RICERCA ITALIANA     

Potenziamento dell'informazione clinica mediante imaging biomedico multi-modale

Centro San Raffaele del Monte Tabor

Abstract

Il progetto in questione si pone come obiettivo generale il potenziamento dell'informazione clinica mediante l'utilizzo integrato di immagini biomediche multi-modali. L'integrazione di immagini biomediche acquisite con diverse modalità infatti, fornendo una diretta corrispondenza topografica di diverse informazioni, consente di migliorare l'interpretazione delle immagini e di potenziare l'estrazione di informazioni utili a fini diagnostici e terapeutici: in tal modo è possibile infatti associare una localizzazione anatomica certa ad una area che risulta alterata dal punto di vista funzionale. L'integrazione anatomo-funzionale può essere inoltre utile per una più accurata quantificazione del parametro funzionale di interesse: ad esempio sottostime della concentrazione di radioattività in strutture anatomiche di piccole dimensioni, dovute alla limitata risoluzione spaziale del sistema di imaging (effetto di volume parziale), possono essere compensate da una conoscenza della forma e della dimensione della particolare regione anatomica esaminata.
Le medodiche utilizzate comprenderanno la Tomografia ad Emissione di Positroni (PET) la Tomografia a raggi-X (CT) e la Risonanza Magnetica (MRI). Il problema dell'integrazione della registrazione e della fusione di immagini biomediche multi-modali provenienti da sistemi diversi verrà affrontato a partire da una situazione generalmente incontrata in problematiche di questo tipo ovvero acquisendo i diversi studi su sistemi>>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

VALENTINO BETTINARDI, FONDAZIONE CENTRO SAN RAFFAELE DEL MONTE TABOR

Obiettivo del Finanziamento

L'evoluzione tecnologica nel campo dell'imaging medicale ha portato alla crescente diffusione di apparecchiature diagnostiche sofisticate, che forniscono informazioni sempre più dettagliate sulla natura e sulla funzione del corpo umano. Tali tecniche si differenziano in quanto si basano su principi fisici diversi ed in particolare sulla diversa rivelazione dei segnali provenienti dall'organismo in risposta a stimoli diversi (fasci di radiazioni, campi magnetici, traccianti radioattivi).
In tomografia computerizzata a raggi X (CT), per esempio si misura l'attenuazione di un fascio di raggi X nell'attraversare l'organismo ottenendo mappe di densità dei tessuti nella sezione in esame. In tomografia a Risonanza Magnetica (MRI) si studiano i processi di rilassamento dei nuclei di idrogeno nell'organismo, e pertanto la loro concentrazione regionale, quando, sottoposti ad un campo magnetico, vengono stimolati da una radiazione a radiofrequenza. In medicina nucleare con le tecniche di tomografia ad emissione di fotone singolo (SPET) e tomografia ad emissione di positroni (PET) si ottengono immagini di distribuzione di un tracciante radioattivo in sezioni d'organo rappresentative di processi biochimici e fisiologici.
Fattore importante nel processo evolutivo delle tecnologie di imaging medicale è rappresentato dal fatto che l'introduzione nuove metodiche non ha in generale prodotto una ridondanza delle precedenti, ma al contrario ha aumentato la quantità diFDG, che mostrano un aumentato livello di attività metabolica sia nel tumore, sia nei linfonodi coivolti.
Un passo ulteriore nel potenziamento dell'informazione diagnostica mediante l'impiego di informazioni multimodali consiste non solo nel loro utilizzo integrato a posteriori ma anche nella diretta integrazione delle informazioni di una metodica nei processi di generazione e di analisi delle immagini di un'altra.. In Tomografia ad Emissione di Positroni è possibile ottenere informazioni assolute e quantitative se i dati di acquisizione vengono corretti per l'attenuazione causata dai tessuti corporei. Questo viene in generale realizzato attraverso un misura specifica (trasmissiva) molto simile alla misura effettuata in tomografia CT. La migliore risoluzione spaziale della tomografia CT e la migliore discriminazione tissutale fa si che la possibilità di utilizzare immagini CT per la correzione dell'attenuazione in PET dovrebbe permettere di ottenere immagini PET qualitativamente e quantitativamente superiori. Analogamente l'effetto di volume parziale (PVE) causato dalla ridotta risoluzione spaziale del sistema PET può essere ridotto o corretto, utilizzando immagini MRI o CT come supporto anatomico di informazioni a priori nel modello specifico di correzione per il PVE.
Alternativamente all'uso di tecniche software di integrazione, registrazione, fusione e ricostruzione di immagini come precedentemente descritto oggi si sta sviluppando una nuova tendenza che consiste nella realizzazione di sistemi integrati (costituiti da più metodiche) che direttamente siano in grado di effettuare studi diversi. Un esempio di questi nuovi sistemi è rappresentato dai tomografi PET/CT.


Obiettivo di questo progetto è il potenziamento dell'informazione clinica mediante:
* un uso integrato di immagini multimodali in seguito a processi di integrazione di registrazione e di fusione di immagini biomediche multi-modali
* un uso diretto delle informazioni di una metodica nei processi di generazione e di analisi delle immagini di un'altra.

Le metodiche che verranno utilizzate sono la PET, la CT e la MRI.
Si intende raggiungere tale obiettivo mediante il contributo sinergico di tre unità di ricerca:

1.UR - Milano
Presso la UR-Milano, Centro PET, Istituto Scientifico H S.Raffaele, è in fase di installazione un nuovo sistema di diagnostica per immagini che consiste di un tomografo PET e di un tomografo CT assemblati in un unico sistema PET/CT. Il sistema PET/CT troverà applicazione nella diagnostica oncologica e in particolare nella stadiazione dei tumori. Obiettivo dell'UR-Milano è lo sviluppo, messa a punto e valutazione di metodi di elaborazione delle immagini, che utilizzano la fusione delle immagini PET e CT per un potenziamento dell'informazione clinica in fase diagnostica ma anche nell'approccio terapeutico.

Tale obiettivo si articola nei seguenti sottobiettivi:
* messa a punto di tecniche di registrazione / fusione di immagini multi-modali PET, CT.
* messa a punto di tecniche di correzione per l'attenuazione in PET mediante utilizzo delle immagini CT.
* ottimizzazione dei piani di trattamento in radioterapia mediante l'utilizzo delle informazioni PET e CT
* valutazione delle potenzialità diagnostica del sistema integrato PET/CT in ambito clinico.
* valutazione delle potenzialità del sistema integrato PET/CT per la pianificazione del trattamento radioterapico.


2.UR -Pisa
Presso la UR-Pisa, Istituto di Fisiologia Clinica del CNR, sono installati in stretta prossimita' un centro PET ed un sistema di imaging MRI. Entrambi i sistemi sono particolarmente rivolti allo studio ed alla ricerca in campo cardiovascolare. Obiettivo dell'UR-Pisa è lo sviluppo, messa a punto e valutazione di metodi di elaborazione delle immagini, che utilizzano la fusione delle immagini PET e MRI, per un potenziamento dell'informazione diagnostica e funzionale cardiologica.
Tale obiettivo si articola nei seguenti sotto obiettivi:
* messa a punto di tecniche di registrazione / fusione di immagini multi-modali PET e MRI.
* creazione di un modello che consenta l'utilizzo delle immagini MRI come mappa anatomica costruita a priori da poter completare con le informazioni funzionali e metaboliche ottenute con la PET e con la stessa MRI
* costruzione di un modello che possa generare immagini parametriche e risultati numerici espressione della fusione delle due tecniche
* valutazione delle potenzialità del sistema integrato PET/MRI in ambito clinico.
* valutazione delle potenzialità del sistema integrato PET/MRI in ambito di ricerca cardiovascolare.


3.UR - Napoli
Presso la UR-Napoli, Centro di Studio per la Medicina Nulceare - CNR, è in fase di installazione un tomografo MRI ad alto campo (1,5 Tesla) di ultima generazione con elevati gradienti di acquisizione. Inoltre è in fase di acquisizione un nuovo sistema di diagnostica per immagini che consiste di un tomografo PET per acquisizioni 3D predisposto per l'upgrade ad un sistema integrato PET/CT in cui le due modalità di imaging (PET e CT) coesistono in un unico tomografo.
Il Centro di Studio per la Medicina Nucleare di Napoli è coordinatore di un progetto di ricerca e sviluppo tecnologico finanziato dalla Comunità Europea nell'ambito del programma "Quality of Life" del 5° programma quadro (QLRT-1999-30594) dal titolo "Enhancement of clinical value of functional imaging through automated removal of partial volume effect " con acronimo "PVEOut".
Le apparecchiature a disposizione del centro troveranno applicazione nella diagnostica neurologica sia nel trattamento della patologia oncologica sia nella diagnosi delle malattie cerebrali degenerative. Obiettivo dell'UR-Napoli è lo sviluppo, messa a punto e valutazione di metodi di elaborazione delle immagini, che utilizzano la fusione delle immagini PET, CT e MRI per un potenziamento dell'informazione diagnostica neurologica.
Tale obiettivo si articola nei seguenti sottobiettivi:
* messa a punto di tecniche di registrazione / fusione di immagini multi-modali PET, CT ed MRI.
* messa a punto di tecniche di segmentazione dei dati MRI e di co-registrazione delle immagini segmentate MRI e dei dati CT acquisiti con il dispositivo integrato CT/PET
* correzione per gli effetti di volume parziale delle immagini PET mediante l'utilizzo delle immagini MRI segmentate per la quantificazione del dato PET.
* valutazione delle potenzialità diagnostica del sistema integrato PET/CT in ambito clinico.]>>>

Durata

36 mesi