Bruzzese, A.

Campisi, Costantino

D'Aulerio, Alberto

Scafè, Raffaele

Soluri, Alessandro

Stella, Salvatore M.

Scientific Open-access Literature Archive and Repository

La chirurgia si sta avvalendo in maniera sempre più consistente di nuove tecnologie che si basa-no sulla diagnostica per immagini, puntando a procedure assai meno invasive e molto più mira-te. Tali tecniche si stanno sempre di più dimostrando essenziali in molteplici campi, contribuen-do alla diffusione di nuovi metodi che consistono nella integrazione di  informazioni, al fine difornire dettagli diagnostici sempre più precisi. La portabilità di nuovi dispositivi avanzati si starivelando un elemento essenziale, che permette il loro impiego in sala operatoria e consente diavere metodi di localizzazione on line molto efficaci.Uno dei dispositivi che risponde a tali caratteristiche è appunto una piccola gamma-cameraportatile (Imaging Probe), ad alta risoluzione spaziale, che è stata già sperimentata con successo inmolte applicazioni(1-3), ottenendo risultati incoraggianti e fornendo buone prospettive di utiliz-zo in tecniche chirurgiche specifiche (4,5). L’impiego combinato delle tecniche scintigrafiche conquelle ecografiche o radiografiche (6,7) permette di valutare con buona precisione il campo ope-ratorio, restringendo al massimo le zone su cui intervenire chirurgicamente. Chiaramente la vali-dità del metodo è anche legata all’utilizzo di nuovi radiofarmaci, specifici per particolari patolo-gie tumorali, che rispondono all’esigenza di introdurre nuove metodiche in grado di proseguire lafase della sperimentazione clinica finora condotta per poter essere diffuse successivamente consuccesso.L’evoluzione che tali dispositivi hanno avuto negli ultimi anni consente di prevedere un rapi-do utilizzo di sistemi meccanici di precisione per la localizzazione ottica delle lesioni da asporta-re, in modo da consentire al chirurgo di localizzare, tramite segnale ottico puntato sulla zona indi-viduata, la posizione della massa da asportare e subito dopo effettuare una valutazione sulla pre-senza di eventuali zone residue. Le nuove gamma-camere di piccolo campo, ad alta risoluzione spaziale (dell’ordine di 2-3mm), sono capaci di localizzare tumori di piccole dimensioni, difficilmente palpabili anche insede intraoperatoria.  Queste attrezzature, brevettate dal Consiglio Nazionale delle Ricerche(CNR),  sono state in parte già utilizzate con sistemi meccatronici di precisione e quindi appareauspicabile in futuro una applicazione maggiormente  dedicata agli interventi in chirurgia radio-guidata. Di recente, al fine di permettere lo sviluppo di tali dispositivi, è stato finanziato un Progettoper il trasferimento industriale (spin-off) con la nascita di una nuova Piccola Media Impresa(PMI), di cui fa parte anche il CNR. Compito di tale Società (Li-tech srl) sarà quello di speri-mentare e mettere a punto tali dispositivi scintigrafici in  modo che possano essere introdotti sulmercato, per avviarne la fase di diffusione clinica su vasta scala.273G Chir Vol. 24 - n. 8/9 - pp. 273-278Agosto-Settembre 2003Prospettive ed applicazioni delle nuove tecniche di localizzazione per biopsia e chirurgia radioguidataS. Stella 1,2con la collaborazione di A . S o l u r i1, C . C a m p i s i1, A . B r u z z e s e 2, A. D’Aulerio 2, R . S c a f é 3e d i t o r i a l e1 Istituto di Ingegneria Biomedica (ISIB)-CNRSezione di Tecnologie Biomediche - RomaUniversità degli Studi “G.D’Annunzio” Chieti2 Dipartimento di Scienze Chirurgiche Sperimentali e Cliniche3 ENEA-Centro Ricerche Casaccia - Roma© Copyright 2003, CIC Edizioni Internazionali, RomaIl dispositivo miniaturizzato (Imaging Probe) viene descritto come una piccola gamma-came-ra di ridotte dimensioni (26.2 x 26.2 mm2 di area attiva), di lunghezza di circa 12 cm e peso ridot-to (inferiore ad 1 kg). Il dispositivo si presta per la realizzazione di rilevatori di aree più estese, per-chè può essere assemblato in maniera modulare, seguendo la configurazione di varie forme e geo-metrie, con il fine di realizzare apparecchiature da dedicare a specifiche applicazioni (mammella,cuore, prostata, ecc.). Ogni elemento del cristallo di CsI(Tl) è stato posizionato all’interno del singolo elemento qua-drato di collimazione, realizzando una matrice di 8 x 8 elementi. Tale tecnica, abbinata ad un foto-tubo PSPMT  (Position Sensitive Photo Multiplier Tube) permette di ottenere alta efficienza di rive-lazione ed alta risoluzione spaziale (circa 2 mm), utilizzabile per la integrazione di immaginimorfo-funzionali. Il prototipo realizzato consente di avere prestazioni migliori rispetto a quellefornite da un precedente dispositivo sperimentale, introducendo una serie di innovazioni che con-sentono di raddoppiare l’efficienza di rivelazione e la precisione delle localizzazioni neoplastiche.Gli aggiornamenti prodotti si basano su brevetti CNR che hanno già ricevuto la loro approvazio-ne in Europa e Stati Uniti (8, 9). Per l’elaborazione di dati provenienti dal sistema scintigrafico si fa uso di un notebook (PentiumIV a 2.0 GHz), collegato ad un box contenente l’intera elettronica di funzionamento Un softwa-re dedicato permette di visualizzare le immagini scintigrafiche in modalità on line (Fig.1)La disponibilità di attrezzature così sofisticate ha reso necessario il contemporaneo sviluppo ela successiva sperimentazione di nuovi radiofarmaci, ancora più specifici. Di recente sono statisperimentati una  serie di nuovi anticorpi o peptidi per la localizzazione del tumore della mam-mella e della prostata. In particolare, viene considerata come particolarmente promettente la pos-sibilità di utilizzare  come nuovi radiofarmaci la bombesina (10), il glucarato e l’annessina VI; el’impiego combinato delle nuove attrez z a t u re e dei nuovi radiofarmaci risulterà part i c o l a r m e n t eutile per la ricerca di nuove metodiche per la localizzazione del linfonodo sentinella (11-14).Un caso di interessante impiego riguarda la chirurgia ortopedica, in particolare la ricercaintraoperatoria di un osteoma osteoide (15): è possibile visualizzare la zona dell’infiammazionecon guida scintigrafica e controllare il risultato dell’asportazione dopo l’intervento (Fig.2). IlS. Stella e Coll.274a bFig. 1 - a) Nuovo dispositivo scintigrafico di piccolo campo (Imaging Probe). b) Particolare dei cristalli di scintillazione interni al col-limatore quadrato.dispositivo permette di acquisire immagini scintigrafiche con estrema rapidità proprio per la suaparticolare efficienza di rivelazione e consente quindi di esplorare rapidamente vaste zone d’inda-gine, fornendo un’immagine diagnostica in pochi secondi. Altra interessante applicazione è costituita dalla possibilità di produrre una serie di immaginiintegrate provenienti da un sistema scintigrafico e da uno ecografico. La diagnostica delle tireo-patie nodulari poggia su alcuni cardini di provato significato clinico per la caratterizzazionemorfologica, funzionale e di natura del nodulo. Tali presidi, rispettivamente rappresentati dallostudio ultrasonografico e flussimetrico, dalla valutazione funzionale scintigrafica e dall’esame cito-logico tramite aspirazione eco-assistita, consentono di porre una diagnosi nella quasi totalità deinoduli. Tuttavia, nonostante queste metodiche, la caratterizzazione diagnostico-funzionale dellelesioni subcentimetriche è sovente indeterminabile per il basso potere di risoluzione della scinti-grafia classica. La possibilità di sovrapposizione delle immagini ecografiche e scintigrafiche acquisite permet-te di applicare in molti casi tale tecnica per la diagnosi.  In particolare, si possono montare sulledue sonde, ecografica e scintigrafica, una serie di sensori per il calcolo della posizione relativa.L’acquisizione ecografica pemette di definire il dettaglio anatomico mentre quella scintigraficapermette di definire il dettaglio funzionale. In caso di noduli della tiroide la cui natura non è facil-mente identificabile, la tradizionale camera di Anger non permette di caratterizzare dettagli infe-riori al centimetro. Mediante la sonda scintigrafica (Imaging Probe) è possibile al contrario visua-lizzare dettagli dell’ordine di 2-3 mm e definire se il nodulo si presenta “caldo” o “freddo” allasomministrazione del tracciante. La integrazione e la sovrapposizione delle due immagini posso-no permettere di localizzare la zona dei noduli e caratterizzarne la natura, colloidale o di tessutotiroideo, per la successiva fase di prelievo mediante agoaspirato (Fig. 3).Prospettive ed applicazioni delle nuove tecniche di localizzazione per biopsia e chirurgia radioguidata275a bFig. 2 - Rimozione di osteoma osteoide: Imaging Probe prima (a) e dopo l’intervento (b).baFig.3 - a) Indagine dei noduli della tiroide mediante Imaging Probe. b) Scintigrafia tiroidea con Imaging Probe su nodulo freddoipocaptante (circa 5 mm).Una delle particolarità emerse durante la sperimentazione è legata alla sensibilità della sondascintigrafica, che richiede di essere sostenuta durante la misura in quanto, altrimenti, piccolimovimenti della mano possono incidere sensibilmente sulla statistica di conteggio. A tale propo-sito risulta di particolare interesse utilizzare il Probe con un braccio meccanico (Fig. 4), per faci-litarne l’acquisizione e la precisione.  Infatti sorreggere il Probe con la sola mano fa commettereerrori grossolani, che possono far cambiare la statistica ed il numero di fotoni che ogni singolo cri-stallo di scintillazione registra in aree di pochi millimetri.Il sistema robotizzato permette di compiere una serie di scansioni e di calcolare il punto“caldo” di massima captazione, identificabile mediante una sorgente luminosa, in modo da gui-dare l’operatore nella fase di biopsia o di intervento chirurgico. Tale possibilità viene sfruttataanche per realizzare tomografie o acquisizioni da vari angoli di piccoli organi (tiroide). L’uso delbraccio robotizzato si presta a molteplici applicazioni e può essere utilizzato per montare diversiImaging Probe, per acquisizioni multiple, in tomografia.Le applicazioni descritte rappresentano solo una serie delle ricerche condotte dal nostro grup-po in ambito clinico. I risultati ottenuti consentono di valutare in modo positivo l’utilizzo dellegamma-camere di piccolo campo, essendo trasportabili in ambienti come la sala operatoria.Dall’esperienza maturata l’uso di uno strumento versatile, ma di piccolo campo di analisi,  a volterichiederebbe una integrazione con un dispositivo avente una maggiore area di visualizzazione. Inparticolari situazioni, la visualizzazione di un campo d’indagine più grande risulta quindi neces-saria, per cui è già allo studio un primo prototipo che si basa su un’area di 5x5 cm, ferme restan-do le caratteristiche di trasportabilità e basso peso. Anche in questo caso sarebbe facilitata l’esten-sione delle applicazioni in chirurgia radioguidata in sala operatoria  e le scansioni di alcuni orga-ni risulterebbero più rapide. L’uso di dispositivi maneggevoli e precisi come quelli descritti apre sicuramente le strade adapplicazioni interessanti in campo chirurgico. La sperimentazione parallela di nuovi radiofarmacispecifici per particolari patologie risulta fondamentale per la caratterizzazione di nuove tecnichedi localizzazione e questo consente di studiare nuovi protocolli, non previsti in sala operatoria. Glistudi preliminari finora realizzati indicano che nel prossimo futuro l’uso combinato di tracciantie dispositivi portatili permetterà di localizzare con estrema precisione le patologie, con il mante-nimento delle coordinate spaziali delle lesioni, per intervenire in maniera più semplice dove neces-sario e con l’aiuto di guide luminose che  indicano al chirurgo la zona esatta d’intervento. La stru-mentazione sarà poco ingombrante e questo ne consentirà quindi un uso ottimizzato, rivolto amantenere quella ricchezza di informazioni che attualmente si ha solo in fase pre-operatoria e consistemi diagnostici non utilizzabili in sala operatoria per il loro notevole ingombro. Le prospetti-ve future della moderna chirurgia sembrano rivolte all’introduzione di tecnologie sempre più sofi-S. Stella e Coll.276Fig. 4 - Robot a 5 gradi di libertà utilizzato per movimentare l’Imaging Probe in acquisizioni tomografiche e scansioni lineari.sticate dal punto di vista diagnostico e sempre più miniaturizzate, integrando l’utilizzo di solu-zioni meccaniche di precisione che possono servire da guida durante l’intervento chirurgico veroe proprio. Questo contributo tecnologico fino a pochi anni fa veniva offerto da sistemi menocomplessi, ad esempio i probe monocanale, i quali hanno portato contribuiti importanti nella chi-rurgia radioguidata e nella tecnica di localizzazione del linfonodo sentinella. Il passo successivoriguarda invece veri e propri sistemi di imaging integrabili con le normali tecniche ecografiche oradiografiche utilizzate durante gli interventi operatori. L’interesse sempre crescente di tecniche di localizzazione, che comprendono sistemi meccani-ci e robot preposti a tale compito, apre un campo nuovo nelle applicazioni in ambito medico esicuramente la chirurgia rappresenta, da tale punto di vista, una destinazione naturale che per-metterà alle moderne tecnologie un impiego molto diffuso.RingraziamentiSi ringrazia la Società Li-tech srl di Lauzacco-Pavia di Udine (UD) per l’apporto prestato e la disponibilità offerta nelcorso della ricerca finora svolta. Parte dell’attività di ricerca è stata svolta grazie al finanziamento del Progetto Strategico “Oncologia” del MIUR-CNR.Bibliografia1. Pani R, Soluri A, Scafè R,  Pellegrini R , Tatì A, Scopinaro F, De Vincentis G, Gigliotti T. Festinesi A, Garibaldi F.Del Guerra A: A compact gamma ray imager for oncology. Nucl Instr  Met  Phy Res, A 2002; 477: 509–513.2. Soluri A,  Campisi C,  Stella S, Scopinaro F: Intraoperative radioisotope detection review for new surgery methods:experience and perspective Tumori, 2002; 88: 57-59.3. Stella S,  Soluri A,  Campisi C,  ValentiG: Nuove tecnologie di imaging in fase intraoperatoria. G Chir  2001 2001;369-372.4. 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D'ErricoG, Scafé R , Soluri A,  Schiaratura A,  Mangano  A M,  David V, Scopinaro F: One Inch Field of viewimaging probe for breast cancer sentinel node location. Nucl Inst and Met in Phy Res 2003;105-109.13. Soluri A,  Scafè R,  Capoccetti F, Burgio N,  Schiaratura A,  Pani R, Pellegrini R,  Cinti MN,  Mechella M, Amanti,A, David V, Scopinaro F: Imaging probe for breast cancer localization. Nucl Inst.  Meth in Phy Res, A 2003;114-121.14) Schillaci O, D’Errico G, Scafè R, Soluri A, Burgio N, Santagata A, Spanu A, Mangano AM, David V, SchiaraturaA, Scopinaro F: Sentinel node detection with Imaging Probe. Tumori, 2002; 88, 33-36. 15. D’Errico G,  Soluri A, Scafè R, Chiarini S, Burgio N, Schiatura A, Massa R, Scopinaro F: Radioguided Biopsy ofOsteoid Osteoma: usefulness of Imaging Probe. Tumori 2002; 88: 31-33.Prospettive ed applicazioni delle nuove tecniche di localizzazione per biopsia e chirurgia radioguidata277

Prospettive ed applicazioni delle nuove tecniche di 

localizzazione per biopsia e chirurgia radioguidata

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