Fusione di immagini PET, CT, MR: dalla clinica alle applicazioni avanzate. Dott. Roberto Sghedoni Dott.ssa Federica Fioroni Servizio di Fisica Medica

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1 Fusione di immagini PET, CT, MR: dalla clinica alle applicazioni avanzate Dott. Roberto Sghedoni Dott.ssa Federica Fioroni Servizio di Fisica Medica

2 L evoluzione tecnologica ha reso disponibili numerose tecniche (tomografiche) di imaging che forniscono informazioni complementari sui tessuti viventi MR CT SPECT PET MR Informazione morfologica Informazione metabolico-funzionale

3 Lo scopo della fusione di immagine è quello di combinare visivamente le informazioni che provengono da diverse modalità per aumentare le potenzialità diagnostiche di ciascuna tecnica Es. L immagine PET è carente da un punto di vista della localizzazione anatomica, la CT non contiene informazioni metaboliche Prima fusione di immagini PET/CT all ASMN La sinergia delle due modalità supera i limiti di entrambe e arricchisce l applicazione clinica Es. La risonanza ha miglior contrasto per i tessuti molli, la CT visualizza meglio l osso e fornisce informazioni sulla densità elettronica (-> radioterapia)

4 per fusione di immagine si intendono quelle tecniche che permettono di sovrapporre le immagini provenienti da diversi esami (stessa modalità di imaging o modalità diverse) in modo che ciascun punto in una modalità corrisponda al medesimo punto in un altra modalità questo scopo si può realizzare in diversi modi, con limitazioni che dipendono in generale dalle metodiche di imaging utilizzate e dai distretti anatomici in esame In generale occorrono: -immagini digitali -in un formato (es. DICOM) che contenga nell header informazioni geometriche sulle immagini (dimensione del pixel, spessore degli strati, ) HEADER IMMAGINE L header è quella parte del file che contiene i METADATI, cioè informazioni relative all esame (anagrafica paziente, modalità utilizzata, parametri impostati, impostazioni geometriche, )

5 ciascun punto in una modalità corrisponda al medesimo punto in un altra modalità coregistrazione delle immagini Metodi software: marker esterni marker interni basati sull intensità del voxel (es. mutual information) Metodi hardware: scanner integrati: PET/CT, SPECT/CT (oggi), PET/MR (forse domani) PET/CT PET/MR

6 registrazione rigida registrazione NON rigida rotazioni e traslazioni tiene conto di possibili movimenti (es. respirazione) utilizzo di marker esterni: si applicano sul paziente alcuni marker di materiale che sia visibile su una o entrambe le modalità che si vogliono coregistrare (es: goccia di 18F per la PET, olio-grasso per la RM) tatuaggi per la centratura CT a posteriori, via software, gli strati in cui sono visibili i marker sono fatti corrispondere con la posizione prefissata utilizzare marker disposti sia su un piano che su piani diversi, posizionare il paziente in modo identico utilizzando i marker anche per la centratura

7 Registrazione basata su marker interni In assenza di riferimenti esterni predefiniti (es. studi retrospettivi) ad hoc è possibile registrare le immagini imponendo la corrispondenza di repere anatomici I riferimenti interni sono fatti corrispondere con spostamenti manuali o attraverso algoritmi automatici I marker esterni possono non essere accurati per distretti extracerebrali I repere interni possono essere usati anche per verificare l accuratezza di registrazioni effettuate con altri metodi

8 Negli ultimi anni si è assistito alla Oggi PET/CT e SPECT/CT sono sul diffusione di scanner multimodali mercato. integrati In evoluzione sistemi combinati PET/RM (es. Siemens per il cervello) Se il paziente non si muove le immagini ottenute sono intrinsecamente coregistrate (condividono lo stesso sistema di coordinate)

9 Sebbene l accuratezza della coregistrazione sia in generale molto buona, possono comparire delle misregistrazioni in quei distretti naturalmente affetti dal movimento respiratorio torace, addome CT e PET hanno tempi di acquisizione diversi una possibile soluzione è l applicazione di tecniche di gating respiratorio (sincronizzazione dell acquisizione con il ciclo respiratorio)

10 Algoritmi di registrazione non rigida Si applicano a quei distretti in cui deformazioni non rigide sono possibili (respirazione, movimenti, variazioni di volume nel tempo, ) Possono essere usate per confrontare soggetti diversi -Approccio geometrico (landmarks, indicazioni anatomiche o strutturali, ) - Approccio basato sull intensità del voxel -Metodi ibridi Applicazioni di ricerca e limitate a problemi specifici Fusioni di immagini cardiache MRI vs SPECT Tracciare la deformazione di organi durante il respiro per il trattamento RT Correzione di immagini CT per la PET (es. polmone) Imaging della prostata durante trattamento (cfr esami, cfr durante trattamento, cfr con diverso riempimento)

11 Fusione di immagini CT e RM nel distretto cerebrale Cambiando i parametri di acquisizione cambia il tipo di contrasto (T1, T2, densità protonica) T1 T2 Densità protonica La teca cranica è rigida Le immagini possono essere registrate rigidamente (traslazioni-rotazioni) con la CT facendo uso di repere anatomici, marker esterni o tecniche automatiche Tecniche avanzate RM: danno informazioni metabolico-funzionali. Hanno scarso dettaglio anatomico: si possono registrare con la CT passando attraverso le immagini RM morfologiche nell ipotesi che non ci siano movimenti macroscopici diffusione perfusione T1

12 Imaging multimodale per neuronavigazione Le biopsie cerebrali sono effettuate con l ausilio di neuronavigatori La neuronavigazione è guidata da immagini morfologiche di risonanza magnetica e CT Queste possono essere fuse con altre modalità per avere informazioni aggiuntive ASMN Neuronavigazione PET-FDG guidata Neuronavigazione con ausilio PET-colina

13 Ausilio nella pianificazione in radioterapia Il piano di trattamento radioterapico è tipicamente elaborato su una immagine CT (contiene le informazioni necessarie per il calcolo della dose) L imaging CT è carente per quanto riguarda il contrasto dei tessuti molli La RM permette di ottenere immagini con diverso contrasto cambiando i parametri di acquisizione CT RM (T1w post contrasto) CT RM (T2w) Le immagini sono fuse facendo uso di marker esterni o con repere interni, con rototraslazioni

14 ct T1 post contrasto T2 La pianificazione è effettuata sulla CT, ma il contornamento si avvale delle sequenze RM tumore edema Attenzione alla (possibile) presenza di artefatti e distorsioni sulle immagini RM! La fusione CT-RM è usata anche nella pianificazione di trattamenti alla prostata Possibili movimenti interni e respiratori Accurato posizionamento con repere esterni e uso degli stessi sistemi di immobilizzazione La RM permette di delineare con maggiore precisione la prostata, la capsula prostatica e le vescicole seminali

15 Esperienza ASMN PET & radioterapia

16 Per concludere La fusione di immagine è una tecnica che ha lo scopo di combinare visivamente le informazioni ottenute da metodiche di imaging differenti e complementari La fusione di immagini si realizza attraverso la procedura di coregistrazione, che può essere attuata in diversi modi (anche a seconda del grado di accuratezza richiesto) Le tecniche di registrazione rigida sono ormai consolidate. Sono in evoluzione e ricerca tecniche di registrazione non rigida. Le principali applicazioni sono: -fornire un dettaglio anatomico a immagini funzionali (es. PET+CT, tecniche avanzate di risonanza + CT + MR, ) - arricchire l imaging CT per la pianificazione di radioterapia (CT + RM + [RM avanzata] per cervello, prostata, pelvi, )