Ανάλυση και Επεξεργασία Ιατρικών Δεδομένων

Abstract

Αντικείμενο της παρούσας Διδακτορικής Διατριβής είναι η μελέτη της επίδρασης της χημειοθεραπείας στον εγκέφαλο ασθενών που πάσχουν από μικροκυτταρικό καρκίνο του πνεύμονα (ΜΚΠ), με την αξιοποίηση σύγχρονων τεχνικών απεικόνισης μαγνητικού συντονισμού (MRI,T1,T2), απεικόνισης του τανυστή διάχυσης (DTI) και λειτουργικής απεικόνισης (fΜRI). Για να επιτευχθεί ο σκοπός της παρούσας διατριβής πραγματοποιήθηκε η συλλογή δεδομένων Τ1, Τ2, DTI και fMRI από 24 ασθενείς που πάσχουν από ΜΚΠ και έχουν λάβει χημειοθεραπεία καθώς επίσης και από 14 υγιείς εθελοντές. Το πρώτο στάδιο της ανάλυσης των δεδομένων είχε ως στόχο τη διερεύνηση της ύπαρξης αποδιοργάνωσης της αρχιτεκτονικής των δεσμίδων (fiber tracts) της λευκής ουσίας του εγκεφάλου των ασθενών και το οποίο επιτεύχθηκε με την πραγματοποίηση δυο ειδών επεξεργασίας των δεδομένων DTI,την ντετερμινιστική ανάλυση και την ανάλυση των δεσμίδων σε επίπεδο ογκοστοιχείου (voxel-to-voxel). Επιπλέον μελετήθηκε η ύπαρξη δομικών καταστροφών της φαιάς ουσίας με και την πραγματοποίηση ογκομετρίας στις Τ1 εικόνες ενώ η ανάλυση των fMRI δεδομένων σε επίπεδο λειτουργικής συνδεσιμότητας κατέστησε δυνατή την μελέτη της ύπαρξης λειτουργικών ελλειμάτων. Τα αποτελέσματα των παραπάνω αναλύσεων έδειξαν ότι οι ασθενείς παρουσίασαν διαφορές στην λειτουργική συνδεσιμότητα καθώς επίσης και αλλοιώσεις της φαιάς και της λευκής ουσίας. Το επόμενο στάδιο ήταν σύνδεση του DTI με την θεωρία των γράφων με στόχο την μελέτη της τοπολογικής οργάνωσης των δομικών δικτύων της λευκής ουσίας του εγκεφάλου των ασθενών με ΜΚΠ καθώς επίσης και της δομικής συνδεσιμότητας αυτών των δικτύων. Επιπλέον, μελετήθηκε ένας μεγάλος αριθμός μετρητικών στοιχειών των γράφων όπως το μέσο μήκος διαδρομής, ο συντελεστής ομαδοποίησης, η αποδοτικότητα σε τοπικό και παγκόσμιο επίπεδο, οι κόμβοι υψηλής συνδεσιμότητας και οι προϋποθέσεις μικρόκοσμου. Τα αποτελέσματα αυτής της ανάλυσης έδειξαν ότι οι ασθενείς παρουσίασαν εικόνα σαφούς αποδιοργάνωσης των δομικών δικτύων του εγκεφάλου και ταυτόχρονα και διαφορετική δομική συνδεσιμότητα σε σύγκριση με τους υγιείς, Τέλος, αναπτυχθήκαν μέθοδοι Μηχανικής Εκμάθησης (Machine Learning) οι οποίες εκμεταλλευόμενοι τα δίκτυα δομικής συνδεσιμότητας οδήγησαν στον επιτυχή διαχωρισμό των ασθενών από τους υγιείς με μεγάλη ακρίβεια. Τα συνολικά αυτά αποτελέσματα παρέχουν μια καλύτερη κατανόηση της επίδρασης και των επιπτώσεων της χημειοθεραπείας στον ανθρώπινο εγκέφαλο.