La riunione si e' articolata in tre sessioni:

- la prima il 29 Gennaio dalle 15 alle 18.30 e' stata dedicata ad una esposizione ed analisi dello stato dell'arte delle ricerche in ambito SPECT con il seguente programma

15.00-15.30 : Considerazioni generali (M. Bertero-Genova)
15.30-16.00 : SPECT-Modelli (Formiconi-Firenze)
16.00-16.30 : SPECT-Metodi di ricostruzione (Calvini-Genova)
16.30-17.00 : SPECT-Algoritmi paralleli (D'Amore-Napoli)
17.00-17.30 : SPECT-Applicazioni (Rodriguez-Genova)
17.30-18.00 : SPECT-Strutture (Di Benedetto-Genova)
18.00-18.30 : Matrici strutturate (Romani-Pisa)

- la seconda il 30 Gennaio dalle 9.30 alle 12.30 e' stata dedicata ad una esposizione ed analisi dello stato dell'arte delle ricerche sia sulle altre modalita' di imaging (ecocardiografia 3D e MR) sia su problematiche piu' generali:

9.30-10.00 : MRI-Acquisizione dati (Formiconi)
10.00-10.30 : MRI-Metodi di ricostruzione (Piccolomini)
10.30-11.00 : Ecocardiografia 3D (Sgallari)
11.00-11.30 : Metodi di Total Variation (D'Amore)
11.30-12.00 : Tomografia a microonde (Piana)
12.00-12.30 : Problemi di unicita' e stabilita' (Alessandrini)

- la terza il 30 Gennaio dalle 15.30 alle 18.30 e' stata dedicata ad una discussione generale sul seguente ordine del giorno:

1)-Obiettivi della prima fase (Gennaio-Giugno 2001)
2)-Pagina WEB del progetto
3)-Partecipazione al Convegno di Montecatini

Dai contributi presentati durante la prima sessione e' emerso un quadro della situazione che puo' essere cosi' schematizzato:

- soddisfacente modellizzazione della risposta spazialmente variabile dei collimatori SPECT, anche grazie ad una sua formulazione e valutazione teorica che evita il ricorso a tarature mediante dati sperimentali;

- buona efficienza dell'implementazione seriale dei metodi di ricostruzione, ottenuta mediante l'uso combinato di un modello approssimato della risposta 3D, il cosiddetto modello 2D + 1, della tecnica dei rotatori per il calcolo delle operazioni di proiezione e retroproziezione e di metodi iterativi efficienti quali il gradiente coniugato precondizionato e, soprattutto, il metodo Ordered Subsets - Expectation Maximization (OS-EM);

- promettenti risultati preliminari ottenuti sia mediante parallelizzazione di un modello 3D su CRAY (unita' di Firenze) sia mediante parallelizzazione di un modello 2D su BEOWULF (unita' di Napoli);

- conferma in ambito clinico, per pazienti affetti da Alzheimer, di un migliore indice di correlazione tra dati perfusionali SPECT di particolari strutture cerebrali e indici di attivita' cognitiva nel confronto tra SPECT ricostruite con FBP e quelle ricostruite con CG; risultati interessanti ed, in un certo senso, inattesi, in un caso di anartria lentamente progressiva;

- interesse ai fini del progetto dell'obiettivo proposto dall'unita' di Pisa di sviluppare una libreria di programmi che implementino metodi avanzati per la risoluzione di sistemi strutturati; necessita' di avviare una collaborazione tra le unita' di Pisa e Genova sullo studio delle strutture nei problemi di imaging.

In conclusione si delinea come obiettivo raggiungibile quello di ottenere ricostruzioni di volume in tempi accettabili per la pratica clinica mediante implementazione parallela su BEOWULF dei metodi seriali piu' efficienti fino ad ora sviluppati. In questa attivita' dovrebbero essere coinvolte le unita' di Firenze, Genova e Napoli. Si e' inoltre riconosciuto l'interesse di ulteriori ricerche sui seguenti punti:

- un modello a pixel naturali che permette di evidenziare le strutture nella matrice di proiezione SPECT e che puo' essere efficacemente utilizzato per l'imaging PET;

- metodi di valutazione della qualita' delle immagini, originariamente proposti e validati per l'imaging PET;

- uso di tecnologie web e di grid computing nell'ambito della medicina nucleare e dell'imaging medico; studio di esperienze pilota in questo senso ad iniziare dall'"offerta" di algoritmi SPECT e PET avanzati al mondo medico.

Dalle presentazioni della seconda sessione sono poi emersi i seguenti punti:

- i risultati ottenuti sulla ricostruzione vincolata di immagini MR per esami di perfusione con mezzo di contrasto, pur buoni e sfociati in un tool software utilizzabile dai medici, sono risultati obsoleti in alcune circostanze a causa del rapido aggiornamento tecnologico MRI; tuttavia tale linea non va lasciata morire poiche' alcuni ricercatori medici hanno manifestato interesse ad utilizzare tale tecniche per la loro strumentazione;

- una nuova linea di ricerca puo' essere aperta sul fronte della ricostruzione delle MRI spettroscopiche dato che tali problematiche possono essere affrontate con strumenti matematici del tutto simili a quelli usati per la MRI dinamica;

- nell'ambito dell'ecografia 3D si intende proseguire lungo la linea recentemente introdotta e basata sul concetto di coesione spaziale e temporale nella elaborazione di sequenze; cio' si ottiene combinando le idee della diffusione anisotropa di Perona-Malik, l'equazione dell'analisi multiscala invariante galileiana di Alvarez, Guichard, Lions e Morel e poi anche l'equazione di diffusione geometrica di Osher e Sethian; in altre parole, non si considera solo la singola immagine ("frame") bensi' la sequenza ed in particolare il frame precedente e successivo;

- sempre nell'ambito dell'ecografia 3D, tenendo conto della necessita' di processare grandi quantita' di dati in tempi accettabili per la pratica clinica, si evidenzia l'esigenza di coinvolgere le unita' di Bologna e Napoli in una vasta sperimentazione su workstations ed architetture parallele per confrontare metodi iterativi e precondizionatori efficienti che richiedano una minima occupazione di memoria; saranno utilizzati dati forniti da ESAOTE e TOMTEC;

- per quanto concerne la tomografia a microonde si evidenzia che lo stato dell'arte e' ancora lontano da possibili applicazioni cliniche; si riconosce la necessita' di una piu' accurata modellizzazione per quanto riguarda la tomografia di tipo chirp, con l'obiettivo di utilizzare in quest'ambito tutta l'esperienza accumulata in ambito SPECT (i dati saranno forniti dai ricercatori che hanno sviluppato un prototipo presso l'Universita' di Niigata in Giappone); si individua la necessita' di una collaborazione tra le unita' di Trieste e Genova su alcune questioni teoriche di base che riguardano un problema fondamentale per la tomografia a frequenza fissa;

- si riconosce la rilevanza per il progetto delle questioni di base

affrontate dal gruppo di Trieste. In particolare si osserva che alcune delle ricerche gia' avviate dall'unita' sulla unicita' e stabilita' della determinazione di frontiere in ambito di modelli elettrostatici, elastici o termici, se anche non sono di immediata e diretta applicazione all'imaging medico, possono costituire una solida base teorica per l'indagine di metodi di imaging nonlineare basati su tecniche elettromagnetiche o acustiche.

Sulla base di quanto emerso nelle due sessioni di presentazione dello stato dell'arte e delle prospettive, nella riunione del Comitato di progetto tenutasi nel pomeriggio del 30 Gennaio sono stati definiti gli incontri tra le varie unita', relativi alla prima fase del progetto ed aventi l'obiettivo di accrescere l'integrazione tra le varie attivita' e di permettere una piu' precisa definizione degli obiettivi del progetto. Di seguito si elencano le azioni che sono state definite:

- incontri tra le unita' di Firenze, Genova e Napoli per il trasporto su BEOWULF dei codici di ricostruzione SPECT e la definizione delle caratteristiche del software finale;

- incontri tra le unita' di Genova e Pisa per avviare lo studio delle strutture dei problemi tomografici;

- incontri tra le unita' di Firenze e Bologna per ridefinire gli obiettivi del progetto nel campo dell'imaging MR;

- incontri tra le unita' di Bologna e Pisa su precondizionatori e loro applicazioni a problemi di denoising;

- incontri tra le unita' di Bologna e Napoli per definire un'azione comune nell'ambito del denoising delle immagini ecocardiografiche;

- incontri tra le unita' di Trieste e Genova per avviare una collaborazione su problemi matematici che interessano la tomografia a microonde. L'informazione sugli incontri avvenuti e sulle conclusioni da essi emerse dovranno essere comunicate a tutti gli altri coordinatori.

Per quanto riguarda la pagina web del progetto, si da' l'incarico di predisporla a Paola Bonetto dell'unita' di Genova. Essa dovra' contenere pagine dedicate a: Il progetto (modello A e obiettivi), Unita' partecipani (con i modelli B delle varie unita' ed eventuali rapporti semestrali), Comitato di progetto (con i link alle pagine dei coordinatori), Riunioni del comitato di progetto, Relazione annuale, Relazione finale, Pubblicazioni, Partecipazioni a convegni, Software realizzato. Si stabilisce di definire dei templates comuni per le pagine a cui dovranno contribuire le varie unita'.

Infine si evidenzia l'opportunita' di una significativa partecipazione dei ricercatori del progetto al Congresso internazionale su "Applied Inverse Problems: Theoretical and Computational Aspects", che si terra' a Montecatini dal 18 al 22 Giugno 2001. Si invitano inoltre Andreas Formiconi e Luisa D'Amore a presentare al comitato organizzatore del Congresso proposte di minisimposi sulle applicazioni dei problemi inversi all'imaging medico.

Last updated: September 9, 2003