La cartella clinica cardiologica: progetto di integrazione dei dati provenienti da apparecchiature biomediche tramite profili ihe

Tale tesi si prefigge lo scopo di mettere in evidenza l'importanza dell'introduzione della cartella clinica elettronica dispositivo medico, nel reparto ospedaliero di cardiologia. Essa contiene dati inerenti l'intera cronologia degli eventi caratterizzanti il processo di cura del paziente ed assicura un accesso veloce e sicuro ai record clinici di interesse. Grazie al suo sviluppo, è stato possibile facilitare la cura, la diagnosi e la refertazione degli esami. E' necessario operare l'integrazione fra le diverse modalità di acquisizione, permettendo la comunicazione fra loro e col sistema informativo specifico del reparto, così da poter raccogliere velocemente informazioni coerenti e prive di errori, da inserire nella cartella clinica elettronica cardiologica. Per soddisfare tali esigenze di integrazione, è stato introdotto nell'ambito clinico, l'uso dei diversi profili di integrazione IHE, ognuno riguardante uno specifico settore sanitario. L'iniziativa IHE è volta a migliorare l'efficienza dei flussi di lavoro ospedalieri e della pratica clinica, sviluppando la condivisione delle informazioni e l'integrazione fra i sistemi informativi ospedalieri ed i vari software utilizzati dalle modalità, grazie alla gestione ed uso coordinato di più standard clinici già esistenti (per esempio, DICOM e HL7). Perciò, IHE offre una base solida e comune per l'efficace scambio informativo tra i dispositivi ospedalieri di interesse, sebbene essi parlino linguaggi differenti, assicurando così che le informazioni richieste per le decisioni cliniche, siano prive di errori e contraddizioni e facilmente reperibili dal personale sanitario.

Scripting automation e modelli bayesiani: Applicazioni cliniche in radioterapia e sviluppo di tecniche innovative per adaptive radiation therapy

La presente ricerca consiste nel validare ed automatizzare metodiche di Adaptive Radiation Therapy (ART), che hanno come obiettivo la personalizzazione continua del piano di trattamento radioterapico in base alle variazioni anatomiche e dosimetriche del paziente. Tali variazioni (casuali e/o sistematiche) sono identificabili mediante l’utilizzo dell’imaging diagnostico. Il lavoro svolto presso la struttura di Fisica Medica dell’Azienda Ospedaliera Universitaria del Policlinico di Modena, si inserisce in un progetto del Ministero della Salute del bando Giovani Ricercatori dal titolo: “Dose warping methods for IGRT and ADAPTIVERT: dose accumulation based on organ motion and anatomical variations of the patients during radiation therapy treatments”. Questa metodica si sta affermando sempre più come nuova opportunità di trattamento e, per tale motivo, nasce l’esigenza di studiare e automatizzare processi realizzabili nella pratica clinica, con un utilizzo limitato di risorse. Si sono sviluppati script che hanno permesso l’automazione delle operazioni di Adaptive e deformazioni, raccogliendo i dati di 51 pazienti sottoposti a terapia mediante Tomotherapy. L’analisi delle co-registrazioni deformabili delle strutture e delle dosi distribuite, ha evidenziato criticità del software che hanno reso necessario lo sviluppo di sistemi di controllo dei risultati, per facilitare l’utente nella revisione quotidiana dei casi clinici. La letteratura riporta un numero piuttosto limitato di esperienze sulla validazione e utilizzo su larga scala di questi tools, per tale motivo, si è condotto un esame approfondito della qualità degli algoritmi elastici e la valutazione clinica in collaborazione di fisici medici e medici radioterapisti. Sono inoltre stati sviluppati principi di strutturazione di reti Bayesiane, che consentono di predirre la qualità delle deformazioni in diversi ambiti clinici (H&N, Prostata, Polmoni) e coordinare il lavoro quotidiano dei professionisti, identificando i pazienti, per i quali sono apprezzabili variazioni morfo-dosimetriche significative. Da notare come tale attività venga sviluppata automaticamente durante le ore notturne, sfruttando l’automation come strumento avanzato e indipendente dall’operatore. Infine, il forte sviluppo, negli ultimi anni della biomeccanica applicata al movimento degli organi (dimostrato dalla numerosa letteratura al riguardo), ha avuto come effetto lo sviluppo, la valutazione e l’introduzione di algoritmi di deformazione efficaci. In questa direzione, nel presente lavoro, si sono analizzate quantitivamente le variazioni e gli spostamenti delle parotidi, rispetto all’inizio del trattamento, gettando le basi per una proficua linea di ricerca in ambito radioterapico.

Biomechanics of the distal radio-ulnar joint: A finite element study (biomeccanica dell'articolazione radio-ulnare distale: Studio agli elementi finiti)

Il metodo agli elementi finiti è stato utilizzato per valutare la distribuzione dei carichi e delle deformazioni in numerose componenti del corpo umano. L'applicazione di questo metodo ha avuto particolare successo nelle articolazioni con geometria semplice e condizioni di carico ben definite, mentre ha avuto un impatto minore sulla conoscenza della biomeccanica delle articolazioni multi-osso come il polso. Lo scopo di questo lavoro è quello di valutare gli aspetti clinici e biomeccanici dell’articolazione distale radio-ulnare, attraverso l’utilizzo di metodi di modellazione e di analisi agli elementi finiti. Sono stati progettati due modelli 3D a partire da immagini CT, in formato DICOM. Le immagini appartenevano ad un paziente con articolazione sana e ad un paziente con articolazione patologica, in particolare si trattava di una dislocazione ulnare traumatica. Le componenti principali dei modelli presi in considerazione sono stati: radio, ulna, cartilagine, legamento interosso, palmare e distale. Per la realizzazione del radio e dell’ulna sono stati utilizzati i metodi di segmentazione “Thresholding” e “RegionGrowing” sulle immagini e grazie ad operatori morfologici, è stato possibile distinguere l’osso corticale dall’osso spongioso. Successivamente è stata creata la cartilagine presente tra le due ossa, attraverso operazioni di tipo booleano. Invece, i legamenti sono stati realizzati prendendo i punti-nodo del radio e dell’ulna e formando le superfici tra di essi. Per ciascuna di queste componenti, sono state assegnate le corrispondenti proprietà dei materiali. Per migliorare la qualità dei modelli, sono state necessarie operazioni di “Smoothing” e “Autoremesh”. In seguito, è stata eseguita un’analisi agli elementi finiti attraverso l’uso di vincoli e forze, così da simulare il comportamento delle articolazioni. In particolare, sono stati simulati lo stress e la deformazione. Infine, grazie ai risultati ottenuti dalle simulazioni, è stato possibile verificare l’eventuale rischio di frattura in differenti punti anatomici del radio e dell’ulna nell’articolazione sana e patologica.

Sistemi informativi per l'endoscopia digestiva: analisi delle esigenze e progetto di integrazione informativa

Nella tesi, dopo un'introduzione di carattere generale sull'endoscopia digestiva, vengono analizzate le innovazioni tecnologiche che permettono il miglioramento ed il potenziamento delle immagini endoscopiche tramite elaborazione real-time, al fine di rilevare le lesioni non visibili con la luce bianca. L'elaborato analizza il flusso di lavoro del reparto, preso in carico dal sistema informativo di endoscopia. Lo scambio di informazioni tra i diversi sistemi informativi deve avvenire utilizzando gli standard HL7 e DICOM, secondo le specifiche dettate dai profili di integrazione IHE. Nella parte finale del trattato è descritta l'architettura del sistema informativo di endoscopia e sono esposte le specifiche di integrazione informativa.

Integrazione informativa per la medicina nucleare: analisi del framework proposto da IHE

La presente tesi ha come obiettivo quello di illustrare il flusso informativo che gestisce lo scambio dei dati relativi a cure radioterapiche nell’ambiente di medicina nucleare. La radioterapia comprende tutte quelle cure a base di sostanze radioattive o radiazioni che vengono somministrate a scopo diagnostico o terapeutico. Le due tecniche più utilizzate sono la brachiradioterapia e la radioterapia a fasci esterni. La prima è utilizza solo in casi selezionati di tumori direttamente accessibili e la sua caratteristica principale è la rapida diminuzione della dose con l'allontanarsi dalla sorgente, la seconda tecnica invece consiste nell’irradiare la zona interessata dall’esterno, utilizzando come sorgente di radiazioni una macchina chiamata acceleratore lineare, posta all’esterno del corpo del paziente. Questa terapia ha come obiettivo primario quello di ottenere la migliore distribuzione di dose nel volume bersaglio, risparmiando quanto più possibile i tessuti sani. Già dalla nascita della radioterapia, questa tecnica era caratterizzata dalla presenza di immagini digitali, cioè al contrario di altri reparti radiologici dove le immagini diagnostiche venivano impresse su pellicole, qui le informazioni circolavano già in formato elettronico. Per questo motivo già da subito si è avvertita l’esigenza di trovare una modalità per lo scambio, in maniera efficiente e sicura, di dati clinici per organizzare al meglio la cura del paziente e la pianificazione, anche con macchinari di diversi produttori, del trattamento radioterapico. In tutto questo ha svolto un ruolo fondamentale la proposta di IHE del framework di medicina nucleare, dove si dettavano linee guida per coordinare in maniera semplice e vantaggiosa l’integrazione informativa dei vari attori del processo di cura radioterapico.

La radioterapia e le tecniche I.G.R.T. applicate

L'elaborato espone l'iter di un paziente nel reparto di radioterapia e descrive l'evoluzione delle immagini radioterapiche dai portal film alle Cone Beam Computer Tomography. Inoltre espone i vari standard e protocolli usati per archiviare e trasmettere le immagini digitali precedentemente descritte.

Valutazione dell'allineamento del profilo del seno nello screening mammografico.

La branca della ricerca impegnata sul fronte riguardante lo studio della proliferazione dei tumori, si è confrontato negli ultimi anni con una forma di patologia in crescente diffusione a livello mondiale. In particolare si è messo in evidenza che, per quanto riguarda la popolazione femminile, la tipologia più diffusa di tumore colpisce il seno e, se non individuata in tempo, rende molto difficile la sopravvivenza dei soggetti in cui si manifesta. Tutto questo ha portato gli studiosi a sviluppare metodologie di intervento sempre più accurate e specifiche nel tentativo di far fronte a queste complesse situazioni. In particolare, un ruolo molto importante per la diagnosi, è ricoperto dalla Mammografia Digitale ( Digital Mammography): una tecnologia biomedicale principalmente deputata allo screening preventivo, in grado di individuare il tumore al suo stato iniziale e di aumentare quindi la probabilità di una completa guarigione. Tale tecnica si è evoluta di pari passo con i grandi progressi nell’ambito dell’ingegneria biomedicale e dell’informatizzazione dei processi all’interno delle strutture ospedaliere. Questa tesi si propone di descrivere il funzionamento e le normative che regolamento la Digital Mammography, seguendone il processo di integrazione all’interno del panorama clinico sanitario. Si propone inoltre di mettere in evidenza le grandi potenzialità che essa è in grado di presentare a scopo diagnostico se correttamente interfacciata agli altri sistemi che attualmente caratterizzano il parco clinico nelle strutture ospedaliere. L’analisi è stata condotta partendo dagli aspetti che riguardano la trasmissione delle informazioni e delle immagini digitali, passando attraverso la necessità di un ambiente omogeno e funzionale all’interno del quale tali dati possano essere condivisi, fino ad arrivare all’esaminazione degli standard che rendono possibile una condivisione il più possibile diffusa delle informazioni in ambito ospedaliero. L’ultima parte della trattazione intende valutare una tecnica per l’allineamento dei profili del seno relativi ad una stessa paziente, ma provenienti da acquisizioni temporalmente distinte, con lo scopo di fornire uno strumento di diagnosi più efficace e funzionale.

Radiologia distribuita: Cloud e Post Processing 3D

L’effetto dell’informatica e dell’automazione sulle procedure medico sanitarie si sta manifestando in maniera sempre più ampia, portando notevoli vantaggi per la salute e il benessere di tutti i pazienti e al tempo stesso ponendo sfide sempre più complesse alle istituzioni sanitarie e ai produttori di dispositivi medico-sanitari. Al di là dei meriti del singolo prodotto o tecnologia, esiste un fattore strategico che dovrebbe essere sempre considerato nel momento di progettare un software o un dispositivo da utilizzare in ambito sanitario (da parte dei produttori) o nel momento di pianificare l’acquisto di sistemi medicali o diagnostici complessi (da parte delle istituzioni sanitarie): l’aspetto dell’Integrazione, ovvero la capacità del sistema di inserirsi in maniera semplice, efficace e poco costosa in un Workflow (flusso di lavoro) completamente integrato. Nel primo capitolo di questo elaborato finale è stato fatto un quadro generale sull’organizzazione del flusso di lavoro in radiologia e sono stati trattati i vari standard di comunicazione e scambio dati in ambito clinico, in primis DICOM, HL7 e IHE. L’oggetto del secondo capitolo è l’organizzazione e gli obbiettivi del Dipartimento di Radiologia attuati dal Gruppo Villa Maria (GVM) e il confronto di questi ultimi con il contenuto del documento: ‘Linee guida per l’assicurazione di qualita` in teleradiologia ‘che è stata redatta dal Istituto Superiore di Sanita` destinata ad apportare, non solo ai medici radiologi ed ai TSRM ma anche agli altri professionisti della sanità coinvolti, gli elementi di informazione e di metodo per l’organizzazione della teleradiologia nel rispetto delle esigenze della deontologia medica, della sicurezza del paziente, compreso il consenso, anche per quanto riguarda la radioprotezione, la privacy e la qualità. Nel terzo capitolo sono elencati gli strumenti con cui il Dipartimento di radiologia intende perseguire i suoi obbiettivi. Il quarto capitolo tratta la mia esperienza presso una clinica esterna al GVM, in particolare la clinica Santo Stefano, di Porto Potenza Picena, dove sono stati fatti dei test volti a valutare i tempi di caricamento di esami di TAC e RMN sul cloud di GVM.

Optimized quantitative magnetic resonance spectroscopy for clinical routine

Several practical obstacles in data handling and evaluation complicate the use of quantitative localized magnetic resonance spectroscopy (qMRS) in clinical routine MR examinations. To overcome these obstacles, a clinically feasible MR pulse sequence protocol based on standard available MR pulse sequences for qMRS has been implemented along with newly added functionalities to the free software package jMRUI-v5.0 to make qMRS attractive for clinical routine. This enables (a) easy and fast DICOM data transfer from the MR console and the qMRS-computer, (b) visualization of combined MR spectroscopy and imaging, (c) creation and network transfer of spectroscopy reports in DICOM format, (d) integration of advanced water reference models for absolute quantification, and (e) setup of databases containing normal metabolite concentrations of healthy subjects. To demonstrate the work-flow of qMRS using these implementations, databases for normal metabolite concentration in different regions of brain tissue were created using spectroscopic data acquired in 55 normal subjects (age range 6-61 years) using 1.5T and 3T MR systems, and illustrated in one clinical case of typical brain tumor (primitive neuroectodermal tumor). The MR pulse sequence protocol and newly implemented software functionalities facilitate the incorporation of qMRS and reference to normal value metabolite concentration data in daily clinical routine. Magn Reson Med, 2013. © 2012 Wiley Periodicals, Inc.

Changes in the volume and density of calvarial split bone grafts after alveolar ridge augmentation

OBJECTIVES: One main problem occurring after bone grafting is resorption, leading to insufficient bone volume and quality, and may subsequently cause dental implant failure. Comparison of graft volume and bone density of iliac crest and calvarial transplants determined by animal studies demonstrates significantly lower resorption of bone grafts harvested from the skull. This paper is the first clinical study evaluating bone volume and density changes of calvarial split bone grafts after alveolar ridge reconstruction. MATERIAL AND METHODS: Bone volume and density were determined using CT scans and the software program Dicom Works in a total of 51 calvarial grafts after alveolar ridge augmentation in 15 patients. CT scans were taken in all 15 patients immediately after grafting (T0) and before implantation after a postoperative period of 6 months (T1). In five patients (26 calvarial grafts), a 1-year follow-up was performed (T2). RESULTS: A mean volume reduction of 16.2% at T1 (15 patients) and 19.2% at T2 (five patients) was observed. Bone density was high--about 1000 Hounsfield units--and did not change during the 1-year period. At the time of implantation, 41 transplants were classified as quality 1 bone and 10 as quality 2-3 bone. Grafting area and the technique used for grafting (inlay or onlay graft) did not affect the postoperative bone volume reduction. Generalized osteoporosis did not increase the resorption rate of calvarial transplants. CONCLUSION: Based on these findings, calvarial split bone grafts are a promising alternative for alveolar ridge reconstruction in dental implantology.

An efficient framework for photon Monte Carlo treatment planning

Currently photon Monte Carlo treatment planning (MCTP) for a patient stored in the patient database of a treatment planning system (TPS) can usually only be performed using a cumbersome multi-step procedure where many user interactions are needed. This means automation is needed for usage in clinical routine. In addition, because of the long computing time in MCTP, optimization of the MC calculations is essential. For these purposes a new graphical user interface (GUI)-based photon MC environment has been developed resulting in a very flexible framework. By this means appropriate MC transport methods are assigned to different geometric regions by still benefiting from the features included in the TPS. In order to provide a flexible MC environment, the MC particle transport has been divided into different parts: the source, beam modifiers and the patient. The source part includes the phase-space source, source models and full MC transport through the treatment head. The beam modifier part consists of one module for each beam modifier. To simulate the radiation transport through each individual beam modifier, one out of three full MC transport codes can be selected independently. Additionally, for each beam modifier a simple or an exact geometry can be chosen. Thereby, different complexity levels of radiation transport are applied during the simulation. For the patient dose calculation, two different MC codes are available. A special plug-in in Eclipse providing all necessary information by means of Dicom streams was used to start the developed MC GUI. The implementation of this framework separates the MC transport from the geometry and the modules pass the particles in memory; hence, no files are used as the interface. The implementation is realized for 6 and 15 MV beams of a Varian Clinac 2300 C/D. Several applications demonstrate the usefulness of the framework. Apart from applications dealing with the beam modifiers, two patient cases are shown. Thereby, comparisons are performed between MC calculated dose distributions and those calculated by a pencil beam or the AAA algorithm. Interfacing this flexible and efficient MC environment with Eclipse allows a widespread use for all kinds of investigations from timing and benchmarking studies to clinical patient studies. Additionally, it is possible to add modules keeping the system highly flexible and efficient.

MARVIN: a medical research application framework based on open source software

This paper describes the open source framework MARVIN for rapid application development in the field of biomedical and clinical research. MARVIN applications consist of modules that can be plugged together in order to provide the functionality required for a specific experimental scenario. Application modules work on a common patient database that is used to store and organize medical data as well as derived data. MARVIN provides a flexible input/output system with support for many file formats including DICOM, various 2D image formats and surface mesh data. Furthermore, it implements an advanced visualization system and interfaces to a wide range of 3D tracking hardware. Since it uses only highly portable libraries, MARVIN applications run on Unix/Linux, Mac OS X and Microsoft Windows.

AVALIAÇÃO DA COMPRESSÃO DA IMAGEM DIGITAL DA TELERRADIOGRAFIA LATERAL NA REPRODUTIBILIDADE DA MARCAÇÃO DE PONTOS CEFALOMÉTRICOS

A imagem digital adquirida pelo sistema da placa de fósforo foto ativada é visualizada no monitor do computador em um formato denominado DICOM. Este formato ocupa muito espaço para armazenamento, o que dificulta o arquivamento e transmissão da imagem pela Internet. O objetivo deste estudo foi avaliar a influência da compressão JPEG, nos Fatores de Qualidade 100, 80 e 60 na reprodutibilidade da marcação de pontos cefalométricos em imagens de telerradiografias em norma lateral comparadas com o formato DICOM. A amostra consistiu de 120 imagens de telerradiografias em norma lateral obtidas a partir de 30 indivíduos, dos quais se obteve uma radiografia digital no formato DICOM. Essas imagens foram convertidas para o formato JPEG. Após o cegamento e randomização da amostra, três Ortodontistas calibrados marcaram a localização de 12 pontos cefalométricos em cada imagem utilizando o sistema de coordenadas X e Y. Esse procedimento foi repetido após 1 mês. A reprodutibilidade intra e inter observador foi calculada usando o teste de correlação intraclasse. Para comparação entre os grupos de compressão e DICOM na reprodutibilidade de marcação dos pontos utilizou se a Análise de Variância (ANOVA) a um critério para medidas repetidas. Os resultados mostraram que as marcações dos pontos cefalométricos foram bastante reprodutíveis, exceto para o ponto Órbita na coordenada X. Os diferentes formatos de arquivo mostraram estatisticamente iguais para cada ponto e eixo aferido. As compressões JPEG estudadas das imagens de telerradiografias em norma lateral não tiveram efeito na reprodutibilidade da marcação dos pontos cefalométricos testados.