Evoluzione della diagnostica per immagini

01/10/2016
XXXV Scuola Annuale di Bioingegneria
Bressanone, 26 - 29 settembre 2016
Popolazione italiana per presenza di malattie
croniche gravi* (A) o in condizioni di
multicronicita (B) per sesso e classi di età (per
100 persone) [2005 e 2013]
Dati sulla multimorbosità nella
popolazione italiana (fonte ISTAT)
La Bioingegneria per il benessere e l'invecchiamento attivo
Evoluzione della diagnostica per
immagini
Prof.ssa Maria Cristina Messa
* diabete; infarto del miocardio; angina pectoris; patologie cardiache; ictus; emorragia cerebrale;
bronchite cronica; enfisema; cirrosi epatica; tumori maligni; parkinsonismo; demenze
UNIVERSITÀ DI MILANO-BICOCCA
RUOLO DELLA DIAGNOSTICA PER IMMAGINI NELLE
PATOLOGIE CRONICHE DELL’ANZIANO
Neurodegenerativa
Oncologica
WHO-Chronic disease report
Cardiovascolare
01/10/2016
Aspetti Neuropatologici
M. DI ALZHEIMER
È la più frequente patologia neurodegenerativa e principale
causa di DEMENZA (60% di tutte le demenze)
ATTIVAZIONE MICROGLIA
DANNO SINAPTICO
MORTE NEURONALE
Malattie
Neurodegenerative
ATROFIA
PLACCHE
βAMILOIDE
Mild Cognite Impairment (MCI)
131,5
GROVIGLI
NEUROFIBRILLARI
MILIONI
→ DEMENZA
Roberson et al. 2006
74,4
Converter vs NON converter
46,8
MILIONI
2015
MILIONI
Rapporto Mondiale Alzheimer 2015
2030
2050
RM
Morfologia
T2
fMRI
IMAGING
ANATOMICO
T1
Funzionalità/
microstruttura
FUNZIONALE
Perfusione
Pesature
RM
Diffusione
Flusso
Contenuto
chimico
Angiografia
Spettroscopia
ρ
01/10/2016
RM E M. DI ALZHEIMER
RM E M. DI ALZHEIMER
-atrofia (danno neuronale)
Ballard et al. 2011
-atrofia ippocampale
Teipel et al. 2015
NORMAL
AGEING
AD
METODI DI MISURAZIONE: manuali e semiautomatici
RM: ATROFIA IPPOCAMPALE
deToledo-Morrell et al. 2012
Sistemi RM ad alto
campo (>1.5 T)
Miglioramento della
risoluzione spaziale
Plantinga et al, 2014
01/10/2016
RM SPETTROSCOPIA
Structural MRI of MEDIAL TEMPORAL LOBE
= descrive il tipo e la quantità di molecole contenenti 1H all’interno di un
volume di interesse
Marker
Conversion MCI-AD
Visual rating
accuracy 65–68%, follow-up 1–2 years
Manual volumetry
hippocampus volume:
accuracy 71%, follow-up 2 years
Chemical shift = lieve variazione della frequenza di Larmor dei nuclei di
1H a seconda della molecola a cui appartengono
Hippocampus and enthorinal volumes:
accuracy 65–71%, follow-up 1,5–3 years
Automated assessment
Subregional hippocampus: accuracy 80%,
follow-up 1 year
Rileva
molecole
piccole, mobili, con
concentrazione >
0.5mmol/g
Lin et al. 2012
Teipel et al. 2015
Color-coded metabolite map of Choline
(Cho) corrected by creatine (Cr)
RM SPETTROSCOPIA
Sistemi RM ad alto campo
(>1.5 T)
3T
Lin et al. 2012
1.5 T
Kejal Kantarci et al. AJNR Am J Neuroradiol
2003;24:843-849
Migliore capacità di
discriminare i metaboliti
01/10/2016
RM: DIFFUSION WEIGHTED IMAGING
MRS
Diffusione delle molecole d’acqua = movimento
casuale dovuto all’agitazione termica
Accuracy
NAA/Cr
AD vs HC
71-81%
MCI vs HC
75-80%
MCI-AD
conversion
69-72%
Isotropa in
assenza di vincoli
Anisotropa (o ristretta) in
presenza di vincoli , e.g.
membrane cellulari
Zhang et al 2014
Deprez et al. 2013
All’interno delle fibre nervose la diffusione è più veloce lungo la direzione della fibra
RM: DIFFUSION WEIGHTED IMAGING
DTI-MR
Marker
Conversion MCI-AD
Regional measures of white matter
integrity
accuracy 77–95%, follow-up 2–3 years
Whole-brain, voxel-based
pattern classifiers
accuracy 98%, follow-up 1 year
Teipel et al. 2015
Mean diffusivity maps
Fractional anisotropy maps Color-encoded maps of the
principal eigenvector
Teipel et al. 2015
01/10/2016
PET: Tomografia ad emissione di Positroni
CT
PET
RADIOFARMACI
18F- Fluoro-Desossi-Glucosio (FDG)
emivita 109.8 min
FDG = analogo radiomarcato del glucosio che permette di
evidenziare in modo efficace l’attività metabolica glucidica del
cervello che utilizza glucosio a scopo energetico.
Aspetti Neuropatologici
18F-FDG PET
ATTIVAZIONE MICROGLIA
DANNO SINAPTICO
MORTE NEURONALE
ATROFIA
PLACCHE
βAMILOIDE
GROVIGLI
NEUROFIBRILLARI
Roberson et al. 2006
Normale
Neurodegenerazione
→ ipometabolismo
01/10/2016
18F-FDG PET
• ANALISI IMMAGINI
– Visiva
– Semiquantitativa
– Quantitativa
TRACCIANTI PET DI BETA AMILOIDE
MCI
11C-PIB
AD
• Confronto voxel-based
Teipel et al. 2015
Meta-analisi (n= 1112) FDG PET nel predire la conversione MCI → AD
TRACCIANTI PET DI BETA AMILOIDE
18F-Flutemetamol
18F-Florbetaben
18F-Flutemetamol
18F-Florbetapir
POSITIVO
p<0.05
NEGATIVO
01/10/2016
Teipel et al. 2015
MULTIMODALITY IMAGING
PET/MR
BIOMARKER IN AD
Catana et al. 2015
Jack CR et al 2010
01/10/2016
PET/MR
PET/MR NUOVI RADIOFARMACI
Marker di neuro-infiammazione (attivazione microgliale): TSPO ligand
Co-registrazione spaziale e temporale
AD
[11C]PK11195 BP
[11C]PBR28 BP
Varler et al. 2015
Correzione per effetto di volume parziale
HC
AD
HC
AD
Catana et al. 2015
RUOLO DELLA DIAGNOSTICA PER IMMAGINI
TUMORI-INCIDENZA
1. DIAGNOSI E STADIAZIONE
2. RISPOSTA ALLA TERAPIA
Oncologia
⇒ DECISIONE TP
3. FOLLOW-UP E SOSPETTA RECIDIVA
4. GUIDA AL TRATTAMENTO RADIOTERAPICO
ITA-Pool Airtum 2007-2010
01/10/2016
18F-FDG PET/CT
PET/TC e TC mdc in un’unica seduta d’esame
VANTAGGI
•Refertazione in consensus Radiologo e
Medico Nucleare
SUVmax: 16
ANALISI IMMAGINI
- Visiva
- Semi-quantitativa
SUVWB =
•Riduzione dei costi per il SSN e per il
paziente
Attività tissutale (µCi/gm)
Dose (µCi)/peso corporeo (gm)
•Riduzione del disconfort per il paziente
(1 solo accesso in ospedale) →
importante per il caregiver
LIMITI IMAGING 18F-FDG PET
-Istotipi a bassa avidità glucidica
18F-FDG PET
EVOLUZIONE PET/TC
NUOVI RADIOFARMACI
Metodi di acquisizione e di ricostruzione
11C-COLINA
TOF
Rivelatore
HSR Milano
- Lesioni di piccole dimensioni
Rivelatore
PSF
HSR Milano
Point Spread Function
DOI
Codifica Geometria
Non
Collinearità g
γ
DUAL-POINT
Range del
Positrone
PET System
PSF
β+
γ
01/10/2016
RESPIRATORY 4D-GATED PET
RESPIRATORY 4D GATED PET
Target statico
Target in movimento
Ph. 1
SUVmax 2.8
Ph. 4
SUVmax 3.1
Ph. 2
SUVmax 3.1
Ph. 3
SUVmax 3.3
Ph. 6
SUVmax 3.3
% increase SUV
4Dmax vs Static : 94%
Ph. 5
SUVmax 2.2
HSR Milano
RM
RM-SPETTROSCOPIA
Migliore risoluzione spaziale e di contrasto rispetto alla TC
(prostata, npl ginecologiche, distretto testa collo, fegato, pancreas)
T2
T1
DWI
Rechichi et al. 2012
Non espone a radiazioni ionizzanti
Neoplasia endometriale; invasione tumorale > 50% dello spessore
miometriale → maggior probabilità di metastasi linfonodali
PROSTATA NORMALE
NEOPLASIA PROSTATICA
01/10/2016
1. DIAGNOSI E STADIAZIONE
2. RISPOSTA ALLA TERAPIA
POST
PRE
Stadiazione di Linfoma Non Hodgking con localizzazioni midollari:
PET: captazione patologica
TC: non alterazioni osteostrutturali
RM: conferma malattia midollare
3. FOLLOW-UP E SOSPETTA RECIDIVA
Persistenza di tessuto alla TC
Linfoma
Risposta Metabolica completa
4. GUIDA AL TRATTAMENTO RADIOTERAPICO
CT-based TT
18F-FDG
PET/CT-based TT
Neoplasia colica
HSR Milano
01/10/2016
STEREOTACTIC ABLATIVE RADIOTHERAPY (SABR)
ABSCOPAL EFFECT
OTTIMO CONTROLLO LOCALE ⇒ ANZIANO CON COMORBIDITA’
Huang et al. 2015
TRACCIANTI PET PER IMAGING MOLECOLARE
Guerra et al. 2014
RESPIRATORY-GATED BASED TARGET
VOLUME FOR RT
Siva et al. 2015
Wester HJ Clin Cancer Res 2007;13 (12) 3470-3481
01/10/2016
18F- FLT: Fluorotimidina
11C-Colina
↑turnover fosfatidil-colina: ↑ membrane cellulari
Biomarker di proliferazione cellulare → risposta precoce
NEOPLASIA PROSTATICA
basale
2 sett dopo 1 ciclo DOCETAXEL
Responder
Picchio et al. 2014
CT
CT-based TT
HSR Milano
NON-Responder
18F- FAZA
Valutazione dell’ipossia
Mortensen et. al 2012
→
Bertagna et al. 2013
PET/CT
Ga68-PEPTIDI
RT
peptidi che si legano al recettore per la somatostatina
NEOPLASIE NEUROENDOCRINE
Hoffman et. al 2012
01/10/2016
18F-RGD
PET/MR
Marker per la neoangiogenesi
STUDIO
COMBINATO DI
NUOVI
PROCESSI
CELLULARI
Hans-Jürgen et al. 2007
Sauter et al. 2010
PET/MR: correzione per l’attenuazione
Malattie
Cardiovascolari
Zaidi et al 2011
Prevalence of Cardiovascular disease: coronary heart disease,
heart failure, stroke and hypertension. Source: Heart Disease
and Stroke Statistics-2009
01/10/2016
ISCHEMIA
TC CORONARICA
L’ischemia miocardica è il risultato dello squilibrio tra domanda di
O2 da parte del tessuto miocardico ed offerta dello stesso attraverso
il circolo coronarico.
DOMANDA
DI O2
OFFERTA
DI O2
Achenbach et al. 2006
CT coronarica 256 strati
TC CORONARICA
Chao et al. 2010
Chao et al. 2010
01/10/2016
Pooled estimates and 95% confidence interval (CI) for diagnosis of significant
coronary stenosis: 14 studies (Sun et al 2012)
Sensitivity
Specificity
Positive Predictive
Value
Negative
Predictive Value
99%
(98-100)
91%
(88-94)
94%
(91-96)
99%
(97-100)
PET cardiaca
SPECT: sistemi dedicati
Slomka et al. 2014
Presotto et al., 2016
01/10/2016
RM
Cine-MR
T2-MRI
Perfusion MR
(stress-test)
Delayed
Enhanced MR
Funzionalità
contrattile
Edema
miocardico
Flusso
Miocardico
Necrosi
Miocardica
Frazione
d’eiezione,
ischemia, vitalità
Datazione infarto
Aree a rischio
Ischemia
Estensione
necrosi
Vitalità
Presotto et al., 2016
RM
PET/MR
Infarto Miocardico Acuto in sede apicale estesa
MR: ostruzione vascolare
PET – PERFUSIONE (13N-NH3):
assente perfusione
Rischpler et al.2015
Shaun et al 2014
01/10/2016
PET/MR
PET/MR
STUDIO DELLA PLACCA CAROTIDEA (TIA, stroke):
STUDIO DELLA PLACCA CAROTIDEA: nuovi radiofarmaci
11C-PK11195
RM
18F-FDG PET:
↑uptake = ↑ macrofagi
↑ instabilità
Rischpler et al.2015
CONCLUSIONI
Alte tecnologie sempre in evoluzione con miglioramento delle loro
capacità diagnostiche, ampliamento dello possibilità di studio di
nuovi processi molecolari.
Approccio multidisciplinare all’anziano, senza discriminazione.
Gaemperli et al. 2015