Προσομοίωση Βιολογικών Διεργασιών Καρκίνου

Γιατίλη, Σταυρούλα

dc.contributor.author	Γιατίλη, Σταυρούλα	el
dc.date.accessioned	2015-07-30T10:11:51Z
dc.date.available	2015-07-30T10:11:51Z
dc.date.issued	2015-07-30
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/41067
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.1844
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	πολύμορφο γλοιοβλάστωμα, διάχυση, οριακές συνθήκες, πολυκλιμακωτή προσομοίωση της ασθένειας του καρκίνου, υπολογιστική ογκολογία	el
dc.subject	glioblastoma multiforme, diffusion, boundary conditions, multiscale cancer modelling, in silico oncology	en
dc.title	Προσομοίωση Βιολογικών Διεργασιών Καρκίνου	el
dc.contributor.department	Τομέας Συστημάτων Μετάδοσης Πληροφορίας και Τεχνολογίας Υλικών	el
heal.type	doctoralThesis
heal.classification	Επιστήμες Ηλεκτρονικών Υπολογιστών και Πληροφορικής	el
heal.classification	Βιοιατρική Μηχανική	el
heal.classification	Computational biology	en
heal.classificationURI	http://id.loc.gov/authorities/subjects/sh2003008355
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2015-01-22
heal.abstract	Αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η ανάπτυξη και υλοποίηση ενός τετραδιάστατου, πολυκλιμακωτού μοντέλου προσομοίωσης της ανάπτυξης όγκων του εγκεφάλου και συγκεκριμένα του πολύμορφου γλοιοβλαστώματος και της διήθησής του σε γειτονικούς φυσιολογικούς ιστούς. Ο πολυκλιμακωτός και συγκεκριμένα τρικλιμακωτός (tri-scale) χαρακτήρας του μοντέλου περιλαμβάνει τρία επίπεδα βιοπολυπλοκότητας, το κυτταρικό επίπεδο (πολλαπλασιασμός κυττάρων και κυτταρικός θάνατος), το ιστικό επίπεδο (λευκή ουσία, φαιά ουσία, εγκεφαλονωτιαίο υγρό, οστό) και το οργανικό επίπεδο (εγκέφαλος, κρανίο). Η μελέτη και κατανόηση της διηθητικής συμπεριφοράς των γλοιωμάτων, η οποία αποτελεί σημαντικό πεδίο έρευνας, βασίζεται στην εξίσωση αντίδρασης – διάχυσης με αρχικές συνθήκες και αδιαβατικές οριακές συνθήκες Neumann. Κεντρικός στόχος της εργασίας είναι η λεπτομερής και εξονυχιστική αριθμητική εφαρμογή των οριακών συνθηκών Neumann σε τρεις διαστάσεις, που υπαγορεύονται από την ύπαρξη του κρανίου. Για την επίλυση του προβήματος εφαρμόστηκε η μέθοδος των πεπερασμένων διαφορών και πιο συγκεκριμένα η μέθοδος Crank-Nicolson σε συνδυασμό με τη μέθοδο των συζυγών κλίσεων (conjugate gradient). Υλοποιήθηκαν δύο εκδοχές του μοντέλου: η ομογενής και η μη ομογενής. Η πρώτη προσεγγιστική εκδοχή κάνει χρήση ομογενούς εγκεφαλικού ιστού ενώ η δεύτερη εκδοχή δίνει έμφαση στην ετερογένεια του εγκεφαλικού ιστού και κάνει διάκριση ανάμεσα στη λευκή ουσία, τη φαιά ουσία και το εγκεφαλονωτιαίο υγρό. Για την επιβεβαίωση της εγκυρότητας και αξιοπιστίας του μοντέλου, έγιναν διάφοροι ποσοτικοί και ποιοτικοί έλεγχοι. Τα αρχικά αποτελέσματα των προσομοιώσεων της ελεύθερης ανάπτυξης του γλοιοβλαστώματος ενισχύουν σημαντικά την αξιοπιστία του μοντέλου. Μέσω των in silico πειραμάτων σε ελεύθερα διαθέσιμα πραγματικά ιατρικά απεικονιστικά δεδομένα ανθρώπινου εγκεφάλου σε συνδυασμό με τα πορίσματα της βιβλιογραφικής επισκόπησης των κυτταροκινητικών ιδιοτήτων, ο προσομοιούμενος όγκος έδειξε να ικανοποιεί την κλινικά αναμενόμενη μακροσκοπική συμπεριφορά του γλοιοβλαστώματος καθώς και την αδιαβατική συμπεριφορά του κρανίου χωρίς τεχνητή απώλεια κυττάρων στο όριο κρανίου-εγκεφάλου. Προκειμένου να επιβεβαιωθεί ο ρεαλισμός των προβλέψεων των δύο προσεγγίσεων του μοντέλου, χρησιμοποιήθηκαν κλινικά δεδομένα από παρατηρήσεις, που αφορούν στο εύρος των τιμών για το χρόνο διπλασιασμού του γλοιοβλαστώματος και επιβεβαιώθηκε ικανοποιητική συμφωνία μεταξύ του προσομοιούμενου χρόνου διπλασιασμού και μίας τιμής του που αναφέρεται στη βιβλιογραφία. Το μοντέλο, το οποίο υλοποιείται σε γλώσσα προγραμματισμού C++, είναι δυνατόν να αποτελέσει το βασικό τμήμα ενός Ογκοπροσομοιωτή, ο οποίος θα μπορούσε στο μέλλον να χρησιμοποιηθεί σαν «εργαλείο» εξατομικευμένης βελτιστοποίησης θεραπευτικών στρατηγικών μέσω πειραμάτων in silico (= στον υπολογιστή) αξιοποιώντας τα πολυκλιμακωτά βιοιατρικά δεδομένα του κάθε ασθενούς και να παρέχει αξιόπιστη υποστήριξη ιατρών στη λήψη αποφάσεων σχετικά με την επιλογή του καλύτερου θεραπευτικού σχήματος και τη βελτιστοποίηση της θεραπευτικής αγωγής για κάθε ξεχωριστή περίπτωση.	el
heal.advisorName	Ουζούνογλου, Νικόλαος	el
heal.committeeMemberName	Ουζούνογλου, Νικόλαος	el
heal.committeeMemberName	Σταματάκος, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Ματσόπουλος, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Κόλλιας, Στέφανος	el
heal.committeeMemberName	Μανωλάκος, Ηλίας	el
heal.committeeMemberName	Αλεξόπουλος, Λεωνίδας	el
heal.committeeMemberName	Κουλουλίας, Βασίλειος	el
heal.academicPublisher	Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	157
heal.fullTextAvailability	true