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Sviluppo e realizzazione di un algoritmo per il riconoscimento automatico della cavità cardiaca ventricolare sinistra nell’ambito del protocollo PET gating

Informazioni tesi

Master internazionale di II in tecnologie nucleari e radiazioni ionizzanti
  Autore: Antonio De Simone
  Tipo: Tesi di Master
Master in
Anno: 2005
Docente/Relatore: Piero Salvadori
Istituito da: IAEA
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 53

Le malattie cardiache rimangono la principale causa di morte nel mondo occidentale, associate alla deficienza coronarica/ventricolare originano notevole mortalità o aspettative di vita molto limitate. La migliore conoscenza della intrinseca meccanica del miocardio potrebbe condurci a capirle ed interpretarle meglio, producendo un’immediata diagnosi.
Recentemente è stato confermato che la contrazione muscolare regionale può essere utilizzata per valutare la funzionalità miocardica dopo l’infarto e in questo ambito la nuclear magnetic resonance (NMR) è una tecnica che svolge un compito di primo piano; il suo utilizzo è anche estensibile alla valutazione della contrattilità anormale sia a riposo che dopo una prova da sforzo, limitando così danni irreversibili. La prima tecnica sviluppata per quantificare il movimento del miocardio era basata sulla presenza di “marcatori” di riferimento radio-opachi, direttamente sul muscolo cardiaco che aveva come principali svantaggi anzitutto d’essere altamente invasiva, e di presentare difficoltà di reperimento di tali sostanze.
Un'altra tecnica simile usava gli ultrasuoni, ma agli svantaggi della precedente univa un cattivo rapporto segnale/rumore delle immagini ad ultrasuoni. Anche se tutte queste metodiche lavorano bene per determinare la posizione e i contorni dell’epicardio e dell’endocardio, non sono in grado però di stimare l’intrinseca contrattilità del miocardio. Pur tuttavia il loro sviluppo ha condotto alla formulazione matematica che descrive la meccanica cardiaca.
La cinematica del cuore può essere descritta usando tensori di rotazione e di sforzo ( Strain Tensor), gli autovalori ed autovettori dei quali permettono la quantificazione della massima contrazione o del massimo allungamento (Shortening-Lenghtening).
La NMR è stata sviluppata non solo per ottenere una misura accurata di movimento delle pareti dell’epicardio e dell’endocardio, ma anche per poter dare uno sguardo al funzionamento “intra-murale” del miocardio, includendo la funzione contrattile regionale, la perfusione e la diffusione.
Questa tecnica offre la capacità di combinare misure funzionali ed anatomiche, ottenendo una valutazione più estesa e comprensiva delle funzioni del cuore.
Tra le principali tecniche, sviluppate in seno alla NMR, con il presente lavoro tratteremo il Tagging, che brevemente possiamo descrivere come una griglia che si sovrappone alle immagini acquisite da uno scanner NMR, griglia che diventa il sistema di riferimento con cui possiamo tracciare il movimento del miocardio.
A differenza delle tecniche precedenti, il Tagging unisce al vantaggio di poter misurare lo strain con un’altissima densità di marcatori di riferimento quello di non essere assolutamente invasiva, limitando quindi in maniera drastica l’impatto diagnostico sui pazienti. Un altro punto sicuramente a suo favore è la possibilità, analizzando i percorsi di attivazione cardiaca, di diagnosticare preventivamente l’ischemia miocardica. Harp MRI è l’acronimo di Harmonic Phase Magnetic Resonance Imaging ed è una tecnica rivoluzionaria per estrarre informazioni dinamiche dal ventricolo sinistro. Infatti, una volta acquisite le immagini dallo scanner NMR con la griglia di Tagging sovra imposta, Harp riesce a tracciare automaticamente i contorni delle Tag lines.
Questo metodo supera i limiti delle tecniche convenzionali di Tagging dove il riconoscimento ed il tracciamento delle linee di Tagging doveva farsi in una fase successiva all’acquisizione delle immagini stesse. Come è chiaro un lavoro di post processing “costa” in termini di tempo per la diagnosi riducendone l’efficacia; con Harp invece si assiste ad un elaborazione “real-time” durante le sedute di risonanza. Il presente lavoro di tesi, grazie allo sviluppo effettuato sulla tecnica Harp, si pone tre obbiettivi:
a) di sviluppare una metodologia di analisi della meccanica regionale cardiaca che sia operatore indipendente ed altamente automatizzata da applicare ad immagini dinamiche ottenute con Risonanza Magnetica.
b) Validare tale metodologia su pazienti sottoposti a ventricoloplastica chirurgica e CABG per una grave forma di miocardiopatia dilatativa post-infartuale
c) Di comparare i risultati dell’analisi della meccanica cardiaca regionale (strain di parete), con quelli della perfusione miocardica ottenuti mediante tecnica di medicina nucleare (99m Tc tetrofosmin SPECT)

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Introduzione Le malattie cardiache rimangono la principale causa di morte nel mondo occidentale; causate e/o associate alla deficienza coronarica/ventricolare esse originano un’alta mortalità e una limitata aspettativa di vita. Una migliore conoscenza della funzione meccanica dinamica del miocardio indirizza verso una migliore comprensione dello stato patologico, aiutando il clinico e il chirurgo nella diagnosi e nella terapia delle disfunzioni ventricolari. Le implicazioni terapeutiche e diagnostiche dovute alla valutazione volumetrica e funzionale del muscolo cardiaco sono confermate dallo studio delle malattie cardiovascolari(1); la Risonanza Magnetica Nucleare, o MRI, fornisce una valutazione accurata e riproducibile attraverso l’acquisizione d’immagini tomografiche ad alta risoluzione spazio/temporale; la MRI è riconosciuta come standard di riferimento per la valutazione dei parametri funzionali dei ventricoli sinistro e destro (LV/RV). La PET cardiologica(2) è la tecnica di imaging funzionale per eccellenza, grazie al fatto che essa impiega, invece di mezzi di contrasto, traccianti fisiologicamente attivi; questa tecnica è generalmente utilizzata in cardiologia per l’imaging e la quantificazione del metabolismo e del flusso miocardico; è comunque possibile utilizzare lo studio PET con sincronizzazione elettrocardiografica (gating) per studiare la dinamica ventricolare. A causa della minore risoluzione e del peggiore rapporto segnale/rumore della PET rispetto a tecniche di imaging morfologico, questi studi devono essere comunque validati tramite quested tecniche per calcolare ed eventuialmente correggere l’errore indotto, e per valutare quindi l’attendibilità dei risultati. Infatti, uno studio combinato metabolico/meccanico sul paziente consente di ottimizzare l’iter diagnostico, inoltre la MRI spesso viene rifiutata dal paziente ansioso e claustrofobico, oltre a creare problemi di monitoraggio del paziente cardiopatico e ad essere non effettuabile su pazienti portatori di pace- maker o altra protesi metallica . 1

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