IMAGING IBRIDO E MOLECOLARE La nuova diagnostica per immagini. Vincenzo Positano

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1 IMAGING IBRIDO E MOLECOLARE La nuova diagnostica per immagini Vincenzo Positano

2 L imaging rappresenta la base di conoscenza per le applicazioni di realtà virtuale in medicina e chirurgia Alta risoluzione spaziale e temporale: qualità dell ambiente virtuale Sensitività diagnostica: identificazione dell oggetto di interesse Courtesy of Ing. Lucio de Paolis

3 Imaging medico: Compromesso tra risoluzione e sensitività

4 Imaging medico: Modalità anatomiche vs. modalità funzionali o metaboliche Problema della registrazione o fusione di immagini

5 Imaging ibrido: software registration and fusion 2002: REGISTRATION OF CMR SERIES 1995 PACOMIP MRI - SPECT CONTRACTILITY BY MRI NH 3 by PET + FDG Giuseppe L Abbate 2005: MYOCARDIAL NECROSIS BY CMR AND SPECT Santarelli et al. IEEE Trans Inf. Tech Biomed 1997 Santarelli et al. IEEE Trans Inf. Tech Biomed 2000 Positano et al. EJASP 2003 Positano et al. Heart 2005 Positano et al. JCMR 2005 M. Marinelli et al. ISMRM 2009

6 Soluzioni: imaging ibrido e nuovi traccianti molecolari Macchine ibride: acquisizione contemporanea di immagini anatomiche e funzionali

7 Soluzioni: imaging ibrido e nuovi traccianti molecolari Imaging molecolare: nuovi traccianti per realizzare l imaging molecolare in modalità tradizionalmente anatomiche

8 Non solo ricerca Courtesy of GE Medical

9 Non solo ricerca Courtesy of GE Medical

10 Imaging ibrido: scanner ibridi (hardware fusion) La registrazione hardware si avvale si scanner ibridi, sviluppati con l obiettivo di realizzare immagini anatomiche e funzionali registrate in partenza, utilizzando lo stesso scanner per entrambe le modalità e con il paziente nella stessa posizione. La registrazione hardware non esclude la registrazione software: gli scanner ibridi spesso necessitano di una registrazione software (soprattutto temporale) dei dati. Breathold acquisition when possible end-diastole (ED) short axis (SA) slice planes P Q diastole R LV long axis (LA) S systole 0 t Multi-slice, multi-phase ECG gated MR Image acquisition T end-systole (ES) P diastole Q R

11 PET-CT, SPECT-CT: la pratica clinica Censimento PET-AIMN PET/CT SPECT/CT Invention of the Year in 2000 by Time Magazine

12 PET-CT, SPECT-CT: la pratica clinica PET/CT & SPECT/CT La CT nei sistemi ibridi PET o SPECT può essere usata per: Correzione per l attenuazione dei raggi gamma Valutazione del calcio nelle coronariche Valutazione angiografica delle coronarie Aumento della specificità nella valutazione delle lesioni coronariche J Nucl Med 2008; 49: Il movimento del paziente o i movimenti dovuti al respiro possono causare artefatti, nonostante esistano protocolli che ne limitano gli artefatti.

13 PET-CT, SPECT-CT: imaging cardiovascolare Trasformazione rigida manuale del volume PET sul volume CT Visualizzazione 3D dell albero coronarico Fusione di immagini volumetriche: il colore delle superfici è generato a partire dalla mappa di perfusione. Visualizzazione 3D integrata Courtesy of Dr Danilo Neglia, Fondazione G Monasterio and IFC_CNR, Pisa

14 XMR: hybrid X-ray/MR imaging During Interventional CMR, traversing complex coronary lesions require delicate guidewire and device manipulation, and currently this is conducted under XRF (X-Ray Fluoroscopy) guidance with device imaging at 200 μm spatial resolution in a square pixel matrix at 15 to 60 frames/second. Common sliding patient table provides path to MR-guided intervention There was a substantial reduction in x-ray dose compared to traditional procedures. The availability of anatomical and functional information from MR is of great benefit.

15 X-ray/MR imaging fluoroscopy offers very high spatial and temporal resolution and is excellent for guiding and deploying devices. MRI offers tomographic imaging with complete freedom of plane orientation, outstanding soft tissue discrimination, and the ability to portray physiological responses during treatment.

16 Prototipo di Tomografo ibrido MRI/PET La compatibilità dei detettori PET con gli alti campi magnetici della risonanza è ancora problematica. La limitazione intrinseca del diametro della MRI è un altro problema rilevante Attualmente esistono prototipi per studi su animale Hardware Registration MRI/PET Mackewn et al., Description and preliminary results of an MR- Compatible PET system for molecular imaging studies, ISMRM- ESMRMB, 2007, ISSN

17 Imaging molecolare: nuovi traccianti Realizzare l imaging molecolare e metabolico attraverso traccianti innovativi in modalità ad alta risoluzione spaziale e temporale (US e MRI)

18 Imaging molecolare: nuovi traccianti 13 C Hyperpolarized MRS Aumenta la percentuale di polarizzazione ( ) + N N P = P = 5 x 10-6 for H-1 at 1.5T + N + N Hypersense (Oxford Instruments) FTGM Pisa

19 Imaging molecolare: nuovi traccianti 13 C Hyperpolarized MRS Costo elevato Una dose / h Emivita breve (< 60 sec) Nuove sequenze Nuove bobine Nuovi algoritmi di analisi

20 Imaging molecolare: nuovi traccianti 13 C Hyperpolarized MRS Metabolismo del piruvato

21 Imaging molecolare: nuovi traccianti 13 C Hyperpolarized MRS

22 Imaging molecolare: nuovi traccianti 13 C Hyperpolarized MRS Rat ,4E+10 1,2E+10 Amplitude 1,0E+10 8,0E+09 6,0E+09 4,0E+09 Pyruvate/10 Lactate Pyruvate Hydrate Alanine Bicarbonate 2,0E+09 0,0E time (sec)

23 CSI metabolic maps Pyruvate Pig #4

24 Conclusioni Le nuove apparecchiature mettono o metteranno in tempi brevi a disposizione set di dati anatomici e funzionali intrinsecamente registrati spazialmente, riducendo il problema derivante dall uso di algoritmi di registrazione in post-processing Resta in gran parte aperto il problema della registrazione temporale E necessario lo sviluppo di metodologie di visualizzazione e navigazione in modo da integrare le informazioni disponibili.

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