Fusione di immagini PET, CT, MR: dalla clinica alle applicazioni

avanzate

Dott. Roberto SghedoniDott.ssa Federica FioroniServizio di Fisica Medica

L’evoluzione tecnologica ha reso disponibili numerose tecniche (tomografiche) di imaging che forniscono

informazioni complementari sui tessuti viventi

PETSPECTCT

MR

MR

Informazione morfologica

Informazione metabolico-funzionale

Lo scopo della fusione di immagine è quello di combinare visivamente le informazioni che provengono da diverse modalitàper aumentare le potenzialità diagnostiche di ciascuna tecnica

Es. L’immagine PET è carente da un punto di vista della localizzazione anatomica, la CT non contiene

informazioni metaboliche

La sinergia delle due modalità supera i limiti di entrambe e arricchisce

l’applicazione clinicaPrima fusione di immagini PET/CT all’ASMN

Es. La risonanza ha miglior contrasto per i tessuti molli, la CT visualizza meglio l’osso e

fornisce informazioni sulla densitàelettronica (-> radioterapia)

per fusione di immagine si intendono quelle tecniche che permettono di sovrapporre le immagini provenienti da diversi

esami (stessa modalità di imaging o modalità diverse) in modo che ciascun punto in una modalità corrisponda al medesimo

punto in un’altra modalità

questo scopo si può realizzare in diversi modi, con limitazioni che dipendono in generale dalle metodiche di imaging

utilizzate e dai distretti anatomici in esame

In generale occorrono:

-immagini digitali- in un formato (es. DICOM) che

contenga nell’header informazioni geometriche sulle immagini

(dimensione del pixel, spessore degli strati,…)

HEADERL’header è quella parte del

file che contiene i METADATI, cioè informazioni

relative all’esame (anagrafica paziente,

modalità utilizzata, parametri impostati,

impostazioni geometriche, …)

IMMAGINE

… ciascun punto in una modalità corrisponda al

medesimo punto in un’altra modalità …

coregistrazione delle immagini

Metodi software:

• marker esterni• marker interni

•basati sull’intensità del voxel (es. mutual

information)

Metodi hardware:

• scanner integrati: PET/CT, SPECT/CT (oggi), PET/MR (forse domani)

PET/CTPET/MR

utilizzo di marker esterni:si applicano sul paziente alcuni marker di

materiale che sia visibile su una o entrambe le modalità che si vogliono

coregistrare (es: goccia di 18F per la PET, olio-grasso per la RM)

a posteriori, via software, gli strati in cui sono visibili i marker sono fatti corrispondere con la

posizione prefissata

utilizzare marker disposti sia su un piano che su piani

diversi, posizionare il paziente in modo identico utilizzando i

marker anche per la centratura

rotazioni e traslazioni

registrazione NON rigida

registrazione rigida

tiene conto di possibili movimenti (es. respirazione)

tatuaggi per la centratura CT

Registrazione basata su marker interni

In assenza di riferimenti esterni predefiniti (es. studi retrospettivi) ad hoc è possibile registrare le immagini imponendo la corrispondenza

di repere anatomici

I riferimenti interni sono fatti corrispondere con spostamenti manuali o attraverso algoritmi

automatici

I repere interni possono essere usati anche per verificare l’accuratezza di registrazioni effettuate con altri

metodi

I marker esterni possono non essere accurati per distretti extracerebrali

Negli ultimi anni si è assistito alla diffusione di scanner multimodali

integrati

Oggi PET/CT e SPECT/CT sono sul mercato.

In evoluzione sistemi combinati PET/RM (es. Siemens per il

cervello)Se il paziente non si muove le immagini

ottenute sono intrinsecamente

coregistrate (condividono lo stesso sistema di coordinate)

Sebbene l’accuratezza della coregistrazione sia in generale molto buona, possono comparire delle misregistrazioni in quei distretti

naturalmente affetti dal movimento respiratorio

torace, addome

CT e PET hanno tempi di acquisizione diversi

una possibile soluzione è l’applicazione di tecniche di gating respiratorio (sincronizzazione dell’acquisizione con il ciclo

respiratorio)

Algoritmi di registrazione non rigida

Si applicano a quei distretti in cui deformazioni non rigide sono possibili (respirazione, movimenti, variazioni di

volume nel tempo,…)

Possono essere usate per confrontare soggetti diversi

-Approccio geometrico (landmarks, indicazioni anatomiche o strutturali,…)

- Approccio basato sull’intensità del voxel

-Metodi ibridi

Applicazioni di ricerca e limitate a problemi specifici

Fusioni di immagini cardiache MRI vs SPECTTracciare la deformazione di organi durante il

respiro per il trattamento RTCorrezione di immagini CT per la PET (es. polmone)

Imaging della prostata durante trattamento (cfr esami, cfr durante trattamento, cfr con diverso

riempimento)

Fusione di immagini CT e RM nel distretto cerebrale

Cambiando i parametri di acquisizione cambia il tipo di contrasto (T1, T2, densità protonica)

Hanno scarso dettaglio anatomico: si possono registrare con la CT passando attraverso le

immagini RM morfologiche nell’ipotesi che non ci siano

movimenti macroscopici

La teca cranica èrigida

Tecniche avanzate RM: danno informazioni metabolico-funzionali.

Le immagini possono essere registrate rigidamente (traslazioni-rotazioni) con la

CT facendo uso di repere anatomici, marker esterni o tecniche automatiche

T1T2

Densitàprotonica

diffusioneperfusione T1

Imaging multimodale per neuronavigazione

Neuronavigazione con ausilio PET-colinaNeuronavigazione PET-FDG guidata

Le biopsie cerebrali sono effettuate con l’ausilio di neuronavigatori

La neuronavigazione è guidata da immagini morfologiche di risonanza magnetica e CT

Queste possono essere fuse con altre modalità per avere

informazioni aggiuntive

ASMN

Ausilio nella pianificazione in radioterapia

Il piano di trattamento radioterapico è tipicamente elaborato su una immagine CT (contiene le informazioni necessarie per il

calcolo della dose)

L’imaging CT è carente per quanto riguarda il contrasto

dei tessuti molli

CT RM (T1w post contrasto)

CT RM (T2w)

La RM permette di ottenere immagini con diverso contrasto

cambiando i parametri di acquisizione

Le immagini sono fuse facendo uso di

marker esterni o con repere interni, con rototraslazioni

La pianificazione èeffettuata sulla CT, ma il contornamento si avvale

delle sequenze RM

edematumore

ctT1 post

contrasto T2

La fusione CT-RM è usata anche nella pianificazione di trattamenti alla prostata

Possibili movimenti interni e respiratori

Accurato posizionamento con repere esterni e uso

degli stessi sistemi di immobilizzazione

Attenzione alla (possibile) presenza di

artefatti e distorsioni sulle immagini RM !

La RM permette di delineare con maggiore precisione la prostata, la capsula prostatica e le

vescicole seminali

Esperienza ASMN

PET & radioterapia

La fusione di immagine è una tecnica che ha lo scopo di combinare visivamente le informazioni ottenute da metodiche di

imaging differenti e complementari

Per concludere …

La fusione di immagini si realizza attraverso la procedura di coregistrazione, che può essere attuata in diversi modi (anche a

seconda del grado di accuratezza richiesto)

Le tecniche di registrazione rigida sono ormai consolidate.Sono in evoluzione e ricerca tecniche di registrazione non rigida.

Le principali applicazioni sono:-fornire un dettaglio anatomico a immagini funzionali (es. PET+CT,

tecniche avanzate di risonanza + CT + MR,…)- arricchire l’imaging CT per la pianificazione di radioterapia (CT +

RM + [RM avanzata] per cervello, prostata, pelvi,…)