Tesis sobre el tema "Spettroscopia di risonanza magnetica"

La spettroscopia di risonanza magnetica (MRS) è un metodo non invasivo utile per la diagnosi di alcune patologie legate a variazioni del metabolismo che interessano il sistema nervoso centrale, poiché consente di quantificare i metaboliti presenti nel cervello. La MRS in vivo misura i segnali di molecole presenti in concentrazioni superiori a 1-2 mM per limiti di sensibilità della metodica. Inoltre, per avere un buon rapporto segnale rumore solitamente è necessario utilizzare lunghe procedure di acquisizione. Le concentrazioni dei metaboliti possono essere ricavate in rapporto relativo oppure in valore assoluto. In questo elaborato si riportano alcuni protocolli sviluppati per la determinazione delle concentrazioni metaboliche assolute in vivo, che necessitano di uno standard a concentrazione nota, interno o esterno. In particolare, come riferimento interno si considera il segnale dell’acqua presente all’interno del voxel analizzato; mentre il riferimento esterno consiste in una soluzione campione a concentrazione nota, funzionale all’analisi d’interesse. Nella tesi vengono descritti metodi di calibrazione e correzione dei tempi di rilassamento per la quantificazione dei metaboliti in vivo. Nell’ultimo capitolo, si riportano due studi come esempio di protocolli per la quantificazione dei metaboliti nella diagnosi di tumori al cervello quali il glioma e nello studio di malattie metaboliche, in particolare la malattia di Canavan.

L’Imaging a Risonanza Magnetica (MRI) e la Spettroscopia di Risonanza Magnetica (MRS) sono strumenti preziosi per indagare in modo non invasivo l’anatomia e le funzioni del cervello umano. Le informazioni estratte dai dati MRI e MRS possono essere utilizzate come biomarker per lesioni cerebrali. La spettroscopia studia i metaboliti presenti in una regione di interesse e il profilo metabolico della regione dipende dal tipo di tessuto che è stato selezionato. Per questa Tesi abbiamo applicato la pipeline FAST del tool FSL-MRS di una software library, FSL, sviluppata per l’analisi delle immagini e per la statistica dei dati provenienti da immagini di risonanza magnetica. La pipeline è stata applicata al dataset anonimizzato dell’IRCCS Istituto delle Scienze Neurologiche di Bologna, ospedale Bellaria delle acquisizioni di spettroscopia cerebrale di RM in diverse localizzazioni del cervello, che costituiscono il pool di dati di volontari sani utilizzati come riferimento per le valutazioni cliniche in ambito neurologico. L’algoritmo FAST calcola la segmentazione, ovvero la percentuale di tessuti cerebrali (sostanza bianca, sostanza grigia e liquido cefalorachidiano), nei voxel indagati dalla Spettroscopia di RM. È stata poi valutata la bontà della segmentazione per poter procedere con ulteriori studi indirizzati specificatamente al tessuto della regione interessata. Si è scelto di utilizzare FSL perché è un software free e utilizza un approccio come quello di LCModel (http://lcmodel.ca/lcm-license.shtml) che è il software maggiormente utilizzato in questo ambito ed è solo recentemente diventato gratuito. Inoltre FSL offre dei tool aggiuntivi come quello della segmentazione che è stato valutato in questa Tesi.

La dialisi extracorporea, o emodialisi, è il metodo per ripulire il sangue meccanicamente mediante circolazione extracorporea, in modo da rimuovere sostanze che normalmente sarebbero eliminate dai reni e viene praticata quando la funzionalità renale di un individuo è in parte o totalmente compromessa. Durante una singola seduta di terapia dialitica il paziente può essere esposto a una quantità d'acqua che varia tra i 100 e i 120 litri. L’attività di tesi si inserisce nel contesto della cosiddetta “emodialisi sostenibile”, che ha tra gli obiettivi principali la riduzione del consumo idrico. Un metodo efficace in tal senso potrebbe essere rappresentato da sistemi di rigenerazione online dell’effluente che permetterebbero il ricircolo del liquido di dialisi. Alla base dello sviluppo di un sistema di questo tipo vi è l’analisi e la caratterizzazione del liquido di dialisi in termini di elettroliti e di tutte le altre specie in esso presenti (tossine uremiche, proteine ecc.). Obiettivo di questa tesi è l’analisi sperimentale della composizione del liquido di dialisi pre e post filtro tramite una tecnica avanzata di indagine quale la spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR). La spettroscopia NMR è un metodo basato sulle proprietà magnetiche dei nuclei di alcuni atomi/isotopi, il cui scopo è quello di ricavare informazioni sulla frequenza di risonanza dei nuclei attivi (come H e 13C) in risposta a un determinato campo magnetico. Esaminando gli spettri NMR dei dialisati è stato possibile caratterizzare qualitativamente le piccole molecole (zuccheri, amminoacidi, osmoliti, acidi organici ecc.) presenti nei diversi campioni. Inoltre dall’osservazione dei dati si possono apprezzare importanti differenze tra pazienti dializzati affetti da patologia diabetica rispetto a pazienti dializzati non diabetici. La spettroscopia NMR è risultata essere un metodo efficace per lo studio dei campioni di fluido, in quanto richiede una preparazione strumentale semplice e veloce.

Leparan solfato è un polisaccaride lineare altamente solfatato appartenente alla famiglia dei glicosamminoglicani. Esso è ubiquitariamente presente in tutte le cellule dei mammiferi e gioca un ruolo importanti in una serie di processi fisiologici e patologici come sviluppo embrionale, infezioni batteriche e virali, risposta infiammatoria e coagulazione del sangue Leparan solfato è composto da ununità disaccaridica di acido glucuronico o iduronico legato ad unammina che può essere solfata o acetilata. La disposizione dei gruppi solfato e la posizione dellacido iduronico sulle catene di eparan solfato sono essenziali per la sua funzione biologica nonostante le relazioni struttura-attività non siano ancora completamente chiarite. Una nuova sintesi chemioenzimatica è stato utilizzata per sintetizzare una serie di derivati oligosaccaridici delleparan solfato con struttura ben definita. Metodi basati sulla risonanza magnetica nucleare sono stati utilizzati per studiare la conformazione dei derivati oligosaccaridici delleparan solfato sia liberi in soluzione che legati allantitrombina. LNMR è stato inoltre utilizzato per determinare la struttura e la conformazione di un mimetico delleparan solfato, attualmente in fase III di sperimentazione clinica, con effetti anti-tumorali grazie alla sua azione inibitoria nei confronti delleparanase. La nuova sintesi chemioenzimatica è stata utilizzata come un valido strumento per progettare e sintetizzare un nuovo inibitore delleparanase.
Heparan sulfate (HS) is a linear highly sulfated polysaccharide belonging to glycosaminoglycans family ubiquitously present in all mammals cell surface that play an important role in different physiological and pathological biological events, like embryonic development, viral and bacteria infections, inflammation response and blood coagulation processes. HS is composed by disaccharide repeating units of glucuronic acid (GlcA) or iduronic acid (IdoA) linked to N-sulfated or N-acetylated glucosamine. The sulfation patterns and locations of IdoA containing domains are essential for the function of HS. The conformation of HS also contributes to its biological function even though the relation structure-activity are still unclear. Novel chemoenzymatic approach was used to synthesize a series of HS derivates with a well-defined structure. NMR-based methods are used study the conformation of heparan sulfate-like oligosaccharides at the free state in solution and in complex with Antithrombin. NMR was used to obtain information regarding the structure and the conformation of a Heparan Sulfate mimetic which deters tumor growth by blocking tumor angiogenesis and prevents tumor cells from spreading via heparanase inhibition. Novel chemoenzymatic synthesis was used as a valid tool to design and synthetize a novel heparanase inhibitor.

La radioterapia guidata dalle immagini è una terapia medica che utilizza acquisizioni frequenti di immagini durante la radioterapia. Scopo di questo elaborato è di dimostrare come l'acquisizione di bioimmagini con risonanza magnetica durante l'erogazione del trattamento radioterapico possa portare a una notevole riduzione dei problemi a cui la radioterapia è legata: errori di posizionamento del paziente, localizzazione del volume bersaglio, movimento degli organi durante l'erogazione del trattamento. Partendo dai meccanismi biologici e fisici di iterazione tra le particelle del fascio di erogazione del trattamento e quelle tumorali costituenti il tessuto bersaglio, si è descritta la radioterapia guidata dalle immagini, accostandola alla risonanza magnetica nel trattamento di specifici tumori situati nei polmoni, nella zona del collo e della testa, e nella prostata. Infine si sono descritti gli impianti di ultima generazione che integrano il sistema per l'erogazione del trattamento radioterapico con quello di acquisizione di immagini con risonanza magnetica.

Le apparecchiature di risonanza magnetica negli anni si sono evolute permettendo di creare immagini sempre di miglior qualità. Poiché realizzare questi macchinari non è semplice, né poco costoso, è nata la necessità di avere a disposizione software di simulazione che diano la possibilità di studiare la miglior configurazione del macchinario, per permettere di ottenere la massima qualità possibile. Questa tesi si pone l’obiettivo di analizzare come questi simulatori si siano evoluti nel tempo, grazie anche all’avanzamento tecnologico, per riuscire a simulare sempre più fedelmente il processo di formazione delle immagini di risonanza magnetica. In particolare, studieremo il funzionamento di due simulatori, confrontandone le caratteristiche. Per comprendere il funzionamento di questi simulatori si ritiene opportuno introdurre preliminarmente una panoramica sul principio fisico e sul funzionamento della risonanza magnetica.

In questa tesi è stato affrontato il problema della ricostruzione di mappe quantitative dei parametri di risonanza magnetica per problemi di fingerprinting, caratterizzati da un forte sottocampionamento dei dati in fase di acquisizione. In particolare è stata testata l'applicabilità di un nuovo approccio di fingerprinting, chiamato magnetic resonance fingerprinting con vincolo low rank. E' stato mostrato attraverso esperimenti retrospettivi in un ambito puramente di simulazione che questo metodo esegue una ricostruzione di alta qualità e produce delle mappe accurate dei parametri. A confronto con le tecniche standard di imaging a risonanza magnetica, l'approccio di fingerprinting può potenzialmente ridurre il tempo di esecuzione e quindi il costo degli esami clinici, risultando più conveniente e competitivo di altre modalità di imaging.

Lo scopo di questo elaborato è quello di studiare la ripetibilità della misura degli indici di anisotropia frazionaria (FA: fractional anisotropy) e diffusività media (MD: mean diffusivity) relativi alla diffusione delle molecole d’acqua in risonanza magnetica cerebrale. Questi indici derivano dal tensore di diffusione, modello matematico per la rappresentazione della diffusione anisotropa, caratterizzante in particolar modo la sostanza bianca cerebrale. Lo studio della ripetibilità della misura di questi indici si è avvalso di 5 acquisizioni appartenenti ad una stessa sessione del dataset internazionale “SIMON”, composto da 73 sessioni effettuate sullo stesso soggetto. Sono state scelte 5 acquisizioni effettuate lo stesso giorno, con lo stesso scanner e protocollo di acquisizione. Dalle immagini pesate in T1 è stato ricavato il volume della sola sostanza bianca cerebrale, utilizzando il software FreeSurfer; dalle immagini pesate in diffusione è stato calcolato il tensore e gli indici derivati di FA e MD, utilizzando rispettivamente i pacchetti CAMINO e DTI-TK. Successivamente ad una coregistrazione, sono state ottenute le mappe di FA e MD della sola sostanza bianca cerebrale. La ripetibilità di tali indici è stata valutata globalmente mediante analisi ad istogrammi, calcolando il coefficiente di variazione delle metriche che descrivono l’istogramma di ciascuna mappa: mediana, moda ed altezza di picco. I risultati di questo studio indicano una buona ripetibilità della mediana dell’istogramma di entrambi gli indici, dell’altezza di picco per FA, ma una bassa ripetibilità della moda dell’istogramma di FA e MD.

La stesura del presente elaborato si è occupata di analizzare la robustezza di un metodo di inversione per dati bidimensionali provenienti da Risonanza Magnetica Nucleare (NMR) chiamato I2DUPEN. L’algoritmo senza alcuna informazione a priori riguardante il rumore, indissolubilmente legato al segnale elettromagnetico, fornisce un’approssimazione della distribuzione dei valori dei tempi di rilassamento longitudinale e trasversale delle popolazioni di spin e l’insieme dei valori dei coefficienti di regolarizzazione del metodo di inversione per mezzo dell’utilizzo di metodi iterativi. Infatti, per costruzione, riuscire ad ottenere questi risultati significa risolvere un problema malposto che necessita di approcci specifici, come ad esempio l’aggiunta di un termine di regolarizzazione. L’algoritmo I2DUPEN utilizza alcuni parametri specifici (β0,βp,βc) per calcolare il termine di regolarizzazione, i cui valori determinano la sua capacità di ottenere affidabili distribuzioni NMR. La sua implementazione numerica richiede l’utilizzo di una serie di algoritmi iterativi. Tali algoritmi sono caratterizzati da parametri specifici, diversi da quelli richiesti dal calcolo della regolarizzazione; si tratta in particolare di tolleranze che controllano le iterazioni. L’obiettivo della presente tesi è stato quello di individuare un set di parametri per gli algoritmi numerici indipendente dai dati processati e dai valori dei parametri di I2DUPEN. Oltre a ricercare questo insieme di parametri, si è investigato sull’eventuale correlazione esistente tra i parametri esaminati e sulla loro distinzione in parametri che dipendono dalla natura del campione e parametri che invece non dipendono dalla sua natura. La sperimentazione numerica è stata realizzata utilizzando il software 2DUpenWin, che realizza l’algoritmo I2DUPEN. In questo modo è stato possibile fornire un insieme di parametri di default, utile per un eventuale sviluppo commerciale del software.

Molte applicazioni sono legate a tecniche di rilassometria e risonanza magnetica nucleare (NMR). Tali applicazioni danno luogo a problemi di inversione della trasformata di Laplace discreta che è un problema notoriamente mal posto. UPEN (Uniform Penalty) è un metodo numerico di regolarizzazione utile a risolvere problemi di questo tipo. UPEN riformula l’inversione della trasformata di Laplace come un problema di minimo vincolato in cui la funzione obiettivo contiene il fit di dati e una componente di penalizzazione locale, che varia a seconda della soluzione stessa. Nella moderna spettroscopia NMR si studiano le correlazioni multidimensionali dei parametri di rilassamento longitudinale e trasversale. Per studiare i problemi derivanti dall’analisi di campioni multicomponenti è sorta la necessità di estendere gli algoritmi che implementano la trasformata inversa di Laplace in una dimensione al caso bidimensionale. In questa tesi si propone una possibile estensione dell'algoritmo UPEN dal caso monodimensionale al caso bidimensionale e si fornisce un'analisi numerica di tale estensione su dati simulati e su dati reali.

La Risonanza Magnetica Nucleare (RMN), o MRI (Magnetic Resonance Imaging), è una metodologia di diagnostica che sfrutta un particolare fenomeno quantistico scoperto dai fisici Felix Bloch e Edward Purcell. Questo fenomeno è associato al comportamento di certi nuclei di alcune specie chimiche quando questi sono immersi in un campo magnetico statico e sono esposti ad un secondo campo magnetico oscillante. Questa metodologia non è invasiva, a differenza della radiografia a raggi X, e si presta molto bene all'imaging funzionale. In particolare la risonanza magnetica funzionale (RMF), o fMRI (functional Magnetic Resonance Imaging), sfrutta il differente comportamento megnetico dell'emoglobina ossigenata e non ossigenata, misurando un particolare segnale, detto BOLD (Blood Oxygen Level Dependent). Questa metodologia è stata soprattutto applicata in neurologia e neuroscienze per lo studio della funzionalità cerebrale.

INTRODUZIONE. In campo oncologico la Risonanza Magnetica multiparametrica (RMmp) sta diventando sempre più importante in quanto sequenze multiple, quali T2 e DWI, permettono di rilevare la presenza di tumore, ovvero di zone ipo-iper-intense rispetto al tessuto circostante. L’analisi delle immagini mediante tecniche di texture analysis può essere utilizzata per cercare dei potenziali biomarker che aiutino il radiologo nella diagnosi svolgendo un ruolo di second opinion per detection e diagnosis di una lesione ancor prima di aver eseguito la biopsia. MATERIALI E METODI. In questa Tesi sono state analizzate le sequenze T2 e DWI di RMmp-3T per identificare le neoplasie prostatiche mediante tecniche di texture analysis con estrazione di feature su patch locali centrate sui pixel d’interesse, la cui distribuzione spaziale è stata visualizzata ed analizzata mediante colormap su cui è stato applicato un algoritmo di segmentazione automatica. Sono state calcolate sette feature e per ciascuna nove descrittori statistici. RISULTATI. Dalla feature più significativa (entropia) nel caratterizzare l’eterogeneità del tessuto, sono state rilevate automaticamente le lesioni e confrontate con quelle segmentate manualmente dal medico, valutando mutualmente le performance ottenute (lesioni rilevate nel 96.55% dei casi con una media del 72.42% di lesioni con il radiologo come ground-truth e con una media del 53.33% di lesioni viceversa). Le feature locali risultano inoltre ben correlate con i biomarker clinici per la stratificazione delle lesioni (ρ=0.695 tra Skewness della Media e PSALT e ρ=0.790 tra la Kurtosi della Mediana e PSALT). CONCLUSIONI. I risultati ottenuti incoraggiano futuri approfondimenti nello studio della texture analysis che deve comprendere un’analisi multiparametrica di tutte le feature ed essere estesa a tutte le sequenze disponibili dalla RMmp. La metodologia sviluppata ha le caratteristiche per embrionali di un sistema di Computer Aided Detection/Diagnosis (CAD).

Il lavoro fornisce una ricostruzione anatomica tridimensionale dell'atrio sinistro in pazienti affetti da fibrillazione atriale. Le immagini utilizzate sono state acquisite in risonanza magnetica e, precisamente sono dati coronali di angio RM. L'elaborazione prevede una segmentazione dei dati e un'individuazione del contorno dell'area anatomica di interesse. Il risultato finale è l'interpolazione lungo l'asse z di acquisizione e una visualizzazione in tre dimensioni.

La presenza, all’interno di una struttura sanitaria, di apparecchiature diagnostiche a Risonanza Magnetica (RM) determina l’esistenza di una serie di rischi legati alle caratteristiche strutturali e tecnologiche dell’impianto stesso. Con il presente lavoro di tesi si intende fare un sunto ragionato dei principali aspetti riguardanti la sicurezza del sito di risonanza magnetica in fase di installazione e i controlli di qualità necessari al fine di un duraturo mantenimento dell’impianto. Si evidenziano inoltre le linee guida comportamentali delle figure coinvolte, in riferimento alle normative vigenti, con particolare attenzione al paziente nella fase di preparazione all’esame RM. Infine si mettono in luce le possibili situazioni di emergenza e i protocolli da seguire in tali circostanze. L’obiettivo del documento consiste nel descrivere in modo conciso tutte le conoscenze che chiunque si accinga a un sito di Risonanza Magnetica dovrebbe avere, conscio dei rischi sanitari connesso ad esso. In particolare i rischi sono dovuti alla presenza di: • Un campo magnetico statico. • Un campo elettromagnetico a radiofrequenza (RF), con frequenza dipendente dall’intensità del campo magnetico statico, attivato nel momento di esecuzione degli esami; • Gradienti di campo magnetico necessari per la codifica spaziale del segnale RM, attivati durante le sequenze di acquisizione.

Il rilassamento della risonanza magnetica nucleare (NMR) è un ottimo indicatore per lo studio sulla composizione, struttura e dinamica delle molecole, basato sulla correlazione tra le costanti di tempo di rilassamento longitudinale e trasversale. Il problema di determinare la distribuzione dei tempi di rilassamento dei dati NMR è un noto problema inverso mal posto. Data la grande dimensione e il mal condizionamento, il problema è solitamente riformulato utilizzando la decomposizione ai valori singolari troncata (TSVD) come un problema di ottimizzazione di Tikhonov vincolato positivamente di dimensioni minori. L’obiettivo di questo lavoro di tesi è stato quello di analizzare un modello ibrido proposto in cui la soluzione viene approssimata nel sottospazio formato solo da vettori singolari che corrispondono ai valori singolari al di sopra di una certa soglia. Questo modello si è andato a confrontare con il modello standard in cui il sottospazio in cui si approssima la soluzione in questo caso è meno stabile. Questo confronto è stato fatto su un problema test risolvendo il problema di ottimizzazione vincolato positivamente con due metodi. Dalle analisi riscontrate si è potuto constatare che risolvere il problema nel giusto sottospazio, ossia quello formato dal modello ibrido proposto, fa si che la soluzione approssimata sia più stabile. Inoltre si è riscontrata una sensibilità minore al parametro di troncamento, rispetto invece al modello standard che è più sensibile.

Aim of the present study was to evaluate the accuracy of transrectal ultrasound biopsy (TRUS-biopsy) directed to regions with abnormal MRI and/or MRSI (magnetic resonance spectroscopic imaging ) for both the transition (TZ) and the peripheral (PZ) zones in patients who presented with persistent suspect for prostate cancer and with prior negative biopsy. We also evaluated relationship between MRSI results and histopathological findings of biopsy. 54 patients with the aforementioned characteristics underwent MRI/MRSI at least 6 months after prior negative biopsy; interval between MRI/3D-MRSI and the further TRUS-biopsy was less than 3 months. The prostate was divided in 12 regions both for imaging interpretation and biopsy. Moreover one to three cores more were taken from each region with abnormal MRI and/or 3D-MRSI. Twenty-two out of 54 patients presented cancer at MRI/MRSI-directed-TRUS-biopsy. On a patient basis the highest accuracy was obtained by assigning malignancy on a positive finding with MRSI and MRI even though it was not significantly greater than that obtained using MRI alone (area under the ROC curve, AUC: 0.723 vs. 0.676). On a region (n=648) basis the best accuracy was also obtained by considering positive both MRSI and MRI for PZ (0.768) and TZ (0.822). Twenty-eight per cent of cores with prostatitis were false positive findings on MRSI, whereas only 2.7% of benign prostatic hyperplasia was false positive. In conclusion the accuracy of MRI/MRSI-directed biopsies in localization of prostate cancer is good in patient and region analyses. The combination of both MRI and MRSI results makes TRUS-biopsy more accurate particularly in the TZ (0.822) for patients with prior negative biopsies. Histopathological analysis showed that the main limitation of MRSI is the percentage of false positive findings due to prostatitis.

Aim of the present study was to evaluate the accuracy of transrectal ultrasound biopsy (TRUS-biopsy) directed to regions with abnormal MRI and/or MRSI (magnetic resonance spectroscopic imaging ) for both the transition (TZ) and the peripheral (PZ) zones in patients who presented with persistent suspect for prostate cancer and with prior negative biopsy. We also evaluated relationship between MRSI results and histopathological findings of biopsy. 54 patients with the aforementioned characteristics underwent MRI/MRSI at least 6 months after prior negative biopsy; interval between MRI/3D-MRSI and the further TRUS-biopsy was less than 3 months. The prostate was divided in 12 regions both for imaging interpretation and biopsy. Moreover one to three cores more were taken from each region with abnormal MRI and/or 3D-MRSI. Twenty-two out of 54 patients presented cancer at MRI/MRSI-directed-TRUS-biopsy. On a patient basis the highest accuracy was obtained by assigning malignancy on a positive finding with MRSI and MRI even though it was not significantly greater than that obtained using MRI alone (area under the ROC curve, AUC: 0.723 vs. 0.676). On a region (n=648) basis the best accuracy was also obtained by considering positive both MRSI and MRI for PZ (0.768) and TZ (0.822). Twenty-eight per cent of cores with prostatitis were false positive findings on MRSI, whereas only 2.7% of benign prostatic hyperplasia was false positive. In conclusion the accuracy of MRI/MRSI-directed biopsies in localization of prostate cancer is good in patient and region analyses. The combination of both MRI and MRSI results makes TRUS-biopsy more accurate particularly in the TZ (0.822) for patients with prior negative biopsies. Histopathological analysis showed that the main limitation of MRSI is the percentage of false positive findings due to prostatitis.

The Sulfate Permease SulP is a ubiquitous family of membrane transporters that uptake or exchange inorganic anions. In bacteria and plants, these transporters mediate the uptake of sulfate, a source of sulfur, a key element in bacterial and eukaryotic metabolism. Genes involved in sulfur metabolism have been found to be virulence determinants in mammalian pathogens. In Mycobacteria, for example, overexpression screening of several bacterial genes related to environmental stresses revealed inducible, stable accumulation of the high affinity sulfate-specific SulP transporter Rv1739c. In mammals, the SulP transporters are represented by the SLC26 family (Solute Linked Carrier). Mammalian anion transporters are versatile anion exchangers, with important roles in normal physiology and human pathophysiology. The clinical relevance of the Slc26 gene family has been highlighted with the identification of pathogenetic mutations in four genes involved in inherited human diseases (Slc26A2 - diastrophic dysplasia, Slc26A3 - congenital chloride diarrhoea, Slc26A4 - Pendred syndrome, Slc26A5 - non-syndromic deafness). The SulP proteins consist of a N-terminal hydrophobic core composed of a variable number of trans-membrane stretches and a C-terminal cytoplasmic portion that includes a STAS (Sulphate Transporter and Anti-Sigma factor antagonist) domain. The N-terminal domain is associated with anion transport, while the function of the STAS domain remains unknown; nevertheless, in plant SulP and mammalian SLC26 transporters, STAS is considered to play a fundamental role, essential for plasma membrane targeting and transport function. Sequence analysis revealed an unexpected similarity between the C-terminal cytoplasmatic part of SulP transporters and the bacterial antisigma-factor antagonists ASA, typified by Bacillus subtilis SPOIIAA (117 aa). SpoIIAA consists of a four-strands β-sheet surrounded by four α-helices. Unlike the bacterial ASA, the STAS domains of the anion transporters are poorly characterized in terms of both their function and structure. In the STAS domains, the β-scaffold and the loop between strand β3 and helix α2 are highly conserved, while a variable loop of different length is predicted between helix α1 and strand β3 and a variable extension is present at the C-terminal. These elements indicate that, probably, the 3D structure of the anion transporters STAS domains deviates unpredictably from that of the bacterial ASA. Thus, the structural characterization of the STAS domains of the SulP transporters family is important to understand their physiology and the role of mutations in the related pathologies. As far as the structural organization of these proteins is concerned, no three dimensional structures of domains or full-length sequences are available yet, either for mammalian SLC26 anion transporter or for other members of the SulP family. This is the main aim of this project. In fact, the limited dimensions of the protein make it investigable by solution NMR techniques. We focused our attention on three STAS domains, which were expressed in E. coli and studied by NMR: 1) Rv1739c STAS from Mycobacterium tuberculosis: we expressed a single 15N-labelled sample which allowed us to collect HSQC experiments of good quality; unfortunately, the protein revealed to be extremely temperature sensitive and denatured while testing different temperature conditions. However, the real trouble with this protein was the poor yield in its expression. Unfortunately, just before changing the expression strategy to improve the expression (from a common thrombin-removable His-tag to a removable SUMO fusion domain), NMR assignment of the same protein was published. 2) SULTR1;2 STAS from Arabidopsis thaliana: we expressed a single 15N-labelled sample which allowed us to collect HSQC experiments that revealed a self-aggregation compatible with the formation of homodimers. The protein showed to be very unstable and precipitated quantitatively within few hours after the beginning of the experiments. 3) Prestin STAS from Rattus norvegicus. Prestin (SLC26A5) is highly and almost exclusively expressed in the outer hair cells (OHCs) of the organ of Corti in the inner ears of mammals; unlike the other members of the SLC26 family, it has the unique property of voltage-dependent conformational changes and it is considered the key player in the OHCs electromotility. In response to changes in the trans-membrane voltage, the motor protein is thought to undergo a structural rearrangement that changes its area in the plasma membrane with the consequence that the cell changes its length by up to 5%. Mutations of Prestin have been shown to cause severe hearing deficit. We were able to produce the recombinant 15N-labeled and 15N-13C-labeled STAS domain of Prestin, stable at millimolar concentration (1.2 mM) in the form of a wellfolded monomer. We collected the following 13C,15N heteronuclear NMR experiments: HNCO, HNCA, HN(CA)CO, CBCA(CO)NH, HNCACB, H(CA)NH, HBHA(CBCACO)NH, H(CCCO)NH, (H)CC(CO)NH, HCCH-TOCSY, CBHD, aromatic-13C-HSQC, (H)C(NC)H-His, (HB)CB(CGCC)H-TOCSY (for Tyr and Phe), 13C-NOESY (aromatic and aliphatic), 15N-NOESY. Besides, a C-detected HCACO experiment was collected. All these experiments required about 45 days. The assignment of the backbone and the side chains is now complete for about 90% of the residues. Unfortunately this protein has some problems of conformational exchange that quenches the HN backbone signals of two stretches of residues (35-55 and 73-80). Nevertheless, it was possible to obtain some interesting structural information.
Le Permeasi del Solfato (SulP) rappresentano una famiglia di trasportatori di membrana che assorbono o scambiano anioni inorganici. Nei batteri e nelle piante, questi trasportatori mediano l’assorbimento del solfato, una fondamentale fonte di zolfo, essenziale per il metabolismo di Procarioti ed Eucarioti. È stato dimostrato che alcuni geni coinvolti nel metabolismo dello zolfo costituiscono dei fattori di virulenza in alcuni patogeni di mammifero. Nei Micobatteri, ad esempio, l’analisi dell’espressione genica in risposta a stress ambientali ha dimostrato un accumulo inducibile e stabile della proteina Rv1739c, un trasportatore ad alta affinità e specifico per il solfato appartenente alla famiglia SulP. Nei mammiferi, i trasportatori SulP sono rappresentati dalla famiglia SLC26 (Solute Linked Carrier). I trasportatori di mammifero sono degli scambiatori anionici molto versatili, essenziali per normale fisiologia e coinvolti nella fisiopatologia umana. La rilevanza clinica della famiglia Slc26 è stata evidenziata con l’identificazione di mutazione patogeniche in quattro geni coinvolti in patologie ereditarie (Slc26A2 - displasia diastrofica, Slc26A3 - diarrea congenita con perdita di cloruro, Slc26A4 - sindrome di Pendred, Slc26A5 - sordità non sindromica). Le proteine SulP sono costituite da una regione idrofobica N-terminale composta da un numero variabile di segmenti trans-membrana e da una porzione C-terminale citoplasmatica che include un dominio STAS (Sulphate Transporter and Anti-Sigma factor antagonist). Il dominio N-terminale è associato al trasporto anionico, mentre la funzione del dominio STAS rimane sconosciuta; ciononostante, nei trasportatori SulP vegetali e SLC26 di mammifero, lo STAS è considerato fondamentale per il corretto indirizzamento verso la membrana plasmatica e per la funzione di trasporto. L'analisi di sequenza ha dimostrato un’inattesa similarità tra la regione citoplasmatica C-terminale dei trasportatori SulP e le proteine batteriche ASA (AntiSigma-factor Antagonist), caratterizzate grazie alla determinazione strutturale di SPOIIAA (117 aa) di Bacillus subtilis. SpoIIAA presenta un foglietto β costituito da quattro filamenti, circondato da quattro α-eliche. A differenza degli ASA batterici, i domini STAS dei trasportatori anionici sono scarsamente caratterizzati per quanto riguarda sia la loro funzione, sia la loro struttura. Nei domini STAS, il foglietto β e il loop compreso tra il filamento β3 e l’elica α2 sono molto conservati, mentre, a livello del loop compreso tra l’elica α1 e il filamento β3 e in posizione C-terminale, sono previste delle estensioni variabili di differente lunghezza. Queste osservazioni indicano che, probabilmente, la struttura tridimensionale dei domini STAS dei trasportatori anionici devia in modo imprevedibile da quella degli ASA batterici. Pertanto, la caratterizzazione strutturale degli STAS della famiglia SulP è fondamentale per comprenderne la fisiologia e il ruolo che le mutazioni hanno nell’insorgere delle patologie. Attualmente non è disponibile alcuna struttura tridimensionale sperimentale né dei trasportatori SulP, né dei loro domini. La determinazione strutturale dei domini STAS è il principale scopo di questo progetto. In effetti, le dimensioni limitate di queste proteine le rendono studiabili mediante tecniche di NMR in soluzione. I domini STAS delle proteine presentate qui di seguito sono stati espressi in E. coli e studiati mediante NMR: 1) STAS di Rv1739c da Mycobacterium tuberculosis: abbiamo espresso un campione marcato con l’isotopo 15N, che ci ha consentito di raccogliere esperimenti HSQC di ottima qualità; la proteina tuttavia si è dimostrata estremamente sensibile alla temperatura e si è denaturata mentre venivano testate diverse condizioni. Il principale problema con questa proteina è comunque stata la bassa resa ottenuta dalla sua espressione. Sfortunatamente, poco prima di cambiare strategia di clonaggio (passando da una comune His-tag rimuovibile con trombina ad un dominio di fusione SUMO rimuovibile), l’assegnazione NMR della stessa proteina è stata pubblicata. 2) STAS di SULTR1;2 da Arabidopsis thaliana: abbiamo espresso un campione marcato con l’isotopo 15N, che ci ha consentito di raccogliere esperimenti HSQC che hanno dimostrato un livello di aggregazione compatibile con la formazione di omodimeri. La proteina si è dimostrata molto instabile ed è precipitata in modo massivo entro poche ore dall’inizio degli esperimenti. 3) STAS di Prestina da Rattus norvegicus. La Prestina (SLC26A5) è espressa in grandi quantità e in modo quasi esclusivo nelle cellule cigliate esterne OHC (Outer Hair Cell) dell’organo del Corti, nell’orecchio interno dei mammiferi; a differenza degli altri membri della famiglia SLC26, ha la proprietà unica di subire modificazioni conformazionali voltaggio-dipendenti, ed è considerata fondamentale nell’elettromotilità delle cellule OHC. In risposta a variazioni del voltaggio trans-membrana, agisce come un motore molecolare, subendo riarrangiamenti strutturali che ne alterano la sezione nella membrana plasmatica, modificando di conseguenza la lunghezza cellulare di anche il 5%. Mutazioni della Prestina sono state individuate come la causa di gravi deficit uditivi. Abbiamo prodotto un campione di STAS marcato con 15N e un campione doppiamente marcato con 15N e 13C; questo dominio si è dimostrato stabile alle concentrazioni millimolari (1.2 mM), nella forma di un monomero ben strutturato. Abbiamo raccolto i seguenti esperimenti NMR 13C,15N-eteronucleari: HNCO, HNCA, HN(CA)CO, CBCA(CO)NH, HNCACB, H(CA)NH, HBHA(CBCACO)NH, H(CCCO)NH, (H)CC(CO)NH, HCCH-TOCSY, CBHD, 13C-HSQC per gruppi aromatici, (H)C(NC)H-His, (HB)CB(CGCC)H-TOCSY (per Tyr e Phe), 13C-NOESY (per gruppi aromatici and alifatici), 15N-NOESY, oltre ad un C-detected HCACO. Tutti questi esperimenti hanno richiesto un tempo macchina di oltre 45 giorni. L’assegnazione della catena principale e delle catene laterali è completa per circa il 90% dei residui. Purtroppo questa proteina presenta alcuni problemi di scambio conformazionale che ne sopprimono i segnali dei gruppi HN in catena principale di due sequenze (35-55 and 73- 80). È stato tuttavia possibile fare alcune interessanti considerazioni di tipo strutturale.

Questo lavoro ha l’obbiettivo di valutare i risultati ottenuti su campioni stratificati sabbia/argilla attraverso l’applicazione della risonanza magnetica nucleare e di confrontare la risposta ottenuta tramite uno strumento di misura di laboratorio con quella di una sonda geofisica normalmente utilizzata per le analisi in pozzo. Tale lavoro si è reso necessario per comprendere le cause per cui la sonda CMR-Tool realizzata da Schlumberger non sia in grado di mettere in evidenza la stratificazione sabbia/argilla che caratterizza il bacino sedimentario dell’Adriatico in cui è presente un importante bacino di coltivazione di gas naturale. La tipica risposta NMR su una formazione stratificata sabbia/argilla è costituita da una distribuzione bimodale dei tempi di rilassamento che la sonda suddetta, nel caso specifico, non è in grado di produrre. Pertanto, per conoscere le cause per cui tale bimodalità della distribuzione non si presenti, è stato necessario confrontare i risultati derivanti dalla sonda CMR-Tool e quelli ottenuti con un rilassometro a basso campo (0,2T) presente nei laboratori LAGIRN della Facoltà di Ingegneria di Bologna. Le misure sono state eseguite su diversi campioni, stratificati e non, realizzati ad hoc con conformazioni diverse per i due strumenti. Si sono inoltre eseguite misure su 4 sabbie a diversa granulometria, per valutare l’andamento dei tempi di rilassamento in funzione della dimensione dei grani. A tal fine, il lavoro di tesi si struttura in cinque capitoli principali. Nei primi due capitoli si sono discusse in breve le metodologie e le tecniche di valutazione delle georisorse fluide e si sono introdotti i principi fisici della risonanza magnetica nucleare ed i meccanismi che regolano tale fenomeno nei mezzi porosi. Nel terzo e quarto capitolo sono descritte le applicazioni petrofisiche, le tecniche e le metodologie di indagine comunemente usate allo scopo di ricavare alcune grandezze fisiche di interesse e gli strumenti adoperati per ottenere le misure geofisiche in pozzo. Nell’ultimo capitolo sono invece esposti, in maniera completa e schematica, le prove sperimentali eseguite sia presso il laboratorio LAGIRN dell’Università di Bologna e presso quello Schlumberger di Pescara. Nella sua impostazione, il lavoro è stato sviluppato per essere studiato e compreso in maniera chiara, cercando di rendere la lettura la più semplice possibile, in relazione con la complessità caratteristica del fenomeno NMR. I risultati ottenuti hanno una valenza importante e di estrema attualità nell’ambito della valutazione delle georisorse fluide ed arricchiscono ancor di più le conoscenze riguardanti le applicazioni delle tecniche a risonanza magnetica nucleare sui mezzi porosi.

Una degenerazione cancerosa può colpire qualsiasi parte del sistema nervoso centrale in diverse forme. Il registro tumori stima ogni anno in Italia 5.700 casi di tumore del sistema nervoso centrale (dati 2012). Tuttavia, questi tumori sono abbastanza rari e rappresentano l'1.3% di tutti i tumori. Più frequenti sono tumori che si formano all'interno del cervello ma che originano da cellule metastatiche provenienti da altri distretti, come la mammella, il fegato o il polmone. Negli ultimi anni le nuove tecniche chirurgiche consentono di asportare tumori, un tempo considerati inoperabili. L'intervento chirurgico è il metodo di cura dei tumori cerebrali più diffuso. Oltre all'esame neurologico completo, la diagnosi oggi viene invece fatta tramite gli strumenti di visualizzazione del cervello quali la TC e la risonanza magnetica. In particolare la risonanza magnetica in diffusione permette di fare indagini morfologiche e funzionali del tessuto tumorale. Una nuova tecnica di imaging come la DWI (Diffusion Weighted Imaging) studia la diffusività delle molecole di acqua, attraverso il loro movimento microscopico e random (movimento Browniano), indotto dall’energia termica. In questo elaborato, verranno analizzate, sulla base di studi pubblicati più recentemente, le tecniche più avanzate basate su DWI in grado di distinguere i contributi di diffusione e perfusione per discriminare il grado del tumore cerebrale e valutare metastasi cerebrali.

Il seguente lavoro di tesi si è concentrato sull'analisi statistica dei dati prodotti dall'imaging di risonanza magnetica di pazienti affetti da tumori di alto grado, in particolare glioblastoma multiforme. Le tipologie di acquisizione d'immagine utilizzate sono state l'imaging pesato in T1 e il Diffusion-Weighted Imaging (DWI). Lo studio è stato suddiviso in due fasi: nella prima è stato considerato un campione di pazienti affetti da glioblastoma multiforme che, dopo il trattamento, avessero manifestato una ricaduta della malattia; per questi pazienti è stato quantificato in che modo la dose erogata durante la terapia si sia distribuita sul target del trattamento, in particolare nella porzione di tessuto in cui andrà a svilupparsi la recidiva. Nella seconda fase, è stato selezionato un campione più ristretto che disponesse, per entrambe le modalità di imaging, di un'acquisizione pre-terapia e di un numero sufficiente di esami di follow up; questo al fine di seguire retrospettivamente l'evoluzione della patologia e analizzare tramite metodi statistici provenienti anche dalla texture analysis, i dati estratti dalle regioni tumorali. Entrambe le operazioni sono state svolte tramite la realizzazione di software dedicati, scritti in linguaggio Matlab. Nel primo capitolo vengono fornite le informazioni di base relative ai tumori cerebrali, con un'attenzione particolare al glioblastoma multiforme e alle sue modalità di trattamento. Nel secondo capitolo viene fatta una panoramica della fisica dell'imaging di risonanza magnetica e delle tecniche di formazione delle immagini, con un'ampia sezione è dedicata all'approfondimento dell'imaging in diffusione. Nel terzo capitolo viene descritto il progetto, i campioni e gli strumenti statistici e di texture analysis utilizzati in questo studio. Il quarto capitolo è dedicato alla descrizione puntuale dei software realizzati durante questo lavoro e nel quinto vengono mostrati i risultati ottenuti dall'applicazione di questi ultimi ai campioni di pazienti esaminati.

Nella pratica clinica la valutazione del tessuto mammario viene effettuata utilizzando tecniche come la mammografia convenzionale o la risonanza magnetica con mezzo di contrasto. Tuttavia queste tecniche presentano sensibilità e accuratezza limitata e non sempre permettono la differenziazione delle lesioni mammarie. Tra le diverse tecniche diagnostiche di imaging biomedico, la risonanza magnetica, con l’utilizzo delle più recenti metodiche di acquisizione come il diffusion weighted imaging, offre la possibilità di effettuare uno studio sia morfologico sia funzionale dell’organo in esame, senza utilizzare mezzi di contrasto o radiazioni ionizzanti. La tecnica di Diffusion Weighted Imaging (DWI) si basa sullo studio del moto diffusivo delle molecole d’acqua nei tessuti biologici ed è in grado di fornire rilevanti informazioni sulla struttura dei tessuti e sulla presenza di eventuali alterazioni patologiche. Il più recente sviluppo della DWI è rappresentato dalle tecniche IVIM (Intra Voxel Incoherent Motion): questo metodo studia la componente di diffusività e di perfusione nei tessuti biologici e potenzialmente potrebbe permettere di discriminare una lesione maligna da una benigna. Il lavoro di tesi nasce come una revisione della più recente letteratura relativa all’utilizzo della tecnica IVIM per fornire informazioni sullo stato della lesione mammaria e sul grado di avanzamento della stessa. In particolare, l’analisi di studio è concentrata nella valutazione dei metodi che permettono di ottenere i coefficienti specifici della tecnica.

Una grande sfida per la ricerca oncologica è la diagnosi precoce e la terapia in distretti anatomici di difficile raggiungimento farmaco-chirurgico. Uno di questi è il Sistema Nervoso. Questa tesi studia il principio di funzionamento dell’imaging di risonanza magnetica pesata in diffusione sino una particolare metodica di utilizzo con tensore di diffusione (TDI) con accenno alle potenzialità della trattografia. Dal confronto tra due pregevoli studi emerge che l’uso della trattografia basata su tensore di diffusione sia un’ottima integrazione d’imaging alla classica scansione RM, importante nel planning preoperatorio. In particolare, per tumori situati in sedi funzionali, sembra che l’informazione derivante dall’analisi trattografica possa determinare un miglioramento sostanziale dei sintomi del paziente limitando i postumi con effetti invalidanti. Grazie al miglioramento delle tecniche di imaging e allo sviluppo di procedure mini-invasive in microchirurgia, tali complicanze sono decisamente diminuite. A tal scopo la trattografia basata su tensore di diffusione, rispetto a scansioni standard di RM, fornisce informazioni importanti sulla localizzazione dei tratti corticospinali, e strutture nervose peritumorali. La potenza della trattografia, con alla base l’imaging a tensore di diffusione, può essere sfruttata in un intervento chirurgico grazie ai principi della neuronavigazione. Grazie alla scienza emergente della connettomica, strettamente collegata al tensore di diffusione, è possibile migliorare i dati quantitativi basati su un concetto di “rete cerebrale”, gli approcci e il planning chirurgici riducendo al minimo il rischio operatorio. Da tale metodica di imaging pare essere possibile derivare parametri che consentono di collegare la patologia della sostanza bianca al quadro clinico, monitorare la plasticità cerebrale, il recupero della funzione post-chirurgica e utilizzare la connettomica come biomarker.

Brain development is a continuous process which, from fetal period to adulthood, introduces changes in the brain both from a structural and functional point of view. The cerebral development in pediatric subjects is an issue of particular interest since substantial modifications in structures and tissues is observed together with the definition of cognitive functions. Magnetic resonance imaging enables to follow this process, by acquiring, in a non invasive way, high resolution images of the brain with several image constrasts (T1, T2, DTI, …). This PhD project has been focused on the implementation and application of advanced image processing methods that can be employed to qualitatively and quantitatively study the changes induced by maturation on brain structures and cerebral connectivity. The first part of the project has been dedicated to the implementation of a method to create brain atlases. The whole pediatric interval (0-17 years old) has been divided in six age ranges to describe the fundamental steps of normal brain development in children. Six brain atlases corresponding to these stages have been created. The availability of specific templates is very important to be used both as a normal reference in diagnostics and for group studies in research. In particular, an adaptive registration method based on Free-form Deformation was implemented. Compared to other approaches already published in literature, this method is characterized by a strong flexibility. In fact, it can be used with different image contrasts and at different age ranges by optimizing registration parameters depending on the image and population characteristics, such as the number of samples and their distance from the mean age of the range. The method has been demonstrated to be consistent, suggesting applications also for different purposes, for example it could be useful for longitudinal evaluation of progressive pathologies. The second part of the project concerned the study of functional magnetic resonance images in Resting State. The study was performed on preterm newborns subjects, in order to analyze the changes in functional connectivity during the very early brain developmental stages. The attention was focused on basic (ex. motor, visual) and high level (ex. cognitive, language) connectivity networks. The implemented method introduces the ability of performing correlation analysis at different resolution levels. The first resolution level is characterized by the study of each network, through image based Seed Correlation Analysis, both at single subject and at group level. The second resolution level consists in the study of the inter-network connections, performing correlation and regression analyses on BOLD signals extracted from brain areas belonging to the networks. This methodology might be employed also for other purposes, for example to provide a support during the diagnostic process of a pathology. Given the complexity of cerebral maturation process, in particular during pediatric period, the implementation of efficient and sophisticated methods for image processing is extremely important. This project fits in this context with the development of techniques for the integration of multiple types of data, which describe different aspects (anatomy, functionality) involved in brain development.

L'oggetto di studio di questa revisione sistematica è la risonanza magnetica a tensori di diffusione, (DT-MRI) il cui utilizzo nella pratica clinica e neurochirurgica è sempre più diffuso grazie alle potenzialità della tecnica. Tale tipologia di risonanza permette infatti di ricostruire, con buona affidabilità, fibre di materia bianca cerebrale in condizioni neuropatologiche, neurodegenerative o semplicemente durante il naturale sviluppo encefalico di un soggetto in salute. L'affidabilità della DT-MRI è particolarmente evidente nello studio degli indici di anisotropia frazionaria (FA), che rappresentano il tasso di anisotropia di un particolare tratto di materia bianca e che sono spesso utilizzati come principale indicatore dell'insorgenza o della crescita di malattie neurologiche: ischemia, malattia di Alzheimer, Parkinson, sclerosi multipla, schizofrenia. Attraverso questo elaborato, è stato possibile evidenziare i punti di forza della tecnica a tensori di diffusione, ma anche le sue principali limitazioni, dovute soprattutto agli algoritmi trattografici ad oggi in uso.

L’attività condotta in questo lavoro di tesi è stata rivolta alla caratterizzazione delle proprietà petrofisiche di campioni di roccia, mediante tecniche di imaging a risonanza magnetica (MRI). In particolare il lavoro si è focalizzato sullo studio dello spiazzamento di fluidi non miscibili in campioni di roccia per caratterizzarne le proprietà intrinseche, quale la permeabilità, e al contempo verificare il comportamento del fluido all’interno del mezzo poroso. Le prove di laboratorio classiche, sono state eseguite tramite cella triassiale collegata ad un apparato di flussaggio per determinare le proprietà di trasporto della roccia. Tale apparato, ha permesso anche l’applicazione di metodi a risonanza magnetica nucleare (NMR) per ottenere in modo non invasivo e non distruttivo indicazioni di carattere qualitativo sui mezzi porosi esaminati, attraverso la realizzazione di immagini create col tomografo Artoscan Esaote. Per analizzare le immagini acquisite, in modo anche quantitativo, è stato necessario utilizzare diversi software sviluppati ad hoc. In particolare si menziona il software ARTS per la comparazione quantitativa delle immagini e CorrelaIMG per misurare in modo oggettivo, l’avanzamento del fronte di spiazzamento. Tali analisi,sono state completate su due campioni rocciosi di differente litotipo. L’avanzamento del fronte, per ambedue i campioni, è risultato essere ben descrivibile mediante un semplice modello esponenziale. Il valore dei parametri del modello sono stati valutati mediante regressione non lineare col risolutore Solver di Excel®. I risultati ottenuti mostrano una piena corrispondenza fra le misure classiche e i risultati ottenuti per mezzo delle immagini MRI. Pertanto, il lavoro di tesi riconferma,come la tecnica MRI sia un ottimo strumento, per valutare le caratteristiche di un mezzo poroso sottoposto a flussaggio, specialmente quando si renda indispensabile minimizzare le alterazioni subite dal campione come conseguenza della tecnica adottata.

The quality of green coffee represents the main condition for the production of a good end product at a cup level. Nowadays among the fields which the scientific publications deal with about the green coffee quality there are the development of methodologies for the authenticity assurance, and the study of the most appropriate methods for the water quantification. In the former case, because of the increased diffusion of adulteration practises along the coffee commercial chain, recently the need of rapid methods for coffee autentication is increased. However, the number of developed methods for the geographical origin are still limited; furthermore, the low number of analized samples in all the works carried out about this topic makes the achieved results not sufficiently statistically significant. Ambiguity also remains about the markers to be used for the geographical discrimination of coffee qualities. Thus are required, on the one hand, suitable routine methods to control as many samples as possible, on the other hand a unique set of markers has to be established. In the field of the studies carried out on water the problem of its distribution within the coffee matrix is still open. The understanding of this phanomenon is of great importance, since a correlation between the degree of hydration and the mechanical properties of the green coffee bean has been observed in literature, for instance. The research presented in this PhD work has tried to give answers to open questions mentioned above with the help of the magnetic resonance technique, which has been successfully employed in the food field . In this work two different methods have been developed to achieve the geographical origin determination of green coffee, by using the time domain NMR (TD NMR), and with the help of the high resolution NMR technique combined to multivariate statistical analysis , respectively methods. The first one, based on the time domain NMR has been realized by means of a benchtop analyser operating at a resonance frequency 1H of 20 MHz (Bruker Minispec Mq20), and also enables the fast simultaneous determination of water and oil percents of a high number of samples in a non destructive, and reproducible way, through the NMR spin echo sequence. The percentages of water and oil in the analised samples has beeen obtained by using two distinct calibration lines, respectively . The results obtained by the application of the method on 500 green coffee samples have been subjected to statistical analysis (ANOVA) The obtained results indicate that a good discrimination of the continental origins of the samples is possible by using the oil percent value as a marker. To correctly evaluate water and oil components by means of the spin echo sequence the preliminary analysis of the transverse relaxation times (T2) in the green bean with the help of by using the CPMG NMR sequence. The continous T2 distributions were obtained by inverting the experimental CPMG curves with the Laplace transformation with the help of a suitable Upen program The preliminary assignement of the the t2 mobility populations relative to water phase in the region spanning from 0.1 to 3 ms was achieved by comparing the relaxation profiles of a serie of green beans to the corrisponding profiles of the same ovendried beans The T2 region of the lipid component of the was assigned by comparing either the relaxation profiles of a some green beans at different hydration levels, or by comparing the T2 distribution of the untreated bean with the one of the fresly extracted oil from the same bean. To shed light on the water distribution in green coffee bean, the T2 region, which was previously assigned to water proton mobility, was analised in details by means of systematic gradual rehydration experiments on previously dessiccated coffee beans. The T2 distributions obtained either from manually rehydrated beans either with H2O or D2O up to 35% (dry basis) or, alternatively, wetted by exposure of a controlled air environment, were compared to the untreated beans. Data obtained indicate that up to about 10% water embedded in the bean exhibits a rather restricted mobility, likely as a result of interaction with the cell walls or hydrogen bond formation. Furthermore, the relaxation profiles obtained by rehydrating the dry beans with D2O highlighted the contribution of the proton exchance mechanism to the overall Laplace inversion signal. By the analysis of the profile of water distributions was found that this is determined by the convolution of two distinct proton mobility populations, positioned at 0.5 and 1 ms, respectively. In the green bean as well as in the rehydrated ones, which were analysed, it was found that at hydration levels up to 4%, only the fast relaxing population can be observed (i.e. the one at a lower T2), while at intermediate water contents they are both present. The fast relaxing component could be assigned to the antiplasticization effect of water, while the one which is characterized by a slower relaxation rate may be associated to water plasticizing the macromolecular polymers. In this sense our observation could provide an interpretation in terms of proton mobiliy to the so called antiplasticization effect, which was first discovered at a macroscopic level. The analysis of the T2s distribution of the region assigned to the lipid phase (i.e the one by about 10 ms to about 300 ms) shows a multimodal profile, which in particular suggests the presence of three different proton mobility populations. This observation, which was observed in the green bean as well as in the freshly extracted oil from the same bean, was then confirmed either by analysing the temperature dependence of the components and or by literature. An alternative method for the geographical autentication was also elaborated by means of the multivariate statistical of the NMR resonances obtained either from the organic or the aqueous extracts of 48 samples belonging to di different geographical origins. The obtained data indicate that in the organic extract the fatty acids seem to be effective as a markers for the discrimination the African samples among all the other ones, while the resonances of the minor costituents are able to differentiate all the samples of different origin. In particular kaweohl compound positively correlates with the Brazilian samples, while the caffeine peaks and other minor compounds discriminate the middle American samples from the ones of the south. Finally, other minor costituents characterize African and Asian samples.characterization of acqueous extract throught bidimensional NMR experiments allowed the identification of characteristic spin sistems of the other not identified components. DOSY diffusion experiments were carried out on the acqueous extract of African samples and supported the hypothesis of an interaction occurring between caffein and chlorogenic acids. In particular, the obtained data allow one to suppose that in the aqueous extract of the analized African sample the caffein is present in solution both in the free form and as a complex with the chlorogenic acid.
La qualità del caffè verde rappresenta il principale requisito per la realizzazione di una bevanda apprezzata a livello commerciale. Attualmente tra i vari campi interessati dalla produzione scientifica sulla qualità del caffè verde vi sono lo sviluppo di metodologie per garantire l’autenticità e lo studio delle metodiche più appropriate per la quantificazione dell’acqua. Nel primo caso la necessità di metodi rapidi per l’autenticazione del caffè è divenuta in tempi recenti un’esigenza sempre più pressante a causa della crescente diffusione di pratiche di adulterazione nella filiera commerciale di questo prodotto. Tuttavia sono ancora limitati i metodi formulati per la determinazione dell’origine geografica; inoltre, la bassa numerosità di campioni analizzati nei lavori compiuti in tale ambito rende i risultati trovati non sufficientemente significativi. Rimane infine ambiguità sui possibili markers da utilizzare nella discriminazione. Occorrono da un lato quindi metodi adatti ad analisi routinarie per il controllo del maggior numero possibile di campioni, e dall’altro una scelta univoca di possibili markers per la discriminazione geografica delle varie qualità di caffè. Nell’ambito degli studi compiuti sull’acqua rimane ancora aperta la problematica della distribuzione dell’acqua stessa all’interno della matrice. La comprensione di questo fenomeno è di notevole importanza in quanto è stata osservata ad esempio in letteratura la correlazione fra il grado di idratazione e le proprietà meccaniche del chicco verde. La ricerca presentata in questo dottorato ha cercato di dare una risposta alle problematiche aperte appena descritte con il ricorso alla Risonanza Magnetica Nucleare, recentemente utilizzata con successo in ambito alimentare. In questo lavoro sono stati sviluppati infatti due metodi per la determinazione dell’origine geografica del caffè verde, rispettivamente con l’NMR nel dominio dei tempi, e con l’NMr ad alta risoluzione, quest’ultimo in combinazione con l’analisi statistica multivariata. Il primo metodo, basato sull’NMR nel dominio dei tempi, è stato realizzato per mezzo di uno spettrometro operante alla frequenza di 20 MHz (Bruker Minispec Mq20), e permette la determinazione simultanea delle percentuali di acqua e olio di un elevato numero di campioni in maniera rapida e riproducibile tramite l’utilizzo della sequenza spin echo. I valori delle percentuali di acqua e olio nei campioni sottoposti ad analisi è stato ricavato utilizzando due differenti calibrazioni per l’acqua e per l’olio. Le percentuali di acqua e olio ottenute dall’applicazione del metodo su 500 campioni di caffè verde sono stati sottoposti ad analisi statistica (ANOVA). I risultati ottenuti indicano che una buona discriminazione dei continenti di provenienza dei campioni è possibile utilizzando il valore di percentuale di olio come marker. Per quantificare correttamente le componenti acqua e olio con la sequenza spin echo è stata necessaria l’analisi preliminare dei tempi di rilassamento trasversale (T2) nel chicco verde con l’NMR nel dominio dei tempi mediante l’applicazione della sequenza CPMG. Le distribuzioni continue di tempi di rilassamento trasversale sono state ricavate invertendo con la trasformata di Laplace con l’aiuto del software Upen le curve CPMG ottenute. L’assegnazione preliminare della popolazioni di T2 relative alla fase acqua nella regione compresa fra 0.1 e 3 ms è stata realizzata confrontando i profili di rilassamento di una serie di chicchi verdi con i corrispondenti profili ottenuti per essicazione in stufa. La regione di T2 relativa alla componente lipidica dei chicchi verdi è stata invece assegnata sia confrontando i profili di rilassamento di una serie di chicchi a diversi livelli di idratazione sia confrontando le distribuzioni di T2 nel chicco con quella dell’olio estratto dallo stesso. Allo scopo di far luce sulla distribuzione dell’acqua nel caffè verde la regione della distribuzione di T2 attribuita all’acqua è stata studiata in dettaglio con una serie di esperimenti sistematici di reidratazione graduale di chicchi precedentemente essiccati. Le distribuzioni di T2 ottenute da chicchi essiccati e reidratati manualmente fino al 35% (su base secca) sia con H2O che con D2O e, alternativamente, per esposizione in atmosfera di umidità controllata, sono state confrontate con quelle di chicchi verdi tal quali. I dati ottenuti indicano che fino a circa 10% l’acqua incorporata nel chicco manifesta una mobilità ridotta, in quanto probabilmente adsorbita o legata con le pareti cellulari mediante ponti idrogeno. La reidratazione con acqua deuterata ha evidenziato inoltre il contributo dello scambio protonico al segnale della distribuzione osservato. L’analisi dei profili di distribuzioni dell’acqua ha inoltre portato all’osservazione che questo risulta determinato dalla convoluzione di due popolazioni di mobilità protonica, rispettivamente centrate a circa 0.5 e 1 ms. Sia nel chicco verde che in quelli reidratati è stato trovato che a contenuti di acqua fino a 4% delle due popolazioni è visibile solo quella a mobilità inferiore, mentre a percentuali intermedie sono presenti entrambe. Con riferimento all’articolo di Pittia e collaboratori, la componente a rilassamento rapido potrebbe essere associata all’effetto di antiplasticizzazione dell’acqua, mentre la popolazione caratterizzata da rilassamento più lento può essere correlata all’effetto plasticizzante dell’acqua. In questo senso i nostri dati forniscono una conferma ed un’interpretazione in termini di mobilità protoniche al co-siddetto effetto di antiplasticizzazione, scoperto a livello macroscopico. La distribuzione dei tempi di rilassamento trasversale dei T2 della regione associata ai lipidi (cioè quella compresa fra circa10 ms e circa 300 ms) mostra un profilo multimodale, che suggerisce la presenza di tre diverse mobilità protoniche. Tale osservazione è stata confermata sia con lo studio della dipendenza dalla temperatura delle mobilità protoniche, compiuto sia per la fase lipidica all’interno dei chicchi, sia per l’olio fresco isolato mediante estrazione soxhlet, sia dal confronto con dati di letteratura. Questa osservazione ha trovato inoltre conferma nei dati di letteratura. Un metodo per la discriminazione geografica è stato infine elaborato mediante l’analisi statistica multivariata delle risonanze NMR sia degli estratti organici che acquosi di 48 campioni di caffè verde di diversa provenienza. I dati ottenuti indicano che nell’estratto organico gli acidi grassi sembrano essere efficaci nel discriminare i campioni africani da tutti gli altri analizzati, mentre le componenti minoritarie sono efficaci nella differenziazione tra i campioni con diversa provenienza. In particolare il Kahweolo correla positivamente con i campioni del Brasile, mentre la caffeina e i composti minoritari differenziano i campioni centro americani da quelli del sud America, e altri componenti minoritari non identificati che caratterizzano i campioni africani e quelli asiatici. La caratterizzazione dell’estratto acquoso mediante esperimenti bidimensionali ha permesso inoltre l’identificazione di sistemi di spin caratteristici degli estratti protonici del campioni di caffè brasiliano, quali zuccheri minoritari e isomeri dell’acido clorogenico. Esperimenti di diffusione DOSY condotti sull’estratto acquoso dei campioni di origine africana hanno inoltre avvalorato l’ipotesi di una possibile interazione caffeina/ acidi clorogenici. In particolare i dati ottenuti fanno supporre che nell’estratto acquoso del campione africano analizzato, la caffeina è presente in soluzione sia in forma libera che complessata con l’acido clorogenico.

La malattia del rene policistico (PKD) è una malattia genetica caratterizzata dalla crescita incontrollata di cisti nei reni che conducono ad insufficienza renale: la forma autosomica dominante (ADPKD) è la più comune e asintomatica fino all’età adulta. Proprio per questo motivo, risulta semplice intuire come sia difficile prevedere lo sviluppo e il decorso di questa malattia se non dopo la manifestazione dei primi sintomi dovuti principalmente ad una crescita esagerata dei reni e ad un' alterata funzionalità renale. Purtroppo, per questa specifica patologia, la funzionalità renale crolla in uno stadio molto avanzato della malattia e quindi, questo parametro non può essere utilizzato per studiarne la progressione negli stadi iniziali e per formulare una prognosi. Altre tecniche usate sono l'imaging tradizionale con ecografia, la tomografia computerizzata e la risonanza magnetica ma, seppur permettono di ottenere informazioni morfologiche dei due reni, non forniscono dati sulla funzionalità. Per questi motivi, i recenti sviluppi della risonanza magnetica pesata in diffusione (DWI) e, in particolare, l'utilizzo dell'imaging con tensore di diffusione (DTI) hanno reso ipotizzabile una valutazione funzionale con il vantaggio di non utilizzare alcun mezzo di contrasto che, potrebbe rivelarsi dannoso per il paziente e, inoltre forniscono immagini con un'eccellente risoluzione spaziale. Inizialmente, la DTI ha trovato ampio utilizzo nel campo neurologico ma molti studi hanno incominciato a utilizzare questa tecnica nel campo renale, grazie alla presenza di ordinamento strutturale ben preciso responsabile di fenomeni diffusivi anisotropi e, un’eventuale alterazione della diffusione a causa di malattie come l’ADPKD può potenzialmente offrire informazioni sull’integrità della struttura renale rappresentando degli indicatori prognostici. La trattazione successiva mira ad approfondire quest'ultime tecniche e la loro rilevanza nello studio della malattia policistica.

Obiettivo: Valutare l’accuratezza reciproca dell’ecografia “esperta” e della risonanza magnetica nelle diagnosi prenatale delle anomalie congenite. Materiali e metodi: Sono stati retrospettivamente valutati tutti i casi di malformazioni fetali sottoposte a ecografia “esperta” e risonanza magnetica nel nostro Policlinico da Ottobre 2001 a Ottobre 2012. L’età gestazionale media all’ecografia e alla risonanza magnetica sono state rispettivamente di 28 e 30 settimane. La diagnosi ecografica è stata confrontata con la risonanza e quindi con la diagnosi postnatale. Risultati: sono stati selezionati 383 casi, con diagnosi ecografica o sospetta malformazione fetale “complessa” o anamnesi ostetrica positiva infezioni prenatali, valutati con ecografia “esperta”, risonanza magnetica e completi di follow up. La popolazione di studio include: 196 anomalie del sistema nervoso centrale (51,2%), 73 difetti toracici (19,1%), 20 anomalie dell’area viso-collo (5,2%), 29 malformazioni del tratto gastrointestinale (7,6%), 37 difetti genito-urinari (9,7%) e 28 casi con altra indicazione (7,3%). Una concordanza tra ecografia, risonanza e diagnosi postnatale è stata osservata in 289 casi (75,5%) ed è stata maggiore per le anomalie del sistema nervoso centrale 156/196 casi (79,6%) rispetto ai difetti congeniti degli altri distretti anatomici 133/187 (71,1%). La risonanza ha aggiunto importanti informazioni diagnostiche in 42 casi (11%): 21 anomalie del sistema nervoso centrale, 2 difetti dell’area viso collo, 7 malformazioni toraciche, 6 anomalie del tratto gastrointestinale, 5 dell’apparato genitourinario e 1 caso di sospetta emivertebra lombare. L’ecografia è stata più accurata della risonanza in 15 casi (3,9%). In 37 casi (9,7%) entrambe le tecniche hanno dato esito diverso rispetto agli accertamenti postnatali. Conclusioni: l’ecografia prenatale rimane a tutt’oggi la principale metodica di imaging fetale. In alcuni casi complessi e/o dubbi sia del sistema nervoso centrale sia degli altri distretti anatomici la risonanza può aggiungere informazioni rilevanti.
Objective: To evaluate the accuracy of fetal magnetic resonance (MRI) compared to 2D-3D ultrasound in the prenatal diagnosis of congenital anomalies. Materials and methods: We retrospectively evaluated all cases of fetal malformations underwent "expert" ultrasound and MRI in our Hospital from October 2001 to October 2012. The gestational age at ultrasound and magnetic resonance were respectively 28 and 30 weeks. The ultrasound diagnosis was compared with the MRI and then with the postnatal diagnosis. Results: 383 cases were selected, with a sonographic diagnosis or suspected fetal "complex" malformation or obstetric history of positive prenatal infections, evaluated with 2D-3D ultrasound, MRI and complete of follow-up. The study population included: 196 anomalies of the central nervous system (CNS) (51.2%), 73 thoracic defects (19.1%), 20 abnormalities of the face and the neck (5.2%), 29 malformations of the gastrointestinal tract (7.6%), 37 genitourinary defects (9.7%) and 28 cases with other indications (7.3%). An agreement between ultrasound, MRI and postnatal diagnosis was observed in 289 cases (75.5%) and was greater for the CNS anomalies, 156/196 cases (79.6%), compared with the others congenital defects, 133/187 cases (71.1%). The MRI has added important diagnostic information in 42 cases (11%): 21 CNS abnormalities, 2 facial and neck defects, 7 thoracic malformations, 6 gastrointestinal anomalies, 5 genitourinary defects and 1 case of suspected lumbar emivertebra. The ultrasound was more accurate than MRI in 15 cases (3.9%). In 37 cases (9.7%) both techniques were not correlated with postnatal findings. Conclusions: Prenatal ultrasound is still the primary fetal imaging modality. In some complex CNS and extra-CNS anomalies, particularly in late pregnancy, MRI can add relevant information.

Obiettivo: Valutare l’accuratezza reciproca dell’ecografia “esperta” e della risonanza magnetica nelle diagnosi prenatale delle anomalie congenite. Materiali e metodi: Sono stati retrospettivamente valutati tutti i casi di malformazioni fetali sottoposte a ecografia “esperta” e risonanza magnetica nel nostro Policlinico da Ottobre 2001 a Ottobre 2012. L’età gestazionale media all’ecografia e alla risonanza magnetica sono state rispettivamente di 28 e 30 settimane. La diagnosi ecografica è stata confrontata con la risonanza e quindi con la diagnosi postnatale. Risultati: sono stati selezionati 383 casi, con diagnosi ecografica o sospetta malformazione fetale “complessa” o anamnesi ostetrica positiva infezioni prenatali, valutati con ecografia “esperta”, risonanza magnetica e completi di follow up. La popolazione di studio include: 196 anomalie del sistema nervoso centrale (51,2%), 73 difetti toracici (19,1%), 20 anomalie dell’area viso-collo (5,2%), 29 malformazioni del tratto gastrointestinale (7,6%), 37 difetti genito-urinari (9,7%) e 28 casi con altra indicazione (7,3%). Una concordanza tra ecografia, risonanza e diagnosi postnatale è stata osservata in 289 casi (75,5%) ed è stata maggiore per le anomalie del sistema nervoso centrale 156/196 casi (79,6%) rispetto ai difetti congeniti degli altri distretti anatomici 133/187 (71,1%). La risonanza ha aggiunto importanti informazioni diagnostiche in 42 casi (11%): 21 anomalie del sistema nervoso centrale, 2 difetti dell’area viso collo, 7 malformazioni toraciche, 6 anomalie del tratto gastrointestinale, 5 dell’apparato genitourinario e 1 caso di sospetta emivertebra lombare. L’ecografia è stata più accurata della risonanza in 15 casi (3,9%). In 37 casi (9,7%) entrambe le tecniche hanno dato esito diverso rispetto agli accertamenti postnatali. Conclusioni: l’ecografia prenatale rimane a tutt’oggi la principale metodica di imaging fetale. In alcuni casi complessi e/o dubbi sia del sistema nervoso centrale sia degli altri distretti anatomici la risonanza può aggiungere informazioni rilevanti.
Objective: To evaluate the accuracy of fetal magnetic resonance (MRI) compared to 2D-3D ultrasound in the prenatal diagnosis of congenital anomalies. Materials and methods: We retrospectively evaluated all cases of fetal malformations underwent "expert" ultrasound and MRI in our Hospital from October 2001 to October 2012. The gestational age at ultrasound and magnetic resonance were respectively 28 and 30 weeks. The ultrasound diagnosis was compared with the MRI and then with the postnatal diagnosis. Results: 383 cases were selected, with a sonographic diagnosis or suspected fetal "complex" malformation or obstetric history of positive prenatal infections, evaluated with 2D-3D ultrasound, MRI and complete of follow-up. The study population included: 196 anomalies of the central nervous system (CNS) (51.2%), 73 thoracic defects (19.1%), 20 abnormalities of the face and the neck (5.2%), 29 malformations of the gastrointestinal tract (7.6%), 37 genitourinary defects (9.7%) and 28 cases with other indications (7.3%). An agreement between ultrasound, MRI and postnatal diagnosis was observed in 289 cases (75.5%) and was greater for the CNS anomalies, 156/196 cases (79.6%), compared with the others congenital defects, 133/187 cases (71.1%). The MRI has added important diagnostic information in 42 cases (11%): 21 CNS abnormalities, 2 facial and neck defects, 7 thoracic malformations, 6 gastrointestinal anomalies, 5 genitourinary defects and 1 case of suspected lumbar emivertebra. The ultrasound was more accurate than MRI in 15 cases (3.9%). In 37 cases (9.7%) both techniques were not correlated with postnatal findings. Conclusions: Prenatal ultrasound is still the primary fetal imaging modality. In some complex CNS and extra-CNS anomalies, particularly in late pregnancy, MRI can add relevant information.

Introduzione e Scopo dello Studio L’agenesia completa del corpo calloso (ACC) anche quando isolata può essere espressione di eterogeneità anatomica. Lo scopo dello studio è descrivere la variabilità delle altre strutture commissurali in un’ ampia corte di feti con apparente agenesia completa isolata del corpo calloso con risonanza magnetica (RMN) in epoca pretale Materiale e Metodi In tutti i feti con a ACC riferiti all’ analisi con RM dal 2004 al 2014 presso la Neuroradiologia Pediatrica dell’ Ospedale Buzzi di Milano è stata valutata, da parte di due neuroradiologi esperti con più di 10 anni di esperienza in questo campo, la presenza di altre strutture commissurali: la commissura anteriore (CA) e la commissura ippocampale (CI) Risultati Complessivamente sono stati reclutati 62 casi: 3/62 (4,8%) non presentavano nessuna struttura commissurale cerebrale; 23/62 (37,1%) presentavano solo la CA, 20/62 (32,3%) presentavano sia la CA che la CI in una forma vestigiale, mentre i rimanenti 16/62 casi evidenziavano la presenza di una commissura ibrida (CIB) risultanza della fusione della CI vestigiale con un corpo rudimentale e prematuro del corpo calloso. I reperti prenatali sono stati successivamente confermati dalle immagini ottenute con la RM post-natale quando disponibili. Conclusioni Nella maggioranza dei feti della nostra corte era stata documentata allo studio prenatale con RM la presenza almeno di una commissura (CA); in circa la metà di essi era stata identificata in concomitanza la presenza di una seconda commissura: CI in una forma vestigiale o la CIB composta dalla fusione di due commissure; la CI vestigiale e il prematuro corpo del corpo calloso. Ulteriori studi sono necessari al fine di verificare se tale variabilità commissurale nei feti affetti da ACC isolata possa associarsi a diverse caratteristiche genetiche e avere un impatto sull’ outcome neurologico a lungo termine di questi giovani pazienti.
Background and Purpose Agenesis of corpus callosum (ACC), even when isolated, may be characterized by anatomical variability. The aim of this study was to describe the types of other forebrain commissures, in a large cohort of randomly enrolled fetuses with apparently isolated ACC at prenatal magnetic resonance (MR) imaging. Materials and Methods From 2004 to 2014 in all fetuses with apparently isolated ACC submitted to prenatal MR imaging, the presence of the anterior (AC) or a vestigial hippocampal commissure (HC) was assessed "in consensus" by two pediatric neuroradiologists. Results Overall 62 cases of ACC were retrieved from our database. In 3/62 fetuses (4,8%) no forebrain commissure was visible at prenatal MR imaging, 23/62 cases (37,1%) presented only the AC, 20/62 cases (32,3%) showed both the AC and a residual vestigial HC, whereas in the remaining 16/62 cases (25,8%) a hybrid structure (HS) merging a residual vestigial HC and a rudiment of CC body was detectable. Postnatal MR imaging, when available, confirmed prenatal forebrain commissure findings. Conclusions The vast majority of fetuses with apparently isolated ACC showed at least one forebrain commissure at prenatal MR imaging, and about half of cases also a second commissure: a vestigial HC or a hybrid made of HC and rudiment CC body. It remains to be assessed if such variability is the result of different genotype and if it may have any impact on the long term neurodevelopmental outcome

Introduzione e Scopo dello Studio L’agenesia completa del corpo calloso (ACC) anche quando isolata può essere espressione di eterogeneità anatomica. Lo scopo dello studio è descrivere la variabilità delle altre strutture commissurali in un’ ampia corte di feti con apparente agenesia completa isolata del corpo calloso con risonanza magnetica (RMN) in epoca pretale Materiale e Metodi In tutti i feti con a ACC riferiti all’ analisi con RM dal 2004 al 2014 presso la Neuroradiologia Pediatrica dell’ Ospedale Buzzi di Milano è stata valutata, da parte di due neuroradiologi esperti con più di 10 anni di esperienza in questo campo, la presenza di altre strutture commissurali: la commissura anteriore (CA) e la commissura ippocampale (CI) Risultati Complessivamente sono stati reclutati 62 casi: 3/62 (4,8%) non presentavano nessuna struttura commissurale cerebrale; 23/62 (37,1%) presentavano solo la CA, 20/62 (32,3%) presentavano sia la CA che la CI in una forma vestigiale, mentre i rimanenti 16/62 casi evidenziavano la presenza di una commissura ibrida (CIB) risultanza della fusione della CI vestigiale con un corpo rudimentale e prematuro del corpo calloso. I reperti prenatali sono stati successivamente confermati dalle immagini ottenute con la RM post-natale quando disponibili. Conclusioni Nella maggioranza dei feti della nostra corte era stata documentata allo studio prenatale con RM la presenza almeno di una commissura (CA); in circa la metà di essi era stata identificata in concomitanza la presenza di una seconda commissura: CI in una forma vestigiale o la CIB composta dalla fusione di due commissure; la CI vestigiale e il prematuro corpo del corpo calloso. Ulteriori studi sono necessari al fine di verificare se tale variabilità commissurale nei feti affetti da ACC isolata possa associarsi a diverse caratteristiche genetiche e avere un impatto sull’ outcome neurologico a lungo termine di questi giovani pazienti.
Background and Purpose Agenesis of corpus callosum (ACC), even when isolated, may be characterized by anatomical variability. The aim of this study was to describe the types of other forebrain commissures, in a large cohort of randomly enrolled fetuses with apparently isolated ACC at prenatal magnetic resonance (MR) imaging. Materials and Methods From 2004 to 2014 in all fetuses with apparently isolated ACC submitted to prenatal MR imaging, the presence of the anterior (AC) or a vestigial hippocampal commissure (HC) was assessed "in consensus" by two pediatric neuroradiologists. Results Overall 62 cases of ACC were retrieved from our database. In 3/62 fetuses (4,8%) no forebrain commissure was visible at prenatal MR imaging, 23/62 cases (37,1%) presented only the AC, 20/62 cases (32,3%) showed both the AC and a residual vestigial HC, whereas in the remaining 16/62 cases (25,8%) a hybrid structure (HS) merging a residual vestigial HC and a rudiment of CC body was detectable. Postnatal MR imaging, when available, confirmed prenatal forebrain commissure findings. Conclusions The vast majority of fetuses with apparently isolated ACC showed at least one forebrain commissure at prenatal MR imaging, and about half of cases also a second commissure: a vestigial HC or a hybrid made of HC and rudiment CC body. It remains to be assessed if such variability is the result of different genotype and if it may have any impact on the long term neurodevelopmental outcome

Allo stato attuale RM dinamica e TC multifasica mediante l analisi dell enhancement consentono informazioni quali- quantitative della vascolarizzazione di piccoli tumori renali e quindi una più accurata caratterizzazione. TIPOLOGIA DELLO STUDIO ED OBIETTIVI Studio retrospettivo di piccole masse renali con diagnosi istologica, identificate con ecografia e/o con TC trifasica. OBIETTIVO PRIMARIO: Confrontare i risultati della RM dinamica e della TC trifasica nella valutazione quali- quantitativa dell enhacement dei carcinomi renali di piccole dimesioni. OBIETTIVO SECONDARIO: Valutare la possibilità dell analisi quali- quantitativa dell enhancement con RM dinamica e TC trifasica nella diagnosi differenziale dei tumori renali.

The aims of the present study are 1), to investigate cervical syringomyelia (SM) secondary to single space-occupying intracranial lesions in dogs, and 2), to evaluate potential risk factors based on brain and cervical magnetic resonance imaging (MRI) studies conducted for the diagnosis of these two conditions. As a multicentric retrospective single cohort study, we recruited a population of dogs affected by a single space-occupying brain lesion and we divided it into two groups, based on the presence or absence of cervical SM. These two groups were compared for signalment (age, sex, and cranial morphology) and for MRI findings (relative intracranial mass volume, relative perilesional oedema volume, mass effect, ventriculomegaly and cerebellar herniation). Based on the current knowledge about SM and its aetiopathogenesis, our initial hypothesis considered factors predisposing to cervical SM development being lesions with substantial relative mass volume, localisation in the caudal cranial fossa, cerebellar transforaminal herniation and/or obstructive hydrocephalus. Our statistical analysis revealed that intracranial mass with relative volumetric index higher than 0.028 and causing cerebellar transforaminal herniation and/or obstructive hydrocephalus predispose to cervical SM formation. Therefore, in presence of these findings on a brain MRI study is indicated to extend the diagnostic imaging protocol to the cervical spine to check for the potential presence of SM. Conversely, the detection of cervical SM, in the absence of any additional cervical disease, addresses the clinician to extend the MRI study to the brain for the search of a potential primary mass lesion.
Lo studio ha l’obiettivo di indagare la siringomielia (SM) cervicale associata a singole lesioni intracraniche occupanti spazio nel cane e, in particolare, di individuare quali possano essere i fattori di rischio deducibili dallo studio di risonanza magnetica (RM) del neurocranio condotto per diagnosticare la patologia cerebrale. A tale scopo è stata selezionata una popolazione di pazienti affetti da singola lesione intracranica, successivamente suddivisa in due gruppi sulla base della presenza o assenza di secondaria SM cervicale. Entrambe le condizioni sono state diagnosticate mediante studio RM, rispettivamente, del neurocranio e rachide cervicale. I due gruppi sono stati quindi confrontati relativamente al segnalamento, alle caratteristiche RM della massa intracranica e agli effetti secondari sulle circostanti strutture cerebrali allo scopo di individuare eventuali fattori predisponenti lo sviluppo di SM. Sulla base delle esistenti teorie eziopatogenetiche riguardanti la SM e dei dati pubblicati in letteratura, le ipotesi zero presupponevano che la localizzazione della massa in fossa posteriore, lesioni voluminose, l’erniazione cerebellare transforaminale e la presenza di idrocefalo ostruttivo potessero essere fattori predisponenti lo sviluppo di SM. Inoltre, analogamente a quanto riportato in letteratura per la sindrome di Chiari associata a SM nel cane, ci si può attendere che le razze brachicefaliche possano avere una maggiore predisposizione allo sviluppo di SM. Dai risultati ottenuti risulta fortemente raccomandato, in presenza di lesioni intracraniche occupanti spazio con indice volumetrico relativo superiore a 0,028 e causanti erniazione cerebellare e/o idrocefalo ostruttivo, estendere lo studio RM anche al rachide cervicale per individuare la presenza di eventuale SM che può complicare il quadro clinico e condizionare parimenti l’approccio terapeutico al paziente. Al contrario, nei pazienti che si presentano con deficit neurologici indicativi di una mielopatia cervicale e per i quali viene diagnosticata esclusivamente una SM risulta fondamentale estendere lo studio RM al neurocranio per individuare eventuali lesioni predisponenti lo sviluppo di tale anomalia.

La risonanza magnetica cardiaca è una tecnica di imaging non invasiva, in quanto non necessita l’uso di radiazioni ionizzanti, caratterizzata da un’elevata risoluzione spaziale e che permette acquisizioni in 4-D senza vincoli di orientazione. Grazie a queste peculiarità, la metodica della risonanza magnetica ha mostrato la sua superiorità nei confronti delle altre tecniche diagnostiche ed è riconosciuta come il gold standard per lo studio della fisiologia e fisiopatologia della pompa cardiaca. Nonostante la potenza di questi vantaggi, esistono ancora varie problematiche che, se superate, potrebbero probabilmente migliorare ulteriormente la qualità delle indagini diagnostiche. I software attualmente utilizzati nella pratica clinica per le misure del volume e della massa ventricolare richiedono un tracciamento manuale dei contorni dell’endocardio e dell’epicardio per ciascuna fetta, per ogni frame temporale del ciclo cardiaco. Analogamente avviene per il tracciamento dei contorni del tessuto non vitale. In questo modo l’analisi è spesso qualitativa. Di fatti, la necessità dell’intervento attivo dell’operatore rende questa procedura soggettiva e dipendente dall’esperienza, provocando un’elevata variabilità e difficile ripetibilità delle misure intra e inter operatore, oltre ad essere estremamente dispendiosa in termini di tempo, a causa dell’elevato numero di immagini da analizzare. La disponibilità di una tecnica affidabile per il tracciamento automatico dei contorni dell’endocardio e dell’epicardio consente di superare queste limitazioni ed aumentare l’accuratezza e la ripetibilità delle misure di interesse clinico, quali dimensione, massa e curve di volume ventricolari. Lo scopo di questa tesi è di sviluppare e validare una tecnica di segmentazione automatica che consenta l’identificazione e la quantificazione di cicatrici nel miocardio, a seguito di infarto cardiaco. Il lavoro è composto da due tappe principali. Inizialmente, è presentato un metodo innovativo che permette, in via totalmente automatica, di tracciare in modo accurato e rapido i contorni dell’endocardio e dell’epicardio nel corso dell’intero ciclo cardiaco. Successivamente, l’informazione sulla morfologia cardiaca ricavata nella prima fase è utilizzata per circoscrivere il miocardio e quantificare la transmuralità dell’infarto presente in pazienti ischemici.

La Risonanza magnetica di diffusione (dMRI) sta diventando lo strumento più adatto per indagare la microstruttura del cervello umano in vivo. Modellando le proprietà della diffusione dell’acqua nei tessuti cerebrali, è infatti possibile ottenere delle misure simili a quelle derivate dall’istologia, come la densità di fibre, la loro conformazione e la loro direzione di propagazione, in maniera non invasiva. In più, misure locali di integrità e di orientazione della materia bianca possono essere usate da algoritmi di trattografia per ricostruire globalmente il percorso seguito dalle fibre in tutto il cervello, permettendo di studiare come le varie regioni corticali sono connesse. Nonostante ciò, l’utilizzo della dMRI deve essere condotto con attenzione in presenza di patologie che alterano drasticamente la fisiologia del cervello, come nel caso dei tumori cerebrali. La varietà di microambienti cellulari che caratterizza questo tipo di patologie invalida alcune ipotesi sul quale si fondano i modelli di microstruttura basati sulla dMRI. In più, il processo di ricostruzione della trattografia nel cervello presenta particolari difficoltà tecniche nelle regioni affette dalla patologia. Date queste limitazioni, vi è del valore nell’utilizzare tecniche basate sulla dMRI in questo complesso ambiente patologico? Negli ultimi tre anni, ho avuto modo di esplorare diverse di queste metodologie in una popolazione di pazienti con tumore cerebrale. La presente tesi vorrebbe quindi essere una sintesi di questo lavoro, che costituisce una base verso l’integrazione di tecniche di diffusione avanzate all’interno della pratica neuro-oncologica. Nella sua interità, la tesi presenta tre lavori, organizzati come segue: La prima parte presenta uno studio analitico su due noti modelli di microstruttura, Neurite Orientation Dispersion and Density Imaging (NODDI) e la Spherical Mean Technique. Questo lavoro è volto alla quantificazione della bontà del fit e precisione parametrica delle due tecniche all’interno della lesione tumorale. Alcuni lavori, concentrati principalmente su NODDI, usano queste tecniche come modelli di segnale e non biofisici, cercando di trovare biomarker capaci di caratterizzare aspecificamente il tessuto patologico. L’analisi qui svolta supporta i risultati di letteratura da un punto di vista tecnico, senza considerazioni sul significato biologico di questi modelli. La seconda parte contiene uno studio di confronto tra due diversi metodi per la quantificazione di regioni di materia bianca sconnessa a causa del tumore. Due categorie di approcci qui sono stati studiati: approcci diretti, e approcci indiretti. I primi fanno uso della trattografia singolo-soggetto per investigare quali fasci di fibre siano affetti nel loro decorso dalla presenza del tumore. I secondi invece non hanno bisogno di acquisizioni dMRI, e utilizzano un atlante normativo di fasci di materia bianca per investigare, probabilisticamente, quali di questi potrebbero essere affetti data la locazione e l'estensione della zona tumorale. Utilizzando noti strumenti di analisi dell’immagine, i due approcci vengono qui confrontati, discutendo pregi e difetti di ciascun metodo. Nella terza e ultima parte della tesi, viene studiata la relazione tra alterazioni di matrici di connettività strutturale (SC) di pazienti tumorali e variazioni regionali di metabolismo misurate usando la Tomografia ad Emissione di Positroni (PET) con tracciante [18F]-FDG. All'interno di questo studio, viene prima proposta una procedura per la selezione dell’algoritmo di trattografia ottimale per le analisi. A seguire, viene sviluppata una metodologia statistica per rilevare le loro connessioni della matrice SC alterate dalla presenza del tumore. La presenza di queste alterazioni viene infine correlata con la PET, e si discutono i risultati ottenuti, ponendo particolare attenzione alle limitazioni di entrambe queste modalità di imaging.
Diffusion-based Magnetic Resonance Imaging (dMRI) is rapidly becoming the instrument of choice to probe the structure of the human brain in vivo. By modelling the properties of water diffusion inside cerebral tissues, it is indeed possible to extract surrogates of histological measures, such as fibre density, conformation and preferential direction, in a non-invasive manner. Furthermore, local orientational features can be used to reconstruct axonal pathways that link different brain regions, allowing the study of how they are structurally connected. Nevertheless, the quantification of dMRI measures must be cautious when the physiological environment of brain tissues is drastically altered. Such is the case of brain tumours. The microstructure of brain tumours is highly heterogeneous, being diverse between and inside specific types and malignancy grade. The wide spectrum of cellular environments they feature invalidates several hypotheses on which diffusion-based microstructure models are built and, contemporarily, poses difficulties in the process of tracking white matter in affected regions. Given these limitations, are these techniques worth using in this complex pathological environment? During the last three years I explored several state of the art diffusion-based methodologies in a cohort of patients suffering from a range of brain tumours. Hence, this thesis strives to be a summary of this work, laying the foundation for future studies aiming to integrate the use of advanced dMRI in the clinical neuro-oncological practice. The thesis is divided in three main parts, which are organized as follows: In the first part, an assessment is made whether two widely known diffusion advanced models, Neurite Orientation Dispersion and Density Imaging (NODDI) and the Spherical Mean Technique (SMT) are properly fitted in the tumoral lesion in terms of goodness-of-fit and parameter precision. Several works, concentrating mainly on NODDI, used such techniques not as biophysical models but as signal representations, trying to find biomarkers that differentiate more and less isotropic environments which contribute to the totality of the diffusion signal in ‘tumoral’ voxels. These studies were performed without first checking whether these diffusion metrics are mathematically reliable. This issue is here assessed from a technical point of view, without giving specific biophysical meaning to the models in exam inside the tumoral tissues The second part features a comparison study between methods for the identification of structurally disconnected white matter (WM) in brain tumour patients. Here, two branches of methodologies were identified, namely direct and indirect approaches. The formers use single-subject tractography to directly investigate which fibre bundles may be affected by the presence of the tumour. The latters, instead, embed the focal lesion on a normative atlas of white matter tracts, identifying the probability of a WM voxel being disconnected by the pathology. Employing known image analysis metrics, both approaches are discussed, highlighting points of convergence, but also of disagreement, in terms of the physio-pathological information they can convey. In the third and last part of this thesis, tumour-related anomalies of diffusion-based structural connectivity (SC) matrices are put in relationship with metabolic measures from [18F]-FDG PET. A procedure for tractography algorithm selection was firstly performed, and after the SC quantification, a statistical method of detecting altered connections in the tumour-affected SC matrix is presented. Within such a framework, the amount of affected SC entries was eventually quantified in the available cohort of patients and put in relationship with standardized uptake values from PET. Finally, a discussion of the results of this association is provided, paying particular attention to the limitations of these imaging modalities in the brain oncological field.

La tecnica di screening attualmente più diffusa è la mammografia a raggi X, che rappresenta il principale metodo diagnostico in fase precoce di neoplasia maligna alla mammella. Essa ha, però, una sensibilità solamente del 69-90% che può ridursi fino al 48% in caso di parenchima denso. Il principale rischio associato alla mammografia è l’esposizione alle radiazioni: i raggi X, infatti, ionizzano le molecole modificando la composizione dei tessuti incrementando la possibilità di incorrere nel cancro. I pericoli di questa tecnica diagnostica sono stati dimostrati da diverse ricerche indipendenti[6]. Un’ulteriore tecnica diagnostica per il carcinoma mammario è la risonanza magnetica con mezzo di contrasto (DCE MRI). La risonanza magnetica con mezzo di contrasto è un importante strumento per la rilevazione e la caratterizzazione delle lesioni al seno con una sensibilità del 90% ma con una specificità che varia ampiamente fra il 30% e l’84%. I mezzi di contrasto rappresentano in genere dei mezzi sicuri per l’organismo: generalmente effetti collaterali e reazioni sono rare ma non è escluso che possano verificarsi. È in questo scenario che si stanno aprendo nuove prospettive per l’imaging diagnostico mammario. Una nuova tecnica, la Diffusion Weighted Imaging (DWI), un tipo di risonanza magnetica senza mezzo di contrasto che sfrutta le proprietà di diffusione dell’acqua, si sta sempre più affermando come metodologia diagnostica. Nel presente elaborato di tesi verranno studiate le potenzialità di queste nuove tecniche per caratterizzare le lesioni al seno attraverso lo studio dei parametri di diffusione e di perfusione.

Il contenuto di questa tesi volge ad esporre le recenti metodiche per lo studio integrato delle mappe funzionali cerebrali basate in particolare su EEG e fMRI. Si sono indagate le ragioni della scelta di queste due tecniche di neuroimaging e si analizza una loro applicazione ad un modello sperimentale condotto in condizione di riposo con lo scopo di individuare reti di connessione cerebrale nella connettività funzionale. Viene fatta una breve descrizione morfologica del cervello con un approfondimento sul funzionamento dell'attività elettrica dei neuroni. In seguito vengono illustrate le varie tecniche di indagine cerebrale, approfondendo i meccanismi dell'elettroencefalografia e della risonanza magnetica funzionale; di entrambe vengono descritti i principi fisici e la loro acquisizione del segnale. Infine viene mostrata l'integrazione dell'EEG con la fMRI ai fini di ottenere un'indagine cerebrale con ottima risoluzione sia spaziale che temporale. Di questa integrazione multimodale vengono elencati gli aspetti positivi e quelli più problematici, come l'introduzione di artefatti, che rendono difficile l'utilizzo del segnale per lo studio delle mappe di connessione cerebrale. Vengono quindi presentate le procedure di preprocessing sia dell'EEG che della fMRI utilizzate per migliorare i segnali al fine di renderli integrabili e un modello sperimentale che studia la connettività funzionale in Resting State Networks.

High-resolution solid-state NMR (ssNMR) has recently emerged as a powerful characterization technique for systems that cannot be investigated by solution NMR or X-ray crystallographic methods, and represents a subtle complementary technique for any atomic-scaled study. This is particularly true in structural biology. There exist nowadays well established protocols for sample preparation, resonance assignment and collection of structural restraints, that have paved the way to the first three-dimensional structure determinations at atomic resolution of biomolecules in the solid state, from microcrystalline samples to fibrils and membrane-associated systems. Despite rapid uptake in the field of structural biology, however, these methods for structure determination are far from being routine, and several important problems remain however to be solved before ssNMR is applied to the study of challenging solid protein assemblies. Many methodological developments are still expected in this fast evolving field. Most of the model systems used up-to-date for method development in biological solid-state NMR, are relatively small globular proteins, in the range of 50 to 80 residues (approximately 5.5 to 9.5 kDa). In order to extend the capabilities of ssNMR to larger substrates, the objectives of this thesis are twofold: a) to establish a new, large and more complex model system, and b) to develop new, sophisticated NMR experiments in order to improve the sensitivity and the resolution of the currently existing schemes for resonance assignment, which is one of the main barrier to progress to structural investigation in solid proteins. The N-terminal domain of the subunit of E. coli DNA polymerase III (186 : 186 residues, 18 kDa) was selected as a target. This domain represents the catalytic core of the E. coli replisome, the large molecular machine that replicated DNA in bacteria. In a first part, preparation conditions for solid-state NMR are obtained, notably in combination with automated screening processes for high-throughput protein crystallography, and almost complete resonance assignment is performed by the application of established experiments based on high-power rf irradiations and slow magic-angle spinning (MAS) at high magnetic fields. In a second part, we explore the use of MAS at so-called ultra-fast spinning rates (60 kHz). We show that this makes possible the use of “totally low power” experiments. This yields an extraordinary increase in resolution and sensitivity, enabling the acquisition of selective cross- polarization (CP) transfers, through-bond correlations and 1 H-detected correlations. In particular, we demonstrate that narrow 1 H NMR line widths can be obtained for fully protonated protein samples in the solid state under ultra-fast magic-angle spinning for medium-size microcrystalline and non-crystalline proteins, without any need for dilution against a deuterated background. This provides extensive, robust and expeditious assignments of the backbone 1 H, 15 N, 13 Cα and 13 CO resonances of proteins in different aggregation states, without the need of deuteration. The final part of this thesis concerns the study of thermotropic liquid crystals (LC or LX) phases of a de Vries smectogen, the (S)-hexyl-lactate derivative abbreviated as 9HL, selectively deuterated in a phenyl moiety of the aromatic core. de Vries mesophases show a substantially constant layer spacing in the transition between smectic C and smectic A mesophases and are for this reason of great interest for the development of new ferroelectric (FLC) and antiferroelectric (AFLC) electrooptic devices. Our work is the first attempt to apply NMR to characterize the nature of the de Vries transition, discriminating among possible models. It is also one of the first examples in the scientific literature of application of high magnetic field (above 16 T) for the analysis of LX phases.

The aim of this paper is comparing cerebral MRI and head US in predicting 1 year neurological outcome in a population of premature infant, VLBW, born between genuary 2005 and december 2006 in Camposampiero (PD) NICU. in addiction, the head circunference growth velocity after birth has been considered in order to understand if it could be considered a prognostic factor for the neurological outcome.

In questa tesi si è affrontato il problema della creazione di mappe MRI da immagini ricostruite da spazi k sottocampionati. Per far ciò si è utilizzato l'algoritmo di ricostruzione di immagini FNCR che si basa sulla recente teoria del Compressive Sensing. Lo si è provato su degli spazi k simulati e sottocampionati con delle funzioni appositamente implementate. Si sono confrontati i risultati con un altro algoritmo di ricostruzione ritenuto molto efficiente. Lo si è poi utilizzato su degli spazi k reali. Inizialmente si sono utilizzati dei dati provenienti da una scansione di un fantoccio scaricati dalla rete. Successivamente si sono acquisiti degli spazi k grazie all'estrazione e manipolazione di dati grezzi da un tomografo di risonanza magnetica. Tali spazi k provengono dalla scansione di un fantoccio di calibrazione dello strumento tramite una sequenza Saturation Recovery la quale fornisce immagini pesate nel tempo di rilassamento longitudinale T1. Si è reso necessario un adattamento dell'algoritmo e una manipolazione degli spazi k acquisiti. Una volta ricostruite le immagini si sono create le mappe con il software ARTS il quale effettua un fitting basandosi sul metodo di minimi quadrati non lineari di Levenberg-Marquardt applicato a una funzione monoesponenziale, modello delle immagini pesate in T1. Si è osservato che nonostante la ricostruzione delle singole immagini migliori con l'aumentare della percentuale di campionamento questo non avviene nella creazione delle mappe, fatto imputabile all'algoritmo utilizzato in quanto questo risulta molto efficiente quando utilizzato con una quantità minima di dati piuttosto che con grandi quantità, dove potrebbero essere più efficaci altri metodi di ricostruzione.

Il cancro al seno è una delle neoplasie più comuni nelle donne di tutto il mondo, è la seconda causa di morte per cancro tra le donne. Sebbene sia avvenuto un calo della mortalità negli ultimi anni, i tassi di sopravvivenza in casi di malattia metastatica non sono significativamente migliorati. Risulta di grande valore l’introduzione di una nuova tecnica di imaging capace di rilevare i tumori mancati agli esami di screening convenzionale. La risonanza magnetica a contrasto dinamico, DCE-MRI, è uno dei principali protocolli di imaging in grado di fornire una serie di immagini ad alta risoluzione spaziale nel tempo. L’analisi perfusionale dei dati dinamici post-contrastografici della DCE-MRI estende quindi la valutazione qualitativa attualmente utilizzata per la diagnosi differenziale delle lesioni, fornendo parametri quantitativi che riflettano la vascolarizzazione tissutale, agevolando così la differenziazione delle masse maligne da quelle benigne o la determinazione della risposta tumorale alla terapia. Attualmente è la tecnica di imaging più sensibile per la caratterizzazione delle lesioni, fornisce complessivamente una sensibilità (capacità di identificare correttamente i soggetti malati) del 90-95%, e una specificità (capacità di identificare correttamente i soggetti sani) che varia fra il 46% e il 97%. Lo scopo di questo elaborato è quello di studiare e analizzare nuovi approcci per lo studio delle curve TIC, Time Intensity Curve, nella diagnosi e caratterizzazione delle lesioni al seno.