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Leonardo Pace » 7.Ecografia


Ecografia

  • Ultrasuoni
    • Caratteristiche fisiche
    • Interazioni
  • Ecografo
  • Immagini Ecografiche
  • Semeiotica ecografica
  • Doppler
  • Principali Innnovazioni

ECOGRAFIA: Tecnica

Premesse tecnologiche

  • Secolo XIX (1860): Dimostrazione dell’effetto piezoelettrico
  • I guerra mondiale: Impiego bellico per la caccia ai sommergibili (Langevin)
  • Periodo tra le due guerre: Impiego industriale e medico-terapeutico
  • II guerra mondiale: Messa a punto ed impiego bellico delle tecniche sonar e radar
  • Periodo post-bellico: Inizio dell’attività pioneristica
  • Anni 30-50: primi tentativi di trasmissione: IPERFONOGRAMMI
  • 1952: Guttner dimostra che i segnali di trasmissione provengono dalla teca cranica e non dal parenchima
  • 1944: Reflectoscope
  • 1949: Prima immagine ecografica
  • 1962: Conference on Ultrasound, Università dell’Illinois
  • 1954: nascita dell’ecocardiografia
  • 1962: Nascita del Doppler
  • 1965: primo apparecchio Doppler commerciale

Applicazioni Ecografia

Screening

Impieghi clinici:

  • come completamento sistematico all’osservazione clinica
  • su indicazione clinica (primo accertamento, tipizzazione, stadiazione, controllo nel tempo)

Doppler e Doppler imaging

Ecografia contrastografica

Ecografia endocavitaria ed endoscopica

Ecografia interventistica

Ecografia intraoperatoria

Suoni ed Ultrasuoni

Onda: propagazione di una perturbazione di uno stato fisico non accompagnata da trasporto di materia.

Gli UltraSuoni (US) sono un particolare tipo di onde meccaniche, cioè onde elastiche, le cui modalità di propagazione dipendono dalle forze elastiche che legano tra loro le particelle dei mezzi attraversati.

Queste onde non possono, quindi, propagarsi nel vuoto in assenza di materia.

L’orecchio umano è in grado di percepire onde meccaniche, definite sonore, di frequenza compresa tra 20 e 20000 cicli al secondo (Hz); quelle di frequenza inferiore sono chiamate infrasuoni, quelle di frequenza superiore ultrasuoni (US).

Suoni ed Ultrasuoni

Suoni e Ultrasuoni

Suoni e Ultrasuoni

Suoni e Ultrasuoni

Suoni e Ultrasuoni


Progressione del fascio di ultrasuoni

Lunghezza d’onda (l) è la distanza tra due picchi successivi dell’onda; si misura in metri: l = c/f.
Frequenza
(f) è il numero di cicli al sec.; si misura in Hz.
Velocità di propagazione
(c) è la distanza percorsa dall’onda nell’unità di tempo; si misura in m/sec.
Periodo (T) è il tempo necessario perché passino due successive compressioni nello stesso punto.
Ampiezza dell’onda (A) è l’altezza dell’onda
Intensità (I) indica la potenza del fascio e si misura in W/cm2.

Il mezzo attraversato dagli ultrasuoni è caratterizzato dai seguenti parametri:

  • impedenza acustica: è una proprietà caratteristica di ogni mezzo, che dà una misura dell’entità delle forze che si oppongono alla trasmissione dell’onda acustica al suo interno
  • velocità di propagazione: è la distanza percorsa dall’onda nell’unità di tempo; dipende in maniera inversamente proporzionale dalla densità e dalla compressibilità del mezzo attraversato
Progressione del fascio di ultrasuoni

Progressione del fascio di ultrasuoni


Progressione del fascio di ultrasuoni

Velocità di propagazione degli ultrasuoni nei tessuti

Velocità di propagazione degli ultrasuoni nei tessuti


Impedenza acustica (Z)

L’importanza dell’impedenza acustica in diagnostica ultrasonografica è data dal fatto che in corrispondenza delle superfici di separazione tra mezzi ad impedenza acustica diversa (interfacce acustiche), hanno luogo i fenomeni di riflessione e di diffusione da cui originano gli echi alla base della formazione delle immagini ecografiche.

L’impedenza acustica è la forza con la quale ogni mezzo si oppone al passaggio degli ultrasuoni ed è il prodotto della densità del mezzo per la velocità di propagazione degli ultrasuoni e si misura in Rayls.

Impedenza acustica

Impedenza acustica


Impedenza acustica (Z)

In ecografia la generazione e la ricezione degli ultrasuoni avvengono attraverso appositi strumenti definiti trasduttori, in grado di convertire energia elettrica in energia meccanica ad alta frequenza, e viceversa.

Il trasduttore utilizza un cristallo con proprietà piezoelettriche, che, eccitato da un impulso elettrico, genera il fascio di ultrasuoni.

Materiali piezoelettrici

Strutture cristalline costituite da molecole asimmetriche, con cariche positive e negative separate ai due estremi detti dipoli.

Se si applica tensione ai dipoli, questi si allineano ed il cristallo varia di dimensioni (pochi millesimi di millimetro).

La frequenza di vibrazione del cristallo è legata in genere allo spessore dello stesso.

Materiali piezoelettrici

Materiali piezoelettrici


Interazioni tra ultrasuoni e mezzi

Le interazioni fondamentali che intervengono tra un fascio di ultrasuoni ed il mezzo in cui si propaga sono:

  1. riflessione
  2. rifrazione
  3. diffusione
  4. assorbimento
Riflessione speculare
Rifrazione
Diffusione
Riflessione speculare

Interazioni tra ultrasuoni e mezzi

DIFFUSIONE O SCATTERING è la diffusione in tutte le direzioni che il fascio ultrasonoro subisce quando incontra una superficie irregolare o tante piccole superfici orientate in modo diverso.

DISPERSIONE O DIFFRAZIONE è il fenomeno che il fascio ultrasonoro subisce quando incontra particelle più piccole della sua lunghezza d’onda.

ASSORBIMENTO è la trasformazione dell’energia acustica in energia termica (80%),che il fascio ultrasonoro subisce nell’attraversare i tessuti.

ATTENUAZIONE è la riduzione della intensità che il fascio ultrasonoro subisce nell’attraversare i tessuti; dipende in gran parte dall’assorbimento ma anche da riflessione, diffusione e allargamento del fascio.

Ogni variazione di qualità del mezzo su cui corre l’onda genera una riflessione dell’onda stessa (eco).

Cioè per ogni variazione di impedenza acustica incontrata dal fascio, una parte delle onde viene riflessa e torna indietro, mentre la parte restante prosegue il suo percorso.

Diffusione

Diffusione


Interazioni tra ultrasuoni e mezzi

  • La parte di onde riflesse dai tessuti molli dell’organismo è di circa l’1%
  • Le elevate percentuali di riflessione dell’osso e dell’aria non ne permettono uno studio ecografico.
  • La vibrazione viene attenuata dalle forze di coesione molecolare per cui parte dell’energia viene trasformata in calore che rappresenta, assieme alla vibrazione, l’assorbimento dell’energia sonora.
  • L’assorbimento e la rifrazione dipendono dal tipo di tessuto ed aumentano con l’aumentare della frequenza
  • Ciò comporta che:
    • l’aria e l’osso non possono essere studiati
    • sonde che utilizzano frequenze elevate non possono essere usate per i tessuti profondi

Componenti dell’ecografo

  • Trasduttore o Sonda
  • Sistema elettronico
  • Convertitore di scansione
  • Sistema di visualizzazione

Trasduttore

Il trasduttore alterna le sue funzioni di trasmissione e ricezione:

  • trasmissione, nella quale avviene l’emissione dell’impulso ultrasonoro, della durata in genere di un milionesimo di secondo
  • ricezione, durante la quale sono ricevuti gli echi di ritorno dai tessuti
  • azzeramento del sistema, in preparazione di una nuova trasmissione

L’informazione sull’intensità dell’eco da rappresentare deriva dall’ampiezza del segnale elettrico generatosi nel trasduttore a seguito dell’interazione su esso dell’onda di ritorno.

L’informazione di posizione si ricava da due parametri:

  1. la linea di vista lungo la quale si trova l’eco, conosciuta dall’apparecchio sulla base della posizione angolare del trasduttore
  2. la profondità da cui esso proviene viene determinata misurando il tempo intercorso tra l’emissione dell’impulso e l’arrivo dell’eco

Trasduttore

Immagine ecotomografica

Immagine ecotomografica


Trasduttore


Diverse modalità di acquisizione del segnale ultrasonoro

  • A-MODE (Amplitude Mode, Modulazione di Ampiezza)
  • TM-MODE (Time Motion Mode)
  • B-MODE (Brightness Mode, Modulazione di Luminosità)

ANALISI DELL’EFFETTO DOPPLER (analisi spettrale continua o pulsata)

  • Eco-Doppler (Duplex)
  • Eco-color-Doppler
  • Eco-power-Doppler
  • Imaging armonico

Effetti Biologici degli ultrasuoni

  • Effetti Termici
  • Cavitazione
  • Azione meccanica

Immagini ecografiche elementari

  1. Immagini di parete es. diaframma
  2. Immagini di parenchimi es. fegato
  3. Immagini di vuoto acustico es. raccolta liquida

Semeiotica Ecografica

Descrizione

Evoluzione

Terminologia ecografica

  • Anecogeno (con rinforzo acustico posteriore) (cisti)
  • Transonico
  • Iperecogeno con attenuazione posteriore del fascio ultrasonoro (cono d’ombra) (calcoli)
  • Iperecogeno con riverberazione posteriore del fascio ultrasonoro (gas)
  • Isoecogeno
  • Ipoecogeno

Terminologia ecografica

Cisti mammaria:lesione anecogena con rinforzo acustico posteriore

Cisti mammaria:lesione anecogena con rinforzo acustico posteriore

Angioma epatico: lesione iperecogena

Angioma epatico: lesione iperecogena

Adenoma epatico:lesione ipoecogena

Adenoma epatico:lesione ipoecogena

Calcoli della colecisti:lesioni ipereco-gene con cono d’ombra posteriore

Calcoli della colecisti:lesioni ipereco-gene con cono d'ombra posteriore


Strutture Liquide

  • Il liquido da una risposta di vuoto acustico
  • Posteriormente al liquido ci sarà un rinforzo del segnale (“rinforzo di parete”)

Strutture Solide

  • E’ costituita da una serie di echi omogenei o molto disomogenei, con intensità variabile
  • In base alla densità del materiale il fascio perde energia e la risposta a valle sarà ipoecogena

Cono d’ombra posteriore

Strutture con impedenza acustica particolarmente elevata possono causare la completa riflessione del fascio ultrasonoro. Tale fenomeno produce posteriormente un’ombra acustica priva di echi, dovuta al fatto che i tessuti situati in piani posteriori non vengono raggiunti dal fascio di US.

Può essere prodotto da calcoli, gas, strutture ossee e strutture fibrose dense (cicatrici).

Cono d’ombra posteriore da calcolo biliare

Cono d'ombra posteriore da calcolo biliare


Rinforzo di parete posteriore

L’artefatto consiste nell’aumento di intensità degli echi posti nella zona a valle di una raccolta liquida. Il fascio di US, che attraversa un liquido, non viene nè assorbito nè attenuato e non produce echi. Nei tessuti che stanno a lato della raccolta liquida il fascio subisce invece i normali fenomeni di attenuazione.

Ne deriva che a valle della raccolta liquida arrivano segnali di diversa intensità, essendo più intensi quelli che hanno attraversato la raccolta stessa: il tessuto situato posteriormente alla raccolta liquida emette segnali molto più intensi rispetto ai circostanti.

Rinforzo di parete posteriore a livello di una cisti epatica

Rinforzo di parete posteriore a livello di una cisti epatica


Rinforzo di parete posteriore

Cisti mammaria: ecotomografia

Cisti mammaria: ecotomografia

Cisti mammaria: imaging armonico

Cisti mammaria: imaging armonico


Rinforzo di parete posteriore

Colecisti

Colecisti

Vena porta

Vena porta

Rene

Rene


Rinforzo di parete posteriore

Doppler Continuo

Doppler Continuo

Doppler Pulsato

Doppler Pulsato


Rinforzo di parete posteriore

Origine del segnale Doppler

Origine del segnale Doppler


Rinforzo di parete posteriore

Effetto Doppler

Effetto Doppler

Effetto Doppler

Effetto Doppler


Rinforzo di parete posteriore


Informazioni ottenibili con il Doppler

  • Presenza di flusso ematico = si / no
  • Direzione del flusso ematico = <- ->
  • Velocità del flusso ematico = lento veloce
  • Caratteri del flusso ematico = normale turbolento

Color Doppler - Power Doppler

Rappresentazione delle frequenze Doppler medie

Power Doppler

Rappresentazione dell’integrale dell’ampiezza del segnale Doppler

Color Doppler - Power Doppler

ECD: vasi del collo normali

ECD: vasi del collo normali


Color Doppler - Power Doppler

Rene trapiantato normale

Rene trapiantato normale


Color Doppler - Power Doppler

Doppler Linfonodo laterocervicale

Doppler Linfonodo laterocervicale


Color Doppler - Power Doppler

Power Doppler Noduli tiroidei

Power Doppler Noduli tiroidei


Color Doppler - Power Doppler

Vasi laterocervicali

Vasi laterocervicali


Color Doppler - Power Doppler

Lesioni focali in fegato cirrotico

Lesioni focali in fegato cirrotico


Innovazioni tecnologiche

  • Sono CT
  • doppler tissue imaging
  • power motion imaging
  • imaging panoramico
  • pulse inversion harmonic
  • low MI contrast harmonic imaging
  • fusion & connectivity
  • IVUS

Conclusioni

Gli elementi basilari del ragionamento e questioni su cui riflettere:

  • i principi della Ecografia
  • ecogeniticità: iso, ipo, iper, an-ecogeno
  • le immagini ecografiche
  • il Doppler

Nella prossima lezione…

Si parlerà di

Diagnostica per Immagini del Torace:

  • Radiografia e Tomografia Computerizzata
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Progetto "Campus Virtuale" dell'Università degli Studi di Napoli Federico II, realizzato con il cofinanziamento dell'Unione europea. Asse V - Società dell'informazione - Obiettivo Operativo 5.1 e-Government ed e-Inclusion