Il dott. Massimo Chiappini è entrato a far parte dell’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia nel 1992. Attualmente ricopre la carica di dirigente nell’Unità Struttura crostale, ambiente e sicurezza. È autore e coautore di innumerevoli articoli scientifici peer reviewed su riviste internazionali. Ha dedicato la sua vita alla ricerca coordinando diversi progetti congiunti internazionali bilaterali e multilaterali finalizzati a studi ‘crostali e ricerca geomagnetica’. È esperto nelle tecniche geofisiche rivolte all’esplorazione, a finalità ambientali e di mitigazione del rischio. È sempre stato sul campo in particolare in attività e in condizioni ambientali estreme, come le innumerevoli spedizioni di ricerca che si sono svolte in Antartide. Ha condotto indagini ‘geofisiche multidisciplinari’ in condizioni difficili ed effettuato rilevazioni di ampie aree con tecniche geofisiche terrestri e aeree. Ha realizzato e guidato, negli ultimi anni, l’INGV Airborne Geophysics Lab, l’Airborne Geophysics Science Team con i quali ha condotto numerose indagini in varie aree del mondo: Croazia, Kazakistan, Nuova Zelanda, Spagna, Ungheria e Antartide. Nel concentrare i suoi studi sull’utilità dei campi di anomalia magnetica misurati per ottenere nuove informazioni sulle proprietà e i processi della crosta terrestre, il dott. Massimo Chiappini, in questa intervista esclusiva ci spiegherà come è nato PACE, il software che sostituisce la TAC.
Dott. Chiappini da cosa è stato ispirato per la creazione di PACE Pipeline for Advanced Contrast Enhancement?
Stavo rientrando da Vienna, l’aereo era quasi vuoto, era uno degli ultimi a volare, il giorno dopo in Italia ci sarebbe stato il primo lockdown. Ero in quarantena come tutti e nella vita ho sempre prodotto idee, è una peculiarità di noi ricercatori, così ho iniziato a pensare di trovare una soluzione per contrastare il covid-19. Per giorni ho sentito parlare solamente di malati, ospedali sovraffollati e di morti. Allora mi sono chiesto come avrei potuto aiutare le persone e i medici utilizzando le mie conoscenze. Nella prima fase del coronavirus nessuno sapeva nulla, i medici e le istituzioni navigavano a vista. Dalle sperimentazioni effettuate in Cina per saperne di più sul Covid-19 bisognava fare un imaging dei polmoni e a tale scopo veniva utilizzata la TC tomografia computerizzata del torace senza contrasto.
Lei ha coperto gran parte della superficie dell’Antartico con analisi di imaging profondo, ha misurato picchi di montagne e fondali marini, cosa le ha permesso di aprire la mente e dar vita a PACE?
Ispirato anche da Lettera 150, un think tank che si è formato spontaneamente in Italia durante il periodo peggiore della pandemia da Covid – 19 per suggerire un approccio razionale e strategico all’emergenza, ho aperto la mente per trovare una soluzione pensando a come potevo dare una mano in questo momento così complicato, mettendo a disposizione le tecniche che uso per diagnosticare la Terra. Per identificare le patologie polmonari da COVID-19 e capirne la loro evoluzione a seguito della terapia somministrata, devi fare la TAC, con tutti i problemi che ne derivano. Quindi devi avere l’apparecchio a disposizione, il paziente riceve un mare di radiazioni, devi sanificare tutte le volte la TAC dopo averla usata e il rischio maggiore lo si corre per portare in giro malati di coronavirus, che potenzialmente potrebbero infettare altre persone. Allora ho pensato e se utilizzassimo le tecniche di image processing per analizzare il territorio e unitamente, invece di fare la TAC, usassimo radiografie? Insieme ai miei collaboratori, ho pensato di applicare alle radiografie digitali l’analisi con una serie di algoritmi complessi che, in poche parole, enfatizzano i contrasti nelle immagini.
Il software PACE al momento è sperimentale vero? Dove e come lo state testando?
Il software è stato applicato a qualche centinaio di casi attraverso la raccolta delle immagini di RX effettuate sui pazienti COVID-19 del Policlinico Universitario “G. Martino” di Messina, ed è stato sviluppato e sperimentato da un team multidisciplinare congiunto di ricercatori. PACE è stato ideato per risolvere i problemi di ‘scarsa risoluzione grafica ottimizzando al massimo il contrasto delle immagini radiografiche del torace.
Lei è un coautore di PACE Pipeline for Advanced Contrast Enhancement?
Certamente, ‘il software PACE, è sviluppato dal team multidisciplinare dei ricercatori dell’INGV, dell’Università di Messina (guidato dal prof. Giovanni Finocchio del Dipartimento di Scienze Matematiche e Informatiche, Scienze Fisiche e Scienze della Terra (MIFT) e dal prof. Michele Gaeta del Dipartimento di Scienze biomediche, odontoiatriche e delle immagini morfologiche e funzionali) e dell’Università di Catania (guidato dal dott. Giulio Siracusano e dal Prof. Aurelio La Corte).’
Come funziona PACE?
In alternativa alla TAC, la radiografia del torace, sebbene con meno risoluzione della TC, può fornire importanti informazioni sull’evoluzione del coinvolgimento polmonare durante la malattia. Questo aspetto è molto importante per verificare la risposta di un paziente ai trattamenti. Con il software, possiamo dimostrare come migliorare l’utilità della radiografia del torace tramite ‘uno strumento di post-elaborazione non lineare, denominato PACE (Pipeline for Advanced Contrast Enhancement), combinando correttamente la decomposizione in modalità empirica bidimensionale veloce e adattiva (FABEMD) e l’equalizzazione dell’istogramma adattivo a contrasto limitato (CLAHE). I risultati mostrano un miglioramento del contrasto dell’immagine, dando la possibilità di una più alta rilevabilità di lesioni.
Qual è la differenza tra lo studio sui vulcani e quello sui polmoni?
Più che parlare di differenze, mi riferirei alle analogie metodologiche rappresentate dalle tecniche di trattamento delle immagini. Queste metodiche permettono di migliorare l’imaging dell’interno dei polmoni analogamente alla struttura profonda dei vulcani e delle aree sismiche. Noi geofisici studiamo l’interno della Terra in modo indiretto, analizzando la propagazione delle onde elastiche, delle onde elettromagnetiche e le proprietà del campo magnetico terrestre che subisce variazioni (che noi chiamiamo anomalie) proprio in prossimità delle aree caratterizzate da rischio naturale.
Qual è il compito dei medici che utilizzano questo software al momento sperimentale?
I medici interessati a utilizzare l’applicativo dovranno registrarsi sulla piattaforma web che al momento stiamo approntando. Una volta accreditati, caricheranno le immagini RX e otterranno poco dopo i risultati attraverso le immagini elaborate. Agli utilizzatori verrà chiesta una valutazione della performance di PACE sui loro casi specifici. Tale informazione sarà utile a noi per migliorare continuamente il metodo. I casi analizzati finora, a livello sperimentale, sono stati valutati tutti positivamente.
Qual è il potenziale di Pace?
Il vero potenziale di PACE è su più fronti. Innanzitutto, il paziente non è più sottoposto a un bombardamento massiccio di radiazioni, i tempi per effettuare una diagnostica sono decisamente ridotti, la sanificazione dell’apparato RX è decisamente più speditiva che non quella della TAC, è possibile monitorare l’evoluzione della patologia giorno per giorno e applicare le tecniche terapiche con più efficaci. Abbiamo poi un altro aspetto, ovvero la possibilità di applicare la tecnica radiografica convenzionale anche in paesi meno sviluppati, quali l’Africa e il Sud America, ove esiste una carenza di macchine TAC, o in tutte le strutture ospedaliere anche occidentali nei periodi di picco di malattia in cui si è dimostrata la difficoltà di accesso illimitato alle apparecchiature TAC.
Quando sarà disponibile il sito di PACE ufficialmente?
Il sito è in via di completamento. Siamo attualmente in fase di test da parte dei medici di Messina. Una volta reso pubblico il software potrà veramente rivoluzionare la modalità di tenere sotto controllo l’evoluzione della malattia oltre a essere un modo per aiutare anche i paesi più poveri come quelli del terzo mondo.
Il caso dello studio “Pipeline for Advanced Contrast Enhancement (PACE) of Chest X-ray in Evaluating COVID-19 Patients by Combining Bidimensional Empirical Mode Decomposition and Contrast Limited Adaptive Histogram Equalization (CLAHE)” è stato recentemente pubblicato sulla rivista ‘Sustainability’ di MDPI.
Link: https://www.mdpi.com/2071-1050/12/20/8573
Lisa Di Giovanni
