Indice
Introduzione. ... 2
CAPITOLO 1 –ULCERE CUTANEE E NIRS ... 4
1.1 Anatomia e funzionamento della cute. ... 5
1.2 Ulcere cutanee. ... 6
1.2.1 Trattamenti e ossigeno terapia iperbarica (OTI) ... 8
1.2.2 Valutazione dello stato di guarigione delle ulcere cutanee. ... 11
1.3. NIRS. ... 12
1.3.1 Principi fisici. ... 13
1.3.2 Strumentazione NIRS. ... 16
1.3.3 Applicazioni cliniche. ... 20
1.3.4 Pregi e difetti della NIRS ... 22
CAPITOLO2-ACQUISIZIONE E ELABORAZIONE DI IMMAGINI NIRS ... 24
2.1 Dispositivo di acquisizione: camera Kent. ... 25
2.2 Registrazione delle immagini ... 28
2.3 Segmentazione. ... 34
CAPITOLO 3–METODI IMPLEMENTATI ... 44
3.1 Protocollo sperimentale. ... 45
3.2 Metodi di elaborazione delle immagini NIRS. ... 47
3.2.1 Pre-processing: allineamento. ... 47
3.2.2 Metodi di segmentazione adottati. ... 54
3.3 Distance transform. ... 65
3.4 Profili di intensità dell’immagine ... 67
CAPITOLO 4–ANALISI DEI RISULTATI ... 69
4.1 Valutazione dell’efficacia della terapia iperbarica. ... 70
4.2 Analisi dei risultati ottenuti dai processi di segmentazione e allineamento. ... 80
Conclusioni. ... 93
APPENDICE A ... 96
Bibliografia. ... 100
Ringraziamenti ... 104
Studio e sviluppo di un metodo per l'elaborazione di immagini NIRS ai fini della caratterizzazione di ulcere venose croniche
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Introduzione.
L’ulcera venosa è un processo patologico molto comune, colpisce circa l’1% della popolazione mondiale, e ha un’influenza non indifferente sui costi sanitari a causa della sua elevata diffusione, della lenta guarigione e dell’alto tasso di recidiva[1]. L’ulcera colpisce gli arti inferire ed è causata, prevalentemente, da ipertensione venosa che produce una dilatazione locale venosa con ristagno circolatorio, intrappolando i leucociti con conseguente rilascio di enzimi proteolitici che distruggono il tessuto. La zona lesa è ricoperta da fibrina e altre sostanze macromolecolari che ostacolano la riparazione della ferita[2]. La lesione, inoltre, spesso può evolvere in una “chronic non-healing wound” (cioè una lesione con scarse probabilità di guarigione) a causa di diversi fattori tra cui: l’ipossia, l’infiammazione, l’ischemia, l’infezione. L’ulcera, generalmente, è curata con la combinazione di più trattamenti come la terapia compressiva, la terapia farmacologica, la chirurgia. Recentemente, è stata introdotta una nuova terapia: la terapia iperbarica (HBOT). Questa induce un aumento di ossigeno nel sangue e quindi un incremento della sua diffusione nei tessuti con conseguente correzione dell’ipossia, facilitando il processo di guarigione della ferita [2]. Per valutare l’efficacia della terapia iperbarica, oltre ad estrarre i parametri tradizionalmente usati nel monitoraggio dello stato di guarigione dell’ulcera, come la dimensione e la profondità della ferita, un altro parametro che può essere adoperato è lo stato di ossigenazione dei tessuti.
Questi parametri possono essere ottenuti attraverso tecniche di imaging ottico. Tra quelle più utilizzate, in ambito clinico o di ricerca, troviamo: imaging iperspettrale (HSI), imaging multi spettrale (MSI), laser doppler imaging (LDI), imaging con macchina fotografica digitale, tomografia a coerenza ottica [3]. Una recente tecnica introdotta in ambito di ricerca per stabilire la condizione di guarigione dell’ulcera è la spettroscopia nel vicino infrarosso (NIRS), questa è capace di fornire, in modo non invasivo, informazioni sul livello di ossigenazione e perfusione tissutale. La spettroscopia nel vicino infrarosso è una tecnica di imaging recentemente utilizzata per distinguere ferite che guariscono da ferite che non guariscono in quanto è in grado di fornire informazioni funzionali e fisiologiche sulla ferita.
Da studi condotti da alcuni ricercatori [4][5], utilizzando la NIRS, per monitorare i
cambiamenti emodinamici della zona d’interesse, è emerso che le ferite che tendono a guarire
mostrano livelli di concentrazione di emoglobina inizialmente alti, che in seguito al
trattamento della ferita diminuiscono per avvicinarsi ai livelli di concentrazione del tessuto
sano. Al contrario le ferite che non tendono a guarire mostrano livelli di emoglobina alti che
non diminuiscono nel tempo.
Studio e sviluppo di un metodo per l'elaborazione di immagini NIRS ai fini della caratterizzazione di ulcere venose croniche
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Questo lavoro di tesi ha come obiettivo la valutazione dell’efficacia della terapia iperbarica in pazienti affetti da ulcere venose attraverso la tecnica di imaging nel vicino infrarosso. Il dispositivo NIRS utilizzato è la “Kent Camera Multispectral Imaging Device”
della Kent Imaging Inc, presente nel Centro Iperbarico di Ravenna.
Di seguito, illustrerò brevemente la struttura dell’elaborato, diviso in quattro capitoli.
Nel capitolo 1 sono introdotti i principali concetti relativi all’apparato tegumentario, sono descritte le ulcere cutanee ed i loro trattamenti, in particolar modo la terapia iperbarica.
Infine è presentata la spettroscopia nel vicino infrarosso descrivendo i concetti teorici, la strumentazione e le applicazioni cliniche.
Nel capitolo 2 è descritto il funzionamento del dispositivo NIRS adoperato ed è presentato lo stato dell’arte delle tecniche di segmentazione e di registrazione per le immagini mediche.
Nel capitolo 3 è illustrato il protocollo sperimentale e sono decritti i metodi di elaborazione delle immagini utilizzate: l’allineamento (come parte di pre-elaborazione), la segmentazione, la distance transform.
Nel capitolo 4 sono discussi i risultati ottenuti.
Nell’appendice A è riportato il manuale di uso dello strumento software sviluppato in
Matlab.
