Mappiamo la pelle in 3D

Negli ultimi anni si assiste ad una crescente incidenza del melanoma: per questo motivo è sempre più importante  realizzare screening di prevenzione dermatologica per la diagnosi precoce.

Lo studio di eventuali cambiamenti nel tempo delle caratteristiche di un nevo è di estrema importanza nella diagnosi del melanoma, ma è normalmente basato sul confronto con le immagini ottenute in visite precedenti che forniscono informazioni rilevanti, ma sono comunque proiezioni 2D di un corpo 3D.

Inoltre, alcuni pazienti hanno un elevato numero di nevi (nei) e questo rende difficile per un dermatologo studiarli tutti nel tempo limitato di una visita.

Tutti questi fattori determinano l’esigenza di  sviluppare un sistema di supporto per la diagnosi del melanoma.

Il sistema che si andrà a realizzare fornisce un modello 3D dettagliato della cute del paziente e  classifica i nevi sulla base di una graduatoria di sospette condizioni di melanoma, sia utilizzando i dati ottenuti in una singola visita, sia mediante confronto con i dati ottenuti in eventuali visite precedenti. In tal modo, il dermatologo potrà focalizzare le indagini con dermatoscopio o altri metodi sui nevi sospetti.

Con i fondi raccolti finanzieremo la sperimentazione clinica che avverrà in collaborazione tra il Dipartimento di Geoscienze dell’Università di Padova, l’Istituto Oncologico Veneto (IOV) e la Clinica Dermatologica dell’Azienda Ospedaliera di Padova.

La sperimentazione

Nel periodo di sperimentazione verranno reclutati 1.000 pazienti per 12-18 mesi di sperimentazione.

La sperimentazione permetterà da un lato di attuare la verifica teorica del brevetto sul sistema e dall’altro di definire i criteri per classificare ciascun nevo riguardo al rischio di melanoma sulla base delle sue caratteristiche

Una volta dimostrata l’efficacia del metodo, sarà possibile passare alla fase di ingegnerizzazione per realizzare un prodotto direttamente utilizzabile dal medico per fini diagnostici.

Il sistema non intende in alcun modo sostituirsi al medico ma è invece finalizzato ad aiutarlo nell’individuazione dei nevi da sottoporre ad indagini diagnostiche approfondite.

Stato di avanzamento progetto a ottobre 2019

Il sistema di supporto diagnostico per immagini che si sta testando consiste in un metodo per l’acquisizione e il trattamento automatico delle immagini in grado di fornire un modello digitale 3D, definito in un conveniente sistema di riferimento per ciascun paziente, testurizzato in banda visibile e nell’infrarosso termico. Il metodo proposto è finalizzato a fornire una mappatura tridimensionale della cute con due possibili approcci:

• acquisizione diretta (prima acquisizione, oppure unica); in tal caso, il metodo è finalizzato a riconoscere i nevi potenzialmente associati sulla base delle loro caratteristiche morfologiche, di dimensioni, cromatiche e di risposta termica;
• misure ripetute nel tempo (multitemporali); in tal caso, il metodo è finalizzato a riconoscere eventuali variazioni morfologiche, di dimensioni, cromatiche e di risposta termica dei nevi che possono essere messe in relazione a sospetti melanomi. Si tratta dell’approccio d’elezione cioè, in generale, il paziente sarà invitato ad essere sottoposto a nuova visita con conveniente tempo di ritorno.

In entrambi i casi, il sistema è concepito al fine di riconoscere i principali indicatori di potenziale melanoma.

L’obiettivo primario è la messa a punto del metodo di supporto diagnostico in una configurazione sperimentale ridotta (sei fotocamere e termocamera) ma idonea a testarne in modo completo l’efficacia. In caso di esito favorevole della sperimentazione, si procederà a definire la configurazione finale del sistema attraverso il quale il metodo sarà praticamente implementato e reso disponibile ai possibili medici-utenti. Si precisa comunque che la sperimentazione clinica ha carattere meramente scientifico, ancorché applicativo, e che l’effettiva realizzazione di un sistema utilizzabile nella normale pratica diagnostica sarà oggetto di specifiche, successive procedure di certificazione a cura di chi acquisterà il brevetto, descritto nel successivo punto 1.3, dal Servizio Trasferimento di Tecnologia dell’Università degli Studi di Padova.

Il metodo, nella sua prima formulazione, è oggetto di brevetto concesso dall’Ufficio italiano marchi e brevetti: “Metodo e apparato per la mappatura tridimensionale della cute di un paziente per il supporto della diagnosi di melanoma”.

Stato dell’arte delle attività

Per quanto riguarda lo sviluppo del software necessario per l’attuazione delle sperimentazioni, sono state realizzati vari codici in MATLAB, primariamente (anche se non completamente) redatti secondo il paradigma della programmazione orientata agli oggetti.

Per quanto riguarda l’hardware, sono già state acquisite e sono disponibili: tre fotocamere; il sistema per l’acquisizione sincronizzata e l’archiviazione delle immagini non polarizzate; una termocamera; il sistema di supporto delle tre fotocamere e della termocamera.

Le sperimentazioni cliniche non sono ancora iniziate. Tuttavia, è già stato definito il Protocollo di Sperimentazione ed è già stata ottenuta l’autorizzazione da parte del Comitato Etico dello IOV, con Cod. Int. CE IOV 2018/06 on 22/01/2018 (“Sviluppo di un metodo fotogrammetrico-termografico per il supporto diagnostico al riconoscimento di lesioni cutanee potenzialmente legate a melanoma”, Principal Investigator: Prof. Simone Mocellin).

Prossime attività

Per quanto riguarda il software i codici per il riconoscimento dei nevi e il calcolo degli indici diagnostici sono pressoché pronti all’uso (salvo modifiche che dovessero rendersi necessarie durante le sperimentazioni).

È in corso lo sviluppo di un sistema di classificazione semantica delle superfici acquisite mediante termografia all’infrarosso alfine di caratterizzare i particolari osservati in base alla corrispondete emissività e quindi introdurre valori corretti nel calcolo della temperatura.

È previsto l’acquisto di altre due o tre fotocamere dello stesso tipo di quelle già disponibili per aumentare la quantità di immagini sincronizzate, nonché la realizzazione del relativo supporto da fissare agli stessi sostegni verticali del supporto esistente. Inoltre, è previsto l’acquisto di filtri polarizzatori per le lampade e le fotocamere.

Per la sperimentazione clinica conformemente all’autorizzazione del Comitato Etico dello IOV è previsto l’arruolamento di circa 1000 pazienti per i quali non vi siano controindicazioni per la rimozione chirurgica di un nevo, necessaria in caso di biopsia (su circa 1000 pazienti arruolati, si prevedono circa 100 biopsie).