Facilities

FACILITIES

Laboratorio Immagini e stampa 3D

Il Laboratorio di Elaborazioni di Immagini nasce nel 2015 con lo scopo di riunire le competenze tecnologiche relative al settore dell’imaging diagnostico al servizio delle esigenze clinico-scientifiche. Il personale scientifico del Laboratorio è caratterizzato da background e percorsi di formazione differenti, inquadrabili nei settori disciplinari di: Fisica applicata, Ingegneria, Biotecnologie, Informatica e Radiologia. Tale eterogeneità a livello professionale è fondamentale ai fini dello scambio di conoscenze, idee ed esperienze nei diversi settori. Le competenze e qualifiche di cui sono dotate le risorse del Laboratorio sono essenzialmente di tre tipi: conoscenza dei principi fisici e di funzionamento della strumentazione e dei parametri di acquisizione delle immagini diagnostiche; conoscenza ed implementazione di tecniche di image processing e di analisi multivariata delle immagini diagnostiche; capacità di divulgazione dei risultati scientifici e di scrittura di rapporti tecnici.

Le attività svolte dal personale del Laboratorio sono intese a valorizzare la sinergia tra le competenze disponibili e il contesto clinico assistenziale, favorendo una diretta interazione con il personale clinico ed i macchinari diagnostici.

Nello specifico, le aree di interesse e le principali attività di cui si occupa il Laboratorio sono le seguenti:

• Ottimizzazione dei protocolli di acquisizione al fine di migliorare la qualità delle immagini e minimizzare i tempi di acquisizione;
• Quantificazione di parametri anatomo-funzionali a partire dal segnale di imaging per la definizione di biomarcatori specifici per le diverse patologie ed orientati alla diagnosi e alla valutazione degli effetti di terapie;
• Progettazione di esperimenti di Risonanza Magnetica funzionale, in particolare definizione e somministrazione di paradigmi per la stimolazione sensoriale;
• Elaborazione di immagini radio-diagnostiche, che rendono possibili analisi quantitative di strutture e processi biologici in vivo nell’ambito di studi clinici;
• Sviluppo di tecniche di segmentazione e quantificazione di strutture anatomiche e lesioni patologiche su immagini diagnostiche in risposta a specifiche esigenze cliniche;
• Studio della connettomica (analisi di come le diverse aree del cervello interagiscono tra loro) e sviluppo di metodi di elaborazione ed analisi di neuroimmagini orientati alla caratterizzazione del cervello umano in termini di connettività funzionale, metabolica e strutturale;
• Identificazione e validazione di nuovi marcatori di imaging tramite tecniche di radiomica (estrazione di parametri quantitativi complessi dalle immagini diagnostiche da queste non rilevabili tramite semplice osservazione visiva da parte dell’operatore) al fine di identificare nuovi marcatori diagnostici, prognostici e di risposta al trattamento per creare modelli di supporto alla decisione clinica nell’ambito delle patologie oncologiche, neurodegenerative e cardiovascolari;

Dal punto di vista dello sviluppo tecnologico, l’ottimizzazione dei protocolli di acquisizione e l’implementazione di algoritmi e tecniche innovative di analisi ed elaborazione delle immagini risultano avere una ricaduta significativa nella ricerca traslazionale, grazie alla possibilità di trasferimento dei risultati delle attività di ricerca nella pratica clinica che avviene innanzitutto mediante l’integrazione dell’esito dell’esame con informazioni derivanti dall’implementazione di tecniche avanzate di visualizzazione e di quantificazione di parametri fisiologici e anatomo-funzionali. Inoltre, il Laboratorio contribuisce attivamente anche ai progetti di ricerca finalizzata e di ricerca corrente, mantenendo una costante collaborazione trasversale con le strutture e i laboratori dell’IRCCS.

L’IRCCS SYNLAB SDN di Napoli dispone inoltre delle competenze e delle tecnologie necessarie utili a comporre un laboratorio di stampa 3D per modelli medicali, in grado di seguire tutte le fasi del digital medical device manufacturing, dall’ottimizzazione dei protocolli di acquisizione CT e MRI, alla segmentazione (con software e strumenti di grafica digitale professionali), estrapolazione dei modelli 3D, stampa 3D, finitura e sterilizzazione. Nello specifico il laboratorio dispone di 2 stampanti a tecnologia FDM (Fused Deposition Modeling) a doppio estrusore, in grado di stampare una moltitudine di materiali (PLA, PCL, PLLA,ABS, TPU, Nylon, PVA, CPE, PC e PP) e una stampante con tecnologia SLA (Stereolitografia) che sfrutta un raggio laser UV per polimerizzare resina liquida fotosensibile (fotopolimerizzazione), come la BioMed Clear Resin per contatto corporeo a lungo termine o BioMed Amber Resin per contatto corporeo a breve termine, Elastic 50A Resin, per parti anatomiche stampate in 3D flessibili e semitrasparenti e altri materiali. Il gruppo di lavoro formato da radiologo, esperto in fisica medica, TSRM e vari clinici di riferimento, lavorano sinergicamente per l’ottimizzazione del flusso di lavoro, garantendo la massima accuratezza nelle varie fasi di produzione dei modelli 3D. I modelli prodotti sono utili in svariati campi della medicina e della ricerca, per esempio:

• Studi preoperatori;
• Replica reali di patologie;
• Pratica clinica e chirurgica di primo periodo;
• Validazione di nuovi dispositivi medici;
• Sperimentazione chirurgica extra sala operatoria;
• Formazione degli studenti/specializzandi in medicina;
• Realizzazione di protesi;
• Realizzazione di dime chirurgiche

Una delle principali aree di sviluppo del progetto è la produzione di modelli anatomici 3D patient-specific per il planning e il training chirurgico.

Seguiamo personalmente tutte le fasi di realizzazione dei modelli anatomici: dall’elaborazione e segmentazione delle immagini cliniche (TC e RM) che ci vengono fornite dai chirurghi, fino alla ricostruzione del modello virtuale, dalla scelta dei materiali e della tecnologia di stampa più idonea fino alla produzione del modello finito. Le varie tecnologie e i numerosi materiali disponibili all’interno del laboratorio, consentono di realizzare qualsiasi tipo di modello, in base alla richiesta clinica.

Strumenti laboratorio in vitro

I laboratori di ricerca dell’IRCCS SYNLAB SDN sono a servizio dei ricercatori per collaborare a migliorare la qualità scientifica e lo sviluppo della conoscenza in ambito biomedico. L’Istituto mette a disposizione le competenze tecniche e scientifiche per supportare le attività dei ricercatori esterni interessati ad utilizzare le strumentazioni a disposizione dell’IRCCS SYNLAB SDN. Di seguito alcune delle strumentazioni che possono essere utilizzate, in collaborazione con i ricercatori dell’IRCCS SYNLAB SDN, da qualsiasi ricercatore ne richieda l’utilizzo:

Biobanca

La Biobanca SDN (BB-SDN), unità di servizio dell’IRCCS SYNLAB SDN, custodisce campioni biologici dal 2012 per le attività di ricerca di SYNLAB SDN. Nel 2015 la BB-SDN è stata riconosciuta dal comitato etico locale ed è poi entrata a far parte di BBMRI in Ottobre 2016 con successiva conferma in Marzo 2021. Lo scopo della biobanca è di favorire lo sviluppo di progetti di ricerca traslazionali con particolare riferimento a quelli sull’integrazione tra le tecnologie di diagnostica per immagini e quelle dedicate allo studio dei campioni biologici in vitro. La maggior parte dei campioni (sangue, urine, feci, etc.) sono messi a disposizione da pazienti, affetti da patologie oncologiche, neurologiche e cardio-metaboliche, sottoposti ad analisi strumentali effettuate con tecnologie di imaging avanzato come PET/CT e PET/MR. Tutte le attività sono certificate ISO 9001:2015 e applicando i criteri di qualità/sicurezza per il paziente previsti dall’accreditamento Joint Commission International.

Bioinformatica e Statistica

Nell’ambito della medicina di precisione, grazie allo straordinario sviluppo tecnologico di questi ultimi anni ed all’avvento dei moderni metodi di sequenziamento, le scienze omiche rappresentano un settore in continua espansione assumendo un peso sempre più determinante per la valutazione del funzionamento complessivo di una patologia a partire dall’integrazione di dati di natura altamente eterogenea che caratterizzano un sistema biologico complesso. In questo contesto e data la sua natura traslazionale, la Bioinformatica svolge all’interno dell’Istituto un ruolo strategico in particolare nell’ambito degli studi di patologie ad alto impatto sociale. Il laboratorio di Bioinformatica e Biostatistica (Lab BioInfo) fornisce supporto biostatistico alle diverse fasi sia di protocolli clinici e pre-clinici che della ricerca traslazionale, partendo dalla definizione dello studio, analisi di dati diagnostici, clinici e di laboratorio, sino alla sua interpretazione in chiave clinica attraverso l’identificazione e l’applicazione di nuove procedure metodologico-statistiche e lo sviluppo di approcci di analisi innovativi. Nello specifico delle scienze omiche, il Lab BioInfo, oltre a fornire un supporto per l’analisi dati multiomici, si occupa nell’ambito della ricerca scientifica di sviluppare pipeline computazionali, algoritmi e piattaforme ad interfaccia grafica user-friendly per generare e rendere disponibile nuova conoscenza clinica facilmente fruibili a partire dall’integrazione di dati di tipo genomico con dati biomedici, anche attraverso l’applicazione di tecniche innovative di Intelligenza Artificiale. Al fine di migliorare l’accuratezza della diagnosi e guidare la terapia di precisione, il laboratorio sposa la mission di SYNLAB SDN rappresentato dalla Radiogenomica, che rappresenta una disciplina emergente che mette in relazione i dati quantitativi ottenuti con la Radiomica con i dati genomici di una specifica patologia. Data l’enorme mole di dati eterogenei che provengono dalla fusione dei due contesti, la Radiogenomica, unita all’Intelligenza Artificiale, offre l’opportunità di conoscenza personalizzata del profilo fenotipico di ogni singolo individuo nell’ambito di una specifica patologia. In tale direzione, il Lab Bioinfo si propone di applicare e sviluppare metodologie di data science per integrazione, analisi ed estrazione di conoscenza per fini diagnostici e prognostici, valutando e confrontando numerose e differenti tecniche di machine learning. L’attività di ricerca del laboratorio si sta focalizzando nell’ambito delle scienze omiche anche sulla network medicine, considerata un nuovo approccio alla patologia complessa che, combinando la biologia dei sistemi con le scienze delle reti, consente la valutazione di possibili moduli malattia dati dalle connessioni di differenti reti biologiche che sottendono numerose patologie complesse e multifattoriali.