IMAGING IBRIDO E MOLECOLARELa nuova diagnostica per immagini

Vincenzo Positano

L’imaging rappresenta la base di conoscenza per le applicazioni di realtàvirtuale in medicina e chirurgia

Courtesy of Ing. Lucio de Paolis

Alta risoluzione spaziale e temporale: qualità dell’ambiente virtuale

Sensitività diagnostica: identificazione dell’oggetto di interesse

Imaging medico: Compromesso tra risoluzione e sensitività

Imaging medico: Modalità“anatomiche” vs. modalità“funzionali” o “metaboliche”

Problema della registrazione o fusione di immagini

Santarelli et al. IEEE Trans Inf. Tech Biomed 1997

Santarelli et al. IEEE Trans Inf. Tech Biomed 2000

2002: REGISTRATION OF CMR SERIES

Positano et al. EJASP 2003 Positano et al. Heart 2005

Positano et al. JCMR 2005

2005: MYOCARDIAL NECROSIS BY CMR AND SPECT

1995 PACOMIPMRI - SPECT

CONTRACTILITY BY MRI

NH3 by PET

FDG

+

M. Marinelli et al. ISMRM 2009

Giuseppe L’Abbate

Imaging ibrido: software registration and fusion

Macchine ibride: acquisizione contemporanea di immagini anatomiche e funzionali

Soluzioni: imaging ibrido e nuovi traccianti molecolari

Imaging molecolare: nuovi traccianti per realizzare l’imaging molecolare in modalità tradizionalmente “anatomiche”

Soluzioni: imaging ibrido e nuovi traccianti molecolari

Courtesy of GE Medical

Non solo ricerca…

Courtesy of GE Medical

Non solo ricerca…

La registrazione

hardware non esclude

la registrazione

software:

gli scanner ibridi

spesso necessitano di

una registrazione

software (soprattutto

temporale) dei dati.0 t

LV long axis (LA)

short axis (SA)slice planes

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.

Imaging ibrido: scanner ibridi (hardware fusion)

QS

RT P

end-diastole(ED)

end-systole (ES)

systole diastole

P

diastoleQ

R

Multi-slice, multi-phase ECG gated MR Image acquisition

→ Breathold acquisition when possible

PET/CT

SPECT/CT

PET-CT, SPECT-CT: la pratica clinica

Invention of the Year in 2000 by Time Magazine

Censimento PET-AIMN 2006-2007

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

Il movimento del paziente o i movimenti dovuti al respiro possono causare artefatti, nonostante esistano protocolli che ne limitano gli artefatti.

J Nucl Med 2008; 49:1305–1319

PET-CT, SPECT-CT: la pratica clinica

Trasformazione rigida manuale del volume PET sul volume CT

Fusione di immagini volumetriche: il colore delle superfici è generato a partire dalla mappa di perfusione.

Visualizzazione 3D dell’albero coronarico

Visualizzazione 3D integrata

PET-CT, SPECT-CT: imaging cardiovascolare

Courtesy of Dr Danilo Neglia, Fondazione “G Monasterio” and IFC_CNR, Pisa

Common sliding patient table provides path toMR-guided intervention

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 512–1024 square pixel matrix

at 15 to 60 frames/second.

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.

fluoroscopy offers very high spatial and temporal resolution and is excellent for guidingand deploying devices. MRI offers tomographic imaging with complete freedom of planeorientation, outstanding soft tissue discrimination, and the ability to portray physiological responsesduring treatment.

X-ray/MR imaging

Prototipo di Tomografo ibrido MRI/PET

MRI/PETHardware RegistrationMackewn et al., Description and preliminary results of an MR-Compatible PET system for molecular imaging studies, ISMRM-ESMRMB, 2007, ISSN 1545-4436

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

Imaging molecolare: nuovi traccianti

Realizzare l’imaging molecolare e metabolico attraverso

traccianti innovativi in modalità ad alta risoluzione spaziale e

temporale (US e MRI)

Imaging molecolare: nuovi traccianti 13C Hyperpolarized MRS

Aumenta la percentuale di polarizzazione (103-104)

−+

−+

+−

=NNNNP P = 5 x 10-6 for H-1 at 1.5T

Hypersense (Oxford Instruments) FTGM Pisa

Imaging molecolare: nuovi traccianti 13C Hyperpolarized MRS

Costo elevatoUna dose / hEmivita breve (< 60 sec)

Nuove sequenzeNuove bobineNuovi algoritmi di analisi………

Imaging molecolare: nuovi traccianti 13C Hyperpolarized MRS

Metabolismo del piruvato

Imaging molecolare: nuovi traccianti 13C Hyperpolarized MRS

Imaging molecolare: nuovi traccianti 13C Hyperpolarized MRS

Rat 26 03 09

0,0E+00

2,0E+09

4,0E+09

6,0E+09

8,0E+09

1,0E+10

1,2E+10

1,4E+10

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31

time (sec)

Am

plitu

de

Pyruvate/10LactatePyruvate HydrateAlanineBicarbonate

CSI – metabolic maps

Pyruvate

Pig #4

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

E’ necessario lo sviluppo di metodologie di visualizzazione e navigazione in modo da integrare le informazioni disponibili.

Resta in gran parte aperto il problema della registrazione temporale