Università degli Studi di Trieste Dipartimento di Elettrotecnica, Elettronica e Informatica Gruppo di Bioingegneria ed ICT Paolo Inchingolo (responsabile), Federica Vatta, Paolo Bruno, Stefano Mininel, Andrea Collaone, Alberto Magrofuoco Attività di ricerca: Studio e sviluppo di strumenti avanzati per la mappatura realistica 3D di attività elettrica cerebrale basati su integrazione multimodale di metodiche di neuroimaging di risonanza magnetica con dati neurofisiologici 15 Giugno 2005 CISC Workshop - DEEI: Gruppo di Bioingegneria ed ICT 1 Studio della funzionalità cerebrale Tecnologia ideale: alta risoluzione spazio-temporale Stato dell’arte: alta risoluzione temporale: solo esami funzionali (EEG, ECG) alta risoluzione spaziale: solo esami strutturali (TAC, Risonanza Magnetica) Tecniche di neuroimaging funzionale (PET, fMRI): modesta risoluzione spaziale e ridotta risoluzione temporale L’alta risoluzione spazio-temporale è ottenibile solo combinando diverse metodiche strutturali e funzionali Complementarità tra tecniche elettrofisiologiche e neuroimaging strutturale per ricostruire e visualizzare l’attività del cervello “in vivo” 15 Giugno 2005 CISC Workshop - DEEI: Gruppo di Bioingegneria ed ICT 2 Integrazione multimodale + 15 Giugno 2005 CISC Workshop - DEEI: Gruppo di Bioingegneria ed ICT 3 Mappatura funzionale da dati EEG Mappatura funzionale Dati EEG • Modello sorgente • Modello testa Problema Bioelettrico Inverso Stima dei parametri della sorgente ottenuta dai dati EEG misurati Problema Bioelettrico Diretto Calcolare i dati EEG generati da una sorgente di corrente in una posizione nota nel cervello 15 Giugno 2005 CISC Workshop - DEEI: Gruppo di Bioingegneria ed ICT 4 Elaborazione dei dati (1): Segmentazione/Registrazione 15 Giugno 2005 CISC Workshop - DEEI: Gruppo di Bioingegneria ed ICT 5 Elaborazione dei dati (1): Segmentazione/Registrazione MR TC 15 Giugno 2005 Registrazione Segmentazione Classificazione Slicer 3D (MIT), algoritmi semi-automatici CISC Workshop - DEEI: Gruppo di Bioingegneria ed ICT Modello (NxNxM) 6 MR Elaborazione dei dati (2): FDM e soluzione problema diretto TC Modello Segm/ Registr Modello conduttivo Modello (NxNxM) FDM: Preparazione sistema lineare (librerie Diffpack PETSC) Caratterizzazione elettrica 15 Giugno 2005 dei tessuti Scripts config. Sistema Lineare (NxNxM incognite Es. 128^3 = 2*10^6) Soluzione SL: SSOR (librerie Diffpack e PETSC) Matrice del potenziale elettrico Φ (NxNxM) Parametri sorgente (es. Posizione e intensità dipolo) CISC Workshop - DEEI: Gruppo di Bioingegneria ed ICT 7 Elaborazione dei dati (3): Visualizzazione ed esportazione risultati MR TC Model Segm/ Registr FDM L.S. SSOR Φ field Visualizzazione Matrice Φ potenziale Data integration Pipeline grafiche (VTK) Modello Save/ export tools 15 Giugno 2005 Tools analisi quantitative (PV-WAVE, MS Excel, MatLab) CISC Workshop - DEEI: Gruppo di Bioingegneria ed ICT 8 Elaborazione dei dati (4): Veduta d’insieme MR TC Model Segm/ Registr 15 Giugno 2005 Vis. FDM L.S. SSOR CISC Workshop - DEEI: Gruppo di Bioingegneria ed ICT Φ field VTK 9 Pipeline grafiche (1) Ricostruzione superfici scalpo e corteccia: colori evidenzianti I valori del potenziale elettrico sulla superficie. Mappe colori di tipo “rainbow”. Superfici calcolate come isosuperfici partendo dall’input del volume dei dati dei tessuti segmentati (modelli poligonali). 15 Giugno 2005 CISC Workshop - DEEI: Gruppo di Bioingegneria ed ICT 10 Pipeline grafiche (2) Linee di corrente calcolate nel campo del potenziale Superfici semitrasparenti scalpo e corteccia per fornire il contesto spaziale Esempio di elaborazione di dati funzionali per arrivare ad una miglior comprensione degli stessi Output stereografico particolarmente utile in scene 3D complesse come le linee di corrente 15 Giugno 2005 CISC Workshop - DEEI: Gruppo di Bioingegneria ed ICT 11