Realizzazione e convalida del modello Monte Carlo di un calibratore di attività per radiofarmaci

I calibratori di attività sono strumenti molto importanti per la pratica, diagnostica e terapeutica, in medicina nucleare, perché permettono di associare ad un radiofarmaco una misura accurata dell’attività dell’isotopo in esso contenuto; questo è fondamentale in quanto l’attività della sorgente esprime la quantità di farmaco somministrata al paziente. In questo lavoro è stato sviluppato il modello Monte Carlo di un calibratore di attività ampiamente diffuso nei laboratori di radiofarmacia (Capintec CRC-15), utilizzando il codice Monte Carlo FLUKA. Per realizzare il modello si è posta estrema attenzione nel riprodurre al meglio tutti i dettagli delle componenti geometriche della camera e dei campioni delle sorgenti radioattive utilizzati. A tale scopo, la camera di ionizzazione di un calibratore è stata studiata mediante imaging TAC. Un’analisi preliminare è stata eseguita valutando il confronto tra l’andamento sperimentale dell’efficienza della camera in funzione dell’energia dei fotoni incidenti e quello ottenuto in simulazione. In seguito si è proceduto con la validazione: si sono studiati a questo proposito la risposta del calibratore in funzione dell’altezza della sorgente e i confronti tra i fattori relativi (rispetto ad una sorgente certificata di 137Cs) e le misure di confronto sono state eseguite con diverse sorgenti certificate di 133Ba, 68Ge-68Ga, 177Lu ed uno standard tarato internamente di 99mTc. In tale modo, si è ricoperto l'intero campo di interesse dei principali radionuclidi impiegati nelle applicazioni diagnostiche e terapeutiche di Medicina Nucleare. Il modello sviluppato rappresenta un importante risultato per l’eventuale determinazione di nuovi fattori di calibrazione o per un futuro studio relativo all’ottimizzazione della risposta del calibratore.

Tecniche di elaborazione di immagini tomografiche con raggi X finalizzate alla creazione di modelli virtuali 3D

In questo elaborato sono state messe a confronto differenti procedure per la creazione di file in formato STL a partire da dati tomografici. Questo tipo di formato di dati è attualmente molto richiesto in quanto è adottato dalle stampanti 3D. I tre software presi in analisi, nello specifico, sono: DEVIDE, un programma open source, compatibile sia con Windows che con Linux, sviluppato presso la Delft University of Technology, nei Paesi Bassi; Imagej, un programma informatico di elaborazione digitale delle immagini, accessibile a tutti, basato su Sun-Java e sviluppato dal National Institutes of Health negli Stati Uniti; e infine VGStudioMax, un software sviluppato in Germania dalla VolumeGraphics GmbH. Un confronto diretto di questi software ha portato ad evidenziare i pregi ed i difetti d’ognuno di questi programmi, prendendo come criteri svariati fattori, tra cui la possibilità di scelta di uno o più soglie per i livelli di grigio, la velocità di esecuzione, il fatto che sia open-source o meno, ecc. I risultati ottenuti tramite l’utilizzo di slice filtrate riguardanti una Cera Anatomica e un Feticcio Africano, sono stati molto soddisfacenti, in quanto hanno permesso la realizzazione di modelli virtuali 3D di entrambi i reperti nel formato richiesto.

Studio e applicazioni di modalità tomografiche con luce di sincrotrone.

Questo lavoro di tesi è incentrato sulla microtomografia con radiazione di sincrotrone, di cui vengono presentate le diverse modalità di acquisizione, mostrandone le potenzialità e mettendola a confronto con la microCT convenzionale. Le principali caratteristiche di un fascio di raggi X prodotto presso sorgenti di radiazione di sincrotrone sono le seguenti: la monocromaticità, che evita l’indurimento del fascio, la forte intensità, che permette una acquisizione dati rapida a risoluzione spaziale molto alta, con conseguente precisa mappatura delle strutture interne del campione, e l’alta coerenza, che porta ad ulteriori possibilità di imaging, come l’acquisizione in contrasto di fase. Grazie a queste caratteristiche la microCT con radiazione di sincrotrone rappresenta attualmente uno strumento di indagine di grande importanza in molteplici campi della ricerca, che vanno dalla scienza dei materiali, alla geologia, dal campo medico fino a quello dei Beni Culturali. In particolare, in questa sede, vengono illustrate e discusse alcune applicazioni in campo medico (mammografia) e in campo paleontologico e paleoantropologico (studio della microstruttura di denti fossili e moderni per ottenere informazioni riguardo il ciclo vitale, l’invecchiamento, la crescita, il processo di dentizione, la dieta, e così via).

Valutazione sperimentale della purezza radionuclidica per diversi lotti di radiofarmaco "Xofigo" (223Ra-cloruro)

Nell'ambito della terapia medico-nucleare si fa uso di radionuclidi legati a molecole di interesse biologico per poter irradiare le cellule cancerogene di un determinato tessuto, al fine di provocarne l'inattivazione e la morte. Il 223Ra-cloruro è un radiofarmaco di recente introduzione volto al trattamento di metastasi ossee dovute al tumore della prostata. Esso è un emettitore alfa ed è ottenuto tramite un generatore caricato con 227Ac/227Th all'equilibrio. Il radiofarmaco, oltre al breakthrough del progenitore, può contenere anche tracce di 226Ra e 228Th, derivanti dal suo processo produttivo. In questo lavoro di tesi è stato valutato il valore di purezza radionuclidica del 223Ra-cloruro, ricercando la presenza dei suddetti contaminanti, attraverso l'analisi del radiofarmaco mediante uno spettrometro gamma con rivelatore HPGe. Nonostante in uno dei lotti sia stata effettivamente rilevata la presenza del progenitore 227Ac, le misure eseguite hanno comunque confermato l'alto valore di purezza radionuclidica riportato nel Summary of Product Characteristics (SPC) del radiofarmaco. Ciò conferma che non viene somministrata una dose di radiazione ingiustificata al paziente dovuta alla presenza dei contaminanti e semplifica la relativa gestione dei rifiuti radioattivi e le procedure autorizzative.

Imaging Diagnostico utilizzato in neuroradiologia per lo studio degli Aneurismi Cerebrali

Durante la mia tesi mi sono occupata di una grave patologia, l’Aneurisma Cerebrale, che rappresenta una delle principali cause di ospedalizzazione provocando il 10/12% della mortalità globale annua nei paesi industrializzati. In Italia , l’incidenza di aneurismi cerebrali è di 100.000 nuovi casi all’anno. In generale , nei paesi industrializzati, la prevalenza è stimata a circa 600 per 100.000 abitanti . Tuttavia la prevalenza degli aneurismi cerebrali nelle popolazioni in generale , è molto più elevato stimato intorno al 2,3%,il che suggerisce indirettamente che la maggior parte degli aneurismi non va mai incontro a rottura. Negli ultimi vent’anni lo sviluppo della tecnologia ha visto significativi progressi che ci hanno permesso di agire sul problema in modo sempre migliore. Nei primi capitoli ho descritto alcune apparecchiature biomediche che sono di fondamentale importanza nello studio degli aneurismi cerebrali, mettendo in evidenza le varie peculiarità che le contraddistinguono. A seguire, ho parlato del trattamento endovascolare, che consiste nell’esclusione della cavità aneurismatica dal flusso di sangue, il quale viene incanalato in una protesi posizionata all’interno del lume vasale eliminando il rischio di rottura o di embolizzazione di materiale trombotico proveniente dalla sacca aneurismatica. I vantaggi della tecnica endovascolare consistono nella minore invasività rispetto alla tecnica chirurgica standard, la craniotomia. A fronte di ciò, si deduce quanto l’ingegneria biomedica sia una disciplina in evoluzione. Le condizioni di vita delle persone che subiscono questi tipi di interventi sono notevolmente migliorate ottenendo risultati di completa o semi-completa guarigione.

Caratterizzazione sperimentale della produzione in aria di 41-Ar nell'impiego di un ciclotrone per uso biomedico

Negli ultimi anni l'utilizzo di ciclotroni per la produzione di radionuclidi, impiegati nell'ambito della Medicina Nucleare, è diventato un processo sempre più diffuso e numerosi sono i modelli commercialmente disponibili. L'impiego di questo tipo di apparecchiature porta a considerare questioni rilevanti legate alla radioprotezione che coinvolgono una serie di aspetti complessi sia nella fase progettuale del sistema, sia nell'ottenimento delle necessarie autorizzazioni. In particolare, uno dei problemi radioprotezionistici da affrontare è legato alla dispersione in ambiente di aeriformi radioattivi, prodotti dall'interazione di flussi di particelle secondarie con l'aria. In questo lavoro di tesi, svolto presso il Servizio di Fisica Sanitaria dell'Ospedale Sant'Orsola di Bologna, si è cercato di caratterizzare l'emissione di tali gas radioattivi considerando l'effetto del sistema di ventilazione. E' stata eseguita un'estesa campagna di misurazioni in diversi punti di campionamento, collocati lungo il percorso di estrazione dell'aria: dal bunker fino all'immissione in ambiente. Sono stati ideati e realizzati dei compatti sistemi di campionamento che hanno permesso di definire, attraverso un sistema di spettrometria gamma equipaggiato con rivelatore al HPGe, una sistematica procedura per la determinazione di concentrazione di attività. I risultati ottenuti mostrano come, durante la routine di produzione di 18F mediante ciclotrone, il processo più rilevante di attivazione dell'aria sia la produzione di 41Ar (T1/2=109.34 minuti), unico radionuclide identificato in tutte le misurazioni. Infine, sulla base dei dati sperimentali ottenuti, è stata effettuata una valutazione della dose rilasciata alla popolazione locale. Il risultato, pari a 0.19 µSv/anno, può essere considerato trascurabile rispetto alla soglia di "non rilevanza radiologica", a dimostrazione di come le tipiche procedure in ambito di Medicina Nucleare possano essere considerate del tutto giustificate.

Il modello geotecnico del sottosuolo dei comuni costieri da Cesenatico (FC) a Bellaria-Igea Marina (RN).

La presente tesi descrive la messa a punto del modello geotecnico del sottosuolo di una zona dell’Emilia-Romagna che comprende i Comuni di Cesenatico, Gatteo, San Mauro Pascoli, Savignano sul Rubicone e Bellaria-Igea Marina. Il modello si basa principalmente sull'interpretazione delle misure da prove penetrometriche statiche con piezocono e dei sondaggi, unitamente ad un più limitato numero di prove di laboratorio. Nella prima parte della tesi si descrive la geologia dell'area e si illustra il database sperimentale disponibile. Nella seconda parte sono invece analizzate nel dettaglio le prove ai fini della individuazione delle unità stratigrafiche presenti e della successiva caratterizzazione meccanica delle stesse. Il modello è stato costruito in diverse fasi. Nella prima fase sono state elaborate le singole prove penetrometriche: utilizzando approcci interpretativi noti, per lo più di tipo empirico, si è proceduto a classificare i terreni attraversati, sono state preliminarmente individuate alcune le unità stratigrafiche presenti e ad esse sono stati assegnati valori rappresentativi dei parametri meccanici di interesse. Successivamente si è proceduto ad una sintesi delle informazioni e dei risultati conseguiti per le singole verticali di analisi, facendo riferimento ad un certo numero di sezioni longitudinali e trasversali ritenute più significative. In questo modo è stato possibile costruire un modello geotecnico alla scala territoriale, con l'obiettivo non solo di fornire uno strumento utile in una fase preliminare della progettazione geotecnica, ma anche di indirizzare il progettista nell’ottimizzazione delle prove da programmare e nella scelta delle procedure interpretative più idonee per la stima dei parametri meccanici.

Open or submerged healing of implants with platform switching: a randomized, controlled clinical trial

The temporal pattern of bone-level alterations in conventionally restored implants is dependent upon healing mode (open or submerged). This study examined the influence of healing on marginal bone levels at implants with a medium-rough surface including the implant collar and a clearance-fit implant-abutment connection restored according to a platform-switching concept.

Enhanced proliferation and dopaminergic differentiation of ventral mesencephalic precursor cells by synergistic effect of FGF2 and reduced oxygen tension

Effective numerical expansion of dopaminergic precursors might overcome the limited availability of transplantable cells in replacement strategies for Parkinson's disease. Here we investigated the effect of fibroblast growth factor-2 (FGF2) and FGF8 on expansion and dopaminergic differentiation of rat embryonic ventral mesencephalic neuroblasts cultured at high (20%) and low (3%) oxygen tension. More cells incorporated bromodeoxyuridine in cultures expanded at low as compared to high oxygen tension, and after 6 days of differentiation there were significantly more neuronal cells in low than in high oxygen cultures. Low oxygen during FGF2-mediated expansion resulted also in a significant increase in tyrosine hydroxylase-immunoreactive (TH-ir) dopaminergic neurons as compared to high oxygen tension, but no corresponding effect was observed for dopamine release into the culture medium. However, switching FGF2-expanded cultures from low to high oxygen tension during the last two days of differentiation significantly enhanced dopamine release and intracellular dopamine levels as compared to all other treatment groups. In addition, the short-term exposure to high oxygen enhanced in situ assessed TH enzyme activity, which may explain the elevated dopamine levels. Our findings demonstrate that modulation of oxygen tension is a recognizable factor for in vitro expansion and dopaminergic differentiation of rat embryonic midbrain precursor cells.

Er:YAG laser treatment in supportive periodontal therapy

To assess clinical and microbiological outcomes of an Er:YAG laser in comparison with sonic debridement in the treatment of persistent periodontal pockets in a prospective randomized controlled multicentre study design.

Outcome predictors of radical prostatectomy followed by adjuvant androgen deprivation in patients with clinical high risk prostate cancer and pT3 surgical margin positive disease

Patients with high risk prostate cancer with pT3 tumor and positive surgical margins have a high risk of biochemical failure after radical prostatectomy and adjuvant androgen deprivation therapy. Predictors of cancer related death in this patient group are necessary.

The role of adjuvant hormonal treatment after surgery for localized high-risk prostate cancer: results of a matched multiinstitutional analysis

Introduction. To assess the role of adjuvant androgen deprivation therapy (ADT) in high-risk prostate cancer patients (PCa) after surgery. Materials and Methods. The analysis case matched 172 high-risk PCa patients with positive section margins or non-organ confined disease and negative lymph nodes to receive adjuvant ADT (group 1, n = 86) or no adjuvant ADT (group 2, n = 86). Results. Only 11.6% of the patients died, 2.3% PCa related. Estimated 5-10-year clinical progression-free survival was 96.9% (94.3%) for group 1 and 73.7% (67.0%) for group 2, respectively. Subgroup analysis identified men with T2/T3a tumors at low-risk and T3b margins positive disease at higher risk for progression. Conclusion. Patients with T2/T3a tumors are at low-risk for metastatic disease and cancer-related death and do not need adjuvant ADT. We identified men with T3b margin positive disease at highest risk for clinical progression. These patients benefit from immediate adjuvant ADT.

Io volcano observer (IVO) integrated approach to optimizing system design for radiation challenges

One of the major challenges for a mission to the Jovian system is the radiation tolerance of the spacecraft (S/C) and the payload. Moreover, being able to achieve science observations with high signal to noise ratios (SNR), while passing through the high flux radiation zones, requires additional ingenuity on the part of the instrument provider. Consequently, the radiation mitigation is closely intertwined with the payload, spacecraft and trajectory design, and requires a systems-level approach. This paper presents a design for the Io Volcano Observer (IVO), a Discovery mission concept that makes multiple close encounters with Io while orbiting Jupiter. The mission aims to answer key outstanding questions about Io, especially the nature of its intense active volcanism and the internal processes that drive it. The payload includes narrow-angle and wide-angle cameras (NAC and WAC), dual fluxgate magnetometers (FGM), a thermal mapper (ThM), dual ion and neutral mass spectrometers (INMS), and dual plasma ion analyzers (PIA). The radiation mitigation is implemented by drawing upon experiences from designs and studies for missions such as the Radiation Belt Storm Probes (RBSP) and Jupiter Europa Orbiter (JEO). At the core of the radiation mitigation is IVO's inclined and highly elliptical orbit, which leads to rapid passes through the most intense radiation near Io, minimizing the total ionizing dose (177 krads behind 100 mils of Aluminum with radiation design margin (RDM) of 2 after 7 encounters). The payload and the spacecraft are designed specifically to accommodate the fast flyby velocities (e.g. the spacecraft is radioisotope powered, remaining small and agile without any flexible appendages). The science instruments, which collect the majority of the high-priority data when close to Io and thus near the peak flux, also have to mitigate transient noise in their detectors. The cameras use a combination of shielding and CMOS detectors with extremely fast readout to mi- imize noise. INMS microchannel plate detectors and PIA channel electron multipliers require additional shielding. The FGM is not sensitive to noise induced by energetic particles and the ThM microbolometer detector is nearly insensitive. Detailed SNR calculations are presented. To facilitate targeting agility, all of the spacecraft components are shielded separately since this approach is more mass efficient than using a radiation vault. IVO uses proven radiation-hardened parts (rated at 100 krad behind equivalent shielding of 280 mils of Aluminum with RDM of 2) and is expected to have ample mass margin to increase shielding if needed.

Alterations of the thoracic spine in Marfan's syndrome

OBJECTIVE: The purpose of this study was to determine if the thoracic vertebral elements are altered in patients with Marfan's syndrome. MATERIALS AND METHODS: Thirty patients underwent helical CT of the thorax because of suspected thoracic aortic dilatation and acute dissection. Thirteen had Marfan's syndrome and 17 did not. Two reviewers, unaware of the final diagnosis, evaluated the images by consensus for laminar thickness, foraminal width, dural sac ratios, and vertebral scalloping for T2-T12. RESULTS: At T9-T12, dural sac ratios at the midcorpus level (p = 0.031) and foraminal width (p = 0.0124) were significantly greater in the patients with Marfan's syndrome than in the patients without. Dural sac ratios at lower endplate levels (p = 0.0685), laminar thickness (p = 0.951), and vertebral scalloping (p = 0.24) were not significantly greater in the patients with Marfan's syndrome than in the patients without. CONCLUSION: Because the phenotypic expression of Marfan's syndrome is variable, information on the spine from thoracic studies in combination with major criteria may be helpful clinically.