Un navigatore in HD per il sistema vascolare

Con i suoi quasi 100mila chilometri di vene e capillari (due volte e mezza la circonferenza della Terra), l’apparato circolatorio percorre il corpo umano per portare sangue e liquidi in tutti gli organi. Studiato fin dall’antichità, ma definito con precisione solo nel XVII secolo (“Exercitatio anatomica de motu cordis et sanguinis in animalibus” di William Harvey, 1628), il sistema vascolare rimane oggetto di indagine da molteplici punti di vista. Come una mappa del tesoro, può infatti fornire indicazioni preziose a fini diagnostici e terapeutici.
Negli ultimi anni, gli ultrasuoni si sono qualificati come uno dei principali strumenti per l’imaging medico dell’apparato circolatorio. Tuttavia, questa tecnica trova un limite nella diffrazione, che vincola la risoluzione spaziale alla scala della lunghezza d'onda: all’aumentare della frequenza, migliora la risoluzione ma diminuisce la profondità di penetrazione.
Il laboratorio di ultrasuoni (Ultra) del Dipartimento di Ingegneria e Scienza dell’Informazione (Disi) dell’Università di Trento ha da poco pubblicato sulla rivista scientifica “Ieee Transactions on Medical Imaging” uno studio che promette di migliorare sensibilmente la qualità della visualizzazione del sistema vascolare con un sistema di interpolazione delle immagini acquisite tramite ultrasuoni a basso frame rate.
«L’obiettivo – spiega Giulia Tuccio, dottoranda in Innovazione industriale e prima firmataria dell’articolo – era quello di avvicinare la Ulm (Ultrasound localization microscopy) all’ambito clinico. La nuova tecnica – battezzata “Time Efficient Ultrasound Localization Microscopy” (Teulm) – permette di migliorare notevolmente l’imaging del sistema vascolare umano, pur continuando a impiegare il frame rate degli scanner abitualmente utilizzati negli ospedali».
«Finora l’uso principale di questa tecnica era negli studi preclinici», prosegue Libertario Demi, docente di Bioingegneria elettronica al Disi, principal investigator della ricerca e corresponding author dell’articolo. «La tecnica si basa sull’utilizzo di agenti di contrasto, microbolle di dimensione comparabile ai globuli rossi che vengono iniettate all’interno dei vasi. Seguendo il loro percorso è possibile ricostruire informazioni geometriche e dinamiche sulla vascolarizzazione dei tessuti».
Dell’interpolazione, cioè della generazione di dati ecografici ad alto frame rate a partire da acquisizioni a basso frame rate, si è occupato in particolare Sajjad Afrakhteh, assegnista di ricerca al Disi: «Prima di implementare il nostro metodo per la generazione di immagini Ulm, ci siamo confrontati con le difficoltà legate all’imaging cardiaco. Il nostro approccio permette di utilizzare un frame rate estremamente ridotto mantenendo la capacità di ricostruire con precisione le strutture vascolari. Per farlo, partiamo da informazioni sia temporali, sia spaziali, utilizzando poi funzioni di base radiali per il processo di stima».
Quali sono le applicazioni di questa nuova tecnologia? Risponde Tuccio: «La tecnica che abbiamo messo a punto può essere molto utile in presenza di tumori o malattie croniche come l’Alzheimer, patologie che modificano il tessuto vascolare. Queste informazioni sono importantissime per la diagnostica e la prevenzione, ma anche per interventi più mirati durante una terapia».
La sperimentazione proseguirà nei prossimi mesi grazie a un finanziamento di Fondazione Vrt. In collaborazione con il centro Prom Facility di Rovereto verrà riprodotta tramite stampa 3D la struttura vascolare di un organo. L’obiettivo è realizzare un modello altamente controllato sul quale sviluppare ulteriormente la metodica e migliorare i risultati ottenuti su modelli preclinici.
L’articolo “Time Efficient Ultrasound Localization Microscopy Based on A Novel Radial Basis Function 2D Interpolation” firmato da Giulia Tuccio, Sajjad Afrakhteh, Giovanni Iacca e Libertario Demi del Dipartimento di Ingegneria e Scienza dell’Informazione dell’Università di Trento è stato pubblicato il 25 dicembre 2023 sulla rivista “Ieee Transactions on Medical Imaging”. Può essere consultato al link https://ieeexplore.ieee.org/document/10374149.