PROGETTI DI BIOINFORMATICA PRESSO L’UNITA’ DI BRAIN IMAGING DELLA SEZIONE DI PSICHIATRIA E PSICOLOGIA CLINICA, UNIVERSITA’ DI VERONA

Premessa

Da due anni è iniziata presso il Centro OMS di Verona, Sezione di Psichiatria e Psicologia Clinica dell’Università di Verona, un’area di ricerca nell’ambito del brain imaging in psichiatria.  Il Laboratorio di Brain Imaging per la ricerca è situato al piano terra della Palazzina sede sia il Servizio di Psicologia Medica sia il Centro OMS.  Presso tale laboratorio si utilizzano 5 worstation con notevoli capacità di elaborazione immagine e con diversi software specifici per l’analisi dei dati.

E’ attualmente in fase avanzata uno studio longitudinale con risonanza magnetica (RM) in una coorte di soggetti schizofrenici e con disturbo bipolare rappresentativa dell’area di Verona.  Diverse tecniche di neuroimaging sono utilizzate, in particolare vengono effettuate acquisizioni anatomiche tridimensionali, in diffusione ed in perfusione. Nello specifico, con le immagini anatomiche stiamo studiando la volumetria delle neurostrutture, tramite ricostruzioni bi e tridimensionali. Le acquisizioni in diffusione invece ci danno informazioni sulle proprietà fisiche dei tessuti neuronali, la microstruttura e l’organizzazione architetturale delle aree cerebrali o delle fibre di connessione prese in esame. La perfusion MRI è una metodica che tramite l’introduzione di un mezzo di contrasto (es. gadolinio) indaga la dinamica dei flussi cerebrali e permette di esplorare la microvascolarizzazione delle neurostrutture.  Tali indagini ci permettono dunque di sviluppare progetti di volumetria cerebrale e di indagare la citoarchitettura e la microvascolarizzazione delle neurostrutture di interesse. 

Il lavoro, in generale, comprenderà in primo luogo l’apprendimento della teoria dell’acquisizione di tali parametri (imaging strutturale, di diffusione e first passage, la teoria che descrive in generale i traccianti iniettati nel sangue in vivo) ed inoltre comporterà la comprensione e l’uso di programmi commerciali per l’elaborazione delle immagini e l’analisi dei dati nonchè la scrittura di programmi dedicati.  Si tratterà quindi di un progetto focalizzato principalmente sull’analisi dei dati umani, con un importante acquisizione di competenze informatiche.

Progetti per tesi

Shape analysis and surface generation

Questa analisi è importante per ulteriormente capire come una neurostruttura sia alterata.  Deve essere effettuata un’analisi della forma, curvatura e superficie di specifiche neurostrutture e circonvoluzioni cerebrali.  Attualmente abbiamo in uso tre software per ricostruzioni volumetriche bi e tridimensionali (MedX, Medical Numerics, Inc.; Amira 3.1.1 TGS; Brains2 Iowa Mental Health Clinical Search) che hanno le potenziali per effettuare tali analisi.  Inoltre, si potrebbe creare un software ad hoc che isoli le neurostrutture di interesse basandosi sui template create in precedenza e permetta l’analisi della curvatura e della superficie delle aree di interesse:

a. analisi della forma, curvatura e superficie di specifiche neurostrutture e circonvoluzioni cerebrali

- Deformation-based morphometry, introduced by Ashburner and colleagues 1998; Lancaster et al., 2003;

  - 3D warping by Kochunov et al., 1999, 2000;

  - Cortical pattern matching methods  ADDIN ENRfu by Thompson et al. (2003, 2004)

b. creazione di un software che isoli determinate strutture basandosi su template create in precedenza;

c. gestione delle immagini 3D generate.

Interpolazione dei dati anatomici 3D con quelli DWI e PWI

Analisi dei dati DWI e PWI interpolando quelli anatomici 3D.

Analisi voxel by voxel dei dati di densità di sostanza grigia, PWI e DWI

Analisi voxel per voxel dei dati di densità della volumetria della sostanza grigia, di perfusione e di diffusione. 

Questo potrebbe essere ottenuto creando dei template per il cervello del gruppo di malati e per quello del gruppo dei sani:

a. analizzare i dati di densità della sostanza grigia, di perfusione e di diffusione di ogni singolo voxel;

b. creazione di template sulla base della voxel-by-voxel analysis per ogni gruppo di osservazione (pazienti e controlli) da confrontare.

Segmentazione

    a. sostanza grigia e bianca;

    b. analizzare parametri di diffusione e perfusione per ogni singolo voxel in ogni soggetto esaminato

Analisi dell’intensità di segnale T2

Analisi dell’intensità di segnale in T2, in particolare per la sostanza bianca.  Suddivisione del corpo calloso nelle sue sezioni anatomiche specifiche e confronto de valore di intensità del segnale di questa struttura:

a. analisi iperintensità della sostanza bianca;

b. suddivisione del corpo calloso nelle sue sezioni anatomiche specifiche e confronto de valore di intensità del segnale.