Una overview sul medical imaging

Introduzione

E` molto che si sente parlare di medical imaging, cioe` computer graphics applicata alla medicina; e` opportuno quindi spendere qualche parola per dare una minima base scientifica di conoscenza soffermandoci piu` sulla presentazione delle tipologie di acquisizione e i loro campi di applicazione, che sugli algoritmi impiegati, argomento che potrebbe essere trattato in un prossimo articolo.

Il medical imaging in pratica si e` sviluppato con la nascita e la diffusione di sistemi medicali per l'acquisizione di immagini, in due o tre dimensioni, degli organi interni degli esseri viventi.

Le metodiche di acquisizione

Le attuali metodiche di acquisizione di informazioni sulle strutture corporee interne sono oramai consolidate nel tempo per quanto riguarda i principi fisici, mentre sono in evoluzione per quanto riguarda la tecnologia con cui sono implementate. Le principali tipologie di acquisizione di immagini, cioe` CT (Tomografia Computerizzata), RMN (Risonanza Magnetica Nucleare), SPECT (Single Photon Emission Computed Tomography), sono da considerarsi l'evoluzione di esami contenenti informazioni a caratttere statico/analogico (Raggi X) in esami con informazioni a carattere dinamico/digitale. Dato il carattere digitale delle informazioni di queste metodiche, l'affiancamento al computer per ulteriori elaborazioni e` risultato spontaneo. In particolare si e` presentata la necessita` di algoritmi che simulando il complesso di conoscenze di un utilizzatore specializzato (il radiologo) permettessero lo stesso un'elaborazione adeguata dei dati.

Data la differente tipologia dei principi fisici dei vari esami elencati, le immagini acquisite con diverse metodiche si prestano ad essere integrate tra loro per la differente capacita` di evidenziare strutture interne differenti; ad esempio la CT evidenzia maggiormente le strutture ossee, mentre la RMN evidenzia meglio i tessuti molli. La PECT e la SPECT invece sono utilizzate in medicina nucleare per evidenziare dinamicamente il comportamento fisiologico di specifici organi. A tal scopo vengono impiegati traccianti radioattivi a breve decadimento, insieme a particolari molecole che si fissano in maniera differente all'interno di un organo (ad esempio il rene), cosi` che e` possibile visualizzarne il funzionamento nel tempo e diagnosticarne eventuali patologie associate.

Le applicazioni

Le problematiche per l'applicazione di computer graphic ai dati grezzi variano notevolmente con la tipologia delle immagini da acquisire. Ad esempio per immagini di CT e` necessario fare un lavoro preeliminare di ricostruzione 3D, in quanto i dati forniti in uscita al tomografo sono delle matrici transassiali disposte perpendicolarmente all'asse longitudinale del paziente. Tali matrici dette `slice' sono di un determinato spessore e vanno impilate per ottenere una ricostruzione globale.

Una volta ottenuta la ricostruzione e` possibile manipolare le immagini per identificare volumi, mediante l'applicazione di algoritmi di Volume Rendering, nel caso si voglia diagnosticare la presenza di formazioni neoplastiche. Nel caso di applicazioni legate alla ricomposizione chirurgica di traumi ossei maxillo-facciali, con conseguente intervento di chirurgia plastica gli algoritmi applicabili saranno quelli di Surface Rendering.

Un'altra applicazione molto interessante e` legata alla neurochirugia stereotassica, dove oltre alla meccanizzazione del procedimento di individuazione delle formazioni neoplastiche, della determinazione delle coordinate stereotassiche per l'intervento, e` possibile anche automatizzare l'intervento vero e proprio ponendolo sotto il controllo di particolari robot chirurgici guidati dai dati acquisiti in sede preparatoria.

Altre applicazioni sono possibili anche per simulare interventi ricostruendo per lo specifico paziente la morfologia dei sui organi interni, con le appropriate patologie, in modo da effettuare una vera e propria simulazione dell'intervento che permetta un'accurata pianificazione dello stesso per minimizzare la percentuale di rischio di insuccesso.

Conclusione

Le possibilita` di impiego delle tecnologie elencate sono veramente molto vaste e sconfinano anche nel campo della realta` virtuale. Tutto sta alla fantasia e all'aumento costante del livello di tecnologia degli strumenti hardware e software disponibili.

Daniele Bacchi