Image processing and analysis algorithm development for the comparison of 18F-PSMA and 18F-choline radiopharmaceuticals in patients with prostate cancer

Τhe objective of the present postgraduate thesis, is the comparison between the radiopharmaceuticals 18F-Choline and 18F-PSMA, through the study of the diagnostic information of patients who have underwent PET imaging with both formulations. More specifically, the comparison involves the differences...

Πλήρης περιγραφή

Λεπτομέρειες βιβλιογραφικής εγγραφής
Κύριος συγγραφέας: Κατσικάκης, Γεράσιμος Μάριος
Άλλοι συγγραφείς: Katsikakis, Gerasimos Marios
Γλώσσα:English
Έκδοση: 2022
Θέματα:
Διαθέσιμο Online:http://hdl.handle.net/10889/16036
id nemertes-10889-16036
record_format dspace
institution UPatras
collection Nemertes
language English
topic Radioactive tracers
18F-PSMA
18F-choline
Prostate cancer
Image analysis
Ραδιοφάρμακα
18F-PSMA
18F-χολίνη
Καρκίνος του προστάτη
Ανάλυση εικόνας
spellingShingle Radioactive tracers
18F-PSMA
18F-choline
Prostate cancer
Image analysis
Ραδιοφάρμακα
18F-PSMA
18F-χολίνη
Καρκίνος του προστάτη
Ανάλυση εικόνας
Κατσικάκης, Γεράσιμος Μάριος
Image processing and analysis algorithm development for the comparison of 18F-PSMA and 18F-choline radiopharmaceuticals in patients with prostate cancer
description Τhe objective of the present postgraduate thesis, is the comparison between the radiopharmaceuticals 18F-Choline and 18F-PSMA, through the study of the diagnostic information of patients who have underwent PET imaging with both formulations. More specifically, the comparison involves the differences in the concentration and absorption of the two tracers from the human body and therefore their sensitivity in detecting findings. The first step of the image analysis was accomplished via RadiAnt DICOM viewer, while the next and final processing and data extraction steps were realised within a MATLAB software environment. This study was part of a prospective multicentre trial "Phase III study of 18F-PSMA-1007 vs. 18F-Choline comparing lesion detection rates in patients with recurrent prostate cancer after initial radical treatment" Protocol ID: BioCt001. In more details, the Attenuation Corrected (AC) PET series for every patient case was processed and reconstructed into a singular image which, while remaining within the same code environment, was segmented with the help of the advising doctor for every Region of Interest (ROI), data which corresponds to the Mean Gray Values in the segmented areas extracted and holds information that is affiliated directly with the absorption of the radiopharmaceutical from the patient matter and constitutes the bases of the comparison of the two formulations. Chapter one comprises an introduction of the imaging process in nuclear medicine and focuses on the synthesis and the physical properties of the tracers, their means of production as well as their behaviour inside the human body, while particular references concerning the two radiopharmaceuticals are given in each corresponding subchapter. Lastly, the process of imaging through positron emission tomography and the analysis of the medical images it produces is displayed. In the following chapter, all cases examined are presented along with the steps taken during their data examination. The Third and Forth chapters displays the results that were acquired from the study of all cases, on the basis of which the juxtaposition between the two tracer’s absorption, concentration and detection ability is constructed. Finally, the conclusions of the study are presented along with a discussion on the whole project and the possibilities and new objectives that emerge from the present postgraduate thesis. The results of the study indicate that 18F-PSMA offers superior detection abilities than 18F-Choline, while at the same time demonstrating lower concentrations in healthy tissues.
author2 Katsikakis, Gerasimos Marios
author_facet Katsikakis, Gerasimos Marios
Κατσικάκης, Γεράσιμος Μάριος
author Κατσικάκης, Γεράσιμος Μάριος
author_sort Κατσικάκης, Γεράσιμος Μάριος
title Image processing and analysis algorithm development for the comparison of 18F-PSMA and 18F-choline radiopharmaceuticals in patients with prostate cancer
title_short Image processing and analysis algorithm development for the comparison of 18F-PSMA and 18F-choline radiopharmaceuticals in patients with prostate cancer
title_full Image processing and analysis algorithm development for the comparison of 18F-PSMA and 18F-choline radiopharmaceuticals in patients with prostate cancer
title_fullStr Image processing and analysis algorithm development for the comparison of 18F-PSMA and 18F-choline radiopharmaceuticals in patients with prostate cancer
title_full_unstemmed Image processing and analysis algorithm development for the comparison of 18F-PSMA and 18F-choline radiopharmaceuticals in patients with prostate cancer
title_sort image processing and analysis algorithm development for the comparison of 18f-psma and 18f-choline radiopharmaceuticals in patients with prostate cancer
publishDate 2022
url http://hdl.handle.net/10889/16036
work_keys_str_mv AT katsikakēsgerasimosmarios imageprocessingandanalysisalgorithmdevelopmentforthecomparisonof18fpsmaand18fcholineradiopharmaceuticalsinpatientswithprostatecancer
AT katsikakēsgerasimosmarios anaptyxēalgorithmōnepexergasiaskaianalysēseikonasgiatēsynkrisētōnradiopharmakōn18fpsmakai18fcholineseastheneismekarkinotouprostatē
_version_ 1771297177406013440
spelling nemertes-10889-160362022-09-05T09:41:08Z Image processing and analysis algorithm development for the comparison of 18F-PSMA and 18F-choline radiopharmaceuticals in patients with prostate cancer Ανάπτυξη αλγορίθμων επεξεργασίας και ανάλυσης εικόνας για τη σύγκριση των ραδιοφαρμάκων 18F-PSMA και 18F-choline σε ασθενείς με καρκίνο του προστάτη Κατσικάκης, Γεράσιμος Μάριος Katsikakis, Gerasimos Marios Radioactive tracers 18F-PSMA 18F-choline Prostate cancer Image analysis Ραδιοφάρμακα 18F-PSMA 18F-χολίνη Καρκίνος του προστάτη Ανάλυση εικόνας Τhe objective of the present postgraduate thesis, is the comparison between the radiopharmaceuticals 18F-Choline and 18F-PSMA, through the study of the diagnostic information of patients who have underwent PET imaging with both formulations. More specifically, the comparison involves the differences in the concentration and absorption of the two tracers from the human body and therefore their sensitivity in detecting findings. The first step of the image analysis was accomplished via RadiAnt DICOM viewer, while the next and final processing and data extraction steps were realised within a MATLAB software environment. This study was part of a prospective multicentre trial "Phase III study of 18F-PSMA-1007 vs. 18F-Choline comparing lesion detection rates in patients with recurrent prostate cancer after initial radical treatment" Protocol ID: BioCt001. In more details, the Attenuation Corrected (AC) PET series for every patient case was processed and reconstructed into a singular image which, while remaining within the same code environment, was segmented with the help of the advising doctor for every Region of Interest (ROI), data which corresponds to the Mean Gray Values in the segmented areas extracted and holds information that is affiliated directly with the absorption of the radiopharmaceutical from the patient matter and constitutes the bases of the comparison of the two formulations. Chapter one comprises an introduction of the imaging process in nuclear medicine and focuses on the synthesis and the physical properties of the tracers, their means of production as well as their behaviour inside the human body, while particular references concerning the two radiopharmaceuticals are given in each corresponding subchapter. Lastly, the process of imaging through positron emission tomography and the analysis of the medical images it produces is displayed. In the following chapter, all cases examined are presented along with the steps taken during their data examination. The Third and Forth chapters displays the results that were acquired from the study of all cases, on the basis of which the juxtaposition between the two tracer’s absorption, concentration and detection ability is constructed. Finally, the conclusions of the study are presented along with a discussion on the whole project and the possibilities and new objectives that emerge from the present postgraduate thesis. The results of the study indicate that 18F-PSMA offers superior detection abilities than 18F-Choline, while at the same time demonstrating lower concentrations in healthy tissues. Στόχος της παρούσης Μεταπτυχιακής Διπλωματικής Εργασίας είναι η άμεση σύγκριση ανάμεσα στα ραδιοφάρμακα 18F-μεθυλοχολίνη (18F-Choline) και 18F-ειδικό προστατικό αντιγόνο της µεµβράνης, (18F-PSMA) μέσω της μελέτης της διαγνωστικής πληροφορίας ασθενών που έχουν πραγματοποιήσει απεικονίσεις εκπομπής ποζιτρονίων και με τα δύο σκευάσματα. Συγκεκριμένα, η σύγκριση αφορά τις διαφορές στην συγκέντρωση και την απορρόφησή τους από το ανθρώπινο σώμα και επομένως την ευαισθησία τους στην ανίχνευση ευρημάτων. Η διαχείριση των εικόνων πραγματοποιήθηκε αρχικά μέσω του λογισμικού RadiAnt DICOM viewer, ενώ η τελική επεξεργασία και η εξαγωγή πληροφοριών από αυτές λαμβάνει χώρα σε περιβάλλον MATLAB. Η διπλωματική εργασία αποτελεί μέρος της πολυκεντρικής κλινικής μελέτης “Μελέτη ΙΙΙ σταδίου του 18F-PSMA-1007 vs 18F-Choline στην σύγκριση ρυθμών ανίχνευσης κακώσεων σε ασθενείς με υποτροπή καρκίνου του προστάτη μετά από αρχική ριζική θεραπεία“ Πρωτόκολλο ID: BioCt001. Για κάθε περιστατικό, η σειρά εικόνων με διορθώσεις εξασθένισης (PET AC), ανακατασκευάστηκε σε μία εικόνα, από την οποία μέσα στο ίδιο περιβάλλον κώδικα, τμηματοποιήθηκαν χειροκίνητα από τον συμβουλεύοντα ιατρό όλες οι περιοχές ενδιαφέροντος για τον εκάστοτε ασθενή. Μέσω του λογισμικού, εξήχθησαν δεδομένα για τις μέσες τιμές των τόνων του γκρι στις τμηματοποιημένες περιοχές, πληροφορίες που σχετίζονται άμεσα με την απορρόφηση του ραδιοφαρμάκου από τους ιστούς του ασθενή και αποτελούν τη βάση για την αντιπαραβολή των δύο σκευασμάτων. Το πρώτο κεφάλαιο αποτελεί εισαγωγή της απεικόνισης στην πυρηνική ιατρική και εστιάζει στην δομή και στις φυσικές ιδιότητες των ραδιοφαρμάκων, στις μεθόδους κατασκευής και την συμπεριφορά τους στο ανθρώπινο σώμα, ενώ γίνεται ιδιαίτερη αναφορά στα δύο ραδιοφάρμακα που πραγματεύεται η παρούσα μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία σε κάθε αντίστοιχο υποκεφάλαιο. Τέλος, αναγράφεται η διαδικασία απεικόνισης μέσω εκπομπής ποζιτρονίων και η ανάλυση των ιατρικών εικόνων που εκλύονται από αυτή. Στο κεφάλαιο που ακολουθεί παρατίθενται τα περιστατικά που εξετάσθηκαν, καθώς και τα βήματα που λήφθηκαν κατά την μελέτη τους. Στο τρίτο και τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της επεξεργασίας και ανάλυσης των περιστατικών, με βάση τα οποία πραγματοποιείται η σύγκριση της ανιχνευτικής ικανότητας των δύο ραδιοφαρμάκων. Ακολουθούν τα συμπεράσματα που προκύπτουν, συζήτηση και σχολιασμός της μελέτης και των δυνατοτήτων και των νέων στόχων που αναδύονται από τη μελέτη. Τα αποτελέσματα της μελέτης αποδίδουν ότι η ανιχνευτική ικανότητα του 18F-PSMA υπερτερεί αυτής του 18F-Choline, ενώ ταυτόχρονα γίνεται πρόσληψη του πρώτου, σε μικρότερη ποσότητα από υγιείς ιστούς. 2022-03-14T07:59:31Z 2022-03-14T07:59:31Z 2022-03-09 http://hdl.handle.net/10889/16036 en application/pdf