Sviluppo di tecniche di Speckle tracking per la correzione del movimento in ecografia epatica perfusionale

L'ecografia con mezzo di contrasto è una tecnica non invasiva che consente di visualizzare la micro e la macrocircolazione grazie all'utilizzo di microbolle gassose che si distribuiscono in tutto il sistema cardiovascolare. Le informazioni emodinamiche e perfusionali ricavabili dalle immagini eco con contrasto possono essere utilizzate per costruire un modello a grafo dell'albero vascolare epatico. L'analisi della connettività del grafo rappresenta una strategia molto promettente che potrebbe consentire di sostituire la misurazione del gradiente pressorio venoso del fegato, che richiede cateterismo, determinando un notevole miglioramento nella gestione dei pazienti cirrotici. La presente tesi si occupa della correzione dei movimenti del fegato, che deve essere realizzata prima di costruire il grafo per garantire un'accuratezza adeguata. Per correggere i movimenti è proposta una tecnica di Speckle tracking, testata sia in vitro su sequenze eco sintetiche, sia in vivo su sequenze reali fornite dal Policlinico Sant'Orsola.

Studio e sviluppo di un metodo di detezione della camera atriale in ecografia intracardiaca

Il lavoro di tesi si è svolto in collaborazione con il laboratorio di elettrofisiologia, Unità Operativa di Cardiologia, Dipartimento Cardiovascolare, dell’ospedale “S. Maria delle Croci” di Ravenna, Azienda Unità Sanitaria Locale della Romagna, ed ha come obiettivo lo sviluppo di un metodo per l’individuazione dell’atrio sinistro in sequenze di immagini ecografiche intracardiache acquisite durante procedure di ablazione cardiaca transcatetere per il trattamento della fibrillazione atriale. La localizzazione della parete posteriore dell'atrio sinistro in immagini ecocardiografiche intracardiache risulta fondamentale qualora si voglia monitorare la posizione dell'esofago rispetto alla parete stessa per ridurre il rischio di formazione della fistola atrio esofagea. Le immagini derivanti da ecografia intracardiaca sono state acquisite durante la procedura di ablazione cardiaca ed esportate direttamente dall’ecografo in formato Audio Video Interleave (AVI). L’estrazione dei singoli frames è stata eseguita implementando un apposito programma in Matlab, ottenendo così il set di dati su cui implementare il metodo di individuazione della parete atriale. A causa dell’eccessivo rumore presente in alcuni set di dati all’interno della camera atriale, sono stati sviluppati due differenti metodi per il tracciamento automatico del contorno della parete dell’atrio sinistro. Il primo, utilizzato per le immagini più “pulite”, si basa sull’utilizzo del modello Chan-Vese, un metodo di segmentazione level-set region-based, mentre il secondo, efficace in presenza di rumore, sfrutta il metodo di clustering K-means. Entrambi i metodi prevedono l’individuazione automatica dell’atrio, senza che il clinico fornisca informazioni in merito alla posizione dello stesso, e l’utilizzo di operatori morfologici per l’eliminazione di regioni spurie. I risultati così ottenuti sono stati valutati qualitativamente, sovrapponendo il contorno individuato all'immagine ecografica e valutando la bontà del tracciamento. Inoltre per due set di dati, segmentati con i due diversi metodi, è stata eseguita una valutazione quantitativa confrontatoli con il risultato del tracciamento manuale eseguito dal clinico.

L'informazione di fase per la valutazione della perfusione epatica in ecografia

L'elaborato illustra una possibile soluzione al problema della correzione del movimento respiratorio in dati ecografici di perfusione epatica per la valutazione della pressione portale. La tecnica proposta si basa sul segnale monogenico e sull’informazione di fase dell’immagine. Inizialmente sono stati presentati gli strumenti atti alla valutazione della vascolaritá epatica, con una particolare focalizzazione sulle tecniche non invasive per diagnosticare l’ipertensione portale. Tra di esse l’ecografia con mezzo di contrasto si impone come uno dei metodi più efficaci e soprattutto meno invasivi. In seguito è stato presentato un recente studio secondo cui, tramite l’elaborazione delle curve di enhancement ottenute dalla sequenza ecografica, è possibile stimare dei parametri correlati al valore di pressione portale. Tuttavia, durante l’esecuzione dell’esame ecografico, i movimenti respiratori del paziente non sempre consentono una corretta valutazione di tali parametri. In questa tesi è stata indagata la possibilità di compensare questi artefatti mediante l'applicazione di una metodo di tracking basato sul vincolo di conservazione della fase dell'immagine. Il metodo è stato testato qualitativamente su sequenze di immagini ecografiche acquisite all’ospedale di Barcellona e all’ospedale Sant’Orsola di Bologna, con risultati promettenti.

Analisi della cardiotossicità in pazienti oncologici mediante ecografia volumetrica

La tesi affronta la tematica dei problemi cardiaci riscontrati in alcuni pazienti, a seguito del trattamento sanitario con procedure chemioterapiche. In particolar modo si concentra sugli effetti collaterali derivanti dalle cure somministrate ad individui affetti da tumori mammari, che, a causa di questa condizione, subiscono terapie mirate a livello del torace. La cardiotossicità che si presenta nei casi precedentemente indicati è di tipo acuto, o cronico. Il lavoro si prefigge lo scopo di analizzare una metodologia che identifichi e riscontri in tempo il manifestarsi della cardiotossicità, basandosi su alcuni sintomi e segnali, per evitare il manifestarsi del tipo cronico. Per raggiungere questo obiettivo si è studiato l'utilizzo di apparecchiature per l’ecocardiografia, che sono poco invasive e presentano una quantità di effetti collaterali estremamente ridotta. L’elaborato è suddiviso in quattro capitoli: 1. Il primo capitolo è dedicato al "Cuore". Nei diversi sottocapitoli ci si concentra sulla parte anatomica e sulla fisiologia dello stesso. Il sottocapitolo più importante è quello sulla "Cardiotossicità", tema centrale del lavoro, in cui sono spiegati i meccanismi con cui si manifesta, quali farmaci la causano e per quali motivi. 2. Il secondo capitolo si occupa dell’apparecchiatura usata durante lo studio del cuore, cioè l'ecografo. Dopo una breve introduzione sulle proprietà fisiche degli ultrasuoni, ci si concentra sulla struttura dell’apparecchiatura. In particolare ci si focalizza sugli strumenti per ecografie cardiache volumetriche. 3. Il terzo capitolo è dedicato al software TOMTEC. Si descrive in quali modalità si utilizza, in che maniera, e quali parametri identifica per l'eventuale riscontro di episodi di cardiotossicità. In uno dei sottocapitoli è descritto nel dettaglio il database creato dall’autrice per la raccolta dei dati relativi ai pazienti trattati. 4. L'ultimo capitolo è dedicato alla conclusioni, in cui si sottolinea l'importanza della ricerca di meccanismi per prevenire l'insorgere di malattie cardiache in pazienti già sottoposti a pesanti cicli di terapia.

Uso combinato di ecografia e stereofotogrammetria per l'analisi delle variazioni architetturali del muscolo in funzione della posizione articolare

Lo scopo di questo lavoro di tesi è stato quello di indagare come differenti angoli all’articolazione di caviglia possono influenzare l’architettura del muscolo Tibiale Anteriore, architettura che sua volta può influenzare la lettura degli elettromiogrammi superficiali. Questo è stato fatto attraverso l’utilizzo combinato di sistemi ecografici e stereofotogrammetrici, che nel loro complesso permettono la ricostruzione del volume della struttura di interesse. Dalle immagini ecografiche 3D è stato possibile valutare le modifiche dell’angolo di pennazione del muscolo, che ha mostrato differenze significative tra due condizioni di osservazione, ovvero passando dalla condizione con caviglia in posizione neutra a dorsiflessa e passando dalla posizione dorsiflessa a quella plantarflessa. Dalla ricostruzione del volume è stato possibile stimare le variazioni di spessore e larghezza del muscolo. Da queste stime sono state riscontrate differenze significative passando dalla condizione con caviglia in posizione neutra a dorsiflessa e passando dalla posizione dorsiflessa a quella plantarflessa, principalmente nella porzione più mediale del muscolo.

Studio e caratterizzazione delle placche carotidee in ecografia

La malattia aterosclerotica presenta elevate morbilità e mortalità in gran parte del mondo e poterla diagnosticare prima che essa porti a un evento acuto (ictus) comporta indiscutibili vantaggi per la sanità. Il problema a monte della malattia è la presenza di placche aterosclerotiche nei vasi arteriosi. La placca può essere classificata in base alle sue componenti isto-morfologiche in fibrosa, fibrocalcifica o fibroadiposa, che comportano diversi livelli di rischio. In questo elaborato è presentata la procedura CAPSU, che permette la rilevazione e la segmentazione delle placche in modo automatico in immagini eco; è valutata l’efficacia di un tool che permette la classificazione automatica delle placche, già segmentate con il metodo CAPSU. Un esperto ha classificato le placche appartenenti a 44 immagini ecografiche che poi sono state sottoposte all’elaborazione automatica; i risultati si sono rivelati concordi. Sono stati valutati alcuni fattori che potrebbero differenziare univocamente i tipi di placche tra loro (area, eccentricità, minimo, massimo e medio livello di grigio, ecogenicità ed eterogeneità) e a parte i primi due tutti si sono mostrati validi in almeno un confronto tra due tipi di placche. Si è concluso che una classificazione automatica del tutto efficace delle placche carotidee potrebbe essere possibile in seguito a ulteriori sviluppi di questa tecnica.

Valutazione delle performance di un algoritmo per la quantificazione della pressione portale epatica da ecografia con mezzo di contrasto

La misurazione del gradiente pressorio venoso (HVPG) viene utilizzata per diagnosticare la gravità della malattia del fegato ma si tratta di una pratica invasiva e che non può essere effettuata in tutti i pazienti. Per questo motivo sono state studiate nuove metodiche per riuscire ad analizzare la cirrosi, una tra le quali l’indagine ecografica. Un progetto in fase di svolgimento (progetto CLEVER) è stato avviato per riuscire a sviluppare, validare e trasferire nella pratica clinica un nuovo sistema basato sull'analisi di immagini ecografiche con mezzo di contrasto al fine di valutare la gravità della degenerazione della rete vascolare causata dalla cirrosi. L'obiettivo principale della ricerca è quello di sviluppare uno strumento completamente automatico per l'analisi in tempo reale della rete vascolare del fegato in grado di valutare la connettività vascolare e quantificare il grado di squilibrio della rete.

Principi di funzionamento e campi di utilizzo della Ecografia Volumetrica

In questo elaborato è stato trattato il concetto di ultrasuoni, le sue proprietà, le leggi fisiche che lo caratterizzano e la loro scoperta. Successivamente sono stati trattati la storia e il funzionamento della ecografia bidimensionale, le differenti tipologia di trasduttore, modalità di visualizzazione e l'analisi ecocolordoppler. In seguito è stato approfondito il concetto di ecografia volumetrica e sequenza di dati ecografici volumetrici con rispettive modalità di acquisizione dei dati, modalità di elaborazione, e modalità di visualizzazione dell'immagini. Infine, sono stati trattati brevemente gli impieghi di questa tecnologia e le possibili implementazioni future.

Adattamento alla macchina della tosse guidato dall'ecografia diaframmatica nel paziente con patologia neuromuscolare: trial clinico controllato e semi-randomizzato.

Background Le complicazioni dovute a disfunzioni dei muscoli respiratori sono tra le cause principali di morbilità e mortalità per i pazienti con malattie neuromuscolari. La fisioterapia respiratoria, nello specifico tramite l’utilizzo della macchina della tosse, assume quindi un ruolo fondamentale nella gestione della clearance bronchiale. Questo studio si pone l’obbiettivo di verificare se l’ecografia diaframmatica può rappresentare uno strumento di valutazione utile al fisioterapista nella titolazione dei corretti parametri della macchina della tosse. Metodi Lo studio è un trial clinico semi-randomizzato controllato a gruppi paralleli e monocentrico, iniziato a gennaio 2022 e concluso ad ottobre dello stesso anno. Il gruppo sperimentale, rispetto a quello di controllo, vede aggiunta l’ecografia diaframmatica all’adattamento della macchina della tosse. L’efficacia è stata valutata analizzando la reale indicazione al trattamento, l’aderenza e il numero di riacutizzazioni. Gli outcome sono stati valutati a 3 mesi dall’adattamento. Risultati 10 pazienti hanno soddisfatto i criteri di inclusione e sono stati randomizzati nel gruppo sperimentale (n=6) e nel gruppo di controllo (n=4). Il livello di significatività statistica è stato fissato pari a 0.05. I dati ottenuti dalle analisi (test χ2 e il test di Mann-Whitney) portano alla conclusione che non sono presenti differenze statisticamente significative legate al gruppo di appartenenza dei pazienti per nessuno degli outcome prefissati: indicazione al trattamento ( χ2=1.67; P=0.197), riacutizzazioni (χ2=0.08; P=0.778), aderenza (W=3; P=1). Conclusioni L’ecografia diaframmatica si è rivelata essere uno strumento affidabile e poco invasivo, utile a perfezionare il processo valutativo fisioterapico. I dati ottenuti non hanno però dimostrato la superiorità del suo impiego nell’adattamento alla macchina della tosse rispetto al gruppo di controllo. Tuttavia, sono necessari ulteriori studi per approfondirne l’efficacia.