Università degli Studi di Bologna FACOLTÀ DI INGEGNERIA Corso di laurea in Ingegneria Elettronica Automazione ed Organizzazione Sanitaria ELABORAZIONE DI IMMAGINI ECOGRAFICHE ACQUISITE IN CONDIZIONI DI MICROGRAVITÀ Relatore: Chiar.mo Prof. Ing. Claudio Lamberti Correlatore: Dott. Ing Cristiana Corsi Tesi di Laurea di: Samuele Ortolani Anno Accademico

Obiettivi  Validazione di una procedura semi-automatica in grado di individuare i contorni endocardici applicata ad immagini ecografiche per l’estrazione dell’area del ventricolo sinistro degli  Valutazione degli effetti indotti dalla microgravità sulle dimensioni del ventricolo sinistro

Fisiologia in microgravità Durante i voli spaziali gli astronauti sono soggetti a notevoli cambiamenti del vettore gravità. Questi stress gravitazionali inducono repentini spostamenti dei fluidi corporei e, di conseguenza, profonde alterazioni fisiologiche. Accelerazioni di gravità subite dallo Space Shuttle durante il lancio

Voli Parabolici I voli parabolici costituiscono l’unico mezzo sulla Terra per condurre esperimenti medico-scientifici sull’uomo in condizioni di assenza di peso Caratteristiche Campagne voli parabolici dell’ESA (Agenzia Spaziale Europea): Vettore utilizzato Airbus A300- Zero g 3 campagne all’anno 3 voli per campagna, 30 parabole per volo 279 parabole totali compiute all’anno 1,7 ore di microgravità ottenute all’anno

Voli Parabolici All’inizio della manovra di volo parabolico il velivo compie una cabrata di 45˚ spingendo i motori alla massima potenza (fase di iniezione) 1.8 Gz Alla fine del periodo di assenza di peso, l’aereo porta nuovamente i motori alla massima potenza per tornare alla condizione iniziale di volo livellato. 1.8 Gz All’apice della parabola si verifica una condizione di equilibrio (caduta libera) tale da bilanciare la forza peso, ottenendo in tal modo una condizione di microgravità. 0 Gz

L’ecocardiografia è una tecnica di acquisizione di immagini non invasiva che consente la visualizzazione delle camere cardiache in tempo reale Ecocardiografia GRAVITÀ NORMALEIPERGRAVITÀMICROGRAVITÀIPERGRAVITÀ

Inizializzazione La detezione dei contorni endocardici è automatica per l’intero ciclo cardiaco prendendo i contorni stimati come condizione iniziale per il frame successivo. Contorno finale stimato Metodo di analisi delle immagini La procedura semiautomatica di detezione dei contorni è basata sui metodi Level set ovvero su tecniche numeriche adottate per seguire l’evoluzione di fronti.

Acquisizione del data set  sistema ecocardiografico Acuson, France Siemens Cie, France  acquisizioni apicali della vista 4 camere (37 frame/s)  1 minuto di acquisizione per parabola

due cardiologi hanno tracciato manualmente i contorni endocardici in maniera indipendente le aree calcolate utilizzando la procedura semiautomatica di detezione dei contorni e le aree ottenute dai tracciamenti manuali sono state poi confrontate analisi statistica di regressione lineare e di Bland Altman Protocollo di validazione

Risultati validazione y = 0.91 x r = 0.99

oss 1 oss 2 l evel set Variabilità Interoperatore (100*SD/mean) oss 1 oss 2 : 5.4 % oss 1 : 4.6% level set oss 2 : 5.4% Risultati validazione

Numero di immagine area Risultati preliminari 1 Gz 1.8 Gz 0 Gz Numero di immagine area Numero di immagine area

EDA ESA LV area (cm 2 ) * One-way Anova: ** p<0.01 1Gz1.8Gz0Gz Risultati preliminari

Conclusioni Sono state rilevate e quantificate le variazioni delle dimensioni del ventricolo sinistro associate ai cambiamenti della gravità La procedura di detezione dei contorni proposta consente una analisi oggettiva, veloce e semiautomatica delle dimensioni del ventricolo sinistro. L’ecocardiografia è un valido strumento per monitorare le variazioni delle dimensioni delle camere cardiache dovute ai cambiamenti in gravità.