iMPI: essere umano portatile

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 10472 (2023) Citare questo articolo

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Gli interventi endovascolari minimamente invasivi sono diventati uno strumento importante per il trattamento di malattie cardiovascolari come la cardiopatia ischemica, la malattia delle arterie periferiche e l’ictus. La fluoroscopia a raggi X e l'angiografia a sottrazione digitale vengono utilizzate per guidare con precisione queste procedure, ma sono associate all'esposizione alle radiazioni per i pazienti e il personale clinico. Il Magnetic Particle Imaging (MPI) è una tecnologia di imaging emergente che utilizza campi magnetici variabili nel tempo combinati con traccianti di nanoparticelle magnetiche per un imaging veloce e altamente sensibile. Negli ultimi anni, esperimenti di base hanno dimostrato che l’MPI ha un grande potenziale per le applicazioni cardiovascolari. Tuttavia, gli scanner MPI disponibili in commercio erano troppo grandi e costosi e avevano un campo visivo (FOV) ridotto progettato per i roditori, il che limitava ulteriori ricerche traslazionali. Il primo scanner MPI a misura d'uomo progettato specificamente per l'imaging cerebrale ha mostrato risultati promettenti ma presentava limiti in termini di intensità del gradiente, tempo di acquisizione e portabilità. Qui presentiamo un sistema MPI interventistico portatile (iMPI) dedicato agli interventi endovascolari in tempo reale privi di radiazioni ionizzanti. Utilizza un nuovo approccio con generatore di campo con un FOV molto ampio e un design aperto orientato all'applicazione che consente approcci ibridi con l'angiografia convenzionale basata su raggi X. La fattibilità di un'angioplastica transluminale percutanea (PTA) guidata da iMPI in tempo reale è mostrata in un modello dinamico realistico di gamba a misura d'uomo.

Le malattie cardiovascolari (CVD) sono la principale causa di mortalità globale e uno dei principali fattori che contribuiscono alla disabilità1. Gli interventi endovascolari minimamente invasivi sono diventati una parte importante del trattamento dei pazienti con malattie cardiovascolari, come la cardiopatia ischemica, la malattia delle arterie periferiche o l'ictus2,3,4. Le procedure interventistiche che utilizzano cateteri e fili guida vengono, ad esempio, eseguite per riaprire vasi ostruiti o sciogliere coaguli di sangue. Gli interventi mini-invasivi guidati da immagini in genere non richiedono anestesia generale o grandi incisioni, il che li rende molto più sicuri per i pazienti rispetto alla chirurgia.

La rapida evoluzione degli interventi endovascolari è guidata da sofisticati metodi di imaging con elevata risoluzione temporale e spaziale, nonché dallo sviluppo di strumenti interventistici dedicati. La fluoroscopia a raggi X e l'angiografia a sottrazione digitale (DSA) sono attualmente le modalità di imaging standard per queste procedure. Tuttavia, i metodi basati sui raggi X sono associati all’esposizione alle radiazioni per i pazienti e il personale clinico. Inoltre vengono utilizzati mezzi di contrasto contenenti iodio, che possono potenzialmente causare danni acuti ai reni5.

L'imaging con particelle magnetiche (MPI) è una tecnica di imaging sperimentale emergente che non prevede radiazioni ionizzanti o mezzi di contrasto nefrotossici6. A differenza delle modalità di imaging clinico consolidate come la tomografia computerizzata (CT), la risonanza magnetica (MRI) e i raggi X, l'MPI è una modalità di imaging basata su traccianti. L'MPI utilizza campi magnetici per rilevare la distribuzione spaziale di agenti traccianti composti da nanoparticelle magnetiche (MNP). Il concetto di MPI si basa sulla risposta di magnetizzazione non lineare di tali MNP a campi magnetici variabili nel tempo. I traccianti intravascolari basati su MNP possono visualizzare il sistema vascolare senza sfondo come nel DSA e sono stati utilizzati come agenti di contrasto per la risonanza magnetica negli esseri umani7,8. L'MPI offre un imaging veloce e sensibile con un elevato rapporto segnale-rumore (SNR)9 e non presenta attenuazione della profondità nei tessuti umani10. Per motivi tecnici, gli scanner MPI erano essenzialmente sistemi di piccoli animali grandi e stazionari con campi visivi (FOV) piccoli di soli pochi centimetri in ciascuna dimensione11,12. Finora le applicazioni nel campo della CVD sono state limitate agli studi preclinici sui fantasmi13,14,15,16,17,18,19,20.