Συνδυασμός και αξιολόγηση εξελιγμένων τεχνικών απεικόνισης μαγνητικού συντονισμού και τεχνικών απεικόνισης πυρηνικής ιατρικής στην διαφορική διάγνωση εξεργασιών του κεντρικού νευρικού συστήματος

Η πρόοδος στην ιατρική απεικόνιση τα τελευταία χρόνια και οι συνεχώς αυξανόμενες απαιτήσεις της Νευρο-ογκολογίας και της Νευροχειρουργικής για πιο ακριβή αποτελέσματα, κάνει έκδηλη την ανάγκη για συνδυασμό διαγνωστικών πληροφοριών, τόσο ανατομικών-μορφολογικών όσο και λειτουργικών.Η κλασική μαγνητική τομογραφία είναι απαραίτητη για τη μελέτη της δομής των ενδοκρανιακών εξεργασιών. Η ενδοφλέβια χορήγηση παραμαγνητικών σκιαγραφικών ουσιών, με ενώσεις γαδολινίου, αυξάνει σημαντικά τη διαγνωστική ευαισθησία, λόγω ρήξης του αιματοεγκεφαλικού φραγμού (Blood Brain Barrier-BBB) ή/και της υπεραγγείωσης των αλλοιώσεων. Ωστόσο, αντιμετωπίζει ιδιαίτερους περιορισμούς, όσον αφορά την αξιολόγηση του κυτταρικού πολλαπλασιασμού και τελικά την αξιολόγηση των εγκεφαλικών όγκων. Οι εξελιγμένες τεχνικές της μαγνητικής τομογραφίας, όπως το DWI (diffusion-weighted imaging), το DTI (diffusion-tensor imaging) το DSCI (dynamic susceptibility contrast imaging) και η μαγνητική φασματοσκοπία (1H-MR spectroscopy), παρέχουν πολυπαραγοντικές πληροφορίες (αιμοδυναμικές, μεταβολικές, μορφολογικές, κλπ), οι οποίες δεν είναι διαθέσιμες με την κλασική μαγνητική τομογραφία. Αυτές οι τεχνικές απεικόνισης είναι απαραίτητες για την αξιολόγηση της παθολογικής και φυσιολογικής ανατομίας, καθώς και για την αξιολόγηση της μορφολογίας της αγγείωσης, του βαθμού αγγειογένεσης και της ρήξης του αιματοεγκεφαλικού φραγμού. Επίσης, οι τεχνικές αυτές είναι σε θέση να δώσουν πληροφορίες για τη μικροδομή της εξεργασίας (DWI, DTI) καθώς και για τις μεταβολικές μεταβολές των εξεργασιών (μαγνητική φασματοσκοπία-MRS).Αντίθετα, η Πυρηνική Ιατρική παρέχει λειτουργικές πληροφορίες για τις εγκεφαλικές εξεργασίες παρά ανατομικές. Η απεικόνιση στην Πυρηνική Ιατρική είναι μια μη-επεμβατική μέθοδος η οποία παρέχει πληροφορίες σε μοριακό και κυτταρικό επίπεδο και συμβάλλει στον προσδιορισμό της κατάστασης των λειτουργικών διαδικασιών, με τη μέτρηση της πρόσληψης του κατάλληλου ραδιοφαρμάκου από το όργανο-στόχο. Αυτές οι λειτουργικές διαδικασίες περιλαμβάνουν τη ροή του αίματος και το μεταβολισμό των ιστών, τις αλληλεπιδράσεις πρωτεΐνης-πρωτεΐνης, τη λειτουργία των υποδοχέων των κυττάρων σε φυσιολογικά και μη φυσιολογικά κύτταρα, τις αλληλεπιδράσεις κυττάρου-κυττάρου, τη δραστηριότητα των νευροδιαβιβαστών, της διακίνησης των κυττάρων, τη διήθηση ιστού καθώς και τον κυτταρικό θάνατο. Με την κάλυψη όλων αυτών των λειτουργικών πληροφοριών, η πυρηνική ιατρική προσφέρει ένα ευρύ φάσμα εργαλείων για την ανίχνευση φυσιολογικής και παθολογικής λειτουργίας του εγκεφάλου καθώς και της ανταπόκρισης της εξεργασίας σε θεραπεία.Στόχος λοιπόν της παρούσας διδακτορικής εργασίας είναι ο συνδυασμός και η αξιολόγηση της διαγνωστικής πληροφορίας από τις εξελιγμένες τεχνικές MRI και του σπινθηρογραφήματος εγκεφάλου. Η κλασική μαγνητική τομογραφία μας δίνει ανατομικές πληροφορίες, όμως οι ανώτερες τεχνικές μας δίνουν πολυπαραγοντικές πληροφορίες (αιμοδυναμικές, μεταβολικές, μορφολογικές, κλπ), ενώ το σπινθηρογράφημα εγκεφάλου μας δίνει λειτουργικές πληροφορίες. Η πολυπαραμετρική αξιολόγηση αυτών των πληροφοριών και η εισαγωγή τους στην κλινική διάγνωση των εξεργασιών του Κ.Ν.Σ., θα βελτιστοποιήσει την ταξινόμηση και την διαφορική διάγνωση των εξεργασιών και κατ’ επέκταση την στρατηγική αντιμετώσισης των εξεργασιών καθώς και την αξιολόγηση των επιδράσεων της θεραπείας.

Συνδυασμός και βελτιστοποίηση εξελιγμένων τεχνικών διάχυσης και αιμάτωσης (DWI, DTI,DSCI) σε υψηλό μαγνητικό πεδίο 3Τ

Οι εξελιγμένες τεχνικές απεικόνισης Πυρηνικού Μαγνητικού Συντονισμού, όπως είναι η απεικόνιση της Μοριακής Διάχυσης (Diffusion Weighted Imaging, DWI), η απεικόνιση του Τανυστού Διάχυσης (Diffusion Tensor Imaging, DTI), η δυναμική απεικόνιση της Αιμάτωσης (Dynamic- Susceptibility Contrast Imaging, DSCI) και η απεικόνιση Φάσης-Αντίθεσης (Phase-Contrast MRI) συμπληρώνουν την ανατομική απεικόνιση MRI με σκοπό να αυξήσουν την διαγνωστική ακρίβεια. Παρά την σημαντική τους διαγνωστική αξία στον χαρακτηρισμό εξεργασιών του εγκεφάλου και του μαστού, οι τεχνικές αυτές δεν έχουν ενσωματωθεί πλήρως στα απεικονιστικά πρωτόκολλα. Για να επιτευχθεί αυτό είναι αναγκαίο να κατανοηθούν οι παράμετροι που επιδρούν σημαντικά στην αξιοπιστία των εν λόγω τεχνικών, η σωστή ρύθμιση των οποίων οδηγεί στην εξαγωγή ασφαλών συμπερασμάτων. Επιπροσθέτως, η ενσωμάτωση των εξελιγμένων τεχνικών απεικόνισης στην κλινική ρουτίνα προϋποθέτει την συσχέτιση των ευρημάτων διάχυσης και αιμάτωσης με συγκεκριμένους τύπους παθολογίας, καθώς και την αξιολόγηση της διαγνωστικής τους αξίας για την διαφοροποίηση βλαβών με υψηλό διαφοροδιαγνωστικό ενδιαφέρον. Τα αποτελέσματα της παρούσας διδακτορικής διατριβής αναδεικνύουν ότι οι δείκτες διάχυσης και αιμάτωσης παρέχουν πολύτιμες δομικές και λειτουργικές πληροφορίες σε κυτταρικό επίπεδο, οι οποίες σε συνδυασμό με την ανατομική πληροφορία αναδεικνύουν την υποκείμενη παθοφυσιολογία. Ειδικότερα, κατέστη σαφές ότι ο συνδυασμός και η συναξιολόγηση των παραμέτρων παρέχει το βέλτιστο διαγνωστικό αποτέλεσμα.Εντούτοις, η διαχείριση, η ανάλυση και η αξιολόγηση των παραμέτρων σε συνδυασμό με την αριθμητική τους φύση αποτελεί χρονοβόρα διαδικασία, με αποτέλεσμα συχνά να παραμένουν αναξιοποίητες. Συνεπώς, αυξάνεται συνεχώς η ανάγκη αυτόματης διαχείρισης των δεδομένων διάχυσης και αιμάτωσης με σκοπό την έγκαιρη υποβοήθηση της διαφορικής διάγνωσης σε πραγματικό κλινικό χρόνο. Για τον λόγο αυτό τα τελευταία χρόνια διερευνάται η χρήση εξελιγμένων τεχνικών ανάλυσης δεδομένων, όπως είναι οι τεχνικές αναγνώρισης προτύπου (pattern recognition techniques) και συγκεκριμένα οι αλγόριθμοι μηχανικής εκμάθησης και ταξινόμησης (machine learning algorithms). Οι τεχνικές αυτές επιτρέπουν την διαχείριση και τον συνδυασμό πληθώρας αριθμητικών δεδομένων που σχετίζονται με πολύπλοκες γραμμικές ή μη γραμμικές σχέσεις. Το κυριότερο όμως πλεονέκτημα τους είναι η αυτόματη και ταχεία ανάλυση και συναξιολόγηση της ιατρικής πληροφορίας, γεγονός που επιτρέπει την εισαγωγή τέτοιων τεχνικών στην κλινική ρουτίνα με σκοπό την υποβοήθηση της διαφορικής διάγνωσης. Προς αυτή την κατεύθυνση, ολοκληρώνοντας την συλλογή, επεξεργασία, ανάλυση και αξιολόγηση των πολύπλοκων παραμέτρων διάχυσης και αιμάτωσης για την διαφοροποίηση εξεργασιών του εγκεφάλου, πραγματοποιήθηκε εισαγωγή των δεδομένων σε ένα αυτοματοποιημένο λογισμικό, με σκοπό να αποτελέσουν μέρος της συνολικής διαγνωστικής πληροφορίας για την υποβοήθηση της διαφορικής διάγνωσης σε πραγματικό κλινικό χρόνο, προς όφελος του ασθενούς. Το εν λόγω λογισμικό στηρίζεται σε αλγορίθμους μηχανικής εκμάθησης και μεθόδους αναγνώρισης προτύπων. Τέλος, αναπτύχθηκε και ενσωματώθηκε ένα εργαλείο εκμάθησης των εξελιγμένων τεχνικών διάχυσης και αιμάτωσης, με σκοπό να συμβάλλει στην επιμόρφωση και εκπαίδευση κυρίως νέων επιστημόνων, παρέχοντας πληροφορία τόσο σε θεωρητικό όσο και σε κλινικό επίπεδο.