METODI FISICI DI DOSIMETRIA DI FASCI ULTRASONORI PER DIAGNOSTICA

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METODI FISICIDI DOSIMETRIA DI FASCI ULTRASONORI
PER DIAGNOSTICA
MISURE ELETTRICHE ED ELETTRONICHE 1 anno - 2
semestre a.a. 2005-2006
Università degli Studi di Pavia
CDU Tecnico Sanitario di Radiologia Medica
Dr. Riccardo Di Liberto
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CARATTERISTICHE PRINCIPALI DEGLI ECOGRAFI

• Principi di funzionamento
• Trasduttori e forma del fascio ultrasonoro
  emesso
• Modi di analisi
• Mezzi di contrasto.

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PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO

• Utilizzo di ultrasuoni nella gamma di frequenze
  tra 2 Mhz e 20 MHz
• Attesa degli echi generati da interfacce comprese
  tra mezzi con diversa impedenza acustica, oppure
  prodotti da diffusori acustici.

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TRASDUTTORI E FORMA DEL FASCIO

• Ultrasuoni generati e ricevuti da elementi
  piezoelettrici ( ceramiche, quarzi, PVDF)
• Utilizzo di onde ultrasonore continue o pulsate
• Trasduttori singoli o disposti su matrici per
  focalizzazione e scansione automatica

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Forma del fascio generato da un trasduttore
Impulsi (PD, PRP, PRF, duty factor)
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FOCALIZZAZIONE

• Ottenuta con trasduttori di forma concava
• Ottenuta con lenti acustiche (rifrazione)
• Ottenuta con matrici di trasduttori eccitati con
  opportuni ritardi.

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SCANSIONE AUTOMATICA
Linear array
Meccanica
Phased array
Convex array
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PRINCIPALI MODI DI ANALISI

• Modo di analisi A (A-mode)
• Modo di analisi B (B-mode)
• Real-time
• Modo di analisi M(M-mode)
• Doppler pulsato
• Color Doppler

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A-MODE
Il tempo (t) di ritorno di un eco al trasduttore
è legato alla profondità (L) della interfaccia
che lo genera
c velocità ultrasuoni 1540 m/s
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B-MODE

• Si determina la posizione della linea di vista da
  cui provengono gli echi
• Gli echi vengono rappresentati su uno schermo con
  una modulazione in scala di grigi in base alla
  loro ampiezza
• Si acquisiscono i dati di linee di scansione
  poste lungo un piano (piano di scansione) e si
  costruisce unimmagine bidimensionale.

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REAL-TIME
La scansione viene eseguita velocemente e
ripetutamente, con matrici di trasduttori, in
modo da seguire in tempo reale i movimenti delle
strutture interne al paziente.
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M-MODE
Viene seguito il moto di una interfaccia mediante
la rappresentazione della sua profondità in
funzione del tempo
Se linterfaccia è ferma viene visualizzata una
linea retta orizzontale se linterfaccia cambia
la sua profondità la linea si sposta
verticalmente.
ECOCARDIOGRAFIA
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DOPPLER IMAGING
fD frequenza Doppler v velocita di
scorrimento del fluido c velocità dellonda
ultrasonora nel mezzo
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COLOR DOPPLER
Sullimmagine bidimensionale in scala di grigi
viene sovrapposta una mappatura in colore
riferita alla frequenza Doppler e quindi alla
velocità del fluido.
rosso fD gt 0 blu fD lt 0
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MEZZI DI CONTRASTO

• Utilizzati per migliorare le diagnosi
• Bolle di aria libere o incapsulate con tropismo
  specifico

Immagine ottenuta senza mezzo di contrasto
Immagine ottenuta con mezzo di contrasto
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MECCANISMI CHE INDUCONO EFFETTI BIOLOGICI

• Effetti meccanici della pressione acustica
• Streaming (fluidi)
• Cavitazione stabile e transiente (soglia di
  intensità)
• Effetti termici (assorbimento)

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GRANDEZZE FISICHE CORRELATE CON GLI EFFETTI
BIOLOGICI
INTENSITÀ ACUSTICA (mW/cm2)
PRESSIONE ACUSTICA (Pa)

• Pressione massima negativa (pr)
• Pressione efficace sulla durata dellimpulso (pp)
• Pressione di picco spaziale efficace sullimpulso
  (pspp)
• Pressione di picco spaziale efficace sul periodo
  di ripetizione (pspr)

• Intensità di picco spaziale mediata sullimpulso
  (Isppa)
• Intensità di picco spaziale e media temporale
  (Ispta)

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LINEE GUIDA FDA E AIUM SUI LIMITI DI DOSE
Nel caso di fasci focalizzati con Ispta lt 1 W/cm2
gli effetti termici e di cavitazione risultano
comunque trascurabili.
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Tipi di ECOGRAFI di differente tecnologia
Marca ATL Modello Hdi 3000 (banda larga)
Marca SIEMENS Modello Antares (banda stretta)
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SONDE ANALOGHE NEI DUE TIPI DI ECOGRAFO
ATL Hdi 3000
SIEMENS Antares
Convex 4-2
Linear 10-5
Convex 5-2
Linear 10-5
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CONTROLLI DI QUALITA
Analisi di alcuni parametri delle immagini di un
apposito fantoccio mediante il software UltraIq
(Ramsoft). Il software prende in considerazione
i livelli di grigio dei pixel.
Uniformità Linearità assiale Risoluzione assiale
e laterale Forma di pseudo cisti e pseudo
tumori Ampiezza della zona morta
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FANTOCCIO GAMMEX RMI 403GS LE
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ATL Hdi 3000 SONDA CONVEX

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MISURE DI PRESSIONE ED INTENSITA ACUSTICA

• Vengono eseguite misure con diverse
  configurazioni degli ecografi
• ricerca del picco spaziale della pressione
  acustica efficace mediata sullimpulso, al fine
  di calcolare Ispta.
• andamento della pressione acustica massima
  negativa, della pressione acustica efficace
  mediata sullimpulso e della Ispta in funzione
  della emissione dellecografo (indice meccanico
  MI)
• andamento dei profili di emissione in direzione
  della scansione e in direzione perpendicolare
  alla scansione, alla profondità del picco
  spaziale.

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IDROFONO
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Curva di calibrazione
Incertezza di misura
11 tra 1 MHz e 7 MHz 10,4 tra 8 MHz e 10
MHz 12,2 tra 11 MHz e 13 MHz 14,3 a 15
Mhz 14,9 a 17 MHz 16 a 19 MHz 16,6 a 20
MHz
Impedenza di tipo capacitivo 84 ? 3 pF
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FANTOCCIO AD ACQUA
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ANALISI DEGLI IMPULSI
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RICERCA DEL PICCO SPAZIALE
Il fuoco a profondità intermedia è quello che
genera i valori più alti della pressione acustica
di picco mediata sulla durata dellimpulso
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ANDAMENTO CON LINDICE MECCANICO (MI)
pr pressione massima negativa di picco
spaziale f frequenza portante dellimpulso