Diapositiva 1 - Associazione ANIMO

Stefania Marengo
AO Ordine Mauriziano
Torino
La fisica degli ultrasuoni e l’impostazione
dell’ecografo
Il sottoscritto Stefania Marengo
ai sensi dell’art. 3.3 sul Conflitto di Interessi, pag. 17 del Reg. Applicativo dell’Accordo
Stato-Regione del 5 novembre 2009,
dichiara
che negli ultimi due anni NON ha avuto rapporti diretti di
finanziamento con soggetti portatori di interessi commerciali in
campo sanitario
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Ecografia: caratteristiche
● L’ecografia è una tecnica diagnostica per immagini basata
sugli echi prodotti da un fascio di ultrasuoni che attraversa un
organo o un tessuto
● L’ecografia viene utilizzata in ambito diagnostico e
terapeutico; la sua diffusione è favorita dalla innocuità, dalla
economicità, dalla ripetibilità e soprattutto dalla sensibilità
diagnostica per patologie di molti organi e tessuti.
● Il limite principale è che è un esame operatore dipendente :
affinchè le informazioni ecografiche siano correttamente
interpretate si richiedono particolari doti di manualità,
capacità di osservazione ,cultura dell’immagine ,esperienza
clinica
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Ultrasuoni in natura
La natura ha ispirato la prima applicazione degli ultrasuoni.
Spallanzani nel 1794 dimostrò che i pipistrelli usavano gli ultrasuoni per
orientarsi nel volo notturno, successivamente si vide che anche molti cetacei
usavano gli ultrasuoni per localizzare ostacoli o catturare prede.
La prima applicazione pratica degli ultrasuoni è stata militare: il SONAR (Sound
Navigation and Raging ) negli anni 30 iniziò ad essere utilizzato per visualizzare
sottomarini o mine
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Allora NON era un esame facile…
Le prime segnalazioni sull’utilizzo degli ultrasuoni come diagnostica sono
degli anni 50 ma è intorno al 1970 che inizia il loro utilizzazione in ambito
medico
Ecografia con apparecchio
Panscanner anni 50.
La sonda ruota intorno al
paziente immerso nell’acqua
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Le onde sonore
Le onde sonore sono radiazioni di natura meccanica e hanno
bisogno di un mezzo per propagarsi.
Gli ultrasuoni sono onde sonore di altissima frequenza e non sono udibili
dall’orecchio umano che è in grado di percepire suoni tra i 20 e i 20.000
Herz.
Sotto i 20 Herz non ci sono suoni e sopra i 20.000 non sono udibili dagli
umani ma da molti animali (il cane può udire fino a 100.000 Herz).
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Fisica Ultrasuoni: frequenze
Per avere un’idea:
●la voce di un uomo ha una frequenza intorno ai 100 Hz
●La voce di una donna sui 200 Hz
●Il la del diapason 440 Hz
L’Hertz è l’unità di misura della frequenza di fenomeni a carattere ciclico ed è
pari a un ciclo al secondo
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Fisica Ultrasuoni
Gli ultrasuoni come tutte le onde sonore possono essere
descritte come dei fenomeni di compressione e rarefazione
della materia ovvero su un asse cartesiano con un sinusoide i
cui picchi positivi corrispondono alla massima compressione e
quelli negativi alla rarefazione
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Fisica Ultrasuoni
Di un’onda sonora possiamo quindi definire:
●la frequenza (Herz - numero della lunghezza d’onda: cicli
secondo)
●la lunghezza (distanza in metri tra due picchi di compressione o
rarefazione)
●la velocità di propagazione ( frequenza X lunghezza d’onda =
metri/secondo)
●l’intensità (ampiezza watt/cm2, in decibel)
●il periodo (tempo che intercorre tra il passaggio di due fronti
d’onda nello stesso punto)
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Fisica Ultrasuoni
Gli ultrasuoni, come altre forme di radiazioni, possiedono un’ energia che è
rappresentata dall’intensità del suono ed è misurata in watt/cm2, più
comunemente in Bel, o meglio in sottounità, deciBel.
Il decibel è l’unità comparativa tra due suoni. Più un suono è intenso più
energia cede nel mezzo che attraversa.
Gli ultrasuoni utilizzati in diagnostica hanno frequenze elevatissime ( milioni
di Herz) e di conseguenza lunghezza d’onda cortissima (frazioni di
millimetro). Pertanto maggiore è la frequenza , minore è la lunghezza d’onda e
maggiore è la risoluzione spaziale dell’immagine ottenibile
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Fisica Ultrasuoni
● La velocità di propagazione di un onda sonora dipende dalle proprietà del
mezzo che attraversa ed è espressa in metri/secondo. La velocità è
costante in un mezzo omogeneo ed è proporzionale alla densità dello
stesso. Le onde sonore si propagano più velocemente nei liquidi e i nostri
organi intra addominali (fegato –milza –reni ) sono ricchi di acqua e ideali
da esaminare. Tuttavia ogni mezzo oppone una resistenza alla
propagazione dell’onda sonora che si definisce Impedenza.
● L’impedenza rappresenta una proprietà della materia ed è alla base
dell’esame ecografico. E’ direttamente proporzionale alla densità del
tessuto e alla velocità del suono. La sua misura è il Rayl .
● Formula dell’impedenza: Z = PC
Z è l’impedenza acustica.
P è la densità del tessuto
C è la velocità del suono.
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Fisica Ultrasuoni
Abbiamo detto che gli ultrasuoni attraversano i tessuti con un’impedenza
caratteristica di ogni tessuto. Durante l’attraversamento dei tessuti
l’intensità degli ultrasuoni si attenua per:
Rifrazione
► Riflessione
Riflessione
► Trasmissione
Trasmissione
► Rifrazione
Per la formazione dell’immagine sono importanti solo gli echi
che tornano verso la sonda: gli ultrasuoni residui
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Ecografia: le sonde
L ‘apparecchio ecografico presenta uno strumento detto trasduttore o
sonda che è deputato alla produzione e alla ricezione degli echi.
Nella sonda sono presenti cristalli piezoelettrici che hanno la proprietà di
vibrare se sottoposti a tensione elettrica e quindi di tornare alla forma
originale; questo repentino ritorno elastico fa entrare in risonanza i cristalli,
determinando vibrazioni che generano ultrasuoni. Gli stessi cristalli investiti
dagli ultrasuoni di ritorno dai tessuti si deformano generando una piccola
corrente elettrica.
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Sonde: trasmissione e ricezione
Durante il funzionamento, la sonda trasmette « pacchetti» di ultrasuoni per
l’1% del tempo (1-2 milionesimi di sec.); nel restante 99% la sonda resta in
ascolto degli echi di ritorno. Gli echi di ritorno deformando i cristalli
piezezolettrici provocando segnali elettrici che consentono la formazione
dell’immagine. A seconda del ritardo con cui gli echi arrivano alla sonda
vengono disposti nella matrice dell’immagine: più precoci le zone superficiali
e tardive le profonde).
Il passaggio tra due tessuti è segnato da interfacce acustiche.
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Sonde
Sonda Lineare 7,5 MHz (6 – 13 MHz):
alta risoluzione = bassa penetrazione
Applicazioni: organi superficiali
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Sonde
Sonda Convex 3,5 MHz (3 – 6 MHz):
media risoluzione = media penetrazione
Applicazioni: addome e torace
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Sonde
Sonda Settoriale 2,5 MHz (2 – 3 MHz):
bassa risoluzione = alta penetrazione
Applicazioni: cuore
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Modalità visualizzazione
Gli echi prodotti dagli ultrasuoni una volta raggiunta la sonda possono essere
visualizzati con diverse modalità.
Le principali sono :
●
●
●
●
B mode
A mode (Amplitude mode)
B mode (Brigthtness mode)
B mode real time (B mode dinamico)
M mode o TM mode (Time Motion mode)
A mode
M mode
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Ecografia B mode real time
La modalità B mode Real Time è quella che abitualmente viene utilizzata
per l’esame ecografico addominale.
►Per vedere le strutture profonde dobbiamo utilizzare basse intensità
(sonde da 3,5 Mz spesso convex con cristalli disposti in modo da realizzare
un’immagine più ampia possibile con buona visione laterale).
►Per le parti superficiali le sonde ad alta intensità (da 7 Mz in su); più
l’intensità è alta più si osserveranno solo le parti superficiali
Il segnale analogico viene trasferito in digitale con 256 livelli di grigio.
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Ecogenicità immagine
Iperecogena
Ecogena
Anecogena
Cono
d’ombra
Rinforzo
Attenuazione
Ecogena
L'immagine ecografica
il risultato
Ilè tessuto
ha di
proprietà
riflessioni
sia
«reali»
sia
di
trasmettere,
sia
Iperecogena
Anecogena
sia
«artefatte»
di
riflettere
le
onde
Ilscaturite
tessuto dal
ha proprietà
tessuto
ultrasonore
e
produce
di
riflettere
trasmettere
le
onde
le onde
sottoposto
ad
un’immagine
grigia
ultrasonore
e produce
insonazione.
sullo
schermonera
la cui
un’immagine
bianca
sullo
La
tonalità
sola
dipende dalla
sullo
schermo
schermo
interpretazione
prevalenza
dell’una o
morfologica
dell’altra
proprietà
può
indurre in errore
diagnostico.
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Immagini di parete
IPERECOGENE
Riflessione
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Immagini di parenchima
ECOGENE
Diffusione
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Immagini di «vuoto»
ANECOGENE
Non interazioni con US
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Ecogenicità
Iperecogeno
Ecogeno
Ipoecogeno
Anecogeno
Scala
dei
Grigi
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Ecogenicità
OMOGENEA
DISOMOGENEA
OMOGENEE : stessa intensità di grigio costante in ogni zona
DISOMOGENEE : intensità di grigio diverse nelle varie zone
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Artefatti ecografici
Riverberi
Riflessioni speculari multiple
Torace: linee A
1
cm
1
cm
1
cm
Interfaccia
speculare
1
cm
Linee iperecogene
multiple e parallele
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Effetto pioggia (plus)
Riflessioni multiple di tipo diffuso tra il trasduttore e le strutture
presenti nel tragitto compiuto dagli ultrasuoni prima di
giungere alla raccolta liquida
Tessuti
molli
Versamento pleurico
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Effetto specchio (plus)
Gli echi riflessi tra una superficie riflettente speculare curva e una
struttura vicina allungano il tempo per tornare alla sonda, ciò è
interpretato come maggiore distanza percorsa.
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Rinforzo posteriore (plus)
Attraverso una struttura liquida gli echi sono quasi interamente
trasmessi, mentre nei tessuti intorno subiscono attenuazione.
Posteriormente il fascio
arriva dotato di maggiore
intensità rispetto ai tessuti
vicini
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Cono d’ombra
posteriore (minus)
neoplasia
1. per riflessione + assorbimento:
calcificazioni (osso e calcoli)
2. per riflessione: aria
3. per assorbimento : neoplasia
Nodulo calcifico polmonare
osso
aria
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Ombre acustiche
laterali (minus)
Cisti
distalmente ai margini di strutture
rotondeggianti generalmente liquide
Rifrazione del fascio US
per l’incontro tangenziale
al profilo laterale della
struttura rotondeggiante
che si comporta da lente
acustica
Aneurisma aorta addominale
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Comandi fondamentali
 Pre-set
 Profondità
 Fuoco
 Guadagni
Pre-set (dove è fornito!)
Programma pre-impostato per un dato esame con
regolazione automatica della sonda e dei principali
parametri tecnici
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Comandi fondamentali
Profondità (depth)
Profondità di esplorazione, modificabile in corso di
esame a seconda delle esigenze esplorative (sede
dell’organo, morfologia del paziente).
Esempio: 12 cm, 20 cm su sonda convex.
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Comandi fondamentali
Errore di regolazione della profondità (depth)
corretto: 12 cm
errato: 20 cm
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Comandi fondamentali
Fuoco
Determina il punto di massima risoluzione spaziale,
va regolato in corso d’esame e portato al livello della
regione di interesse
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Comandi fondamentali
Errore di regolazione del fuoco
corretto
errato
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Comandi fondamentali
Guadagno (gain)
Amplifica l’intensità degli echi di ritorno
(in profondità il fascio US si attenua)
►
►
Guadagno globale
Guadagno parziale (Time Gain Control)
curva di regolazione differenziata per strati dalla superficie
alla profondità.
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Comandi fondamentali
Errore di regolazione del guadagno totale (gain)
corretto
errato (basso)
errato (alto)
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Grazie
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