Predictive modeling of the atheromatic plaque growth
Authors: Κίγκα Βασιλική 
Published: February 2024

Η παρούσα διδακτορική διατριβή στοχεύει στην ανάπτυξη μοντέλων για την προγνωστική μοντελοποίηση της αθηρωματικής πλάκας, τόσο σε στεφανιαία αγγεία όσο και στις καρωτίδες αρτηρίες. Στα πλαίσια της διατριβής αυτής αναπτύχθηκαν τεχνικές επεξεργασίας αξονικής αγγειογραφίας για την τριστάστατη επεικόνιση των στεφανιαίων αγγείων και καρωτίδων, καθώς επίσης και μοντέλα μηχανικής μάθησης που αξιοποιούν τόσο απεικονιστικά όσο και μη απεικονιστικά δεδομένα για την πρόβλεψη της στεφανιαίας και καρωτιδικής νόσου. Στόχος της διατριβής είναι η επικύρωση των προτεινόμενων μεθοδολογιών και η ανάπτυξη ολοκληρωμένων μοντέλων για την διαστρωμάτωση του κινδύνου στην στεφανιαία και καρωτιδική νόσο.Η έρευνα της διατριβής ξεκίνησε έπειτα από την έλλειψη αυτοματοποιημένων μεθοδολογιών για τον αυτόματο εντοπισμό του εσωτερικού και εξωτερικού τοιχώματος των στεφανιαίων και καρωτίδων αρτηριών και την τρισδιάστατη ανακατασκευή του πλήρους αρτηριακού δέντρου, καθώς και έπειτα από την μελέτη διαφόρων περιορισμών στον αυτόματο εντοπισμό και χαρακτηρισμό της αθηρωματικής πλάκας. Στη συνέχεια, η διατριβή βασίστηκε στην αξιοποίηση απεικονιστικών δεδομένων που προκύπτουν από μη επεμβατικές απεικονιστικές τεχνικές για την καλύτερη διαχείρηση της στεφανιαίας και καρωτιδικής νόσου.Στο πρώτο κεφάλαιο αρχικά παρουσιάζεται η φυσιολογία του καρδιαγγειακού συστήματος. Πιο συγκεκριμένα παρουσιάζεται η λειτουργία του κυκλοφορικόυ συστήματος, η ανατομία και η λειτουργία της καρδιάς, οι στεφανιαίες και καρωτίδες αρτηρίες και η ανατομία τους. Στη συνέχεια παρουσιάζεται η παθοφυσιολογία της αθηροσκλήρωσης, καθώς και παράγοντες κινδύνου για εμφάνιση της αθηροσκλήρωσης και κάποια επιδημιολογικά στοιχεία για την στεφανιαία και καρωτιδική νόσο. Τέλος στο κεφάλαιο αυτό παρουσιάζονται οι τρόποι απεικόνισης της αθηροσκλήρωσης, τόσο οι επεμβατικοί, όσο και οι μη επεμβατικοί, τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα αυτών στην κλινική πράξη. Στο δεύτερο κεφάλαιο της παρούσας διατριβής γίνεται μια εκτενής παρουσίαση της υπάρχουσας βιβλιογραφίας σχετικά με τις μεθόδους τρισδιάστατης ανακατασκευής των στεφανιαίων και καρωτίδων αρτηριών και εντοπισμού των αθηρωματικών πλακών, τόσο σε αυτοματοποιημένο επίπεδο, όσο και σε μη αυτοματοποιημένο επίπεδο. Στη συνέχεια, γίνεται μία λεπτομερής αναφορά σε ήδη υπάρχουσες μελέτες για τη διαστρωμάτωση του κινδύνου για στεφανιαία και καρωτιδική νόσο, αξιοποιώντας είτε τεχνικές τυπικής στατιστικής ανάλυσης είτε τεχνικές μηχανικής μάθησης. Τέλος, στο κεφάλαιο αυτό, παρουσιάζονται συνολικά όλοι οι υπάρχοντες βιοδείκτες για τη διάγνωση και πρόβλεψη της καρωτιδικής νόσου και ο μηχανισμός με τον οποίο συμμετέχουν στη παθογένεση της νόσου, καθώς και οι υπάρχουσες στη βιβλιογραφία μελέτες που καταδεικνύουν τη σημαντικότητα τους. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η προτεινόμενη μεθοδολογία για την τρισδιάστατη ανακατασκευή του εσωτερικού και του εξωτερικού τοιχώματος των στεφανιαίων και καρωτίδων αρτηριών και για τον εντοπισμό και χαρακτηρισμό των αθηρωματικών πλακών. Πιο συγκεκριμένα, οι αθηρωματικές πλάκες που εντοπίζονται διαχωρίζονται σε ασβεστοποιημένες και μη- ασβεστοποιημένες πλάκες, που αποτελούνται κυρίως από λιπίδια και ινώδη ιστό. Επιπλέον παρουσιάζονται διαφορετικοί τρόποι επικύρωσης της προτεινόμενης μεθοδολογίας, καθώς επίσης και η καινοτόμος πτυχή της παρούσας μεθοδολογίας συγκριτικά με την υπάρχουσα βιβλιογραφία. Το τέταρτο κεφάλαιο της διατριβής στοχεύει στην παρουσίαση μοντέλων μηχανικής μάθησης για τη διαστρωμάτωση του κινδύνου για στεφανιαία νόσο, προβέποντας την παρουσία στεφαναίας παθολογικής νόσου, είτε την εξέλιξη της νόσου, είτε την τοποθέτηση ενδαγγειακού στεντ. Τα προτεινόμενα μοντέλα εκπαιδεύτηκαν με μη απεικονιστικά και απεικονιστικά δεδομένα, που προκύπτουν από την γεωμετρία των αγγείων, καθώς και την μοντελοποίηση της αιματικής ροής των αγγείων. Στο πέμπτο κεφάλαιο της παρούσας εργασίας, προτάθηκαν μοντέλα μηχανικής μάθησης για τη διάγνωση και την αναγνώριση ατόμων με ασυμπτωματική καρωτιδική νόσο και για την ανίχνευση ατόμων με παρουσία αθηρωματικών ασταθών πλακών υψηλού κινδύνου, χρησιμοποιώντας ως είσοδο τυπικά ιατρικά δεδομένα. Τέλος, στο έκτο κεφάλαιο παρουσιάστηκε η συσχέτιση της καρωτιδικής νόσου με την παρουσία κλινικά ασυμπτωματικών εγκεφαλικών βλαβών. Πιο συγκεκριμένα, στόχος του κεφάλαιου αυτού ήταν η συσχέτιση υπερηχογραφικών δεικτών της καρωτιδικής αρτηρίας, καθώς και χαρακτηριστικά του κάθε ασθενούς (δημογραφικά, κλινικά, αιματολογικά, βιοχημικά δεδομένα και παράγοντες κινδύνου) με την παρουσία κλινικά ασυμπτωματικών εγκεφαλικών βλαβών στο ομόπλευρο ημισφαίριο. Το έβδομο και τελευταίο κεφάλαιο της παρούσας εργασίας αποτελεί μια ενότητα συζήτησης, που σχετίζεται με τη συνεισφορά της προτεινόμενης διδακτορικής διατριβής, καθώς και με τα πιθανά μελλοντικά ερευνητικά βήματα.