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Linea 5. Neuroimaging

La linea di sviluppo tecnologico vede Fisici, Ingegneri in sinergia interdisciplinare con Medici e Psicologi nella messa a punto della tecnologia RM e delle tecniche avanzate studio della struttura, dell'ultrastruttura, del metabolismo e delle funzioni cerebrali per la comprensione, lo studio diagnostico e di follow-up della patologia neurologica e psichiatrica dell' età evolutiva. Da un punto di visto tecnologico la ricerca si è sviluppata in questi anni attorno al tomografo RM clinico da 1.5 Tesla, ottimizzato per le applicazioni neurologiche. Questo ha permesso la mesa a punto e l'esecuzione di studi neurometabolici (Spettroscopia del Protone e del Fosforo), imaging funzionale (fMRI), imaging pesato in Perfusione (Arterial Spin Labelling), Diffusion Imaging e tecniche di Fiber Tracking. L'ambito di ricerca è stato potenziato con l'installazione di un tomografo RM a 7T, il primo sul nostro territorio nazionale inaugurato nel dicembre 2012. In questo ambito l'attivita' della linea di ricerca si indirizzerà verso lo sviluppo della tecnologia RM ad ultra-alto campo (UHFMR) al fine di aumentare il potere diagnostico e prognostico della metodica RM e di rivelare nuovi meccanismi di contrasto che possano fornire nuove informazioni quantitative direttamente in-vivo nell'uomo.

 Obiettivi del triennio: Nel prossimo trienno verranno sviluppate le sequenze e le tecniche di rivelazione della nuova tecnologia UHFMR con particolare attenzione alla sua traslazionalità nel campo delle Neuroscienze dell'età evolutiva, integrando l'attivita' di ricerca a 1.5T delle metodiche avanzate nella caratterizzazione dell'ultrastruttura dei territori cerebrali, nello studio dei meccanismi funzionali post-lesionale e post riabilitativi, nelle malattie neuromusculari e nell' autismo. In particolare vi saranno subprogetti nei seguenti ambiti: 1. Support Vector Machine: L'analisi multivariata basata sulle tecniche Support Vector Machine (SVM) al fine di investigare la potenzialità di ogni singola metodica di imaging RM avanzato nell'identificazione di alterazioni predittive di malattia (per esempio nel rilevare il profilo cerebrale di pazienti con Disturbo dello Spettro Autistico) e eventuali sue modificazioni indotte dal processo riabilitativo. 2. Beyond the lesion: Le tecniche avanzate RM per la caratterizzazione dei danni cerebrali e non (muscolo) oltre i limiti dell'imaging convenzionale e la diagnosi clinica: quando la lesione non è morfologicamente rivelabile o la caraterizzazione del territorio lesionale non è esaustiva. 3. Traslazionalità bidirezionale: Validazione ed implementazione dei metodi di mapping del campo magnetico B0 e B1 a UHFMR; sequenze standard e tecniche di imaging avanzato nell' UHFMR (dal 1.5 T al 7T) e nuove sequenze ottenute a UHFMR (ad es. Tissue Border Enhancement) nel loro utilizzo nella diagnostica clinica (dal 7 Ta 1.5 T). Indicatori di risultato: Numero di sequenze implementate su sistemi clinici (1.5T) e a UHF (7T), Numero di pazienti studiati con tecniche avanzate, Numero di pazienti sottoposti ad analisi multivariata SVM, Pubblicazioni su riviste indicizzate, abstracts a congressi internazionali, relazioni ad invito, brevetti, partecipazioni a progetti europei e di altri enti finanziatori.

 

PROGETTI IN CORSO

Misure in Risonanza Magnetica della distribuzione del campo a radiofrequenza B1

La Risonanza Magnetica (RM) rappresenta un importante strumento d'indagine dell'organismo umano grazie alla capacità difornire eccellenti informazioni morfologiche, metaboliche e funzionali. Il trend della RM clinica si sta orientando verso lo sviluppo e l'utilizzo di scanner a campo magnetico statico sempre più alto. Parallelamente alla diffusione di apparecchiature a campi di 3 Tesla (T), negli ultimi anni sono stati raggiunti valori più elevati (UHFMR) per applicazioni di ricerca in vivo nell'uomo(fino a 9.4T, e, ancora in fase di progetto, 11.7T). Presso il nostro Istituto, al Centro di Ricerca IMAGO7, è stato appena inaugurato il primo ed unico tomografo RM in Italia a 7T (950-MR scanner, GE Medical Systems, Milwaukee, WI). L`elemento fondamentale attraverso il quale l'uso di un apparecchio a campo elevato ha effetti rivoluzionari sulla ricerca prodotta consiste nel grande aumento del segnale, che cresce conl'aumentare del campo magnetico. Tuttavia, a tali vantaggi sono associati alcuni aspetti problematici, intrinseci nell'utilizzo di un campo magnetico elevato, quali gli artefatti da suscettibilità magnetica, la modificazione dei tempi di rilassamento, la disomogeneità del campo a radio frequenza (B1), e l'aumento dell'esposizione dei tessuti alle radiofrequenze. Infatti, a campo magnetico ultra alto, l'intensità del campo B1 aumenta approssimativamente in modo lineare con il campo statico e la sua distribuzione diventa sempre più disomogenea a causa della diversa interazione con l'anatomia, la permettività e la conduttività del paziente. Nei tessuti, le proprietà dielettriche danno origine a regioni di iperintensità di segnale al centro del volume di imaging, effetto noto come "focalizzazione del campo". Queste disomogeneità del campo B1 producono distribuzioni non uniformi d'intensità di segnale nelle immagini, danneggiandone la qualità, e allo stesso tempo potrebbero esporre il tessuto biologico a un deposito eccessivo di radiazione a radiofrequenza, con possibile innalzamento della temperatura locale. Lo scopo del progetto è quello di sviluppare metodologie per la valutazione e la misura del campo B1 nel contesto del nuovo tomografo RM a 7T, per il quale è previsto anche lo sviluppo di apposite bobine di acquisizione. Questo progetto era inizialmente previsto nell'ambito della Linea 1 poichè la Linea 5 da tempo approvata dal nostro Istituto è stata attivata solo a partire da questo triennio.

 

Tissue Border Enhacement (TBE): nuove sequenze ottenute a UHFMR nel loro utilizzo nella diagnostica clinica (dal 7T a 1.5T).

Nel contesto della Traslazionalità bidirezionale dell'attività di ricerca inerenti al sistema di risonanza magnetica, presso il Centro di Ricerca IMAGO7, sono previsti lo sviluppo, l'implementazione e la valutazione delle prestazioni di nuove sequenze di imaging. Tra queste, il nostro gruppo di ricerca ha recentemente ideato e messo a punto una strategia di imaging in grado di evidenziare, senza mezzo di contrasto e senza la necessità di successive operazioni di post-processing, l'interfaccia diseparazione tra due tessuti adiacenti. Questa tecnica, denominata Tissue Border Enhancement (TBE), sarà implementata nel protocollo di imaging dell¿encefalo sul sistema a 7.0 T MR-950 7.0 T (General Electric, Milwaukee, WI), e riprogrammata per un suo utilizzo anche sul sistema clinico Signa HDxT 1.5 T (GE) presso l'IRCCS Stella Maris al fine di evidenziare sia l'interfaccia tra corteccia cerebrale e materia bianca, sia tra corteccia e fluido cerebrospinale. Le possibili applicazioni di questa tecnica in ambito clinico sono numerose: ad esempio, la rappresentazione della linea di confine tra corteccia e materia bianca può favorire sia un maggiore potere diagnostico della risonanza magnetica nei casi di malformazioni corticali (displasie ed atrofie), sia la visualizzazione facilitata di microstrutture anatomiche fisiologiche (nuclei sottocorticali) e patologiche (tumori).

 

Analisi multivariata basata sulle tecniche Support Vector Machine (SVM): potenzialità di singole metodiche di imaging RM avanzato nell'identificazione di alterazioni predittive di malattia.

Le macchine a vettori di supporto (dall'inglese Support Vector Machines, SVM) sono una metodologia di apprendimento automatico supervisionato per la regressione e la classificazione. Le SVM sono state utilizzate con successo in numerose applicazioni di pattern recognition. In una prima fase di addestramento, la SVM riceve in ingresso degli esempi appartenenti a due diverse categorie che dovrà "imparare" a classificare in modo diverso (classificatore binario). La classificazione è realizzata mappando gli esempi dati in uno spazio multidimensionale e costruendo un iperpiano N-dimensionale che li separi in modo ottimale nelle due categorie definite. I dati degli esempi quando vengono mappati nello spazio per ricercare l¿iperpiano sono detti caratteristiche (features). L'insieme di features costituiscono un vettore. Il risultato dell¿algoritmo di una SVM è quello di ottenere un iperpiano che separi i vettori nelle due categorie evidenziate (vettori di supporto). Una volta terminata la fase di addestramento, la SVM sarà in grado di classificare correttamente nelle due categorie dati completamente nuovi di cui non sa a priori l'appartenenza alle categorie.In risonanza magnetica, la SVM può essere usato come metodo di classificazione basato sull'individuazione e l¿utilizzo didiversi parametri strutturali, funzionali, metabolici (classificatori) che consenta di discriminare sulla base di tali caratteristiche i pazienti dai controlli.  Il progetto si propone di verificare l'ipotesi che l'utilizzo delle Support Vector Machine (SVM) per l'analisi di dati multiparametrici di Risonanza Magnetica sia in grado di rilevare il profilo cerebrale di pazienti con patologie neuropsichiatriche dell'età evolutiva prima della piena espressione dei sintomi, e che tale metodologia possa quindi essere utilizzata per fornire ulteriore valore diagnostico in aggiunta ai criteri clinici.

 

Ultime notizie
17/07/2019 Telethon finanzia progetto di ricerca su una rara malattia metabolica dell’IRCCS Fondazione Stella Maris C’è anche l’IRCCS Fondazione Stella Maris tra i progetti finanziati da Fondazione Telethon in Toscana per complessivi 660 mila euro. Il progetto scelto come il migliore riguarda infatti una rara malattia metabolica, il deficit di trasporto della creatina, il progetto di Laura Baroncelli dell’IRCCS Fondazione Stella Maris. L’impatto di questa patologia è soprattutto a livello del cervello: i bambini che ne sono affetti presentano infatti disabilità intellettiva già in età precoce, epilessia e comportamenti di tipo autistico. Al momento non esistono cure: obiettivo di questo progetto, che si svolgerà in partnership con l’Istituto italiano di tecnologia, sarà mettere a punto nel modello animale un approccio di terapia genica, che consenta tramite un vettore di origine virale di trasferire una versione corretta del gene difettoso direttamente nel cervello nel modello animale della malattia e poi nell’uomo. Il trasferimento genico a livello cerebrale è particolarmente difficile, perché occorre superare la barriera emato-encefalica che normalmente ha il compito di proteggere il nostro cervello da “intrusioni” esterne. I ricercatori studieranno inoltre, mediante tecniche innovative di imaging cerebrale, come i circuiti nervosi del cervello sono influenzati da questo difetto genetico nelle diverse fasi della progressione della malattia.
17/07/2019 Al via oggi alla Summers School dedicata alla ricerca nell’ambito della riabilitazione infantile: oltre 30 studenti provenienti da tutta Europa per 5 giorni con i maggiori esperti internazionali al corso di ricerca dell’Università di Pisa con il sostegno Pisa, 15 luglio 2019 - “Evidence based medicine and research in rehabilitation of childhood disability”, è il titolo della Summer School promossa e coordinata dal prof Giovanni Cioni, Professore di neurologia infantile e psichiatria dell’Ateneo Pisano, Presidente dell'EACD e Direttore scientifico dell’IRCCS Fondazione Stella Maris, che oggi alle ore 9 ha preso avvio al Centro Congressi Le Benedettine di Pisa nell’ambito delle Summer School che l’Università di Pisa promuove in diversi campi, quali ad esempio le materie umanistiche, l’ingegneria, la matematica, le scienze e altri ancora. Ad aprire l’evento è stato il Professor Paolo Mancarella, Rettore dell'Università di Pisa,che ha portato i saluti ai partecipanti, sottolineando l’importanza di questo percorso formativo nell’ambito di un settore rilevante delle neuroscienze.
10/07/2019 La Parrochia "La Madonna" San Romano (PI) presenta IL MIO GESU' Un Opera di Beppe Dati 15 Settembre 2019 ore 21.15 Chiostro del Convento Francescano San Romano (Pisa) Con il patrocinio della Fondazione Stella Maris
29/05/2019 Traiettorie psicopatologiche dal neonato all’adulto così l’edizione XII delle Giornate Pisane di psichiatria e psicofarmacologia clinica evidenzia le relazioni dal feto al neonato e all’adulto. Presidente la professoressa Liliana Dell’Osso, vicepresidente professor Giovanni Cioni Il 28 e 29 maggio un congresso scientifico all’Hotel Galilei (via Darsena 1)
18/04/2019 UNIC – LINEAPELLE Concerie Italiane ha donato le uova di Pasqua per i bambini e i ragazzi ospiti delle varie sedi della Fondazione Stella Maris, la consegna è avvenuta all’insegna della gioia con i clown “I libecciati” Calambrone (Pisa) - Un dolcissimo dono, in vista della Pasqua, per tutti i bambini e i ragazzi ricoverati nelle varie sedi della Fondazione Stella Maris. E’ quello che UNIC LINEAPELLE, Concerie Italiane, ha voluto fare ieri pomeriggio consegnando decine di uova di cioccolato agli ospiti dell’Istituto di Calambrone (Pisa) e dei Centri di San Miniato e di Montalto di Fauglia. Un regalo che sottolinea il percorso di responsabilità sociale che UNIC ha deciso di intraprendere a favore del IRCCS Fondazione Stella Maris, condividendo l’obiettivo di sostenere il nuovo Ospedale dei bambini che l’Istituto è in procinto di realizzare nell’area di Cisanello a Pisa. Una partnership che, come un seme, sta generando momenti di intensa collaborazione e la donazione odierna rientra in questo cammino condiviso. “Abbiamo allo studio una serie di iniziative a supporto delle attività della Fondazione Stella Maris”, dichiara Fulvia Bacchi Amministratore delegato UNIC.
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