Methods for segmentation and characterization of multiple sclerosis cortical lesions from MRI data

Questa tesi tratta l’analisi automatica di immagini di risonanza magnetica cerebrale in soggetti affetti da sclerosi multipla. In particolare, l’analisi è volta sia a una stima quantitativa del carico di lesioni corticali presenti a causa del decorso della malattia, sia a una caratterizzazione del tipo di lesioni presenti basata sul loro grado di infiammazione. La sclerosi multipla è una malattia infiammatoria a decorso cronico che colpisce il sistema nervoso centrale, provocandone una progressiva distruzione della mielina in più aree. Per frequenza, nel giovane adulto è la seconda malattia neurologica e la prima di tipo infiammatorio cronico. Inoltre, la sclerosi multipla può essere considerata anche come malattia sociale, con un’elevata ricaduta economica, sia diretta che indiretta: la diminuzione o la perdita dell’autonomia porta alla progressiva impossibilità di svolgere una qualsiasi attività lavorativa fino all’incapacità di condurre una vita indipendente. A questo si aggiungano il costo delle cure e dell’assistenza necessarie. Benché le cause siano ancora in parte sconosciute, molto è stato fatto nel chiarire le diverse fasi del processo infiammatorio che caratterizza tale patologia, permettendo così di arrivare a una diagnosi e a un trattamento precoce che consentono di ridurre gli effetti della malattia. Le lesioni causate dalla sclerosi multipla risultano visibili grazie a particolari tecniche di acquisizione di immagini basate sulla risonanza magnetica. In particolare negli ultimi decenni si sono studiate e messe a punto diverse sequenze di risonanza ottimizzate per la visualizzazione delle lesioni in materia bianca. Il quadro delle tecniche a disposizione qualora si vogliano studiare lesioni in materia grigia risulta invece meno completo, soprattutto a causa del fatto che la scoperta di un coinvolgimento della materia grigia nella malattia è molto più recente. La verifica dell’evoluzione e della comparsa di nuove lesioni è importante dal momento che consente di monitorare il progredire di una malattia caratterizzata da fasi acute intervallate a periodi di quiescenza più o meno lunghi. Per questo motivo i soggetti affetti da sclerosi multipla vengono periodicamente sottoposti a esami di risonanza magnetica. Ogni successiva valutazione da parte del medico neurologo dipenderà da quanto evidenziato dalle immagini acquisite. In questo senso è fondamentale che il medico sia ben allenato nella valutazione di immagini di risonanza, e che ponga particolare attenzione non solo nell’individuare la comparsa di nuove lesioni, ma anche nel riconoscere la presenza di lesioni già presenti in esami precedenti, che possono essere progredite nella forma, nelle dimensioni e nel grado di attività. La lettura di un esame di risonanza magnetica richiede tempo e attenzione, ed è inevitabilmente soggetta all’errore umano che caratterizza qualsiasi valutazione manuale. Per questo, benché sia impensabile prescindere dalla valutazione del medico, una tecnica di analisi automatica di immagini di risonanza magnetica cerebrale che sia in grado di evidenziare la presenza di lesioni da sclerosi multipla può rappresentare un valido aiuto alla refertazione, sia in termini di tempo che di accuratezza. In questa tesi si descriveranno le tecniche di risonanza magnetica a disposizione per una miglior visualizzazione delle lesioni corticali. Su queste si procederà alla segmentazione del tessuto di interesse, ossia del volume di materia grigia. In seguito verrà descritta la tecnica proposta per il riconoscimento delle regioni patologiche corticali. Infine sarà descritto un primo tentativo di caratterizzazione delle diverse lesioni corticali, basato sulla valutazione del grado di attività di ciascuna lesione.