Μορφοκλασματικοί βιοδείκτες της δομής του μεταστατικού μελανώματος με χρήση PET/CT απεικονίσεων.

Abstract

Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτελεί η μελέτη ιατρικών απεικονίσεων μέσω μορφοκλασματικής και πολυμορφοκλασματικής ανάλυσης, σε ασθενείς με μεταστατικό μελάνωμα που λαμβάνουν ανοσοθεραπεία. Αρχικός στόχος της μελέτης ήταν η διερεύνηση του κατά πόσον η μορφοκλασματική διάσταση της διασποράς των μεταστάσεων και οι γενικευμένες μορφοκλασματικές διαστάσεις, μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως βιοδείκτες για την ανάλυση της εξέλιξης μεταστατικών νόσων. Με βάση τα θετικά αποτελέσματα του αρχικού στόχου, έγινε εκτίμηση της απόδοσης της ανοσοθεραπείας, της κατανομής των μεταστάσεων στους ασθενείς και η σύγκριση ασθενών και υγιών ατόμων με τη χρήση μορφοκλασματικών βιοδεικτών. Στους 19 ασθενείς των οποίων τα δεδομένα χρησιμοποιήθηκαν, έχει χορηγηθεί ανοσοθεραπεία με μονοκλωνικά αντισώματα (ipilimumab, nivolumab, pembrolizumab) που αναστέλλουν βασικά σημεία ελέγχου της ανοσοεπιτήρησης (immune checkpoint inhibitors) και έχουν ληφθεί ολόσωμες PET/CT απεικονίσεις σε τρία διαδοχικά στάδια (πριν και μετά τη θεραπεία), με τη χρήση ραδιοφαρμάκου 2-δεοξυ-2-(18F) φθοριο-d-γλυκόζη (FDG). H οπτικοποίηση των τρισδιάστατων δεδομένων πραγματοποιήθηκε μέσω λογισμικών απεικόνισης κατάλληλων για την ανάγνωση και ψηφιοποίηση ιατρικών εικόνων με το πρότυπο DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine). Οι ολόσωμες απεικονίσεις των ατόμων μετατράπηκαν σε τρισδιάστατους πίνακες των οποίων τα στοιχεία αντιστοιχούν στις τοπικές τιμές φωτεινότητας των εικονοστοιχείων, οι οποίες αντιπροσωπεύουν την πρόσληψη της γλυκόζης στις περιοχές του σώματος. Για τη μελέτη και σύγκριση της κατανομής του ραδιοφαρμάκου σε υγιείς και ασθενείς αναπτύχθηκαν αλγόριθμοι που υλοποιούν μορφοκλασματική (fractal) και πολυ-μορφοκλασματική (multifractal) ανάλυση στα τρισδιάστατα δεδομένα και υπολογίζουν την μορφοκλασματική διάσταση και τις γενικευμένες διαστάσεις. Η ταυτοποίηση της καταλληλότερης μεθόδου υλοποίησης επετεύχθη μέσα από διαφορετικούς τρόπους εφαρμογής των αλγορίθμων, με τη χρήση δύο εναλλακτικών μεθόδων ανάγνωσης δεδομένων και την δοκιμή τριών διαφορετικών κατωφλίων έντασης των εικονοστοιχείων (pixel). Τέλος, τα αποτελέσματα ήρθαν σε σύγκριση με τα ιατρικά πορίσματα, ώστε να εκτιμηθεί η εγκυρότητα τους και η δυνατότητα χρησιμοποίησης μορφοκλασματικών παραμέτρων για την αξιολόγηση του θεραπευτικού αποτελέσματος του μεταστατικού μελανώματος. Παρατηρήθηκε πως τα αποτελέσματα της μορφοκλασματικής ανάλυσης συμφωνούν με τα ιατρικά πορίσματα στο 77.42% των περιπτώσεων, ενώ της πολυμορφοκλασματικής ανάλυσης παρέχουν καλύτερη πρόβλεψη, με ταύτιση των αποτελεσμάτων στο 80.65% των περιπτώσεων