Υπολογιστική ανάλυση μηχανικών χαρακτηριστικών του αρτηριακού τοιχώματος από απεικονιστικές καταγραφές με στόχο την υποβοήθηση της διάγνωσης της καρωτιδικής αθηρωμάτωσης
Authors: Γαστουνιώτη Αιμιλία 
Published: September 2021

Η Διδακτορική Διατριβή εστιάζει στην ανάλυση της κίνησης του αρτηριακού τοιχώματος από ακολουθίες εικόνων υπερήχων β-σάρωσης της καρωτίδας, με στόχο την ανάδειξη του έως - τώρα - αδιερεύνητου ρόλου των μηχανικών χαρακτηριστικών στην υποβοήθηση της διάγνωσης της νόσου. Αρχικά, αναπτύχθηκε ένα πλαίσιο, αποτελούμενο από 13 συνθετικές ακολουθίες εικόνων που προσομοιώνουν ρεαλιστικά σενάρια πραγματικών απεικονιστικών καταγραφών, για την αξιολόγηση της καταλληλότητας ενός αλγορίθμου για την ανίχνευση της κίνησης του αρτηριακού τοιχώματος της καρωτίδας από ακολουθίες εικόνων υπερήχων β-σάρωσης. Κατόπιν, αναζητήθηκε κατάλληλος αλγόριθμος, με την έννοια της επαρκούς ακρίβειας και του χαμηλού υπολογιστικού κόστους, ο οποίος μπορεί να εφαρμοστεί για την ανάλυση κίνησης σε απεικονιστικά δεδομένα ασθενών, παράγοντας έγκυρα κλινικά συμπεράσματα. Στη συνέχεια, αναπτύχθηκε αλγόριθμος για τον αυτόματο εντοπισμό των αθηρωματικών αλλοιώσεων σε ακολουθίες εικόνων υπερήχων β-σάρωσης με στόχο την ανεξάρτητη - από - το - χρήστη επιλογή περιοχών ενδιαφέροντος, στις οποίες εφαρμόζεται, έπειτα, η μεθοδολογία ανάλυσης της κίνησης. Έπειτα, επιχειρήθηκε ο σχεδιασμός ενός κατάλληλου συστήματος υποβοηθούμενης διάγνωσης (ΣΥΔ) για την αξιοποίηση των μετρήσεων που προκύπτουν από την ανάλυση κίνησης. Συγκεντρώθηκαν πραγματικές ακολουθίες εικόνων υπερήχων β-σάρωσης της καρωτίδας από ασθενείς με καρωτιδική αθηρωμάτωση δύο νοσοκομείων και ακολουθήθηκε μια σειρά βημάτων που οδήγησαν: (1) στη δημιουργία ενός πλαισίου υπολογισμού ενός μεγάλου εύρους μηχανικών χαρακτηριστικών της αθηρωματικής πλάκας και του υγιούς αρτηριακού τοιχώματος παραπλεύρως αυτής, (2) την υλοποίηση και παραμετροποίηση 15 υποψήφιων σχημάτων ταξινόμησης αθηρωματικών πλακών σε συμπτωματικές και ασυμπτωματικές, και (3) τον εντοπισμό του καταλληλότερου σχήματος ταξινόμησης. Το σχήμα αυτό κατάφερε να επιτύχει ακρίβεια ταξινόμησης ίση με (α) 88% σε ένα δείγμα αποτελούμενο από ισομεγέθη υποσύνολα απεικονιστικών δεδομένων των δύο νοσοκομείων και (β) 96%, όταν τα υποσύνολα δεδομένων του κάθε νοσοκομείου εξετάστηκαν ξεχωριστά. Ακολούθησε περαιτέρω διερεύνηση του ρόλου της κινητικής συμπεριφοράς του αρτηριακού τοιχώματος στην αξιολόγηση της επικινδυνότητας αθηρωματικών αλλοιώσεων της καρωτίδας, μελετώντας, όχι δείκτες, αλλά ολόκληρα πρότυπα κινητικότητας και παραμόρφωσης με τη βοήθεια ενός ΣΥΔ, αναλόγου συστημάτων αναγνώρισης φωνής, το οποίο βασίζεται σε κρυφά μοντέλα Markov. Κατόπιν βελτιστοποίησης, το ΣΥΔ βασίστηκε σε 22 πρότυπα κινητικότητας και 2 πρότυπα παραμόρφωσης, προσφέροντας ακρίβεια αναγνώρισης συμπτωματικών και ασυμπτωματικών ασθενών, η οποία κυμαίνεται μεταξύ 76% και 79%. Τέλος, τα ευρήματα και αποτελέσματα της διατριβής ενσωματώθηκαν στη διαδικτυακά προσβάσιμη πλατφόρμα CAROTID. Οι μεθοδολογίες που αναπτύχθηκαν στο πλαίσιο της Διδακτορικής Διατριβής βασίζονται μόνο σε δεδομένα του ασθενούς που συλλέγονται στη συνήθη κλινική πρακτική. Κατά συνέπεια, μέσω της ενσωμάτωσής τους σε ένα ολοκληρωμένο εργαλείο διαχείρισης ασθενών με καρωτιδική αθηρωμάτωση, εξελίσσουν και βελτιώνουν μια καθιερωμένη τακτική, εισάγοντας την αντικειμενικότητα στην κλινική πράξη και διατηρώντας χαμηλό το κόστος της εξέτασης.