι αντίστοιχοι αλγόριθμοι ανακατασκευής εικόνας. Στην τελευταία ενότητα της εργασίας παρουσιάζονται συγκεκριμένες υλοποιήσεις αλγορίθμων, εφαρμογές και αποτελέσματα από διάφορους ερευνητές. Οι μελέτες αυτές διαφέρουν ως προς το είδος της προσομοίωσης ή/και της εξέτασης, τα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν, το ραδιοφάρμακο, το μοντέλο και τις παραμέτρους του, τον αλγόριθμο ανακατασκευής εικόνας, καθώς και το μέτρο σύγκρισης, με αποτέλεσμα να μην είναι άμεσα συγκρίσιμες. Παρόλα αυτά, επειδή σε όλες τις περιπτώσεις συγκρίνονται η 4D ανακατασκευή με την 3D δύο σταδίων (πρώτα οι εικόνες ανεξάρτητα η μία από την άλλη και έπειτα ο υπολογισμός των κινητικών παραμέτρων), είναι δυνατόν να εκτιμηθεί η βελτίωση που επιφέρει η 4D ανακατασκευή. Σε γενικές γραμμές και ανάλογα με την κάθε μελέτη, η μείωση του σφάλματος στον υπολογισμό των κινητικών παραμέτρων είναι 20-80%. Κατά συνέπεια, και παρά το γεγονός ότι τα μοντέλα και οι αλγόριθμοι είναι υπό έρευνα και δεν έχουν τελειοποιηθεί, αποδεικνύεται ότι το 4D PET μπορεί να επιφέρει σημαντική βελτίωση στην διάγνωση, περιγραφή και παρακολούθηση της νόσου.