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Imaging Integrato Anatomico e Funzionale nella Identificazione delle Placche Aterosclerotiche Vulnerabili F. Cusanno INFN Gruppo Sanità, Sezione di Roma,

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Presentazione sul tema: "Imaging Integrato Anatomico e Funzionale nella Identificazione delle Placche Aterosclerotiche Vulnerabili F. Cusanno INFN Gruppo Sanità, Sezione di Roma,"— Transcript della presentazione:

1 Imaging Integrato Anatomico e Funzionale nella Identificazione delle Placche Aterosclerotiche Vulnerabili F. Cusanno INFN Gruppo Sanità, Sezione di Roma, reparto di fisica e tecnologie nucleari per la salute Incontri Scientifici di Dipartimento Dipartimento Tecnologie e Salute, Istituto Superiore di Sanità

2 Aterosclerosi Le malattie cardiovascolari sono la principale causa di morte nei paesi occidentali Alterazione dellendotelio 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

3 Imaging Anatomico e Funzionale 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

4 CT Tissue Density, Z A µm -galactocidase -galactocidase 0.1 µmole H / µmole 31 P MRIA H Concentration MF BOLD, DCE 0.1 mm UltrasoundStructure A F Doppler Optical (Bioluminescence, fluorescence) A Topography M ~10 3 cells quantitative quantitative µm to mm PET/SPECTRadiotracer M ~1-2 mm < mole = quantitative F Molecular Imaging: the Role of SPECT Unique!

5 SPECT IMAGING OF ATHEROCLEROTIC PLAQUES 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

6 La nostra esperienza Conferenza ISS Frontiers in Imaging Science: High Performance Nuclear Medicine Imagers for Vascular Disease Imaging (Brain and Heart) Istituto Superiore di Sanita – Viale Regina Elena 299 Rome 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)

7 Approccio Metodologico: Ipotesi 1.ApoE -/- Mice [4] Modello per lo studio della patogenesi dellaterosclerosi 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.Tc 99m -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 Photon 4.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

8 IMAGING CHARACTERISTICS OF A 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

9 Topi ApoE -/-, 5 settimane Componenti Rivelatore: Pin Hole 0.5 mm Scintillatore CsI(Tl) 1.0 pitch Fotorivelatori H9500 Ricostruzione tomografica con tecnica MIP (maximum- intensity-re-projections). I reni sono ben visibili. Misure in JHU Testare la fattibilità di una misura in vivo

10 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 99m Tc-HYNIC- Annexin-V SPECT Imaging Techniques Monitoring Atherosclerosis in ApoE-/- Mice using 99m Tc-HYNIC- Annexin-V SPECT Imaging Techniques Walz-Flannigan et al., Johns Hopkins University, SNM 06 paper #339 Normalized fused emission fused emission fused emission lesion liver Sagittal Images ApoE-/- #1253 (fed high fat diet) emission

11 Lesion Profiles and Uptake ApoE-/ weeks 27 weeks 20 weeks Week Peak Value (arb. Unit) Relative Total Uptake normalized sagittal lesion profiles

12 NEW 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 crystalMAPMT 2x2 array of Hamamatsu MAPMT prototype modular detector with a 2x2 array of Hamamatsu PAPMTs

13 PINHOLE - Improving spatial resolution -different magnification -same # of resolution elements same realizable resolution -same magnification -different # of resolution elements different realizable resolution o=3 cm d dd z L

14 Simulazioni: 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˚mm CsI(Na) pitch 0.8˚mm, spessore 3˚mm LaBr 3 (Ce) continuo, spessore 3 5 mm PS-PMT (offline): Flat Panel H9500, anodo 3.0˚mm Burle Planacon 85001, anodo 1.5 mm Biodistribuzione di radiofarmaco [7]: Fegato 12%, Reni 56 %, Milza 2%, + 5 % espulso 25 % della dose si distribuisce nel tessuto H 2.5 mCi di Tc 99m -Annexin-V, H Dimensione topo di 8×3×2 cm 3 Attività tessuto ~ 10 nCi/cm 3 Attività placca ~ 10/20*10 nCi/cm 3 H Dimesione placca ~ 0.5 × 1 × 4 mm 3

15 Results of Simulation T/B ratio Shallow Plaque Mid-deep Plaque Evaluation of S/N ratio using analytic algorithm

16 Array Image and Map Reconstruction (1) The Present

17 Possible Future Array Image and Map Reconstruction (2)

18 Possibili 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

19 Conclusioni 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!


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