Errori e limiti nella diagnostica strumentale Cosenza 17/12/2011

Cosa dicono sugli errori… Meglio agitarsi nel dubbio che riposare sull’errore (Alessandro Manzoni) Il progresso non è altro che brancolare da un errore all’altro (Henrik Ibsen) Il mondo è alcune tenere imprecisioni (Jorge Luis Borges) Fra gli errori ci sono quelli che puzzano di fogna, e quelli che odorano di bucato (Cesare Pavese) Ama la verità ma perdona l’errore (Voltaire) Chiunque può sbagliare; ma nessuno, se non è uno sciocco, persevera nell’errore (Cicerone) Gli errori rendono l’uomo amabile (Goethe) L’esperienza è il nome che diamo ai nostri errori (Oscar Wilde) Solo gli imbecilli non sbagliano mai (Charles De Gaulle) Quelli che non si ritrattano mai amano sé stessi più che la verità (Joseph Joubert)

Rischio Clinico Probabilità che un paziente sia vittima di un evento avverso imputabile alle cure mediche prestate che causa un prolungamento della degenza, un peggioramento della sua salute o la morte (Linda T. Kohn, Institute of Medicine 1999) dal 1970 da un’idea di A. Lincon 1863

Test v/s esame diagnostico Test diagnostico : di probabilità, molto praticabile, a basso costo ?, meno accurato ?. Eco, radiografia, es. di laboratorio, autoref ecc. Esame diagnostico : di certezza, invasivo, costoso ?, elaborato. Biopsia Falsi Positivi: sani riconosciuti malati Falsi Negativi: malati riconosciuti sani

Sensibilità e Specificità Sensibilità e specificità sopra 80% indicano un test utile La sensibilità di un test è la capacità di identificare i soggetti malati , positivi al test Se positivo al 100% tutti i malati sono positivi al test. Test di esclusione dei sani Si calcola sui malati La specificità di un test è la capacità di identificare i soggetti sani , negativi al test Se negativo al 100% tutti i sani sono negativi al test. Test di esclusione dei malati Si calcola sui sani Ad un test sensibile non sfuggono gli ammalati Ad un test specifico non sfuggono i sani Sono inversamente proporzionali

a) Veri Positivi b)Falsi Positivi d) Veri Negativi c) Falsi Negativi Cut-Off del test(valore critico/soglia) a) Veri Positivi b)Falsi Positivi d) Veri Negativi c) Falsi Negativi

Il Cut-Off ideale

Cut-Off reale

Se abbassiamo il Cut-Off MAX sensibilità 100% si individuano tutti i malati Falsi Positivi FP

Se alziamo il Cut-Off MAX specificità 100% si individuano tutti i sani Falsi Negativi FN

Sensibilità Strumentale Sensibilità di uno strumento è il valore minimo della grandezza da misurare che lo strumento ritiene apprezzabile Errore di sensibilità dello strumento è il gap tra il valore vero e quello misurato Il valore «vero» entità che non è possibile conoscere Una misura non è mai esatta

Precisione e accuratezza Metrologia: scienza delle misurazioni fisiche(teoria degli errori) Precisione : grado di convergenza dei dati rispetto al valore medio, SD (anche non vero) Accuratezza o esattezza: grado di concordanza tra il valore medio e quello vero Accuratezza strumentale: non prevede errori sistemici Preciso e Accurato Preciso non accurato Non preciso ma accurato Non preciso non accurato

Errori strumentali Errori sistemici: per difetti costruttivi (bilancia) per taratura (orologio) non corrette condizioni d’uso(calibro) da definizioni teoriche approssimative da pratiche perturbative (pendolo) N.B.: la ripetizione nelle medesime condizioni sperimentali non elimina l’errore; hanno sempre lo stesso segno; per individuare l’errore: misure alternative con tecniche alternative! Errori casuali : per temperatura, pressione, vibrazioni, campi elettrici o magnetici, polvere, sporco, operatore. N.B.: danno valori in eccesso o in difetto, sono rappresentati da curve gaussiane dello scarto quadratico medio o deviazione standard che è un indice di precisione.

Tonometria Suono e luce Pachimetria Biometria Ectasia corneale Casi clinici

Errori in tonometria Goldmann TRK- 1P

ANOVA (analysis of variance) Metodo dei minimi quadrati – Facoltà di Statistica - Università della Calabria – Cosenza ANOVA (analysis of variance) Maggio 2002 Dipendenza Tono-Spessore Tono mmHg Spessore Corneale µm 516 pazienti sani 0.56mmHg/10µm

Esempio di Simulazione Dipartimento di Meccanica Facoltà di Ingegneria Università della Calabria - Cosenza Esempio di Simulazione Spessore Cornea C. : 0.580 mm Spessore Corneale P. : 0.630 mm Diametro Verticale : 10.6 mm Diametro Orizzontale : 11.7 mm Tono Oculare : 24 mmHg Carico Esterno : 30 mmHg Modulo E : 0.4 MPa

Suono e luce nell’ indagine strumentale Cristalli piezoelettrici dei Fratelli Curie (1880) Una pressione meccanica su un cristallo di quarzo produce un potenziale elettrico; una carica elettrica deforma il cristallo con la produzione di una vibrazione (ultrasuoni). Interferometria con l’esperimento di Michelson-Morley (1887) Permette di eseguire misurazioni delle lunghezze d’onda usando specchi semiriflettenti e riflettenti rilevando le differenti intensità di luce ed i tempi di percorrenza.

Suono come indagine strumentale Vibrazione dei corpi onde meccaniche longitudinali movimento molecolare Ultrasuoni: onde al altissima frequenza > 20.000 Hz la frequenza la penetrazione nel tessuto la frequenza la lunghezza d’onda la frequenza la risoluzione c= velocità dell’onda = 340 m/s in aria; 1500 m/s in acqua; 5000 m/s acciaio . c= f x λ f= frequenza è numero di fronti d’onda al sec. Si misura in Herz 1/T = 1 Herz λ = lunghezza d’onda è la distanza tra due fronti d’onda, (tra due creste) T= periodo tempo impiegato per avere due creste T=1/f Intensità cresce al crescere dell’ ampiezza dell’oscillazione (suono forte o debole) Altezza cresce al crescere della frequenza (suoni acuti o gravi) Timbro dipende dalla forma della vibrazione con stessa altezza ed intensità Impedenza = resistenza della materia ad essere attraversata dagli US; Z Rayl= ρ c ; ρ = densità g/cm³ c=velocità Sonde: cristallo piezoelettrico P. e J. Curie 1880

Come funzionano gli ultrasuoni Il segnale è dovuto alla proprietà piezoelettriche (dal greco comprimere) di alcuni cristalli (quarzo, ceramiche) di contrarsi e di espandersi sotto campi elettrici. A) Come effettori emettono ultrasuoni che vengono trasferiti con velocità dipendente dal mezzo attraversato (impedenza). B) Come ricevitori generano segnali elettrici per l’onda di ritorno. I segnali adeguatamente filtrati ed amplificati producono un rilievo (A/B Scan) al monitor dello strumento. Essendo noti: (1) Velocità di propagazione degli ultrasuoni (nei tessuti molli = 1540 m x s¯¹) (2) Impedenza Acustica del mezzo(resistenza dell’attraversamento) Si ricava : (3) la distanza cercata.

Ultrasuoni in medicina(1949) Heinrich Hertz 1857/1894 1 KHZ = 1000 = 10³Hz 1 MHz = 1.000.000 = 10⁶Hz Biometria A(Amplitude)-Scan Standardizzata (8 MHz) Biometria A Scan (10-12 MHz) Ecografia B(Brightneess)Scan(10-20 MHz)(Ris.=500µm; penetraz.= 30/40mm) UBM(ultrabiomicroscopio)(35-50 MHz) (Risoluz.=40µm; penetraz.= 5mm) Ecografia medica (3-5 MHz addome; seno, tiroide 7,5MHz) Eco-doppler e eco-color-doppler (1-2,5-3 MHz) Facoemulsificatore (40000 Hz = 40 KHz) Pachimetria a contatto (20 MHz) Litotritori(centinaia di elementi piezoelettrici su superfici concave)

Luce come indagine strumentale Interferometro di Albert Michelson (Nobel Fisica 1907) Sul percorso di un fascio di luce si colloca un oggetto da indagare il cui spessore è un multiplo della lunghezza d’onda della luce incidente frange d’interferenza Il numero delle frange = allo spessore dell’oggetto/ lunghezza d’onda usata Frequenza f = velocità dell’onda c/lunghezza d’onda dell’onda λ ; f = c/λ si usa l’infrarosso da 780 a 1310 nm f risoluzione λ penetrazione in tessuto Inaugurato a Virgo vicino Pisa il più grande interferometro europeo 200 mil. euro

Esperimento di Michelson e Morley 1887 per verificare se esisteva il vento dell’etere

Errori in Pachimetria Pachi = ± 540µ 1 µ = 10¯³ mm Pachimetria ad ultrasuoni : a contatto, riproducibile intra/inter 0peratore e tra strumenti differenti, richiede poco training. Gold Standard. Sonde solide da 20 Mhz; Risoluzione 1 µ; Accuratezza ± 5 µ; Campo da 0.20mm a 1 mm Errori: Perpendicolarità sonda, pressione sulla cornea, sterilizzazione-infezioni Pachimetria ottica : con microscopio endoteliale con microscopio confocale (Confoscan Nidek ) con topografica Orbscan con Scheimpflug (Pentacam, Sirius, Galilei II, RMS5Tomey) con OCT da camera anteriore con tonometri a soffio con UBM( valori sovrapponili a sonde u.s . da 20 MHz) Errori: Non danno lo stesso valore ! Nel kcono preferire Schempflug. Orbscan sottostima lo spessore (0.92 correzione acustica) Nelle cornee opache, nella chirurgia, per le interfacce….. Pachimetria ottica meno precisa della ultrasonica

Errori in Pachimetria ottica Nidek Confoscan Non danno lo stesso valore Oculus Pentacam Oculus Pachycam Ziemer Galilei

Biometria Oculare A) Ultrasuoni B) Ottica

Errori in Biometria ad Ultrasuoni(dal 1956) L.A. ultrasuoni= apice cornea-MLI L.A. biometria ottica = apice cornea-EPR 0.40mm differenza 0.5 mm disallineamento = 1.4 D pressione corneale di 100 µ = 0.28 D ± 0.50 D IOL = ±0.36 D rifrattivo finale Sonda A(amplitude)Scan 8-10 MHz: A) a contatto B) immersione (metilcellulosa 1% a 10 cm) Errori oculari: Cataratta densa PDMS Stafiloma Vitreopatia Astreroide Errori extraoculari: indentazione corneale (a contatto) film lacrimale spesso (a contatto) non fissazione del paziente posizione errata del capo errore operatore

Errori in Biometria Ottica(dal 1990) Lenstar LS 900 Haag Streit (1 Scan- 9 Mesurement-30 sec) IOL Master 500 Zeiss US FDA: 2000 (±0.02 mm) Interferometria a coerenza parziale (PCI) con raggio laser a 780 nm, generato da interferometro di Michelson, non contact. Calibrazione con biometro ad immersione Grieshaber Biometric System 40-MHz, GBS Pachymetry Keratometry White-to-Wite ± 0.02 mm Risoluz.Ottica Pupillometry Lens Thickness Anterior Chamber Depth (ACD) Axial Length (AL) Eccentricity of the Visual Axis Retinal Thickness ± 0.10-0.12 mm Errori: cataratte dense 16% Risoluz. Ultrasonica pazienti disabili film lacrimale spesso range limitato (IOLMaster 14-40 mm assile, Lenstar LS 14-32 mm assile) leucomi corneali www.augenklinik.uni-wuerzburg.de/eulib

Errori biometrici nel calcolo delle IOL 50% degli errori rifrattivi post. op. sono dovuti al calcolo della lunghezza assiale L.A. In Inghilterra l’errore biometrico porta nel 62% al pagamento dei danni ! Per L.A. ≥ 25 mm Biometria ad Ultrasuoni è meno precisa della Biometria Ottica Per cataratte dense (+4) Ultrasuono

Formule biometriche Hoffer Q: ipermetropi L.A. < 22 mm. Target valori rifrattivi: 50% con ± 0.50 D, 90% con ± 1 D, 99% con ±2D Standard ISO 11979-2 e 13485= 0.25 D±0.08D Hoffer Q: ipermetropi L.A. < 22 mm. Holladay I: L.A. tra 22 e 26 mm SRK T : miopi L.A. > 26 mm. Per occhi estremi indifendibili legalmente SRK I e SRK II K.J.Hoffer: I will continue to use the Hoffer Q formula for average and short eyes(< 24.5mm), the Holladay I for average and medium long eyes (22.0 to 26.0 mm.) and the SRK T for very long eyes 45 D 13 D Potere rifrattivo oculare 100%

Formule per il calcolo della IOL 1a generazione (Formule teoriche originali) • 1967 Formula di Fyodorov • 1972 Formula di Colenbrander • 1974 Formula di Hoffer • 1975 Formula di Binkhorst • 1975 Formula di Thijssen • 1976 Formula di van der Heijde • 1978 Formule di Lloyd e Gills, Retzlaff, Sanders e Kraf8- • 1980 SRK I (Formula di regressione) 2a generazione (Formule di regressione, formule teoriche modificate) • 1982 Formula di Hoffer modificata • 1982 Formula di Shammas • 1988 Formula di Binkhorst modificata • 1988 SRK II 3a generazione (Formule teoriche moderne) • 1988 Formula di Holladay • 1990 SRK T • 1992 Formula di Hoffer Q 4a generazione • 1990 Formula di Olsen • 1996 Formula di Holladay II (non ancora pubblicata) 5a generazione • 1999 Formula di Haigis • 1999 Formula di Camellin-Calossi Formule di rifrazione • 1993 Formula rifrattiva di Holladay • 1996 Equazione rifrattiva di Gills • 2001 Equazioni rifrattive di Shammas

Errori nell’ectasia corneale Report di J. T. Holladay a) mappa sagittale (potere assiale della superficie anteriore cornea) b) mappa pachimetrica c) mappa altimetrica anteriore (a sfera di riferimento) e) mappa altimetrica posteriore (a sfera di riferimento) d) mappa tangenziale (curvatura reale corneale anteriore) f) mappa pachimetrica relativa (a cornea normale)

Cornea normale al Pentacam Punto più sottile è centrale Mappa tangenziale < 48-49 D Mappa pachimetrica > 520-540 µ Mappa altimetrica anteriore ≤ 12 µ normale (di elevazione) ≥ 12 µ ≤ 15 µ sospetta ≥ 15 µ patologica Mappa altimetrica posteriore ≤ 17 µ normale (di elevazione) ≥ 17 µ ≤ 22 µ sospetta ≥ 22 µ patologica Punto più alto mappa altimetrica. Ant. e Post. non coincidono Punto di massima curvatura e punto più sottile non coincidono

Cornea ectasica al Pentacam Sommario di Holladay Il punto più sottile è eccentrico Punti Max Curvatura RED Punti Max Elevazione Anteriore RED Punti Max Elevazione Posteriore RED Punto più sottile in mappa pachimetrica assoluta e relativa RED Coincidenza punti più elevati faccia Ant. e Post. Cornea RED Posizione eccentrica del punto più sottile Pattern di distribuzione di ciascuna mappa Vera ectasica se coincidono: Punto di curvatura massima con pachimetria più sottile (RED on RED) Punto di curvatura massima con punto più elevato in mappa ant. e post. (RED on RED) Punto di curvatura massima con paki più sottile e punti più elevati ant e post (RED on RED on RED)

Ectasia vera Red on Red

Pseudoectasia Red on Blue

Importanza clinica dell’esame strumentale

Il limite funzionale dell’esame strumentale

La valenza clinica dell’esame strumentale Dati: bimbo di 28 mesi miopia - 13 sf. con -2 cil. in oo familiarità positiva per miopia elevata prima visita oculistica

Fragilità della strumentazione Errore casuale strumentale

« When you can measure what you speaking about and express it in numbers you know something about it; but when you cannot express it in numbers, your knowledge is of a meagre and unsatisfactory kind» «Possiamo conoscere qualcosa dell’oggetto di cui stiamo parlando solo se possiamo eseguirvi misurazioni, per descriverlo mediante numeri; altrimenti la nostra conoscenza è scarsa e insoddisfacente» Lord William Thomson Kelvin (1824/1907)

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