Στοιχεία επιβλεπόντων καθηγητών:
Ιωάννης Σεϊμένης, Καθηγητής, Τμήμα Ιατρικής, Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης
Παντελής Καραίσκος, Αναπληρωτής Καθηγητής, Ιατρική Σχολή, Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών
Κωνσταντίνος Λουκάς, Επίκουρος Καθηγητής, Ιατρική Σχολή, Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών
Περίληψη:
Η συγκεκριμένη εργασία αποσκοπεί στην αξιολόγηση γεωμετρικών παραμορφώσεων και μεθόδων διόρθωσης κλινικά χρησιμοποιούμενων εικόνων Απεικόνισης Μαγνητικού Συντονισμού (Magnetic Resonance Imaging – MRI). Αν και εγγενώς παραμορφωμένες, οι εικόνες ΑΜΣ χρησιμοποιούνται ολοένα και περισσότερο σε εφαρμογές Ακτινοθεραπείας με απαίτηση για μεγάλη γεωμετρική ακρίβεια, όπως ο σχεδιασμός πλάνου θεραπείας Στεροτακτικής Ακτινοχειρουργικής (Stereotactic Radiosurgery – SRS), που χαρακτηρίζεται από υψηλή συμμόρφωση πλάνου και βαθμίδες δόσης. Για τον λόγο αυτό είναι απαραίτητη η αξιολόγηση των διαφόρων ειδών παραμορφώσεων που φέρουν οι εικόνες ΑΜΣ, όπως επίσης και ο έλεγχος της αποτελεσματικότητας ρουτινών επιδιόρθωσής τους, τόσο εκεινών που έχουν αναπτυχθεί από τους ίδιους τους κατασκευαστές όσο και εκείνων που προτείνονται στη βιβλιογραφία. Για το σκοπό αυτό, το πειραματικό μέρος της παρούσας εργασίας διαρθρώθηκε σε τέσσερα μέρη.
Στο πρώτο μέρος, πραγματοποιήθηκε αξιολόγηση των παραμορφώσεων που σχετίζονται με την εφαρμοζόμενη ακολουθία (Sequence Dependent distortions, SD), και επάγονται από την χρήση γαδολινίου ως σκιαγραφικού παράγοντα σε εφαρμογές απεικόνισης μεταστάσεων εγκεφάλου. Χρησιμοποιήθηκε ειδικά κατασκευασμένο ομοίωμα για ανίχνευση παραμορφώσεων σε ενδοκρανιακές σαρώσεις ΑΜΣ, το οποίο φέρει δύο ένθετα που προσομοιάζουν εγκεφαλικές μεταστάσεις. Το μέτρο της επαγόμενης παραμόρφωσης που ανιχνεύθηκε είναι συνάρτηση της συγκέντρωσης γαδολινίου, και φτάνει στα 0,8mm για συγκέντρωση 10mmol/L. Είναι αξιοσημείωτο ότι η παραμόρφωση που επάγεται από ανομοιογένειες του στατικού μαγνητικού πεδίου στην συνολική παραμόρφωση SD, ανάλογα με την φορά της μπορεί να δρα αθροιστικά στην παραμόρφωση που επάγεται από το σκιαγραφικό, αυξάνοντας τη συνολική παραμόρφωση, είτε αντίρροπα, μειώνοντας δραστικά την ολική παραμόρφωση.
Στο δεύτερο μέρος, πραγματοποιήθηκε αξιολόγηση των παραμορφώσεων που είναι ανεξάρτητες από την εφαρμοζόμενη ακολουθία (Sequence Independent distortions, SI) και επάγονται κατά κύριο λόγο από μη γραμμικότητα των βαθμίδων που χρησιμοποιεί ο σαρωτής MRI. Χρησιμοποιήθηκε το ίδιο ομοίωμα, με την διαφορά ότι η πειραματική διαδικασία έγινε με βάση τον προσδιορισμό θέσεων σημείων ελέγχου στο ομοίωμα, όπως περιγράφεται στην αναφορά [1]. Οι ανιχνευθείσες μέσες τιμές παραμόρφωσης κυμαίνονται μεταξύ 0,45mm και 0,79mm ενώ οι μέγιστες τιμές ξεπερνούν τα 2mm σε ορισμένες περιπτώσεις.
Στο τρίτο μέρος, έγινε αξιολόγηση της αποτελεσματικότητας των αλγορίθμων διόρθωσης παραμορφώσεων που οφείλονται στο σύστημα και πιο συγκεκριμένα των παραμορφώσεων που οφείλονται σε μη γραμμικότητα βαθμίδας (SI παραμορφώσεις) και ενσωματώνονται από τους κατασκευαστές στους σαρωτές MRI. Χρησιμοποιήθηκε ένα νέο ομοίωμα, κατάλληλο για ανίχνευση παραμορφώσεων σε ενδοκρανιακές απεικονίσεις MRI, με μεγαλύτερο πλήθος σημείων ελέγχου και πυκνότερη κατανομή τους σε όλο τον όγκο του, και αξιολογήθηκε η συνολική παραμόρφωση των εικόνων με και χωρίς διόρθωση. Παρατηρήθηκε ότι, ακόμα και με την διόρθωση του κατασκευαστή ενεργοποιημένη, παρόλο που η συνολική παραμόρφωση σε κάθε σαρωτή είχε μειωθεί, οι μέγιστες ανιχνευθείσες παραμορφώσεις στην περιφέρεια του απεικονιζόμενου όγκου παρέμεναν σε υψηλά επίπεδα, ειδικά αν αναφερόμαστε σε εφαρμογές SRS που αφορούν πολύ μικρούς στόχους.
Τέλος, πραγματοποιήθηκε σύγκριση και αξιολόγηση δύο μεθόδων διόρθωσης των χωρικών παραμορφώσεων που εξαρτώνται από την ακολουθία μέτρησης (SD παραμορφώσεις) και βασίζονται στη μέθοδο αναστροφής της πολικότητας της βαθμίδας κωδικοποίησης της συχνότητας. Η πρώτη μέθοδος, «μέθοδος μέσης εικόνας», χρησιμοποιεί εικόνες αντίθετης πολικότητας για να παράξει τη διορθωμένη, στην οποία το σήμα κάθε ογκοστοιχείου έχει αντικατασταθεί από το μέσο σήμα στο αντίστοιχο ογκοστοιχείο κάθε αρχικής εικόνας. Η δεύτερη μέθοδος, «μέθοδος Signal Integral», στηρίζεται στο γεγονός ότι το ολοκλήρωμα του σήματος κατά μήκος της κατεύθυνσης κωδικοποίησης της συχνότητας είναι σταθερό και ανεξάρτητο της πολικότητας. Χρησιμοποιήθηκαν τα ίδια σετ εικόνων με εκείνα της πρώτης ενότητας. Κατόπιν σύγκρισης των δύο μεθόδων με τις αρχικές εικόνες, παρατηρούμε σαφή μείωση των παραμορφώσεων τόσο ως προς τις μέσες τιμές των παρατηρούμενων εναπομενουσών παραμορφώσεων όσο και ως προς τις μέγιστες. Συγκριτικά οι δύο μέθοδοι εμφάνισαν παρόμοια αποτελέσματα, με την διόρθωση της «μέσης» εικόνας να είναι όμως τεχνικά πιο απλή και υπολογιστικά πολύ πιο γρήγορη.
