Controluce - Figure per descrivere
descrivere oggetti
autore:
affiliazione:
L'immagine
Lume dell'aorta addominale
In anatomia, si chiama <i>lume</i> l'interno di un canale o di un organo cavo. Oltre al tubo digerente (la parte "in ombra" della superficie esterna del corpo) e alle vie respiratorie, i pricipali organi cavi sono quelli che vengono appunto chiamati "vasi" e che costituiscono un sistema connesso di canali.
Le immagini si riferiscono al tratto addominale dell’aorta di una paziente (affetta da una rara malattia del sistema circolatorio) della quale occorre seguire lo spessore e la funzionalità della parete dei grandi vasi.
Le cellule che costituiscono il tessuto endoteliale dei vasi sanguigni rispondono al flusso ematico modificando l’espressione dei loro geni soprattutto in quanto sollecitate dagli sforzi di taglio prodotti dallo scorrere del sangue. Un incremento dello stato di sforzo di taglio porta a un rimodellamento del vaso, che tende ad allargarsi per riportare lo sforzo di taglio ai valori precedenti. Se invece lo sforzo di taglio è basso e oscillante, ci sarà una maggiore proliferazione delle cellule della parete, un’incremento della permeabilità del tessuto, la formazione di sacche lipidiche (colesterolo a bassa densità), e altri processi che contribuiscono alla formazione della placca aterosclerotica che rende più spessa la parete.
Gli sforzi di taglio dipendono dalla velocità delle linee del flusso che a sua volta è collegata alla geometria del vaso, in quanto varia anche in corrispondenza di vorticità e ristagni. I colori dell’immagine principale indicano, dal rosso al blu, quanto spazio trova il sangue per scorrere all’interno dei vasi.
La tecnica
Diagramma di Voronoi su ricostruzione 3D da dati MRI
Si chiama diagramma di Voronoi di una collezione di oggetti geometrici una partizione dello spazio in celle ognuna delle quali racchiude i punti più vicini a un particolare oggetto che a ogni altro. Dato un insieme di n punti nel piano, il diagramma di Voronoi (dal cognome del matematico russo Georgy Voronoy) consiste in un insieme di n poligoni che dividono il piano contenendo ciascuno un solo punto dell'insieme di parteza, in modo che ogni punto all'interno del poligono costruito intorno a quel dato punto sia più vicino al punto dato che a tutti gli altri punti dell'insieme di partenza.
I diagrammi di Voronoi visualizzano in genere le distanze tra gli elementi di un insieme.
L’immagine principale è stata ottenuta dal diagramma di Voronoi della superficie interna dell’aorta addominale e delle arterie che se ne dipartono, superficie che è stata a sua volta ottenuta segmentando i dati ricavati da un esame di risonanza magnetica per immagini (MRI) con la tecnica level sets (vedi l’immagine associata). Se, come in questo caso, invece che da punti del piano si parte da porzioni della superficie, anziché dei poligoni si ottengono dei poliedri. L'immagine visualizza la porzione delle facce di Voronoi che risiedono all'interno del vaso (all’esterno del vaso, le facce dei poliedri si prolungano all’infinito). Il colore dei punti codifica per il raggio della sfera iscritta nei poligoni che definiscono la superficie. Ogni punto del diagramma è infatti il centro di una sfera massimale inscritta, non propriamente contenuta in alcun’altra sfera inscritta. Prendendo l'unione di tutte le sfere massimali definite sul diagramma di Voronoi, si ritrova la superficie di partenza. Il diagramma permette quindi una visualizzazione che non altera l'informazione, ma la arricchisce in vista di una migliore descrizione della forma.
L'immagine è stata prodotta utilizzando VMTK (Vascular Modelling ToolKit), un software dedicato alla modellizzazione dei vasi sanguigni. L’informazione morfologica ricavata dal diagramma ed espressa nell’immagine viene utilizzata per estrarre le linee centrali del vaso.
La geometria del vaso costituisce una delle principali condizioni al contorno della simulazione di emodinamica computazionale progettata per individuare le linee di flusso e indicare in quali punti della superficie della parete delle arterie sarebbero stati più forti gli sforzi di taglio.
Cos'e' controluce
Controluce è una raccolta di immagini scientifiche provenienti dai laboratori di ricerca.
La scienza procede per modelli e anche per immagini. L'osservazione dei fenomeni, gli esperimenti di laboratorio, l'intuizione matematica, le simulazioni al computer utilizzano in molti casi la sintesi e la capacità evocativa di un'immagine. Sopratutto, le immagini sono un irrinunciablile ingrediente della comunicazione della scienza, sia interna che esterna a una certa disciplina.
Le immagini di Controluce vengono scelte e descritte da Ulisse con un lavoro di confronto e di dialogo con gli scienziati che le hanno prodotte. Si tratta di immagini che nascono direttamente dall'attività di ricerca, ma che hanno un alto potenziale comunicativo anche per un pubblico più ampio.
