Upload
alpha
View
38
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Incontri Scientifici di Dipartimento Dipartimento Tecnologie e Salute, Istituto Superiore di Sanità. Imaging Integrato Anatomico e Funzionale nella Identificazione delle Placche Aterosclerotiche Vulnerabili. F. Cusanno INFN Gruppo Sanità, Sezione di Roma, - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Imaging Integrato Anatomico e Funzionale Imaging Integrato Anatomico e Funzionale nella Identificazione delle Placche nella Identificazione delle Placche
Aterosclerotiche VulnerabiliAterosclerotiche Vulnerabili
F. Cusanno INFN Gruppo Sanità, Sezione di Roma,
reparto di fisica e tecnologie nucleari per la salute
Incontri Scientifici di DipartimentoDipartimento Tecnologie e Salute, Istituto Superiore di Sanità
AterosclerosiAterosclerosiLe malattie cardiovascolari sono la principale causa di morte nei paesi occidentali
Alterazione dell’endotelio che ha origine dal deposito di colesterolo e di sali di calcio sulla parete del vaso placca ateromasica
Origina in giovane età, progredisce in maniera imprevedibile, cambiando istologia a causa della risposta del vaso (proliferazione di macrofagi, cellule connettivali, fibroblasti)
Manifestazione sintomatica improvvisa e acuta solo in stadio avanzato placche vulnerabili
Metodi di indagine convenzionale Rivelano le lesioni, di qualunque
stadio
Sono invasivi
Goal: mettere a punto un metodo di indagine che riveli SOLO placche ad alto rischio
di rottura Sia non invasivo
Imaging Anatomico e Imaging Anatomico e FunzionaleFunzionale La correlazione o meglio co-
registrazione tra immagini anatomiche ad es. TC e immagini funzionali, ad es. SPECT ottenuta con Annessina-V, possono individuare un metodo di classificazione di pazienti a rischio, che necessitano ad es. rivascolarizzazione o terapia medica.
Multimodal Imaging Questo studio non può essere
sempre fatto su umani. Lo studio in vivo è
fondamentale La strumentazione per ottenere
immagini multimodali è in molti casi ancora in via di sviluppo
CTCT
Tissue Density, ZTissue Density, ZAA20-50 µm20-50 µm
-galactocidase-galactocidase0.1 µmole H / µmole 0.1 µmole H / µmole 3131PP
MRIMRI
AA
H ConcentrationH Concentration
MMFF
BOLD, DCEBOLD, DCE0.1 mm0.1 mm
UltrasoundUltrasound
StructureStructure
AA FF
DopplerDoppler0.1 mm0.1 mm
OpticalOptical(Bioluminescence, (Bioluminescence,
fluorescence)fluorescence)
AA
TopographyTopography
MM
~10~1033 cells cells quantitativequantitative
µm to mmµm to mm
PET/SPECTPET/SPECT
RadiotracerRadiotracer
MM
~1-2 mm~1-2 mm<10<10-12-12 mole mole
= = quantitativequantitative
FF
Molecular Imaging: the Role of Molecular Imaging: the Role of SPECTSPECT
Unique!
SPECT IMAGING OF ATHEROCLEROTIC SPECT IMAGING OF ATHEROCLEROTIC PLAQUESPLAQUES
Motivation The identification & treatment
of vulnerable atherosclerotic plaques prior to rupture has significant impact in health care
Hypothesis Increased apoptosis occurs in
vulnerable as compared to stable plaque of the same size
Goal To prove the hypothesis in a
transgenic mouse model using SPECT imaging techniques
La nostra esperienzaLa nostra esperienza
Conferenza ISSFrontiers in Imaging Science: High Performance Nuclear Medicine
Imagers for Vascular Disease Imaging (Brain and Heart) Istituto Superiore di Sanita’ – Viale Regina Elena 299 Rome 13-14 Novembre 2006 (Proceedings of Science, FISH2006)
Progetto ISS-NIH progetto n. 530/F5 “Novel high resolution SPECT instrumentation and techniques for molecular imaging of small animals”, presentato anche allla Conferenza “ISS/NIH Collaborative Programme 2006 Progress Report Meeting”, Istituto Superiore di Sanità, 4-6 Luglio 2006, Sessione “Cardiovascular”
Collaborazione INFN, esperimento MOIRA (Molecular Imaging with Radionuclides)
Approccio Metodologico: Approccio Metodologico: IpotesiIpotesi
1. ApoE -/- Mice [4]• Modello per lo studio della patogenesi
dell’aterosclerosi• Sviluppa spontaneamente lesioni
ateroscerotiche istologicamente simili a quelle umane se mantenuto a dieta ricca di lipidi
2. Correlazione presenza di macrofagi in apoptosi e grado di vulnerabilità della placca [5]
3. Tc99m-Annexin V: radiofarmaco con più alta captazione nelle cellule in apoptosi [6]
Foto e Autoradiografia di Aorta di topo dopo 37 settimane di
dieta ricca di lipidi
Apolipoprotein E Knockout Mice
Possibilità di rivelare placche aterosclerotiche vulnerabili mediante rivelatori Single Photon4. Plump A, Ann Med 29, (1997)5. Kolodgie FD et al, Am J Pathol 157, (2000)6. Mari C et al, J Nucl Med 43, (2002) P702
IMAGING CHARACTERISTICS OF IMAGING CHARACTERISTICS OF
A CURRENT COMMERCIAL SYSTEMA CURRENT COMMERCIAL SYSTEM
Gamma Medica-Idea FLEX X-SPECT Dual detectors with pixellated NaI(Tl) crystal (ours w/ 82
pixels) Single pinhole collimator on each detector Resolution: ~1.25 mm w/ 1 mm aperture at ~2.5 cm ROR ~1 cps/microCi per pinhole-detector
View from the Back (Internal)View from the Front (Internal)Door open to change collimator
Topi ApoE -/-, 5 settimane Componenti Rivelatore:Pin Hole 0.5 mmScintillatore CsI(Tl) 1.0 pitchFotorivelatori H9500
Ricostruzione tomografica con tecnica MIP (maximum-intensity-re-projections). I reni sono ben visibili.
Misure in vivo @ JHUMisure in vivo @ JHU
Testare la fattibilità di una misura in vivo
OS-EM ( 4 iteration and 3 subsets), Butterworth filter cutoff .3 cyc/pixel
Coronal Images
27 weeks 40 weeks20 weeks 37 weeks
Monitoring Atherosclerosis in ApoE-/- Mice using Monitoring Atherosclerosis in ApoE-/- Mice using 99m99mTc-HYNIC-Tc-HYNIC-Annexin-V SPECT Imaging TechniquesAnnexin-V SPECT Imaging Techniques
Walz-Flannigan et al., Johns Hopkins University, SNM ’06 paper #339
Normalized
fusedemission fusedemission fusedfused fusedemission
lesion
liver
Sagittal Images
ApoE-/- #1253 (fed high fat diet)
emission
Lesion Profiles and UptakeLesion Profiles and Uptake
ApoE-/- 1253
37 weeks
27 weeks
20 weeks
WeekPeak Value
(arb. Unit)
Relative Total Uptake
20 .10 .35
27 .20 .73
37 .11 .37
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
5 10 15 20 25 30
20 weeks
27 weeks
37 weeks
mm
arbi
trar
y un
its
normalized sagittal lesion profiles
NEW MODULAR DETECTOR DESIGNNEW MODULAR DETECTOR DESIGN
Proposed modular detector Being constructed & tested at
Thomas Jefferson National Accelerator Facility (TJNAF)
Detector material– Pixellated CsI(Tl) with 1 mm pitch
and ~<90 micron gap
Optical senor– Hamamatsu flat panel multianode
photomultiplier tube (MAPMT) array• 52 mm square• bialkali photocathode• 12 stage• Small dead space at edges• fast time response• H8500: 8 x 8 multianode• H9500: 16 x 16 multianode
Pixellated crystal MAPMT
2x2 array of
Hamamatsu MAPMT
prototype modular detector with a 2x2
array of Hamamatsu PAPMTs
PINHOLEPINHOLE - - Improving spatial resolutionImproving spatial resolution
- different magnification - same # of ‘resolution elements’
same ‘realizable’ resolution
- same magnification- different # of ‘resolution elements’
different ‘realizable’ resolution
o=3 cm o=3 cm o=3 cm
d d d
z L
z L z L
Simulazioni: ParametriSimulazioni: Parametri
7. Blankenberg FG et al, PNAS 95, (1998)
Collimatore: Pinhole, foro 0.3˚mm, magnificazione 3
Scintillatore: CsI(Tl) pitch 0.5/0.8˚mm, spessore 3˚mmCsI(Na) pitch 0.8˚mm, spessore 3˚mmLaBr3(Ce) continuo, spessore 3 − 5 mm
PS-PMT (offline): Flat Panel H9500, anodo 3.0˚mmBurle Planacon 85001, anodo 1.5 mm
Biodistribuzione di radiofarmaco [7]:Fegato 12%, Reni 56 %, Milza 2%, + 5 % espulso25 % della dose si distribuisce nel tessuto
H2.5 mCi di Tc99m-Annexin-V,
HDimensione topo di 8×3×2 cm3
Attività tessuto ~ 10 nCi/cm3
Attività placca ~ 10/20*10 nCi/cm3
HDimesione placca ~ 0.5 × 1 × 4 mm3
Results of SimulationResults of Simulation
T/B ratio T/B ratio
“Shallow” Plaque Mid-deep Plaque
Evaluation of S/N ratio using analytic algorithm
Array Image and Map Array Image and Map Reconstruction (1)Reconstruction (1)
The Present
Possible Future
Array Image and Map Array Image and Map Reconstruction (2)Reconstruction (2)
Possibili collaborazioniPossibili collaborazioni
Dipartimento di tecniche radiologiche Azienda Ospedaliera Universitaria San Martino di Genova, UO Medicina Nucleare (progetto strategico ricerca finalizzata 2007)
Università di Napoli, Medicina Clinica e Scienze Cardiovascolari e immunologiche
Università di Pisa, Dipartimento di Patologia Sperimentale
ConclusioniConclusioni
Sicuramente la tematica riveste un interesse socio-sanitario fondamentale, anche con ricadute immediate o quasi sul SSN
Lo studio completo della problematica richiede anche lo sviluppo di tecnologie innovative
Poi il resto vorrei saperlo da voi
THANK YOU FOR YOUR ATTENTION!