seminario_secondo_anno

“Sviluppo ed implementazione di
metodi quantitativi per
applicazioni cardiologiche in
Tomografia ad Emissione di
Positroni (PET)!”
Luca Presotto (XXV ciclo)
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Struttura della presentazione
1. La PET come esame quantitativo
a. I modelli cinetici
b. La quantificazione in cardiologia con
13NH
2. Correzioni per il movimento cardiaco
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a. Esami con doppio gating
i. Risultati ottenuti finora
ii. Progetti per la registrazione delle immagini
b. Fantoccio robotizzato
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1. La PET come esame
quantitativo
• Da una PET otteniamo numeri!
• Con calibrazioni corrette abbiamo kBq/ml
• Controllare esattezza correzioni
• Allora “quantifichiamo”!
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1.a Cinetica di un farmaco
Sangue
Cellula
Cellula/
Diversa forma chimica
etc…
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1.a Un paio d’assunzioni
ragionevoli
• Concentrazioni di sostanza tali da non
alterare il metabolismo
– Ragionevole?
• Iniettando 10-12 mol sì
• La frazione di molecole che passano da
uno stato all’altro in una unità di tempo è
costante
– Ragionevole?
• Abbastanza, soprattutto se è vera la prima
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Possiamo fare un modello
C_sangue
K1[min-1]
k2[min-1]
C_T1
K4[min-1]
K3[min-1]
C_T2
etc…
CT 1 (t  t )  CT 1 (t )  k1Csangue(t )  CT 1 (t )k2  k3   k4CT 2 (t )t
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C_sangue
Notare!!
K1
1. L’attività misurata in un punto è la
C_T1
somma delle concentrazioni nei diversi
“compartimenti” K3
K4
ax , y , z (t )  f blCbl  1  f bl C1  C2  ...
k2
a. Serve una “input function” misurata altrove
C_T2
2. Per ogni farmaco assunzioni sulle
c1,c2,k2,k3,k4 etc…
etc…
 Tipicamente mettiamo a zero un po’ di cose
3. Necessaria acquisizione dinamica!!
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Tracciante di flusso ideale
• Viene estratto nel tessuto e ci rimane
K1[min-1]
C_sangue
C_T1
• Att misurata = c{sangue} + c{tessuto}
• C{tessuto} = k1∫c{sangue}(t) dt
• Misuro c{sangue}(t) e trovo k1!
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Misura della curva del sangue
• Prelievo arterioso:
– Poco piacevole
– Poco pratico
– Problemi di intercalibrazione PET/wcc
• Misura sull’immagine:
– Possibile solo se presente un ampio volume
di sangue isolato
• Capita bene col cuore!
– Tenere in conto i vari errori dovuti alla
risoluzione finita
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13NH
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• Emivita : 597s
• Produzione ad hoc: p+16O 13N+α
• Forma chimica alla fine del
bombardamento: 13NH4+
• Sintesi non necessaria!
• Bassa dosimetria (10mCi 0.8 mSv)
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Modello per
13NH
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• Parametro di interesse: k1 (perfusione)
K1[min-1]
C_T1
C_sangue
K2[min-1]
• Descrive bene il comportamento
dell’ammoniaca entro i primi ~4 minuti
• k1 si estrae dal 1° minuto
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Esempio di Fit
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Lavori in svolgimento
• Analisi degli algoritmi di ricostruzione
– Problemi di bassa statistica nei frame
– bias negli iterativi
– Recupero di risoluzione
• Acquisiti dati su fantocci
– Articolo in preparazione
• Comparazione su database di pazienti
– Raccolta dati (~1 esame a settimana!)
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Rinnovare l’analisi
• Tecnologia recente/analisi vecchie
• Capire insieme ai medici quali altri dati
si possono estrarre
– Macroregioni vs. locali?
• Scelta delle regioni di interesse
– Sistemi attuali trattano la parete come di
spessore infinitesimo.
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2. Il movimento cardiaco
• Movimento respiratorio 1-2 cm lungo z
– Quasi rigido
• Contrazione con cambio della forma
– volume interno: 120 – 40 ml
• Cambio spessore della parete
– (1cm  1.5cm)
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Si poteva trascurare fino a che
la risoluzione “efficace” di una
PET era 12 mm!
(e la parete si approssimava
infinitesima)
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Non si può ora!
• Tecniche di doppio gating!
• Cfr. relazione anno passato
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Lavoro svolto
• I tool presentati l’anno scorso sono stati
messi in funzione
• Per ogni esame cardiaco effettuo una
ricostruzione con doppio gating
– 7 div cardiache x 4 respiratorie
• Da ogni esame PET ricavo 28 set di
immagine “a movimento bloccato”
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E quindi?
• Difficile interpretazione dei dati
• Immagini estremamente rumorose
• Uso non chiaro!
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Registrazione delle immagini
• Somma di diverse fasi
• Estrazione del cuore
• Registrazione “quasi rigida” di fasi
respiratorie
Registrazione affine
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Registrazione delle fasi
cardiache?
• Matematicamente è definibile
– Deformazione non rigida
• Lo facciamo?
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Due dubbi
• Biologicamente ha senso?
• È affidabile?
“Any non-rigid registration will fail for
some cases”
Ci stiamo indagando
K. Thielemans et al. MIC2011-12.M-83
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Ground truth per gli studi
• Cuore robotizzato semovente!
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Tecnologie avanzate
• Produce un segnale ECG sincronizzato
alla posizione attuale del “cuore”
• Controllo della velocità/potenza
Riprogrammabile per inserire
pattern di movimento irregolare
e ogni altra cosa venisse in
mente
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Eppur si muove…
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Qualche immagine
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