Il Futuro è nelle Nostre Mani
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L’invenzione 3D-Flow supera la barriera della velocità nelle applicazioni in tempo reale nell’identificare a costi vantaggiosi tutti i possibili oggetti o eventi rari (ad es. particelle di bosone di Higgs, marcatori tumorali, un volto in mezzo a una folla o batteri in un processo biologico in rapida evoluzione, ecc.) attraverso l’analisi in tempo reale di un pacchetto di dati (algoritmi per il riconoscimento di oggetti) che arrivano ad altissima velocità da molti canali elettronici.
I vantaggi dell’invenzione 3D-Flow sono forniti dalla sua architettura di elaborazione parallela e dalla sua implementazione hardware.
La sua architettura di elaborazione parallela consente l’esecuzione senza interruzioni di algoritmi programmabili di riconoscimento di oggetti, con scambi di dati adiacenti tra pacchetti di dati che arrivano a una velocità molto elevata per un tempo più lungo dell’intervallo di tempo tra due pacchetti di dati di consecutivi in ingresso.
L’invenzione di 3D-Flow è stata riconosciuta come una svolta paradigmatica da una commissione di esperti dell’università, dell’industria e dei centri di ricerca in un’importante revisione scientifica pubblica tenutasi presso il FERMILAB nel 1993 (goo.gl/zP76Tc).
Il concetto innovativo 3D-Flow è stato dimostrato fattibile e funzionale in circuiti hardware FPGA in due schede elettroniche modulari, dimostrando che i sistemi 3D-Flow possono essere realizzati per rilevatori o sistemi di canali dati di ingresso di qualsiasi dimensione.
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Uno dei concetti innovativi di base del 3D-Flow che permette di sostenere un’alta velocità dei dati in ingresso e di analizzare con precisione le informazioni ricevute, è riassunto in una pagina riportata di seguito.
Questo concetto innovativo è stato compreso dagli studenti delle scuole medie della scuola Montessori St. Alcuin di Dallas, in Texas che hanno simulato il concetto con l’analogia dell’imbottigliamento dell’acqua e hanno collaborato con Crosetto e gli insegnanti per scrivere un libro. Gli studenti di una scuola media superiore di San Antonio, in Texas, hanno simulato il concetto (ed un genitore degli studenti ha realizzato un video https://bit.ly/3vTN8j7) con l’analogia di risolvere un problema che richiede 30 secondi e che viene consegnato in buste ogni 6 secondi.
Il merito scientifico dell’invenzione 3D-Flow è stato riconosciuto ufficialmente nel 1993 in una revisione scientifica pubblica internazionale (goo.gl/zP76Tc) di primaria importanza tenutasi presso il FERMILab di Chicago su richiesta del Direttore del Superconducting Super Collider (SSC), anche Direttore del Fermilab.
Il 3D-Flow è stato adottato da migliaia di scienziati dell’esperimento GEM da mezzo miliardo di dollari al SSC. Tuttavia, il Congresso degli Stati Uniti attraverso il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti ha annullato l’intero progetto SSC da 11 miliardi di dollari che includeva anche il rilevatore GEM.
Nel 1995 la mia invenzione 3D-Flow è stata adottata da centinaia di scienziati dell’esperimento LHCb al CERN di Ginevra. Tuttavia, nel 1999 il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti ha tagliato tutti i fondi per gli esperimenti LHCb e ALICE al CERN.
La mia invenzione 3D-Flow è stata sostituita da un progetto antiquato, più costoso, meno efficiente perché i fondi per la ricerca, come riportato nell’articolo di ottobre 2018 su Scientific American (https://bit.ly/369yNDZ) non vanno ai progetti migliori, ma ai ricercatori che hanno le migliori connessioni.
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L’invenzione 3D-CBS è una PET/CT ultra-sensibile con un FOV lungo 150 cm finalizzata a ridurre significativamente le morti per cancro e i costi alla Sanità. I vantaggi innovativi sono indipendenti dalla tecnologia in cui viene realizzata. E’ il primo vero cambiamento paradigmatico nell’imaging biomedico perché offre quattro vantaggi che nessun altro dispositivo può offrire contemporaneamente:
1. la capacità di rilevare cluster (piccoli tumori) con attività inferiore a 100 Bq essenziale per uno screening efficace per diagnosi precoce di processi biologici anomali e malattie come il cancro rilevati in una fase altamente curabile e per migliorare la diagnosi, la prognosi e il monitoraggio efficace dei trattamenti,
2. una dose di radiazioni pari all’1% degli attuali dispositivi PET
3. un test di screening efficace di 2 minuti che copre tutti gli organi del corpo
4. un esame economicamente vantaggioso, più economico ed efficace di una mammografia, del PAP test, della colonscopia, del test PSA e altri.
Ho inventato il 3D-CBS nel 2000, ho depositato il libro “400+ times improved PET efficiency for lower-dose radiation, lower-cost cancer screening” ISBN 0-9702897-0-7 (goo.gl/ggGGwF), presso la Biblioteca del Congresso degli Stati Uniti ed è stato inserito nel Catalogo con numero di scheda: 00-191510 e brevettato per incoraggiare gli investitori a costruirlo rapidamente e recuperare i propri investimenti al fine di accelerare i benefici per l’umanità, ma non è stato finanziato.
Nel 2011 il 3D-CBS ha vinto il Premio Leonardo da Vinci per la soluzione più efficiente nel rilevamento delle particelle per la diagnosi precoce del cancro dopo 5 ore di accesa discussione in un concorso pubblico internazionale sul web. Questo concorso si è tenuto in diretta con una commissione di esperti presso l’Università di Pavia, in Italia, in occasione del suo 600° anniversario.
Nel 2019 le misure, su essenzialmente una copia della mia idea/invenzione 3D-CBS, hanno confermato la possibilità di rilevare cluster con attività di 100 Bq, tuttavia, il costo dell’esame è 50 volte il 3D-CBS, rendendolo insostenibile per lo screening di una vasta popolazione e salvare molte vite.
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La figura riportata di seguito, pubblicata nell’articolo scientifico IEEE (https://bit.ly/3h2bemb), riassume le principali innovazioni nel 3D-CBS.
Le innovazioni che risolvono il problema del collo di bottiglia nell’elettronica (in basso nella figura), aprono la porta ad altre innovazioni/miglioramenti in un assemblaggio semplificato del rivelatore (in alto nella figura) e consentono di estrarre maggiori informazioni da rivelatori a cristalli economici.
Queste due innovazioni consentono un’altra innovazione/miglioramento nell’algoritmo di rilevamento dei fotoni 3×3 (o 5×5) in tempo reale invece del 2×2 utilizzato nella PET tradizionale.
Le tre frasi sulla striscia gialla su sfondo verde sulla sinistra riassumono i vantaggi importanti ai medici/ radiologi. Questi vantaggi devono essere paragonati alle apparecchiature di diagnostica medica attuali. Ciascuna frase è illustrata nella prossima colonna, limitazioni della tecnologia corrente sono mostrate a lato nella colonna rossa, ed il miglioramento conseguibile con il 3D-CBS è illustrato nella colonna verde (a destra). Vedi Sezioni j, k, e l per la risoluzione dell’energia; m, n, ed o per risoluzione spaziale; e p, q, e r per la sensibilità.
Le innovazioni chiave iniziano a partire dalla Sezione “r,” che permettono le innovazioni riportate nella Sezione “i,” le quali a loro volta permettono le innovazioni riportate nelle Sezioni “l” ed “o.” Ulteriori innovazioni sono state raggiunte come risultato della combinazione di quelle appena riportate.
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Un’invenzione non solo risolve un problema e può fornire benefici se finanziata e attuata, ma può anche aprire la porta ad altre innovazioni per maggiori benefici che nessuno potrebbe immaginare senza avere la prima invenzione.
Al giorno d’oggi quando una persona ha un sintomo va dal medico che richiede una radiografia, una TAC, una risonanza magnetica e poi il medico basa la sua diagnosi su un singolo test su ogni macchina. Oppure ogni 10 anni (o 5 anni se a rischio) esegue una colonscopia che copre un solo organo, al costo di 10.000 dollari senza assicurazione (o di più con l’assicurazione che deve avere un profitto).
Implementando le due precedenti invenzioni, 3D-Flow e 3D-CBS, la pratica medica può essere rivoluzionata con diagnosi più precise a costi inferiori che non si basano sui dati di un singolo test, ma si basano sull’andamento delle anomalie ottenute analizzando un’enorme quantità di dati relativi a processi biologici anomali registrati simultaneamente su tutto il corpo in test ripetitivi a brevi intervalli di alcuni mesi sulla stessa macchina utilizzando lo stesso protocollo.
Queste analisi dell’andamento dei processi biologici anomali attraverso test ripetitivi, al momento non possono essere effettuate perché il test sulle macchine attuali richiederebbe la somministrazione di una dose radioattiva al paziente e costerebbe una fortuna, ma può essere invece effettuato con le mie tre invenzioni.
La prima invenzione 3D-Flow può catturare con precisione tutti i segnali validi possibili dal marcatore tumorale al minor costo per segnale valido catturato.
La seconda invenzione 3D-CBS utilizza rivelatori di cristalli BGO economici e la sinergia tra tutti i componenti consente di eseguire test di screening Total- Body a costi vantaggiosi di $200/test somministrando una bassissima radiazione al paziente.
La terza invenzione TB-CAD può analizzare e controllare miliardi di dati confrontandoli con le regole delle leggi della natura che una mente umana non potrebbe eseguire e in questo modo può aiutare il medico a comprendere la natura e la causa della malattia.
Nella scienza abbiamo bisogno di osservare fenomeni, effettuare misure e analizzare dati per comprendere le leggi della natura.
L’invenzione TB-CAD sarà di inestimabile aiuto al medico per fornire, con una procedura non-invasiva, informazioni relative alla natura ed alla causa delle anomalie nel processo biologico in maniera che ora non è nemmeno pensabile perché può correlare con precisione molte variabili che una mente umana non potrebbe effettuare.
Lo dico per esperienza nell’utilizzo di un CAD (Computer-Aided Design) per progettare la scheda elettronica modulare 3D-Flow in cui avevo la necessità di collegare oltre 20.000 pin con segnali che trasportano dati tra 2.000 componenti. Non sarei mai riuscito a far funzionare le schede alla prima versione senza l’ausilio del CAD che verificasse di aver rispettato tutte le regole delle leggi della natura. Allo stesso modo, un progettista di un circuito integrato che collega i pin dei segnali tra 39,54 miliardi di transistor MOSFET (https://bit.ly/3mGKg75) non riuscirà mai a farlo funzionare senza l’aiuto di un CAD.
Il TB-CAD può solo essere di aiuto ai medici per comprendere le anomalie nei processi biologici dei loro pazienti. Se il TB-CAD fornisse un consiglio sbagliato al medico e si scopre che il paziente aveva una malattia diversa è perché il programmatore ha sbagliato nell’applicare le regole delle leggi della natura e quelle devono essere corrette. Proprio come se un circuito integrato non funzionasse, è necessario scoprire chi ha sbagliato, l’utente del CAD o il progettista del programma CAD?
Il mio abstract di 300 parole che riassume come ricevere i benefici in vite salvate e denaro risparmiato grazie a queste tre invenzioni è stato approvato il 22 luglio 2021, per la Conferenza Total Body PET del 22-24 settembre 2021. Questo abstract di 300 parole è riportato nella Sezione successiva: “Dettagli delle invenzioni” ed è strutturata come: Contesto, Materiali e Metodi, Risultati, Conclusioni con riferimenti a tre documenti.
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La diagnosi si baserà sui calcoli del CAD relativi all’andamento delle anomalie nei processi biologici rilevate da diversi test o esami di screening del corpo intero sul 3D-CBS con FOV lungo, piuttosto che su un singolo test o esame. Questo può salvare milioni di vite e migliaia di miliardi di dollari non solo dalle malattie del cancro, ma per molte altre malattie.
Il CAD analizza immagini provenienti da diversi test di screening e/o esami clinici dello stesso paziente che sono stati eseguiti sullo stesso dispositivo, nelle stesse condizioni, con lo stesso protocollo, con lo stesso radioisotopo e lo stesso dosaggio di radiazioni (più/meno la percentuale del peso guadagnato o perso dal paziente).
Il primo test di screening non fornisce informazioni significative (a meno che non ci sia qualcosa di importante che si illumina), ma è semplicemente una base per test o esami futuri. Gli screening successivi rivelano i punti caldi che mostrano un aumento dell’attività/dimensione di un processo biologico anomalo che richiede un’indagine più approfondita (esame clinico di 15 minuti).
I test di screening prima/dopo l’intervento chirurgico rilevano se sono rimaste cellule tumorali e monitorano le recidive in una fase precoce altamente guaribili.
Il sistema CAD aiuta il rilevamento, la caratterizzazione, la diagnosi e la valutazione dei processi biologici anomali rispetto a quelli normali. Il CAD mostra sia l’output della classificazione che le immagini delle lesioni con relativa diagnosi e le caratteristiche estratte.
Il radiologo può scegliere di confrontare una singola caratteristica o più caratteristiche facendo riferimento ad un database di lesioni simili, oppure il computer può stimare in base all’andamento di più test o esami sullo stesso paziente la probabilità di malignità.
Il sistema CAD calcola le caratteristiche di andamento del paziente in esame e le confronta con le tendenze di casi simili con indice simile. Il sistema CAD visualizza le curve di distribuzione dei casi simili noti e le curve di distribuzione di probabilità del caso in esame.
In sintesi, il sistema CAD (Computer-Aided Diagnosis) aiuta a comprendere densità anatomiche anomale dei tessuti e processi biologici anomali nel corpo del paziente che aiutano alla diagnosi, l’enorme database relazionale di informazioni e la possibilità di interrogare, trovare incongruenze e corrispondenze condizioni dà la scelta e il potere all’utente CAD di acquisire informazioni per una prognosi e un trattamento.
Di seguito è riportato l’abstract completo originale che riassume come ricevere i benefici in vite salvate e denaro risparmiato dalle mie tre invenzioni che è stato approvato il 22 luglio 2021, per la conferenza Total Body PET del 22 – 24 settembre 2021
Titolo
Invenzione rivoluzionaria nell’effetuare diagnosi basate sull’andamento delle anomalie dei processi biologici calcolate dal CAD in base a ripetuti test di screening total-body sul 3D-CBS per salvare milioni di vite e miliardi di dollari
SOMMARIO
Antefatti: 3D-CBS (3D Complete Body Screening) [1] il primo vero cambiamento di paradigmatico nell’imaging biomedico inventato 21 anni fa, confermato da risultati misurati da terzi su una copia del 3D-CBS in grado di rilevare in modo sicuro cluster (tumori) di 100 cellule invece di un miliardo di cellule (1 cm3).
Materiali e metodi: Un’apparecchiatura 3D-CBS con componenti che costano meno di
$2.000.000/apparecchiatura, con un FOV da 157cm in grado di rilevare dai marcatori tumorali tutte le possibili coppie di fotoni da 511keV al minor costo per coppia valida acquisita, con un test di screening che costa $200 per 2 minuti ed un esame clinico da $1.200 per 15 minuti. In due turni di 8 ore, il 3D-CBS può eseguire in sicurezza 360×2 minuti tests e 8×15 minuti esami clinici [2]. Per effettuate ciò, si stima che siano necessari 48 professionisti/giorno: 8 amministrazione, 4 logistica, 8 infermieri, 8 tecnici e 20 medici (con uno stipendio annuale di $400.000), ogni medico può leggere 16-20 test di screening/giorno per 22 minuti ciascuno e 1- esame clinico per 68 minuti. Le persone devono eseguire diversi test di screening sulla stessa apparecchiatura, utilizzando lo stesso protocollo e la stessa dose di radiazione. Per evitare falsi positivi, la diagnosi non si baserà su un singolo test di screening ma sul Computer-Aided Diagnosis (CAD) che calcola l’andamento delle anomalie in diversi test di screening e l’esperienza del radiologo. Il primo test di screening fornisce una base.
Gli screening successivi rivelano punti caldi unici che mostrano un aumento dell’attività/dimensione di un processo biologico anomalo che richiede un’indagine più approfondita (esame clinico di 15 minuti). I tests di screening prima/dopo l’intervento chirurgico rilevano se sono rimaste cellule tumorali e monitorano le recidive in una fase precoce, altamente curabile.
Risultati: Lo screening di 90.000/test/anno/apparecchiatura, 57 miliardi di test/30 anni su 57.000 apparecchiature 3D-CBS costruite gradualmente in 30 anni possono salvare oltre 100.000.000 di vite e oltre
27.000 miliardi di dollari [3] (Figura-1).
Conclusioni: Poiché la diagnosi precoce del cancro può salvare fino al 98% di vite, un test sperimentale su una popolazione campione di questo approccio basato sul CAD che calcola l’andamento delle anomalie in diversi test di screening sul 3D-CBS e l’esperienza del radiologo dimostrerà definitivamente che possiamo salvare centinaia di milioni di vite e migliaia di miliardi di dollari.
[1]-Crosetto, D. Libro-tecnico-scientifico-2000-ISBN-0-9702897-0-7- goo.gl/ggGGwF
[2]-Crosetto, D. Articolo-2020- https://bit.ly/2NFkJbK
[3]-Crosetto, D. Calcoli/Rivendicazioni-2021- https://bit.ly/3gTXdHl
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