Inside standard and hyperspectral low-dose CT variational imaging: parameter identification and material decomposition

The main contribution of this thesis is the proposal of novel strategies for the selection of parameters arising in variational models employed for the solution of inverse problems with data corrupted by Poisson noise. In light of the importance of using a significantly small dose of X-rays in Computed Tomography (CT), and its need of using advanced techniques to reconstruct the objects due to the high level of noise in the data, we will focus on parameter selection principles especially for low photon-counts, i.e. low dose Computed Tomography. For completeness, since such strategies can be adopted for various scenarios where the noise in the data typically follows a Poisson distribution, we will show their performance for other applications such as photography, astronomical and microscopy imaging. More specifically, in the first part of the thesis we will focus on low dose CT data corrupted only by Poisson noise by extending automatic selection strategies designed for Gaussian noise and improving the few existing ones for Poisson. The new approaches will show to outperform the state-of-the-art competitors especially in the low-counting regime. Moreover, we will propose to extend the best performing strategy to the hard task of multi-parameter selection showing promising results. Finally, in the last part of the thesis, we will introduce the problem of material decomposition for hyperspectral CT, which data encodes information of how different materials in the target attenuate X-rays in different ways according to the specific energy. We will conduct a preliminary comparative study to obtain accurate material decomposition starting from few noisy projection data.

L'immunoterapia in associazione alla terapia standard per i pazienti con Mieloma Multiplo di nuova diagnosi candidabili alla chemioterapia ad alte dosi

Lo scenario terapeutico del Mieloma Multiplo (MM) si è ampiamente evoluto nelle ultime decadi con l’introduzione di un numero sempre maggiore di combinazioni di nuovi farmaci molto efficaci. In tal contesto, spicca Daratumumab (dara), grazie ai suoi dati di efficacia e di sicurezza dimostrati sia nel setting del paziente ricaduto/refrattario che di nuova diagnosi. Lo scopo del presente studio è quello di aggiungere dati circa la combinazione di dara con la terapia standard nel contesto di un programma trapiantologico per pazienti di nuova diagnosi candidabili alla chemioterapia ad alte dosi, con un particolare focus sull’impatto dell’anticorpo monoclonale sulla raccolta delle cellule staminali (PBSC). Sono stati analizzati 41 pazienti trattati presso il nostro centro nell’ambito di due studi clinici (EMN17 e EMN18). Con un follow-up mediano pari a 19 mesi, dara aggiunto alla terapia standard ha dimostrato un’ottima efficacia, in termini di risposte profonde e sopravvivenza libera da malattia, ed un buon profilo di sicurezza, senza tossicità aggiuntive o inaspettate. Inoltre, nello studio registrativo CASSIOPEIA dara non ha avuto un impatto negativo sulla raccolta delle PBSC; infatti, nei pazienti sottoposti a dara il numero il numero mediano di PBSC raccolte è risultato inferiore e questi hanno necessitato più frequentemente di Plerixafor, senza, tuttavia, modifiche nell’iter trapiantologico rispetto al gruppo di controllo. Analogamente, nella nostra analisi i pazienti del gruppo dara hanno utilizzato maggiormente Plerixafor ed è emerso come questi possano beneficiare da un dosaggio maggiore di Ciclofosfamide mobilizzante (3 g/mq rispetto 2 g/mq). Durante lo svolgimento del presente progetto dara è stato approvato in pratica clinica prima in Europa (2020) e poi in Italia (2021). Il presente studio ha confermato come dara aggiunto ad un regime di induzione Bortezomib-based rappresenti un nuovo standard of care per i pazienti con MM di nuova diagnosi eleggibili alla chemioterapia ad alte dosi.