Μελέτη της σχετικής δοσιμετρικής συνεισφοράς κάθε ενέργειας φωτονίου του φάσματος σημειακής ραδιενεργής πηγής Ιριδίου-192, Ιωδίου-125, Υττερβίου-169 και πραγματικής πηγής Ιριδίου-192.

Η βραχυθεραπεία είναι μία μέθοδος ακτινοθεραπείας κατά την οποία ραδιενεργές πηγές κατανέμονται ενδοκοιλοτικά, ενδοϊστικά ή και σε επαφή με τον όγκο-στόχο, με σκοπό την ακτινοβόληση του στόχου με μεγάλες δόσεις και την παράλληλη ελαχιστοποίηση της ακτινοβόλησης των παρακείμενων υγιών ιστών-οργάνων. Η επιτυχία της κλινικής ακτινοθεραπευτικής πρακτικής στις σύγχρονες εφαρμογές βραχυθεραπείας εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την ακρίβεια των δοσιμετρικών δεδομένων που χρησιμοποιούνται για τον σχεδιασμό της, ο οποίος αποτελεί αναπόσπαστο τμήμα της ακτινοθεραπευτικής προσπάθειας για τη μεγιστοποίηση του θεραπευτικού οφέλους. Ο υπολογισμός της δόσης από τα συστήματα σχεδιασμού θεραπείας πραγματοποιείται μέσω του καθιερωμένου φορμαλισμού TG-43 (R. Nath et al, Medical Physics, vol.22, 1995) και ο τρόπος λειτουργίας τους στηρίζεται στην υπέρθεση προϋπολογισμένων κατανομών δόσης από Monte Carlo προσομοιώσεις, οι οποίες αποτελούν ένα μέσο για την στατιστική προσομοίωση των διαδικασιών που σχετίζονται με την εκπομπή και τη μεταφορά ακτινοβολίας μέσω τυχαίας δειγματοληψίας από συναρτήσεις κατανομής πιθανότητας. Για την αύξηση της ακρίβειας των υπολογισμών έχει επικρατήσει η δόση να αναλύεται σε επιμέρους συνιστώσες-συναρτήσεις, οι τιμές των οποίων εισάγονται εφάπαξ στο σύστημα σχεδιασμού θεραπείας υπό τη μορφή πινάκων (look up tables) ή συναρτήσεων. Στην παρούσα διπλωματική εργασία, πραγματοποιήθηκε μία εκτενής μελέτη της δοσιμετρικής επίδρασης του ενεργειακού φάσματος φωτονίων ορισμένων ραδιονουκλιδίων που χρησιμοποιούνται κατά κόρον σε εφαρμογές βραχυθεραπείας. Αρχικά, μελετήθηκε η σχετική δοσιμετρική συνεισφορά στο νερό μίας σημειακής πηγής χαμηλής μέσης ενέργειας (125Ι), μίας μέσης μέσης ενέργειας (169Yb) και μίας υψηλής μέσης ενέργειας (192Ir). Στη συνέχεια, μελετήθηκε η σχετική δοσιμετρική συνεισφορά για την περίπτωση πραγματικής πηγής βραχυθεραπείας 192Ιr, σε δύο διαφορετικά υλικά: νερό και οστό, ενώ σε κάθε περίπτωση αξιολογήθηκε και η συνεισφορά των φαινομένων της σύμφωνης σκέδασης και του Doppler broadening effect στη συνολική δόση. Η πηγή 192Ir που χρησιμοποιήθηκε είχε διαστάσεις που έχουν επιλέχθηκαν ώστε να αντιπροσωπεύουν την πλειοψηφία των εμπορικά διαθέσιμων πηγών βραχυθεραπείας όπως προτείνεται στην εργασία των Ballester et al (Medical Physics, vol.42, 2015). Επιπλέον, στην περίπτωση της πραγματικής πηγής 192Ιr υπολογίστηκαν οι συναρτήσεις - παράμετροι που εμπεριέχονται στο καθιερωμένο πρότυπο υπολογισμού δόσης TG-43 για την περίπτωση που λαμβάνονται υπόψη όλοι οι μηχανισμοί αλληλεπίδρασης και για τις περιπτώσεις στις οποίες δεν λαμβάνεται υπόψη η σύμφωνη σκέδαση και το Doppler broadening effect. Όλα τα δοσιμετρικά δεδομένα που ήταν απαραίτητα αποκτήθηκαν μέσω Monte Carlo προσομοιώσεων με χρήση του κώδικα MCNP6.1

Colour contrast and regulation of the long jump approach run

Research has shown that visual perception of the take-off board and the subsequent regulation of the approach run occur 4-5 strides prior to take-off. Contrast in visual perception is determined by the difference in colour and occurs when a surface of one colour induces its antagonist colour in an adjoining surface. The aim of the present study was to investigate if colour contrast between the track surface and the board affects the stride regulation pattern at the long jump approach run. Four long jumpers performed long jumps in two different occasions: 6 from a runway track coloured blue, with a white take-off board and 6 from a modified yellow board. The runway was marked and the approach runs were recorded with a panning camera. Toeboard distance (TBD) for each support phase in every run-up and the percentage distribution of adjustment of the regulated strides was calculated. With the white take-off board, the average TBD variability reached its peak value (21.74cm) on the 5th stride from the board and at a distance of 9.77m from take-off point. With the yellow take-off board the average TBD variability culminated (24.80cm) on the 7th stride from the board and at a distance of 13.40m from take-off point. With the white board, 80% of the adjustment was distributed during the last two strides as opposed to 61% with the yellow board. When a take-off board of a colour complementary to the runway’s blue track surface is used, athletes initiated their regulation 2 strides earlier. This may be attributed to an enhanced visual perception of the approaching target allowing a more uniform distribution of adjustments during the last two strides of the approach

Automatic text summarization: machine learning and semantic techniques

The constantly growing amount of textual information has led to the development of automatic text summarization, which constitutes an important research area in natural language processing. The current research that is conducted in this field is mainly focused on developing machine learning approaches, without, in most cases, considering the combination of machine learning models with other techniques based on natural language processing, which could contribute to further improvement in this field. In view of this research gap, the present dissertation focuses on the field of abstractive text summarization of single documents, examining deep learning architectures and presenting new methodologies that combine machine learning and semantic-based techniques in order to improve automatic text summarization. The contribution of the dissertation includes; (i) the investigation of deep learning architectures for automatic text summarization, (ii) a novel methodology that is based on semantic content transformations and machine learning to address the problem of managing new content, without sufficient presence in the training set of a machine learning model, (iii) a new framework that combines methodology of semantic content representation and deep learning, towards the production of summaries with semantic content relevance and (iv) a set of metrics that provides a qualitative assessment of the estimated summaries.The first part covers the investigation of a range of deep learning architectures for estimating a sequence of words that composes the summary of an original text. These architectures include encoder-decoder recurrent neural networks, reinforcement learning, transformer-based architectures, and pre-trained neural language models.The second part presents a novel framework that is based on semantic content transformations along with machine learning predictions. The proposed framework is capable of dealing with the problem of out-of-vocabulary or rare words, improving the performance of the deep learning models. The framework is composed of three components; a pre-processing task, a machine learning methodology and a post-processing task. The pre-processing task is based on a well-defined theoretical model of semantic-based content generalization, which utilizes ontological knowledge resources, word-sense-disambiguation and named-entity recognition to transform ordinary text into a generalized form. A range of deep learning models is trained on a generalized version of text-summary pairs, learning to predict summaries in a generalized form. The post-processing task utilizes knowledge resources, word embeddings, word-sense disambiguation and heuristic algorithms based on text similarity methods to transform the generalized version of a predicted summary into a final, human-readable form. The third part includes a novel approach that combines semantic graph representations along with deep learning predictions to generate abstractive summaries of single documents, in an effort to utilize a semantic representation of the unstructured textual content in a machine-readable, structured, and concise manner. The main contribution of this approach includes; the graph-to-summary formulation of the problem of abstractive text summarization using deep learning techniques, the examination of a range of deep learning models, and the investigation of semantic graph-based representation schemes. The overall framework is based on a well-defined methodology for performing semantic graph parsing, graph construction, graph transformations for machine learning models, and deep learning predictions. This approach organizes unstructured textual information through a semantic representation of the content, in an effort to improve machine learning predictions and provide semantically relevant summaries.Another important contribution is an introduction of a set of measures for assessing the factual consistency of the generated summaries in an effort to provide a qualitative evaluation. These measures provide a weighted evaluation value, according to the length of an original text and the system summary, by determining the semantic overlap between the information contained in the generated summary and the original text. The new set of metrics can contribute to the evaluation and improvement of automatic text summarization systems.The approaches presented were theoretically defined, implemented and experimentally investigated. Considering the research conducted, the novel methodology, the positive results and the useful conclusions may contribute to further improvement of intelligent systems in the field of automatic text summarization.Η συνεχώς αυξανόμενη πληροφορία κειμένου έχει οδηγήσει στην ανάπτυξη έντονης ερευνητικής δραστηριότητας στο πεδίο της αυτόματης περίληψης κειμένου, το οποίο αποτελεί έναν σημαντικό ερευνητικό τομέα της επεξεργασίας φυσικής γλώσσας. Η έρευνα, που διεξάγεται σήμερα στο πλαίσιο της αυτόματης περίληψης κειμένου, επικεντρώνεται κυρίως σε ανάπτυξη προσεγγίσεων μηχανικής μάθησης, χωρίς, τις περισσότερες φορές, να εξετάζεται ο συνδυασμός μοντέλων μηχανικής μάθησης με άλλες τεχνικές που βασίζονται σε επεξεργασία φυσικής γλώσσας, οι οποίες θα μπορούσαν να συνεισφέρουν στην περαιτέρω βελτίωση του πεδίου αυτού. Με αφορμή το ερευνητικό αυτό κενό, η παρούσα διδακτορική διατριβή, με αντικείμενο την αυτόματη περίληψη κειμένου ενός εγγράφου με τη μέθοδο της παραγωγής κειμένου, εξετάζει αρχιτεκτονικές βαθιάς μάθησης και παρουσιάζει νέες μεθόδους που συνδυάζουν μηχανική μάθηση και σημασιολογικές τεχνικές, με σκοπό τη βελτίωση της αυτόματης περίληψης κειμένου. Η συνεισφορά της διατριβής περιλαμβάνει: (i) τη διερεύνηση αρχιτεκτονικών βαθιάς μάθησης για την αυτόματη περίληψη κειμένου, (ii) την πρόταση νέας μεθοδολογίας σημασιολογικών μετασχηματισμών του περιεχομένου και μηχανικής μάθησης για την αντιμετώπιση του προβλήματος της διαχείρισης νέου κειμένου, το οποίο δεν έχει επαρκή παρουσία στο σύνολο εκπαίδευσης ενός μοντέλου μηχανικής μάθησης, (iii) την εισαγωγή ενός νέου πλαισίου σημασιολογικής αναπαράστασης του περιεχομένου και βαθιάς μάθησης, προς την κατεύθυνση της παραγωγής περιλήψεων με σημασιολογική συνάφεια περιεχομένου και (iv) την παρουσίαση ενός συνόλου μετρικών για παροχή ποιοτικής αξιολόγησης του περιεχομένου των παραγόμενων περιλήψεων.Στο πρώτο μέρος η ερευνητική προσπάθεια εστιάζει στη διερεύνηση αρχιτεκτονικών βαθιάς μάθησης και προτείνει την αξιοποίηση κατάλληλων μοντέλων νευρωνικών δικτύων για την αυτόματη περίληψη κειμένου. Στην κατεύθυνση αυτή, διερευνώνται διαφορετικές αρχιτεκτονικές μοντέλων μηχανικής μάθησης, όπως είναι τα δίκτυα νευρωνικών δικτύων τύπου κωδικοποιητή-αποκωδικοποιητή, η ενισχυτική μάθηση, οι αρχιτεκτονικές μετασχηματιστών ή τα προεκπαιδευμένα μοντέλα γλωσσικής αναπαράστασης. Στη συνέχεια, η έρευνα εστιάζει στην ανάπτυξη ενός πλαισίου σημασιολογικών μετασχηματισμών του περιεχομένου, το οποίο δίνει λύσεις στο πρόβλημα των νέων υποψήφιων για περίληψη κειμένων, τα οποία περιλαμβάνουν περιεχόμενο που ενδεχομένως δεν έχει επαρκή παρουσία στο σύνολο εκπαίδευσης ενός μοντέλου μηχανικής μάθησης. Το προτεινόμενο πλαίσιο περιλαμβάνει τρία βασικά στάδια: την προ-επεξεργασία, τις προβλέψεις μηχανικής μάθησης και τη μετα-επεξεργασία. Το στάδιο της προ-επεξεργασίας βασίζεται σε μια καλά καθορισμένη μεθοδολογία γενίκευσης περιεχομένου, η οποία αξιοποιεί πόρους γνώσης, ταξινομίες εννοιών, σημασιολογική αποσαφήνιση έννοιας λέξεων και αναγνώριση ονοματικών οντοτήτων για τον μετασχηματισμό του περιεχομένου σε μια γενικευμένη μορφή. Η εφαρμογή της μεθοδολογίας γενίκευσης του περιεχομένου βελτιώνει την ακρίβεια των προβλέψεων μηχανικής μάθησης, με την παραγωγή περιλήψεων σε μια γενικευμένη μορφή. Το στάδιο της μετα-επεξεργασίας βασίζεται σε ευρεστικές μεθόδους, που αξιοποιούν αντίστοιχους πόρους γνώσης με εκείνους που χρησιμοποιούνται στη φάση της προ-επεξεργασίας, για τον μετασχηματισμό των γενικευμένων περιλήψεων στην τελική τους μορφή. Στο τρίτο μέρος, η ερευνητική προσπάθεια επικεντρώνεται στην αξιοποίηση της σημασιολογικής αναπαράστασης του περιεχομένου σε μορφή γραφήματος, σε συνδυασμό με προβλέψεις βαθιάς μάθησης για τη βελτίωση της αυτόματης περίληψης κειμένου, προς την κατεύθυνση της παραγωγής περιλήψεων με σημασιολογική συνάφεια περιεχομένου. Η κύρια συνεισφορά της προτεινόμενης μεθοδολογίας περιλαμβάνει τη μοντελοποίηση του προβλήματος ως ένα πρόβλημα μάθησης από γράφημα σε περίληψη με μεθόδους βαθιάς μάθησης, την παρουσίαση σημασιολογικών αναπαραστάσεων κειμένου σε μορφή γραφήματος και τη διερεύνηση της επίδοσης διαφορετικών αρχιτεκτονικών βαθιάς μάθησης σε συνδυασμό με διάφορα σχήματα δεδομένων. Η προτεινόμενη προσέγγιση βασίζεται σε ένα καλά καθορισμένο πλαίσιο για την ανάκτηση των σημασιολογικών γραφημάτων για κάθε περίοδο ενός αρχικού κειμένου, την κατασκευή του σημασιολογικού γραφήματος του περιεχομένου ενός κειμένου, τον μετασχηματισμό ενός σημασιολογικού γραφήματος σε κατάλληλη μορφή για είσοδο σε κάποιο μοντέλο μηχανικής μάθησης και τις προβλέψεις μηχανικής μάθησης. Η προσέγγιση αυτή οργανώνει τη μη δομημένη πληροφορία και αναπαριστά σημασιολογικά το περιεχόμενο, σε μια προσπάθεια βελτίωσης των προβλέψεων μηχανικής μάθησης και την παροχή περιλήψεων με σημασιολογική συνάφεια περιεχομένου.Προς την κατεύθυνση της παροχής μιας ποιοτικής αξιολόγησης για την αυτόματη περίληψη κειμένου, η παρούσα διατριβή προτείνει ένα νέο σύνολο μετρικών, οι οποίες προσδιορίζουν τη συνέπεια απόδοσης πληροφορίας των παραγόμενων περιλήψεων σε σχέση με το αρχικό κείμενο. Οι εν λόγω μετρικές παρέχουν μια σταθμισμένη τιμή αξιολόγησης, σύμφωνα με την έκταση του αρχικού κειμένου και της περίληψης συστήματος, προσδιορίζοντας τη σημασιολογική επικάλυψη μεταξύ της πληροφορίας που περιλαμβάνει η παραγόμενη περίληψη σε σχέση με το αρχικό κείμενο. Το νέο σύνολο μετρικών μπορεί να συνεισφέρει στην αξιολόγηση και βελτίωση των συστημάτων αυτόματης περίληψης κειμένου. Οι προσεγγίσεις που παρουσιάζονται, καθορίστηκαν θεωρητικά, υλοποιήθηκαν και διερευνήθηκαν πειραματικά. Στο πλαίσιο της πειραματικής διαδικασίας εξετάστηκαν σημαντικές πτυχές της προτεινόμενης μεθοδολογίας, καθώς, επίσης, διερευνήθηκε και συγκρίθηκε η επίδοση της εκάστοτε προσέγγισης με άλλες συναφείς εργασίες. Ο προσδιορισμός των βέλτιστων επιλογών, που οδηγούν στη βελτιστοποίηση της επίδοσης των προτεινόμενων λύσεων, τα θετικά αποτελέσματα, καθώς και τα συμπεράσματα, που προέκυψαν, αναδεικνύουν τα οφέλη της παρούσας ερευνητικής προσπάθειας, η οποία μπορεί να οδηγήσει στην περαιτέρω έρευνα για την ανάπτυξη ευφυών συστημάτων στον τομέα της αυτόματης περίληψης κειμένου

Study of the dose rate effect on the therapeutic scheme of modern radiotherapy clinical applications

In the first part of the doctoral dissertation the dose rate distributions delivered to 55 prostate and head & neck (H&N) cancer patients treated with a helical TomoTherapy (HT) system were resolved and assessed with regard to pitch and field width defined during treatment planning. Potential loss in the bio-effectiveness of HT treatments due to sublethal repair mechanisms triggered during dose delivery was estimated using the concept of biologically effective dose (BED) and acknowledging two independent, equally contributing repairing mechanisms with repair halftime of 0.19 h and 2.16 h. Statistical analysis of the studied cases showed that the median treatment delivery time was 4.4 min and 6.3 min for the prostate and H&N cases, respectively. Dose rate volume histogram data for the studied cases showed that the 25% and 12% of the volume of the planning target volumes of the prostate and H&N cases are irradiated with a dose rate of greater or equal to 1 Gy/min. Quartile dose rate (QDR) data confirmed that in HT, where the target is irradiated in slices, most of the dose is delivered to each voxel of the target when it travels within the beam. Analysis of the planning data from all cases showed that this lasts for 68 s (median value). QDRs showed that using the 2.5 cm field width, 75% of the prescribed dose is delivered to target voxels with a mean dose rate of at least 3.2 Gy/min and 4.5 Gy/min, for the prostate and H&N cases, respectively. Systematically higher dose rates were observed for the H&N cases due to the shallower depths of the lesions in this anatomical site. Delivered dose rates were also found to increase with field width and pitch setting, due to the higher output of the system which, in general, results in accordingly decreased total treatment time. BED results for finite (clinical) dose rate delivery accounting for sublethal repair were found in agreement with corresponding calculations for instantaneous treatment delivery, suggesting negligible loss in treatment bio-effectiveness both for the prostate and H&N cases. Ιn IMRT appears to be no effect of treatment time and consequently dose rate on bio-effectiveness when the treatment time is of the same order of magnitude or less than the repair half-time. However, an effect is expected on radiotherapy techniques with fairly longer treatment time such as stereotactic radiosurgery. The diversity in technical configuration among the clinically available radiosurgery systems, results in accordingly diverse treatment times for the same physical dose prescription, spanning from several min to more than 1h. This, combined with evidence supporting the impact of dose delivery temporal pattern on the bio-effectiveness of low-LET radiation treatments, challenges the assumption of acute dose delivery commonly employed to estimate the clinical outcome using the concept of Biologically Effective Dose (BED). In the second part of the doctoral dissertation, the treatment plans of 30 patients underwent CyberKnife radiosurgery for Vestibular Schwannomas (VS), prescribing a marginal dose of 13 Gy to the tumor in a single fraction, were retrospectively reviewed and the derived dose distributions were resolved in the temporal domain. It was demonstrated that CyberKnife radiosurgery greatly departs from the assumption of acute exposure, delivering highly inhomogeneous dose rate distributions in the temporo-spatial domain, even for single fraction treatments. This influences the delivered BED due to alterations in the sublethal damage repair (SLR) occurring within the treatment session. The net effect on BED of SLR alterations becomes considerable for treatments lasting longer than the faster repair component half time. Using a BED model involving SLR effects, it was shown that each physical dose iso-surface is associated with a BEDslr range which can be represented by the corresponding mean value and standard deviation (1σ). The range of BEDslr values per iso-surface depends on the plan optimization steps. For the studied VS cases cohort, a typical range of 2%, with respect to the mean BEDslr value was found at 1σ. The marginal BEDslr delivered to the VS tumors through the prescription dose iso-surface was found to deteriorate with treatment time, involving both beam-on time and beam-off gaps. Using linear regression fitting models, the marginal BEDslr for 13 Gy prescription can be estimated with reasonable uncertainty. Compared to the acute exposure approach, a BED “loss” of 21% is associated with the delivery of 13 Gy to the VS tumor in 35 min.Στο πρώτο μέρος της διδακτορικής διατριβής χαρτογραφήθηκαν οι κατανομές ρυθμού δόσης συνολικά 55 ασθενών με καρκίνο του προστάτη αδένα και κεφαλής - τραχήλου που υποβλήθηκαν σε ακτινοθεραπεία με το σύστημα helical TomoTherapy. Mελετήθηκε η επίδραση του πάχους τομής του πεδίου και του pitch στον ρυθμό δόσης, καθώς και η πιθανή απώλεια στη βιολογική αποτελεσματικότητα λόγω των μηχανισμών επιδιόρθωσης των υποθανατηφόρων βλαβών. Η τελευταία εκτιμήθηκε χρησιμοποιώντας την έννοια της βιολογικά δραστικής δόσης (Biological Effective Dose - BED) θεωρώντας δύο ισόποσα συνεισφέροντες μηχανισμούς με χρόνο ημίσειας επιδιόρθωσης 0,19 h και 2,16 h, αντίστοιχα. Τα ιστογράμματα ρυθμού δόσης - όγκου έδειξαν πως, για τις περιπτώσεις ακτινοθεραπείας στον προστάτη αδένα, κατά μέσο όρο, το 25% του όγκου του προστάτη ακτινοβολείται με ρυθμό δόσης ίσο ή μεγαλύτερο του 1 Gy/min. Ομοίως, στις περιπτώσεις κεφαλής - τραχήλου, κατά μέσο όρο, το 12% του όγκου του στόχου υψηλού κινδύνου ακτινοβολείται με ρυθμό ίσο ή μεγαλύτερο από 1 Gy/min. Οι τιμές των QDR επιβεβαίωσαν ότι στο helical TomoTherapy το μεγαλύτερο μέρος της δόσης σε κάθε ογκοστοιχείο του όγκου-στόχου χορηγείται όταν το ογκοστοιχείο βρίσκεται εντός της δέσμης ακτινοβολίας ενώ μόνο ένα μικρό μέρος χορηγείται όταν βρίσκεται εκτός αυτής. Γενικά, υπολογίστηκαν μικρότερες τιμές QDR για τις περιπτώσεις προστάτη σε σχέση με τις περιπτώσεις κεφαλής - τραχήλου, γεγονός που μπορεί να αποδοθεί στο μεγαλύτερο βάθος του όγκου-στόχου στις πρώτες. Επίσης, οι χορηγούμενοι ρυθμοί δόσης βρέθηκε πως αυξάνονται με το πάχος τομής και το pitch οδηγώντας σε μείωση του χρόνου θεραπείας. Για τους τυπικούς χρόνους διάρκειας μίας συνεδρίας στο helical TomoTherapy (4,4 min και 6,3 min για τις περιπτώσεις προστάτη και κεφαλής - τραχήλου, αντίστοιχα) δεν παρατηρήθηκε σημαντική διαφορά στις τιμές BED. Επομένως, σε ακτινοθεραπεία IMRT φαίνεται πως δεν υπάρχει επίδραση του χρόνου θεραπείας και κατ΄επέκταση του ρυθμού δόσης στην βιολογική αποτελεσματικότητα όταν ο χρόνος θεραπείας είναι ίδιας τάξης μεγέθους ή μικρότερος από τους χρόνους ημίσειας επιδιόρθωσης. Όμως, αναμένεται επίδραση σε τεχνικές ακτινοθεραπείας με αρκετά μεγάλους χρόνους χορήγησης της δόσης όπως είναι οι στερεοτακτικές ακτινοχειρουργικές. Η διαφοροποίηση στις τεχνικές προδιαγραφές των κλινικά διαθέσιμων συστημάτων ακτινοχειρουργικής έχει ως αποτέλεσμα αντίστοιχες διαφορές στο χρόνο εναπόθεσης της δόσης και επομένως, στον απαιτούμενο συνολικό χρόνο θεραπείας και τη βιολογική της απόκριση. Στο δεύτερο μέρος της διδακτορικής διατριβής πραγματοποιήθηκε αναδρομική ανάλυση 30 ασθενών που υποβλήθηκαν σε θεραπεία ακουστικού νευρινώματος με το σύστημα CyberKnife VSI και τους συνταγογραφήθηκε δόση 13 Gy στο GTV σε μία μόνο συνεδρία. Δεδομένου ότι οι πρακτικές ακτινοχειρουργικής με το CyberKnife συνήθως διαρκούν περισσότερο από 10 min οι χωροχρονικές μεταβολές στη χορήγηση της δόσης επηρεάζουν τη ραδιοβιολογική αποτελεσματικότητα μίας θεραπείας λόγω αντίστοιχων μεταβολών στην επιδιόρθωση των υποθανατηφόρων βλαβών. Επομένως, η χορήγηση της δόσης αποκλίνει σε μεγάλο βαθμό από την έννοια της στιγμιαίας έκθεσης, καθιστώντας την έννοια της στιγμιαίας βιολογικά δραστικής δόσης (BEDinst) ακατάλληλη. Τα αποτελέσματα BED υποδεικνύουν τη χρήση του ογκοστοιχείου που λαμβάνει τη διάμεση τιμή BEDslr ανά ισοδοσιακή καμπύλη ως αντιπροσωπευτική τιμή διότι, για τις στρατηγικές σχεδιασμού θεραπείας που εφαρμόστηκαν στις μελετημένες περιπτώσεις ασθενών, αποδείχθηκε ότι η σχετική κατανομή συχνότητας του BEDslr ανά ισοδοσιακή προσομοιάζει αρκετά εκείνη της κανονικής κατανομής. Οπότε, η τυπική απόκλιση της μέσης τιμής, η οποία υπολογίστηκε σχεδόν 2% (1σ), μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εκτίμηση του εύρους τιμών BED. Τέλος, παρατηρήθηκε μείωση του BEDslr με την αύξηση του χρόνου ενώ συγκριτικά με την προσέγγιση της ακαριαίας χορήγησης διαπιστώθηκε «απώλεια» BED 21%

Μελέτη της επίδρασης του ρυθμού χορήγησης της θεραπευτικής δόσης στον θεραπευτικό λόγο σύγχρονων κλινικών εφαρμογών ακτινοθεραπείας

Στο πρώτο μέρος της διδακτορικής διατριβής χαρτογραφήθηκαν οι κατανομές ρυθμού δόσης συνολικά 55 ασθενών με καρκίνο του προστάτη αδένα και κεφαλής - τραχήλου που υποβλήθηκαν σε ακτινοθεραπεία με το σύστημα helical TomoTherapy. Mελετήθηκε η επίδραση του πάχους τομής του πεδίου και του pitch στον ρυθμό δόσης, καθώς και η πιθανή απώλεια στη βιολογική αποτελεσματικότητα λόγω των μηχανισμών επιδιόρθωσης των υποθανατηφόρων βλαβών. Η τελευταία εκτιμήθηκε χρησιμοποιώντας την έννοια της βιολογικά δραστικής δόσης (Biological Effective Dose - BED) θεωρώντας δύο ισόποσα συνεισφέροντες μηχανισμούς με χρόνο ημίσειας επιδιόρθωσης 0,19 h και 2,16 h, αντίστοιχα. Τα ιστογράμματα ρυθμού δόσης - όγκου έδειξαν πως, για τις περιπτώσεις ακτινοθεραπείας στον προστάτη αδένα, κατά μέσο όρο, το 25% του όγκου του προστάτη ακτινοβολείται με ρυθμό δόσης ίσο ή μεγαλύτερο του 1 Gy/min. Ομοίως, στις περιπτώσεις κεφαλής - τραχήλου, κατά μέσο όρο, το 12% του όγκου του στόχου υψηλού κινδύνου ακτινοβολείται με ρυθμό ίσο ή μεγαλύτερο από 1 Gy/min. Οι τιμές των QDR επιβεβαίωσαν ότι στο helical TomoTherapy το μεγαλύτερο μέρος της δόσης σε κάθε ογκοστοιχείο του όγκου-στόχου χορηγείται όταν το ογκοστοιχείο βρίσκεται εντός της δέσμης ακτινοβολίας ενώ μόνο ένα μικρό μέρος χορηγείται όταν βρίσκεται εκτός αυτής. Γενικά, υπολογίστηκαν μικρότερες τιμές QDR για τις περιπτώσεις προστάτη σε σχέση με τις περιπτώσεις κεφαλής - τραχήλου, γεγονός που μπορεί να αποδοθεί στο μεγαλύτερο βάθος του όγκου-στόχου στις πρώτες. Επίσης, οι χορηγούμενοι ρυθμοί δόσης βρέθηκε πως αυξάνονται με το πάχος τομής και το pitch οδηγώντας σε μείωση του χρόνου θεραπείας. Για τους τυπικούς χρόνους διάρκειας μίας συνεδρίας στο helical TomoTherapy (4,4 min και 6,3 min για τις περιπτώσεις προστάτη και κεφαλής - τραχήλου, αντίστοιχα) δεν παρατηρήθηκε σημαντική διαφορά στις τιμές BED. Επομένως, σε ακτινοθεραπεία IMRT φαίνεται πως δεν υπάρχει επίδραση του χρόνου θεραπείας και κατ΄επέκταση του ρυθμού δόσης στην βιολογική αποτελεσματικότητα όταν ο χρόνος θεραπείας είναι ίδιας τάξης μεγέθους ή μικρότερος από τους χρόνους ημίσειας επιδιόρθωσης. Όμως, αναμένεται επίδραση σε τεχνικές ακτινοθεραπείας με αρκετά μεγάλους χρόνους χορήγησης της δόσης όπως είναι οι στερεοτακτικές ακτινοχειρουργικές. Η διαφοροποίηση στις τεχνικές προδιαγραφές των κλινικά διαθέσιμων συστημάτων ακτινοχειρουργικής έχει ως αποτέλεσμα αντίστοιχες διαφορές στο χρόνο εναπόθεσης της δόσης και επομένως, στον απαιτούμενο συνολικό χρόνο θεραπείας και τη βιολογική της απόκριση. Στο δεύτερο μέρος της διδακτορικής διατριβής πραγματοποιήθηκε αναδρομική ανάλυση 30 ασθενών που υποβλήθηκαν σε θεραπεία ακουστικού νευρινώματος με το σύστημα CyberKnife VSI και τους συνταγογραφήθηκε δόση 13 Gy στο GTV σε μία μόνο συνεδρία. Δεδομένου ότι οι πρακτικές ακτινοχειρουργικής με το CyberKnife συνήθως διαρκούν περισσότερο από 10 min οι χωροχρονικές μεταβολές στη χορήγηση της δόσης επηρεάζουν τη ραδιοβιολογική αποτελεσματικότητα μίας θεραπείας λόγω αντίστοιχων μεταβολών στην επιδιόρθωση των υποθανατηφόρων βλαβών. Επομένως, η χορήγηση της δόσης αποκλίνει σε μεγάλο βαθμό από την έννοια της στιγμιαίας έκθεσης, καθιστώντας την έννοια της στιγμιαίας βιολογικά δραστικής δόσης (BEDinst) ακατάλληλη. Τα αποτελέσματα BED υποδεικνύουν τη χρήση του ογκοστοιχείου που λαμβάνει τη διάμεση τιμή BEDslr ανά ισοδοσιακή καμπύλη ως αντιπροσωπευτική τιμή διότι, για τις στρατηγικές σχεδιασμού θεραπείας που εφαρμόστηκαν στις μελετημένες περιπτώσεις ασθενών, αποδείχθηκε ότι η σχετική κατανομή συχνότητας του BEDslr ανά ισοδοσιακή προσομοιάζει αρκετά εκείνη της κανονικής κατανομής. Οπότε, η τυπική απόκλιση της μέσης τιμής, η οποία υπολογίστηκε σχεδόν 2% (1σ), μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εκτίμηση του εύρους τιμών BED. Τέλος, παρατηρήθηκε μείωση του BEDslr με την αύξηση του χρόνου ενώ συγκριτικά με την προσέγγιση της ακαριαίας χορήγησης διαπιστώθηκε «απώλεια» BED 21%.In the first part of the doctoral dissertation the dose rate distributions delivered to 55 prostate and head & neck (H&N) cancer patients treated with a helical TomoTherapy (HT) system were resolved and assessed with regard to pitch and field width defined during treatment planning. Potential loss in the bio-effectiveness of HT treatments due to sublethal repair mechanisms triggered during dose delivery was estimated using the concept of biologically effective dose (BED) and acknowledging two independent, equally contributing repairing mechanisms with repair halftime of 0.19 h and 2.16 h. Statistical analysis of the studied cases showed that the median treatment delivery time was 4.4 min and 6.3 min for the prostate and H&N cases, respectively. Dose rate volume histogram data for the studied cases showed that the 25% and 12% of the volume of the planning target volumes of the prostate and H&N cases are irradiated with a dose rate of greater or equal to 1 Gy/min. Quartile dose rate (QDR) data confirmed that in HT, where the target is irradiated in slices, most of the dose is delivered to each voxel of the target when it travels within the beam. Analysis of the planning data from all cases showed that this lasts for 68 s (median value). QDRs showed that using the 2.5 cm field width, 75% of the prescribed dose is delivered to target voxels with a mean dose rate of at least 3.2 Gy/min and 4.5 Gy/min, for the prostate and H&N cases, respectively. Systematically higher dose rates were observed for the H&N cases due to the shallower depths of the lesions in this anatomical site. Delivered dose rates were also found to increase with field width and pitch setting, due to the higher output of the system which, in general, results in accordingly decreased total treatment time. BED results for finite (clinical) dose rate delivery accounting for sublethal repair were found in agreement with corresponding calculations for instantaneous treatment delivery, suggesting negligible loss in treatment bio-effectiveness both for the prostate and H&N cases. Ιn IMRT appears to be no effect of treatment time and consequently dose rate on bio-effectiveness when the treatment time is of the same order of magnitude or less than the repair half-time. However, an effect is expected on radiotherapy techniques with fairly longer treatment time such as stereotactic radiosurgery. The diversity in technical configuration among the clinically available radiosurgery systems, results in accordingly diverse treatment times for the same physical dose prescription, spanning from several min to more than 1h. This, combined with evidence supporting the impact of dose delivery temporal pattern on the bio-effectiveness of low LET radiation treatments, challenges the assumption of acute dose delivery commonly employed to estimate the clinical outcome using the concept of Biologically Effective Dose (BED). In the second part of the doctoral dissertation, the treatment plans of 30 patients underwent CyberKnife radiosurgery for Vestibular Schwannomas (VS), prescribing a marginal dose of 13 Gy to the tumor in a single fraction, were retrospectively reviewed and the derived dose distributions were resolved in the temporal domain. It was demonstrated that CyberKnife radiosurgery greatly departs from the assumption of acute exposure, delivering highly inhomogeneous dose rate distributions in the temporo-spatial domain, even for single fraction treatments. This influences the delivered BED due to alterations in the sublethal damage repair (SLR) occurring within the treatment session. The net effect on BED of SLR alterations becomes considerable for treatments lasting longer than the faster repair component half time. Using a BED model involving SLR effects, it was shown that each physical dose iso-surface is associated with a BEDslr range which can be represented by the corresponding mean value and standard deviation (1σ). The range of BEDslr values per isosurface depends on the plan optimization steps. For the studied VS cases cohort, a typical range of 2%, with respect to the mean BEDslr value was found at 1σ. The marginal BEDslr delivered to the VS tumors through the prescription dose iso-surface was found to deteriorate with treatment time, involving both beam-on time and beam-off gaps. Using linear regression fitting models, the marginal BEDslr for 13 Gy prescription can be estimated with reasonable uncertainty. Compared to the acute exposure approach, a BED “loss” of 21% is associated with the delivery of 13 Gy to the VS tumor in 35 min

Software application for the development of sustainable energy action plans

160 σ.Η εργασία αυτή έχει ως αντικείμενο τη σχεδίαση και υλοποίηση λογισμικού για την ανάπτυξη σχεδίου δράσης για την αειφόρο ενέργεια σύμφωνα με τις δεσμεύσεις του συμφώνου των δημάρχων. Το σύμφωνο των δημάρχων είναι μία Ευρωπαϊκή κίνηση που έχει ως στόχο την επίτευξη και υπέρβαση της μείωσης των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα κατά 20% μέχρι το 2020. Με δεδομένο το σύμφωνο των δημάρχων και τη σχετική μεθοδολογία ανάπτυξης σχεδίου δράσης για την αειφόρο ενέργεια, σχεδιάστηκε και υλοποιήθηκε λογισμικό, στα πλαίσια ενός φιλικού και εύχρηστου γραφικού περιβάλλοντος χρήστη, που περιλαμβάνει τις ακόλουθες βασικές λειτουργίες. Λειτουργίες διαχείρισης και χειρισμού των αρχείων καταγραφής των δεδομένων. Λειτουργίες εγγραφής και σύνδεσης χρηστών στην εφαρμογή. Λειτουργίες απογραφής και προσδιορισμού της κατανάλωσης ενέργειας, της παραγωγής ενέργειας και των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα. Λειτουργίες προσδιορισμού και επιλογής του κατάλληλου σχεδίου δράσης για την αειφόρο ενέργεια με χρήση της μεθόδου UTA II. Λειτουργίες προβολής και πρόβλεψης της συμπεριφοράς του επιλεγμένου σχεδίου δράσης για τα έτη της εφαρμογής του. Λειτουργίες παρακολούθησης και αξιολόγησης της προόδου του επιλεγμένου σχεδίου δράσης μέσα από ένα εποπτικό γραφικό περιβάλλον χρήστη. Να σημειωθεί ότι, η δομή του λογισμικού ακολουθεί τη λογική σειρά εφαρμογής της σχετικής μεθοδολογίας και υλοποιήθηκε να λειτουργεί σε διαδοχικά και διακριτά βήματα. Η υλοποίηση αυτού του λογισμικού στοχεύει στην ενσωμάτωση και συγκέντρωση όλης της απαιτούμενης μεθοδολογίας στα πλαίσια ενός εύχρηστου γραφικού περιβάλλοντος χρήστη με σκοπό την εύκολη, αξιόπιστη και αποδοτική ανάπτυξη σχεδίων δράσης για την αειφόρο ενέργεια.The aim of this thesis is the design of a software application that develops sustainable energy action plans according the Covenant of Mayors. The Covenant of Mayors is a mainstream European movement that aims to meet and exceed the reduction of CO2 by 20% by 2020. According to the Covenant of Mayors and the relevant methodology for developing sustainable energy action plans, a graphical and friendly software application was designed and developed. This application includes the following basic sections and functions. First of all, functions of file management are included in order the data to be registered. Secondly, there are functions for the user to register or connect to the application. Also there are functions for the recording of energy consumption, production and emissions inventory. In addition, the method of UTA II is used in order to specify and select the appropriate action plan for sustainable energy. There are functions of presenting and predicting the behavior of the action plan during its implementation. The progress of the energy action plan can be evaluated by functions of selecting and monitoring the action plan through a graphical user interface. Finally, it should be noted that the structure of the software application follows the order of the related theoretical methods and its use is based on successive and discrete steps. The design of this software application aims to the collection and integration of all the necessary methods via a useful graphical user interface in order to develop sustainable energy action plans in an easy, reliable and efficient way.Παναγιώτης Ε. Κουρή

Motion Capture of Modern Greek Verbs: Measuring aspects and relations among actions

Sionti M, Kouris P, Korfitis C, Markantonatou S. Motion Capture of Modern Greek Verbs: Measuring aspects and relations among actions. In: 2020 IEEE International Conference on Pervasive Computing and Communications Workshops (PerCom Workshops). Piscataway, NJ: IEEE; 2020: 1-7

Relations among mocap and textual data of motion verbs: a distance calculation perspective

Sionti M, Kouris P, Korfitis C, Moutzouri V, Markantonatou S. Relations among mocap and textual data of motion verbs: a distance calculation perspective. International Journal of Art, Culture and Design Technologies (IJACDT) . 2020;9(2):45-62