- Validazione della ricostruzione 3D e della risoluzione spaziale ottenuta lungo la direzione tomografica longitudinale.
La validazione è stata effettuata applicando la tecnica ai dati di 50 pazienti che hanno effettuato l'esame SPECT presso il Dipartimento di Fisiopatologia Clinica (DFC) di Firenze. Il problema dell'onere computazionale è stato affrontato utilizzando una versione dei programmi di ricostruzione implementati sul computer massicciamente parallelo T3D del CINECA di Bologna ed un sistema di accesso a tale risorsa basato su di un'interfaccia WEB (Formiconi A.R. et al,: World Wide Web interface for advanced SPECT reconstruction algorithms implemented on a remote massively parallel computer - Int. J. Med. Inform., 47:125-138, 1997). I risultati sono stati valutati da medici nucleari esperti nell'analisi di dati SPECT. La tecnica è risultata molto soddisfacente dal punto di vista clinico ma il problema dell'onere computazionale inficia l'uso del metodo nella routine clinica perché l'accesso remoto alla risorsa di supercalcolo è abbastanza agevole per un lavoro di sperimentazione clinica ma non garantisce l'immediata disponibilità della risorsa che può essere richiesta nell'impiego clinico. In seguito a questo risultato, particolare attenzione è stata dedicata allo sviluppo di una tecnica approssimata per la ricostruzione SPECT 3D (si veda Ottimizzazione della tecnica di ricostruzione 3D per l'implementazione su piattaforme di calcolo di basso costo).
- Estensione della tecnica di ricostruzione 3D al sistema Ceraspect in dotazione al Dipartimento di Scienze Motorie dell'Università di Genova.
In collaborazione con l’Unità di Genova della Prof. Brianzi, si è adattato il modello matematico 3D alla risposta del sistema Ceraspect (7) e sono stati scritti appositi programmi di ricostruzione, attualmente utilizzati dall’Unità del Prof. Rodriguez per la validazione con dati clinici.
- Estensione della tecnica di ricostruzione 3D a sistemi SPECT con collimazione non parallela.
È stata messa a punto una particolare versione della tecnica di ricostruzione per dati acquisiti con un particolare tipo di collimatore convergente disponibile presso la Medicina Nucleare del DFC.
Per raggiungere lo scopo è stato necessario uno studio particolare del modello matematico dei collimatori non paralleli poiché in letteratura erano disponibili solo descrizioni teoriche incomplete dei collimatori multiforo impegati in medicina nucleare. Lo studio in questione ha consentito di derivare una formulazione teorica generale (1, 3, 11, 5, 6, 10) valida per descrivere tutti i tipi di collimatori multiforo esistenti. Questa formulazione consente di determinare teoricamente la risposta di un collimatore senza dover ricorrere ad alcun esperimento, una volta note le caratteristiche costruttive del medesimo. Inoltre la teoria può essere impiegata per la progettazione di nuovi collimatori.
- Ottimizzazione della tecnica di ricostruzione 3D per l'implementazione su piattaforme di calcolo di basso costo allo scopo di favorirne l'inserimento su sistemi di tipo commerciali.
Questo studio ha acquisito particolare importanza in seguito ai problemi di onere computazionale menzionati al primo punto. In collaborazione con l’Unità di Genova della Prof. Brianzi, è stato definito un modello approssimato del modello 3D che consente di disaccoppiare la risposta del sistema SPECT lungo le due principali direzioni delle proiezioni bidimensionali, imponendo l'invariabilità spaziale di una delle due componenti. Questa approssimazione consente di scrivere l'algoritmo di ricostruzione iterativo in modo da ottenere una sua sostanziale accelerazione.
Le prime simulazioni (9) hanno mostrato che con questa tecnica si possono ottenere immagini di qualità paragonabile a quelle ottenute con il modello 3D con tempi di ricostruzione assimilabili a quelli del metodo convenzionale 2D.
- Determinazione della tecnica di regolarizzazione piu' adatta alla ricostruzione degli studi dinamici di perfusione cerebrale con MRI e mezzo di contrasto paramagnetico.
Il conseguimento di quest'obiettivo ha richiesto la risoluzione di una serie di problemi tecnici inerenti all'accesso ed alla interpretazione dei dati acquisiti dalla strumentazione di risonanza magnetica. Per avere accesso ai dati è stato necessario un incontro scientifico con i responsabili della ricerca Philips e la stipula di un "non disclosure" agreement in quanto nel caso di strumentazione radiologiche le industrie non consentono l'accesso ai dati grezzi necessari per la sperimentazione di tecniche di ricostruzione alternative. Successivamente, sono stati scritti dei programmi appositi per trasformare i dati grezzi Philips in un formato utilizzabile per l'applicazione delle tecniche di ricostruzione che s'intendono studiare nel progetto. In collaborazione con E. Loli Piccolomini, F. Zama e G. Zanghirati dell’Unità di Bologna sono stati scritti dei programmi di ricostruzione di dati dinamici di risonanza magnetica utilizzando diverse tecniche di regolarizzazione (SVD troncata, Tikhonov, gradienti coniugati). I programmi sono stati controllati applicandoli a dati opportunamente simulati (4, 8).
Attualmente sono in corso le prime prove con dati acquisiti da pazienti nell'ambito dell'attività clinica del DFC.
NOTE: L’intero ammontare del cofinanziamento, pari a 36 milioni, è impegnato per il finanziamento di un assegno di ricerca. (D.R. n.736 del 30/10/98 dell’Università di Firenze).
Pubblicazioni su riviste
- Formiconi A.R.: Theory of multihole collimators – Quart. J. Nucl. Med., 4 (Suppl.1):12, 1998.
- Formiconi A.R., Passeri A., Calvini P., Pupi A., Meldolesi U.: SPECT resolution restoration with fan beam and annular collimators - Quart. J. Nucl. Med., 4(Suppl.1):46, 1998.
- Formiconi A.R.: A general mathematical formulation for the geometrical response of multihole collimators – Eur. J. Nucl. Med., 25:918, 1998.
- Formiconi A.R., Passeri A., Martini S., Pupi A., Loli Piccolomini E., Zama F., Zanghirati G.: Regularization methods for the quantification of regional cerebral blood flow with MRI – Eur. J. Nucl. Med., 25:1154, 1998.
- Formiconi A.R.: Expression of a hole array pattern in frequency space – Phys. Med. 14:135-142, 1998.
- Formiconi A.R.: Geometrical response of multihole collimators - Phys. Med. Biol., 43: 3359-3379, 1998.
- Baldini D., Calvini P., Formiconi A.R.: Image reconstruction with conjugate gradient algorithm and compensation of the variable system response for an annular SPECT system –Phys. Med. 14:250-262,1998.
- Formiconi A.R., Passeri A., Martini S., Pupi A., Loli Piccolomini E., Zama F., Zanghirati G.: Regularization methods in dynamic MRI reconstruction – in corso di stampa su European Radiology.
- Boccacci P., Bonetto P., Calvini P., Formiconi A.R.: A simple model for the efficient correction of collimator blur in 3D SPECT imaging – sottomesso a Inv. Problems.
Pubblicazioni su libri e atti di Conferenze
- Formiconi A.R., Passeri A., Calvini P.: Theoretical determination of the collimator geometrical transfer function for the reconstruction of SPECT data – in corso di stampa su IEEE NSS/TMI Conference Record.
- Formiconi A.R.: Teoria generale dei collimatori multiforo - Atti Convegno Nazionale AIFB, AIFS, AIRP, Gubbio, 67-68, 1998.
Partecipazione a convegni
- IV Congresso Nazionale SIMAI, Giardini Naxos (ME) 1-5 giugno 1998.
Formiconi A.R.: Expression of a hole array pattern in frequency space for the determination of the geometrical response of nuclear medicine collimators
Formiconi A.R.: Accurate 3D modeling in SPECT reconstruction and optimized computer implementation
- Joint Congress of the European Association of Nuclear Medicine and the World Federation of Nuclear Medine and Biology, 30/8-4/9/1998, Berlino.
Formiconi A.R.: A general mathematical formulation for the geometrical response of multihole collimators
Formiconi A.R.(poster): Regularization methods for the quantification of regional cerebral blood flow with MRI
- International Meeting on Inverse Problems, 28/9-2/10/1998, Vietri sul mare.
A. R. Formiconi (conferenza su invito): Some inverse problems in functional medical imaging
- IEEE Nuclear Science Symposium & Medical Imaging Conference, 8-14/11/1998, Toronto.
Formiconi A.R. (poster): Theoretical determination of the collimator geometrical transfer function for the reconstruction of SPECT data
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