Τα τελευταία χρόνια η επιστημονική κοινότητα της Πυρηνικής απεικόνισης έχει δείξει μεγάλο ενδιαφέρον για την υλοποίηση συνεργατικών συστημάτων PET/MR. Σε σχέση με τα συστήματα PET/CT παρουσιάζουν ορισμένες πολύ ενδιαφέρουσες προοπτικές, με σημαντικότερη ίσως αυτή της πραγματικής ταυτόχρονης ανατομικής και λειτουργικής απεικόνισης.Με την καινούργια αυτή λειτουργία θα είναι δυνατή η ακριβέστερη διόρθωση εξασθένησης και η ταυτόχρονη διόρθωση κίνησης, που θα βοηθήσει σημαντικά στην βελτίωση της πραγματικής διακριτικής ικανότητας των PET συστημάτων.Σκοπός της διδακτορικής αυτής διατριβής είναι η μελέτη των επιμέρους τεχνολογικών μετατροπών που πρέπει να πραγματοποιηθούν σε ένα συμβατικό PET σύστημα, δύο επίπεδων κεφαλών, απεικόνισης μικρών ζώων ώστε αυτό να γίνει μαγνητικά συμβατό.Οι μετατροπές εντοπίζονται, αρχικά, στην αντικατάσταση των κλασσικών φωτοπολλαπλασιαστών ανίχνευσης θέσης (PS-PMT) με μαγνητικά συμβατούς φωτοποπλασιαστές πυριτίου (Si-PMT). Η μετατροπή αυτή συνοδεύεται και από την σχεδίαση κατάλληλων ηλεκτρονικών διατάξεων για την ενίσχυση και διαμόρφωση του σήματος.Για την μελέτη που πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιήσαμε τους SiPM της εταιρίας SensL. Οι ανιχνευτές δοκιμάστηκαν με μια πληθώρα σπινθηριστών και ραδιοϊσοτόπων που χρησιμοποιούνται σε διάφορους κλάδους της Πυρηνική Ιατρική (Π.Ι.). Η αξιολόγηση περιελάμβανε την σύγκριση της ενεργειακής διακριτικής ικανότητα, φασματικής συμβατότητας, το λόγο σήματος προς θόρυβο, το εύρος θορύβου κ.α.Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι προτιμώμενοι είναι οι ανιχνευτές με μικρότερο αριθμό στοιχείων (SPAD) καθώς προσφέρουν παλμούς με μεγαλύτερος πλάτος, καλύτερη ενεργειακή διακριτική ικανότητα και η διαφορά στο επίπεδο του θορύβου δεν είναι σημαντική. Η περιορισμένη γραμμική περιοχή τους μπορεί να ρυθμιστεί εύκολα με την εφαρμογή κατάλληλης ανάστροφης τάσης. Η δυνατότητα ενός συστήματος Πυρηνικής Ιατρικής να παράξει εικόνες υψηλής διαγνωστικής αξίας, με την χρήση των μικρότερων δυνατών ραδιενεργών δόσεων είναι εξαιρετικά σημαντική και σημαντικές προσπάθειες καταβάλλονται προς αυτή την κατεύθυνση.Για αυτό το λόγο πραγματοποιήθηκε μια συστηματική μελέτη μέσω προσομοιώσεων Monte Carlo για την βελτιστοποίηση της απόδοσή του συστήματος σε χαμηλές και πολύ χαμηλές ενεργότητες με και χωρίς την χρήση ισχυρών μαγνητικών πεδίων.Βρέθηκε ότι κύριος περιοριστικός παράγοντας, στην υπό μελέτη υλοποίηση, είναι η χρήση των σπινθηριστών LSO:Ce, που λόγω της ύπαρξης του ασταθούς 176Lu πραγματοποιείτε το φαινόμενο του αυτοφθορισμού το οποίο συμβάλει στην ύπαρξη ενός σταθερού σήματος υποβάθρου.Προτείναμε για την βελτιστοποίηση του λόγου σήματος προς θόρυβο ο χρήστης να αυξήσει το κατώτατο κατώφλι παλμών στους ηλεκτρονικούς ενισχυτές και να διευρύνει το ενεργειακό παράθυρο στο λογισμικό επεξεργασίας του σήματος καθώς η συνεισφορά σκεδαζομένων φωτονίων είναι μικρή στα συστήματα απεικόνισης ζώων.Η ύπαρξη μαγνητικού πεδίου, συνεισφέρει θετικά μόνο στις περιπτώσεις των επιδερμικών καρκινωμάτων και γενικότερα όταν υπάρχει ένα καρκίνωμα στην επιφάνεια κάποιου ιστού που είναι σε άμεση επαφή με αέρα. Λόγω του ότι η απόσταση εξαΰλωσης του ποζιτρονίου σε ιστούς είναι 0.5mm και στο αέρα μπορεί να φτάσει και το 1cm. Το μαγνητικό πεδίο μπορεί μειώσει σημαντικά αυτή την απόσταση με αποτέλεσμα την μειωθεί η διαφυγή ποζιτρονίων σε περιοχές μακριά από το σημείο εκπομπής τους.Τελευταίο κομμάτι της διατριβής επικεντρώνεται στην ανάπτυξη, βελτιστοποίηση και αξιολόγηση του αλγορίθμου ανακατασκευής εικόνας. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκε τη βιβλιοθήκη ιατρικής ανακατασκευής εικόνας STIR. Επειδή η υλοποίηση που προτείναμε βασίζεται σε δύο περιστρεφόμενες επίπεδες κεφαλές, ήταν αναγκαίο να υλοποιηθεί αλγόριθμος ανακατασκευής εικόνας για συστήματα με περιορισμένη αζιμουθιακή δειγματοληψία. Καθώς και κατάλληλες μέθοδοι κανονικοποίησης των δεδομένων.Για την υλοποίηση και βελτιστοποίηση της ανακατασκευής χρησιμοποιήσαμε τα μοντέλα Monte Carlo, που είχαμε πιστοποιήσει στα προηγούμενα βήματα και η αξιολόγηση βασίστηκε και σε ένα πραγματικό σύστημα PET, παρόμοιας γεωμετρίας, μη μαγνητικά συμβατού.Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι υπάρχει σημαντική βελτίωση στην διακριτική ικανότητα του συστήματος, στην ομοιομορφία του πεδίου και στη μείωση του θορύβου.

Βασικό στόχο της παρούσης Διδακτορικής Διατριβής αποτέλεσε η βελτίωση της ακρίβειας εκτίμησης της εδαφικής απώλειας σε ορεινές υδρολογικές λεκάνες μεσογειακού τύπου, καθώς και ο εντοπισμός των πλέον επιρρεπών στο φαινόμενο περιοχών.Πεδίο έρευνας αποτέλεσαν οι λεκάνες απορροής των π. Βενέτικου (υπολεκάνη γ. Γρεβενών), Καλαμά (υπολεκάνες γ. Σουλόπουλο, Κιοτέκι), Αράχθου (υπολεκάνες γ. Άρτα, γ. Πλάκα, γ. Τσίμοβο, γ. Γκόγκο), Άνω Ρου Αχελώου (υπολεκάνη φρ. Αυλάκι).Η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε περιέλαβε αρχικά την εφαρμογή δώδεκα διαφορετικών εμπειρικών ομοιωμάτων διάβρωσης σε κάθε υπολεκάνη, σε ετήσιο και υπέρ-ετήσιο χρονικό βήμα. Ακολούθησε η ποιοτική (χαρακτηριστικά, δυνατότητες) και η ποσοτική {σύγκριση αποτελεσμάτων με τις παρατηρημένες τιμές στερεοαπορροής (ΔΕΗ)} τους αξιολόγηση, προκείμενου να διαπιστωθεί ποιο εξ αυτών είναι καταλληλότερο για εφαρμογή στο σύνολο του δείγματος. Εν συνεχεία, το επιλεγέν ομοίωμα (RUSLE), χρησιμοποιώντας τα αποτελέσματα της υπέρ-ετήσιας εφαρμογής του και λαμβάνοντας υπόψη τις αντίστοιχες παρατηρημένες τιμές στερεοαπορροής, τροποποιήθηκε κατάλληλα (απόδοση συντελεστή βάρους ανά παράγοντα) μέσω στατιστικών διαδικασιών, προκειμένου να βελτιωθεί η προβλεπτική του ικανότητα {ελαχιστοποίηση της αριθμητικής τιμής του όρου σφάλματος Σ(SYsim-SYobs)2 μεταξύ παρατηρημένων και προσομοιωμένων τιμών στερεοαπορροής}. Κατά τη διαδικασία τροποποίησης, ως παρατηρημένες θεωρήθηκαν αρχικά οι τιμές που υπολογίστηκαν από τις μετρήσεις στερεοπαροχής (ΔΕΗ) στην έξοδο κάθε υπολεκάνης. Η ελεγχόμενη αξιοπιστία τους σε συνδυασμό με την απουσία τους στις υπολεκάνες του π. Καλαμά, οδήγησε στην αντικατάσταση τους από τις τιμές που προέκυψαν από την εφαρμογή της αντιπροσωπευτικής μεθοδολογίας κατασκευής καμπυλών παροχής-στερεοπαροχής κάθε υπολεκάνης. Το ομοίωμα RUSLE παρέμεινε και στην περίπτωση αυτή το επικρατέστερο έναντι των υπολοίπων. Ο όρος σφάλματος Σ(SYsim-SYobs)2 μειώθηκε σταδιακά από 40,213.06t/ha (χωρίς συντελεστές βάρους) σε 25,937.07t/ha (ως προς ΔΕΗ) σε 5,834.78t/ha (ως προς καμπύλες παροχής-στερεοπαροχής/ επιλεχθείσα εξίσωση).Η επιλεχθείσα εξίσωση εφαρμόστηκε εκ νέου στο σύνολο του δείγματος και στις δύο χρονικές κλίμακες. Τα αποτελέσματα αντιπαρατέθηκαν με τα αντίστοιχα αποτελέσματα του «μητρικού» ομοιώματος, καθώς και με τις προσομοιωμένες (καμπύλες παροχής-στερεοπαροχής) τιμές στερεοαπορροής, προκειμένου να αξιολογηθεί η απόδοση του. Παρουσίασε πολύ καλή συμπεριφορά σε κάποιες εκ των υπολεκανών ενώ σε κάποιες άλλες όχι. Ειδικότερα η αρχική μορφή υπερείχε σημαντικά στις υπολεκάνες λεκάνες γ. Γρεβενών και γ. Πλάκα. Αντίθετα η τροποποιημένη μορφή επικράτησε σαφώς στις υπολεκάνες Κιοτέκι, γ. Σουλόπουλο και γ. Γκόγκο. Στις υπόλοιπες υπολεκάνες υπήρξε μια μικρή υπεροχή της αρχικής μορφής (περισσότερο ασαφής κατά την ανά έτος θεώρηση), χωρίς όμως αισθητή διαφοροποίηση, η οποία να οδηγεί αβίαστα στην απόρριψη της μεθοδολογίας. Η ακανόνιστη συμπεριφορά αποδόθηκε κυρίως στο σχετικά μικρό δείγμα υδρολογικών λεκανών που χρησιμοποιήθηκε, στα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά τους (υδρολογικό καθεστώς, κλιματικές συνθήκες, εδαφικός τύπος, μορφολογία, φυτοκάλυψη) καθώς επίσης και σε άλλους εξωγενείς παράγοντες (σφάλματα εφαρμογής, λάθη στις μετρήσεις πεδίου, εγγενή σφάλματα και ατέλειες μεθοδολογιών μέτρησης και ομοιωμάτων).