SULPIZIO SARA Gli ultrasuoni nella diagnostica medica TESINA

SULPIZIO SARA Gli ultrasuoni nella diagnostica medica TESINA di Sulpizio Sara (M 164736) CLS BIOTECNOLOGIE MEDICHE Corso di FISICA IMAGING MOLECOLARE (Prof. Alecci)

SULPIZIO SARA Gli ultrasuoni nella diagnostica medica TESINA di Sulpizio Sara (M 164736) CLS BIOTECNOLOGIE MEDICHE Corso di FISICA IMAGING MOLECOLARE (Prof. Alecci)

SULPIZIO SARA Introduzione L’uso degli ultrasuoni in medicina a scopo diagnostico risale al 1949 con la prima scansione ad opera dell’austriaco Karl Dussik. Stime del 2003 rivelano che il 25% delle immagini per uso diagnostico sono realizzate mediante ecografia. L’ecografia è divenuta negli anni parte indispensabile dell’iter diagnostico delle patologie dei tessuti molli.

SULPIZIO SARA Principi Fisici di Base Gli ultrasuoni sono onde elastiche e sonore con frequenza > 16 -20 k. Hz che propagandosi in un mezzo producono delle bande di compressione e rarefazione. La tecnica US è resa possibile dalla limitata velocità di propagazione delle onde acustiche nei tessuti molli, che consente di misurare i tempi di propagazione. La velocità di propagazione degli US è data da: Nei tessuti biologici è circa 1540 m/s eccetto l’osso la cui ν = 4000 m/s L’impedenza acustica è la proprietà che ci permette di distinguere i diversi tessuti.

SULPIZIO SARA Principi Fisici di Base Propagazione US all’interfaccia • • a Onda Incidente Diffusa o Scattering Trasmessa o Rifratta Riflessa

SULPIZIO SARA Principi Fisici di Base Attenuazione • L’intensità di un fascio ultrasonoro decresce progressivamente nel progredire dello stesso all’interno dei tessuti. • Nella progressione degli US nel mezzo l’energia assorbita dai tessuti attraversati viene convertita in calore. tessuto

SULPIZIO SARA Descrizione dell’Apparato Ø Polimeri (PVDF). Trasmette impulsi e riceve echi. + - + - titanato di piombo, zirconio); + Ø Ceramiche policristalline (PZT, - Ø Quarzo; - materiali a struttura cristallina es: - piezoelettricità, caratteristico di + sfruttando il fenomeno m di + Le onde ultrasonore sono generate + + + + + • Sonda -

SULPIZIO SARA Descrizione dell’Apparato • Sistema elettronico • Scan converter • Sistema di visualizzazione

SULPIZIO SARA Sistemi a scansione A Mode B Mode M mode Doppler { CW Doppler PW Doppler Eco-color Doppler Power Doppler Harmonic Imaging 3 D

SULPIZIO SARA A Mode o rappresentazione distanziometrica Si fonda sulla conoscenza a priori dell’anatomia delle strutture che giacciono sul percorso degli US e serve a: • Determinare la distanza tra sonda e superficie dell’eco • Distinguere i tessuti Intensità dell’eco tempo rumore

SULPIZIO SARA B Mode: sistema a posizionamento temporale Immagine costituita da un insieme di linee e punti luminosi, definita rappresentazione B-dimensionale o B-mode. Il risultato finale è la visualizzazione, in “scala dei grigi”, di una sezione dell’organo in esame. cisti epatica semplice lesione iperecogena

SULPIZIO SARA M mode Il formato M-mode non è altro che un B-mode ripetuto ad intervalli di tempo sufficientemente brevi per riprodurre il movimento dell’interfaccia Ivus Aorta

SULPIZIO SARA Doppler: definizione L'effetto Doppler è usato in medicina per la rilevazione della velocità del flusso sanguigno. Un trasmettitore orientato opportunamente genera US che vengono poi riflessi con una nuova frequenza, a seconda della velocità vettoriale delle particelle sanguigne, rilevata e rielaborata matematicamente si ottiene la misura di velocità del flusso sanguigno.

SULPIZIO SARA Doppler: approccio matematico • Se il corpo riflettente è in movimento con velocità ν la cui direzione forma un angolo θ rispetto alla direzione di propagazione dell’onda, la frequenza riflessa dalla particella ( ƒr) sarà diversa da quella emessa (ƒe). • Nell’ipotesi che la velocità v della particella sia molto inferiore rispetto alla celerità C di propagazione dell’onda, si dimostra che è valida la seguente relazione: • dove ƒd prende il nome di Doppler Shift (Frequenza Doppler), è misurabile ed è proporzionale alla velocità.

SULPIZIO SARA Doppler CW ad onda continua Trasmettitore e ricevitore sono due trasduttori fisicamente separati ed entrambi lavorano continuità. – Se l’oggetto riflettente è fermo la ƒr = ƒe; – se l’oggetto è in movimento verso il trasduttore la ƒr > ƒe; – se l ’oggetto è in allontanamento dal trasduttore la ƒr < ƒe – Distingue le velocità delle particelle; – Non si distingue la localizzazione delle particelle nello spazio.

SULPIZIO SARA Doppler PW ad onda pulsata Unico trasduttore che emette un burst ultrasonoro di breve durata e si pone in attesa dell’eco. Dopo un certo intervallo di tempo il trasduttore emette un nuovo burst, e così via. Il segnale di ritorno contiene tre informazioni: ˜ Localizzazione dell’oggetto riflettente ˜ Natura dell’oggetto riflettente ˜ Velocità dell’oggetto riflettente

Eco-Color Doppler SULPIZIO SARA All’immagine M-Mode è sovrapposta una mappatura in scala cromatica Soddisfa la necessità di avere fra delle velocità medie presenti in contemporaneamente ciascun frame, in cui ilinformazioni colore spettro di velocità e volumi rappresenta la direzione delcampione. flusso e la velocità. Utilizzata per: • Identificazione delle placche ipo/anecogene • Stenosi • Identificazione dell'irregolarità di decorso • Occlusioni trombotiche

SULPIZIO SARA Power Doppler Il segnale è determinato dalla densità delle cellule ematiche in movimento. Alta sensibilità e definizione della distribuzione della vascolarizzazione. Non dipende dalla velocità del flusso Power doppler di carotide interna Poco attendibile sulla direzione del flusso Non dipende dall'angolo di incidenza

SULPIZIO SARA Harmonic Imaging Dopo aver inviato il segnale ad una data frequenza (ƒ 0 ), settando lo strumento in ricezione in una banda centrata su una frequenza doppia (2ƒ 0 ), ed eliminando le armoniche spurie, si ottimizza il risultato diagnostico diminuendo gli artefatti in pazienti ecograficamente difficili es. Obesi. Aumenta la risoluzione spaziale in profondità Si utilizzano mezzi di contrasto

SULPIZIO SARA Mezzi di contrasto (Md. C) I mezzi di contrasto sono sostanze che aumentano le informazioni contenute in una immagine prodotta da strumenti di diagnostica medica. Alterano il contrasto di un organo, di una lesione o di qualsiasi altra struttura rispetto a ciò che la circonda, in modo da rendere visibili dettagli che altrimenti risulterebbero non apprezzabili.

SULPIZIO SARA Mezzi di contrasto (Md. C) I mezzi di contrasto ultrasonografici sono soluzioni contenenti microbolle di aria o gas capaci di riflettere con efficienza i fasci di ultrasuoni utilizzati durante l'esame ecotomografico. 1. Prima generazione sono microsfere nude, estremamente instabili; 2. Seconda generazione incapsulate con shell di albumina o di galattosio; 3. Terza generazione ottenute aumentando la rigidità della shell oppure utilizzando gas di scarsissima diffusività nei liquidi; aumentando l’emivita.

SULPIZIO SARA 3 D Maggiore risoluzione spaziale Ridotta dipendenza operatore Matching Nuova tecnologia ancora in evoluzione. Acquisizione di una serie di singole slide di volume e orientamento diversi con sistemi a motore o a mano libera. Ricostruzione volumetrica e multiplanare unendo informazioni di tutte le slides Visualizzazione dell’oggetto in 3 D

Applicazioni nella diagnostica medica SULPIZIO SARA L’ecografia è parte irrinunciabile dell’iter diagnostico delle patologie dei tessuti molli. La diagnostica ultrasonica viene applicata : • allo studio del cuore e dei vari segmenti dell’albero vascolare, • dei parenchimi e organi addominali; • nell’esame di patologie del torace, • dell’apparato locomotore, • dell’occhio, • delle ghiandole…

Applicazioni nella diagnostica medica SULPIZIO SARA L’ecografia è ormai diventato un esame di routine fondamentale in diversi campi: internistico, chirurgico, ginecologico, endocrinologico, urologico, ostetrico, ortopedico. . . L’ecografia viene utilizzata come guida per manovre di tipo interventistico: biopsie, drenaggi di ascessi, posizionamento di cateteri, inseminazione artificiale. . .

SULPIZIO SARA Ecocardiografia Metodica ultrasonora che studia il movimento del sangue dentro il cuore ed i vasi, permette di avere informazioni ü di tipo emodinamico e funzionale; ü una malattia cardiaca in tutti i suoi aspetti, anatomici ed emodinamici; ü sulla sua contrattilità, sulla morfologia delle valvole cardiache; ü nello sport malattie cardiache sconosciute ed asintomatiche.

SULPIZIO SARA Ecocardiografia L'esecuzione dell'ecocardiografia transesofagea, cioè per via endoscopica, permette di svelare alcune forme patologiche, come ü vizi valvolari complessi, ü malformazioni congenite, ü di patologie a carico dall'aorta toracica, ü di fonti emboligene di origine cardiaca.

SULPIZIO SARA Elastografia L’elastografia è una metodica che consente di fornire informazioni, soprattutto sui noduli della mammella o fegato: esercitando una certa pressione sulla cute per misurare la comprimibilità dei noduli.

SULPIZIO SARA Ecografia Articolare • L'ecografia è molto utile per rilevare la presenza di corpi estranei radiotrasparenti. Un corpo estraneo fatto di legno, acciaio, pietra, vetro, ghiaia e plastica genera normalmente un'ombra acustica e/o un fenomeno di riverberazione. • L’uso dell’ecografia ha aumentato la conoscenza sulle affezioni articolari e la capacità di identificare delle lesioni non rilevabili prima.

SULPIZIO SARA L'ecografia in ostetricia Con l'ecografia è possibile osservare in modo dettagliato il feto: Ø la colonna vertebrale, Ø la vescica, Ø i reni, Ø lo stomaco, Ø le strutture intracraniche, Ø il cuore del feto, Ø morfologia, Ø movimenti, Ø nei comportamenti per determinare l'epoca della gravidanza, Ø la posizione del feto

SULPIZIO SARA L'ecografia in ginecologia In campo ginecologico l'esame ecografico rappresenta un valido complemento all'esame clinico. L'ecografia pelvica consente uno studio accurato degli organi pelvici e ci permette di: • identificare con precisione un organo; • visualizzare e localizzare una massa; • determinare la grandezza della massa; • differenziare la massa; • relazione con gli organi contigui; • indici di malignità. cisti endometriosica

SULPIZIO SARA Ecografia Del Collo Permette lo studio: • della ghiandola tiroidea, • delle ghiandole salivari, • delle stazioni linfonodali, • delle paratiroidi.

SULPIZIO SARA Ecografia di Fegato e Vie Biliari Lo studio ecografico del fegato permette di differenziare un fegato sano da uno affetto: • da malattie croniche, • tumori benigni o maligni, • cisti, • ascessi epatici… L'utilizzo della colecistografia per la diagnosi dei calcoli della cistifellea.

SULPIZIO SARA Ecografia Pancreas e Milza L'ecografia è utile nello studio di pancreatiti L'ecografia della milza serve a diagnosticare: • ascessi, • infezioni, • cisti, • tumori, • trauma addominale.

SULPIZIO SARA Ecografia reni • Cisti renali • tumori renali

SULPIZIO SARA Ecografia oculare L'ecografia oculare è di massima utilità quando vi sono opacità dei mezzi: cataratta avanzata, emorragia interna. In casi selezionati, può costituire una valida alternativa alla TAC ed alla NMR. Possono essere eseguite ecografie con tecnica a contatto e ad immersione, per misurazioni biometriche.

SULPIZIO SARA Ecografia oculare L'ecografia orbitaria permette di studiare • la ghiandola lacrimale, • i muscoli oculomotori, • il nervo ottico … Perfino in presenza di mezzi trasparenti, per la diagnosi differenziale e la valutazione delle dimensioni dei tumori intraoculari.

SULPIZIO SARA Conclusioni: vantaggi dell’ecografia 1. E' una indagine indolore; 9. US sono i più sicuri fra i metodi che usano radiazionizzanti; 2. Pressoché assente invasività; 3. Facilità di esecuzione; 4. Multiplanarietà; 5. Brevità; 6. Ripetibilità dell’indagine; 7. Basso costo; sezioni trasversali del corpo; 8. Poco disagio per il paziente, 13. buona compliance; Ottima risoluzione temporale. 10. Forniscono informazioni complementari ad altre tecniche diagnostiche 11. Diagnostica patologie dei tessuti molli; 12. Permette la produzione di

SULPIZIO SARA Conclusioni : svantaggi dell’ecografia 1. Nessuna rappresentazione dell’osso; 2. È una metodica fortemente operatore-dipendente; 3. Pazienti sottoposti per molto tempo a terapia con US possono manifestare alterazioni a carico SN, gonadi , occhi, muscoli, demineralizzazione osso in modo transitorio. 4. Vi è evidenza di effetti dannosi a intensità superiore a 100 m. W/cm 2; 5. Sono più dannosi US a fasci continui es CW doppler; 6. È buona norma evitare esposizioni non necessarie e minimizzare i tempi di scansione.

SULPIZIO SARA Bibliografia essenziale • Dewey , Ultrasuoni nella diagnostica medica , Le Scienze , n. 119, pg. 56 (1978) • P. N. T Wells, “ultrasound imaging “ Phys. Med. Biol. 51 (2006) R 83–R 98 • • G. Valli, G. Coppini, “Bioimmagini”. Patron Editore, Bologna, 2002; S Dandekar, Y Li, J Molloy and J Hossack “A phantom with reduced complexity for spatial 3 D ultrasound calibration” Ultrasound Med. Biol. , 31 1083– 93, 2005 • NCRP report n° 74 “biological effect of us: mechabism and clinical implication” • Borsa, Gulmanelli, Scannicchio “ fisica biomedica”, Pavese, 1983 • A. B. Wolbarst, “Physics of Radiology”, Prentice Hall, 1993; • C. Nicolini, A. Rigo, “Biofisica e Tecnologie Biomediche”, Zanichelli, 1994; • http: //www. oftalmobari. com/ecografia. htm • http: //www. villabetania. org/Ecografia. htm • http: //www. arienti-v. com/formazione/medinterna/Ecografia_torace. pdf • http: //www. aifmcaldirola. net/2004_Ultrasuoni/ • http: //www. eng. cam. ac. uk • http: //www. unit. no