CONVEGNO A.N.T.A.B.
Chieti, 29 Aprile 2011
ECOGRAFIA :
PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO E
PROSPETTIVE DIAGNOSTICHE
Manlio Flora – S.I.D.EM. S.p.A.
S.I.D.EM. S.p.A. – Prodotti Elettromedicali www.sidemspa.com
RIVENDITORE
AUTORIZZATO
CONVEGNO A.N.T.A.B.
Chieti, 29 Aprile 2011
ECOGRAFIA : PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO E PROSPETTIVE
DIAGNOSTICHE
• PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO
• TIPOLOGIA
• STATO DELL’ ARTE
L’ ECOGRAFIA
• L'ecografia è una tecnica diagnostica che si
serve degli ultrasuoni. Questi ultimi possono
essere utilizzati nell'esecuzione di un'ecografia
semplice, oppure abbinati ad una TC per
ottenere immagini di sezioni corporee (TCEcotomografia), oppure ancora per acquisire
informazioni ed immagini del flusso sanguigno
(Ecocolrdoppler)
CENNI DI TEORIA DEGLI
ULTRASUONI
Fisica degli ultrasuoni
• La velocità con cui si
propagano le vibrazioni
US in un mezzo diverso
dal tessuto molle dipende
dalle caratteristiche
meccaniche del mezzo
c≈Z
Z= impedenza acustica del
mezzo
• + Rigido = +velocità
Material
Speed (m/s)
Speed
(mm/ms)
Air
330 m/s
.33 mm/ms
Lung
500 m/s
0.50 mm/ms
Fat
1450 m/s
1.45 mm/ms
Brain
1520 m/s
1.52 mm/ms
Muscle
1580 m/s
1.58 mm/ms
Liver
1550 m/s
1.55 mm/ms
Kidney
1560 m/s
1.56 mm/ms
Soft
Tissue
1540 m/s
1.54 mm/ms
Bone
4000 m/s
4.00 mm/ms
Fisica degli ultrasuoni
Velocita’=frequenza x lunghezza d’onda
• La trasmissione degli ultrasuoni avviene per
successive compressioni e rarefazioni del
mezzo, senza spostamento di materia
Fisica degli ultrasuoni
• Nel mezzo
omogeneo:
– propagazione
• Nel passaggio tra
mezzi di differente
densita’:
– riflessione
– rifrazione
Mezzo A
Mezzo B
Fisica degli ultrasuoni
La profondita’ alla quale
viene
riflesso un eco é
proporzionale al
tempo impiegato dal
suono a tornare indietro
Alta profondita’
tempo maggiore
Bassa profondita’
tempo minore
Fisica degli ultrasuoni
• Un fascio US è
caratterizzato da due
regioni :
– Campo vicino
– Campo lontano
• L’immagine è “a fuoco”
alla fine del campo
vicino!
Fisica degli ultrasuoni
• L’onda ultrasonora è
caratterizzata anche dalla
sua risoluzione spaziale:
– Risoluzione assiale
• Lunghezza dell’impulso
• Frequenza
– Risoluzione laterale
• Focalizzazione
– Risoluzione nel piano di
elevazione
• Focalizzazione azimutale
Fisica degli ultrasuoni
• Sonde 1.5
Fisica degli ultrasuoni
• La formazione di
un’onda ultrasonora per
ecografia avviene
attraverso l’utilizzo di un
trasduttore
– Elettrodi
– Elementi piezoelettrici
– Lente
TRASDUTTORI
TRASDUTTORI
• I Trasduttori sono
dispositivi che
convertono impulsi
elettrici in impulsi
meccanici e
viceversa
Vengono usati i cristalli di
quarzo, che hanno proprieta’
piezoelettriche
La lunghezza d’onda degli ultrasuoni emessi é
proprzionale alle dimensioni fisiche del cristallo
TRASDUTTORI
• BASSA
FREQUENZA
• ALTA
FREQUENZA
PENETRAZIONE
RISOLUZIONE
VELOCITA’ DOPPLER
Idoneo per pazienti adulti
e per doppler.
Idoneo per uso pediatrico
TRASDUTTORI
Meccanica
Linear array
Convex array
Phased array
TRASDUTTORI
Meccanico
Phased Array
• Scansione del fascio
meccanica
• focalizzazione in
trasmissione con
lente
Scansione del fascio elettronica
focalizzazione elettronica in
trasmissione
focalizzazione elettronica in
ricezione
TRASDUTTORI
TRASDUTTORI
• Vantaggi del Phased Array:
– nessuna parte in movimento
– maggior velocita’ di scansione
– possibilita’ di combinare MMode, 2D, Doppler e Color
– focalizzazione dinamica
– fascio di U.S. piu’ sottile
– maggior risoluzione laterale
PHASED ARRAY
•Lo spostamento del fascio di ultrasuoni avviene eccitando in
sequenza i singoli cristalli
•Il ritardo tra l’eccitazione di un cristallo e il successivo determina
l’angolo di emissione del fascio
PHASED ARRAY
• La focalizzazione avviene eccitando i
cristalli in sequenza
• La focalizzazione e lo spostamento del
fascio di ultrasuoni possono avvenire in
contemporanea
M-MODE (Monodimensionale)
• Rappresentazione degli echi di ritorno
disposti su una linea verticale.
• La luminosita’ del punto e’
proporzionale all’intensita’ dell’eco
ricevuto.
• La profondita’ e’ proporzionale al tempo
trascorso dalla trasmissione.
M-MODE
2D (Bidimensionale)
Settoriale
Usata in Cardiologia
• Lineare
Vascolare e ginecologica
B-MODE o 2D
EFFETTO DOPPLER
Sorgente sonora ferma: frequenza costante
Sorgente sonora in avvicinamento: frequenza aumentata
Sorgente sonora in allontanamento: frequenza diminuita
EFFETTO DOPPLER
fD c
v
2ft cos
2ft v cos
fD
c
• La velocita’(v) del corpo in movimento é
data dalla frequenza doppler (fD – doppler
shift) moltiplicata per la velocita’ del
suono nel mezzo (c) e diviso per il
doppio della frequenza trasmessa (ft)
DOPPLER CONTINUO (CW)
TR
• Un cristallo trasmette
ed uno riceve in
continuo
• consente la misura di
flussi elevati
DOPPLER CONTINUO
DOPPLER PULSATO (PW)
• Il segnale viene
emesso in pacchetti
• consente di
delimitare la zona di
misura del flusso
(volume campione)
• non consente misure
di alte velocita’
DOPPLER PULSATO
• Viene misurato in un
punto chiamato Volume
Campione
• Il volume campione e’
posizionato
dall’operatore nel punto
prescelto
• Non consente misure di
velocita’ elevate
DOPPLER Pulsato
COLOR DOPPLER
• E’ un doppler pulsato
effettuato su tutti i punti
di un’area
• Il volume campione viene
spostato in continuzione
su tutti i punti di una linea
• le velocita’ vengono
rappresentate con una
scala di colore
COLOR DOPPLER
• Il rosso rappresenta un
flusso in movimento verso
la sonda, ed il blu un
flusso in allontanamento
dalla sonda.
ROSSO
• La scala di colore tipica e’
Rosso/Blu.
BLU
• Esistono altri tipi di scala
di colore per usi specifici
COLOR DOPPLER
ELABORAZIONE IMMAGINE
•
Tissue Harmonic Imaging (THI): agendo sul segnale armonico tissutale,
esclude selettivamente i segnali associati alle strutture superficiali come i
tessuti adiposi sottocutanei, alle costole, alle strutture protesiche,
riducendo gli artefatti (aria, noise elettronico, ecc) e gli echi spuri ed
aumentando la risoluzione e la risoluzione di contrasto
Normal Pulse
Normal Fundamental +
Harmonic
Cancellation
Inverted Pulse
•
Harmonic
Inverted Fundamental +
Harmonic
Pulse Inversion Harmonic Imaging: utilizza una emissione a impulsi
multipli in tempo reale e la tecnica della cancellazione di fase per ottenere
maggiore larghezza di banda nelle modalità armoniche con ulteriori
miglioramenti nella risoluzione assiale e nella chiarezza complessiva delle
strutture.
ELABORAZIONE IMMAGINE
•
SonoCT ® (by PHILIPS): e’ una tecnologia computerizzata che permette
lo steering del raggio ultrasonoro; i segnali ultrasonografici sono deviati
fuori asse, offrendo per ogni linea di scansione fino a nove angoli di
trasmissione (linee di vista) in tempo reale. La potente architettura
d’elaborazione del segnale è utilizzata per la rappresentazione delle
immagini, catturate mediante lo steering elettronico, nella corretta
geometria di visualizzazione e aggiornare l’immagine composita in tempo
reale. La funzione SonoCT elimina gli artefatti intrinseci all’ecografia
tradizionale e rinforza le strutture anatomiche reali. Con la scansione da
angolature diverse, calcolate in maniera tale da produrre modelli di
distribuzione del rumore indipendenti, si sopprimono gli artefatti da effetti
granulari, rumore, echi di disturbo, interruzioni e ombre di rifrazione, con
un rafforzamento delle strutture reali. Il risultato è una rappresentazione
più realistica del segnale con un miglior contrasto d’immagine e
risoluzione dei dettagli anatomici.
ELABORAZIONE IMMAGINE
•
Advanced XRES ® (by PHILIPS): tecnologia di visualizzazione che
permette una elaborazione adattativa dell’immagine eseguendo un analisi
dei modelli di rappresentazione e ridefinendo le immagini
ultrasonografiche in tempo reale. Questa analisi dei modelli avviene a
livello di pixel. Il potente processore di immagini esamina i modelli
predominanti all’interno dei gruppo di pixel e “corregge” la presenza di
eventuali artefatti. Attraverso la messa in rilievo dei modelli e la
minimizzazione di effetti granulari, rumore, echi di disturbo, l’imaging
advanced XRES potenzia le caratteristiche diagnostiche portando margini
e bordi a un più alto livello di definizione. L’imaging advanced XRES
consiste in 350 milioni di calcoli per immagine, garantisce una
funzionalità in tempo reale in tutte le modalità di imaging.
TRASDUTTORI (da 1 a 17 MHz)
CLASSICI
• Settoriali / Phased Array
• Lineari
• Curvilinei/Convex/Microconvex
NON IMAGING
• Doppler continuo/pulsato
ENDOCAVITARI
• Transesofagei
• Endovaginali
• Transrettali
TRASDUTTORI (da 1 a 17 MHz)
SPECIALI
• 3D/4D a scansione meccanica
(convex e lineari)
• 3D a scansione elettronica
(TEE , settoriali)
• Intraoperatori (settoriali /mini
lineari)
• Laparoscopiche
TRASDUTTORI (da 1 a 17 MHz)
DOTAZIONE DI SONDE DI UN MODERNO
ECOCARDIOGRAFO “TOP DI GAMMA” – PHILIPS iE33
TRASDUTTORI (da 1 a 17 MHz)
DOTAZIONE DI SONDE DI UN MODERNO
ECOGRAFO “TOP DI GAMMA” – PHILIPS iU22
STATO DELL’ ARTE
Pure wave tds
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Nuova tecnologia a cristalli Pure Wave
La ricerca sviluppata da PHILIPS Ultrasound dal 1997 ha esplorato le possibili
applicazioni mediche di un nuovo tipo di piezocristalli che presenta proprieta’
elettromeccaniche notevolmente superiori a qualunque cristallo convenzionale ceramico di
tipo PZT.
Questi studi hanno portato all’introduzione sul mercato della tecnologia a cristalli
PureWave che consente efficenza e larghezza di banda decisamente migliori rispetto ai
materiali PZT tradizionali tutt’oggi in commercio.
La tecnologia a cristalli PureWave abbinata alla tecnologia dei trasduttori avanzati
(eccezionale design di strati corrispondenti e materiali di rivestimento) preannuncia una
nuova generazione di qualita’ delle immagini 2D e 3D, colore e sensibilita’ Doppler
CW/PW.
Per creare l’effetto piezoelettrico globale, i materiali PZT sono sottoposti ad una procedura
di polarizzazione (applicazione di un campo elettrico esterno) per allineare i dipoli esterni
presenti all’interno dei materiali policristallini.
Nei materiali PZT tradizionali, a causa delle limitazioni dei bordi irregolari dei cristalli,
solo una parte dei dipoli puo’ essere allineata per cui non tutti i dipoli contribuiscono alla
risposta acustica del materiale.
STATO DELL’ ARTE
SONDE 3D/4D A SCANSIONE MECCANICA ED
A SCANSIONE ELETTRONICA (A MATRICE)
VL13-5 volumetrico lineare
Imaging della tiroide
Imaging della mammella
Imaging dei testicoli
Imaging vascolare
Prospettive diagnostiche
Modalità di applicazione degli ultrasuoni alla diagnostica
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Eco di superficie: si usano sonde ad alta frequenza (7,5-15 MHz).
Eco transrettale: usata per esaminare la prostata.
Eco transvaginale: per esaminare utero, ovaie, vescica.
Eco transuretrale: attraverso l'uretra, per esaminare prostata e vescica.
Eco per-endoscopica: attraverso l'inserimento di un tubo endoscopico. Per esaminare
organi interni come esofago e stomaco.
Eco intravascolare:all'interno dei vasi sanguigni, per studiarli.
Eco endoscopia: consente di studiare la dissezione di un aneurisma dell'aorta toracica ed
anche di studiare il tumore dell'esofago.
Eco intraoperatoria: vede il 95% delle metastasi al fegato prodotte dai tumori
dell'apparato digerente, soprattutto del pancreas endocrino.
Ecocardiografia: per esaminare il cuore.
Biopsia ecoguidata: l'ecografia, in questo caso, è uno strumento molto utile per localizzare
delle masse liquide o solide sospette e poterne eseguire dei prelievi tramite una siringa con
ago sottile.
Ecocolordoppler
Prospettive diagnostiche
Limiti dell'ecografia
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perizia dell'operatore
interpretazione in tempo reale dell'esame
artefatti di vario tipo
ostacoli all'esecuzione come meteorismo (gas) intestinale, struttura del
paziente (tessuto adiposo in eccesso per esempio), strutture ossee.
Prospettive diagnostiche
Quando viene usata l'ecografia?
INDAGINE INDICATA DI ROUTINE
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Attacco ischemico transitorio (TIA)
Tiroide: noduli, ingrandimento della stessa.
Massa neoplastica dei tessuti molli.
Cuore: ecocardiografia. Eseguita per: dolore toracico acuto sospetto di infarto del
miocardio, versamento pericardico, malattia valvolare sospetta od accertata (ecografia
trans-esofagea se accertata), peggioramento clinico dopo un infarto, ipertensione
arteriosa, sospetto di malattia del miocardio, cardiopatie congenite.
Vasi: dolore toracico per dissezione acuta o cronica dell'aorta (ecografia trans-toracica o
trans-esofagea), aneurisma dell'aorta addominale, sospetto di trombosi venosa profonda.
Addome: dolori addominali acuti, sepsi addominale (febbre elevata di origine
sconosciuta con dolore addominale), metastasi epatiche di tumori insorti in altra sede
Apparato urogenitale e surreni: insufficienza renale, sospetta colica dell'uretranfertilità.
Mammella: sospetto di tumore.
Traumi: trauma chiuso o da arma da taglio, trauma addominale con emorragia acuta
gastro-intestinale, lesioni focali epatiche.
Tumori: parotide (ghiandola salivare), tiroide (anche nel follow-up postoperatorio),
fegato (tumori primitivo o metastasi di altri tumori), rene, prostata (eco transrettale),
testicolo, ovaio, utero.
FUTURO….PROSSIMO VENTURO
• Ricerca di nuove tecnologie di costruzione dei
trasduttori : acquisizioni 3D / 4D
• Software di elaborazione 3D
• Fusion Imaging
• Miniaturizzazione degli ecografi : POC
