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

CARATTERISTICHE PRINCIPALI DEGLI ECOGRAFI Principi di funzionamento; Trasduttori e forma del fascio ultrasonoro emesso; Modi di analisi; Mezzi di contrasto.

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.

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

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

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

SCANSIONE AUTOMATICA Meccanica Linear array Convex array Phased array

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

c = velocità ultrasuoni = 1540 m/s 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

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 un’immagine bidimensionale.

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.

M-MODE ECOCARDIOGRAFIA Viene seguito il moto di una interfaccia mediante la rappresentazione della sua profondità in funzione del tempo Se l’interfaccia è ferma viene visualizzata una linea retta orizzontale; se l’interfaccia cambia la sua profondità la linea si sposta verticalmente. ECOCARDIOGRAFIA

DOPPLER IMAGING fD = frequenza Doppler v = velocita di scorrimento del fluido c = velocità dell’onda ultrasonora nel mezzo

COLOR DOPPLER Sull’immagine bidimensionale in scala di grigi viene sovrapposta una mappatura in colore riferita alla frequenza Doppler e quindi alla velocità del fluido. rosso: fD > 0 blu: fD < 0

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

MECCANISMI CHE INDUCONO EFFETTI BIOLOGICI Effetti meccanici della pressione acustica Streaming (fluidi) Cavitazione stabile e transiente (soglia di intensità) Effetti termici (assorbimento)

GRANDEZZE FISICHE CORRELATE CON GLI EFFETTI BIOLOGICI INTENSITÀ ACUSTICA (mW/cm2) PRESSIONE ACUSTICA (Pa) Pressione massima negativa (pr) Pressione efficace sulla durata dell’impulso (pp) Pressione di picco spaziale efficace sull’impulso (pspp) Pressione di picco spaziale efficace sul periodo di ripetizione (pspr) Intensità di picco spaziale mediata sull’impulso (Isppa) Intensità di picco spaziale e media temporale (Ispta)

LINEE GUIDA FDA E AIUM SUI LIMITI DI DOSE Nel caso di fasci focalizzati con Ispta < 1 W/cm2 gli effetti termici e di cavitazione risultano comunque trascurabili.

Tipi di ECOGRAFI di differente tecnologia Marca: ATL Modello: Hdi 3000 (banda larga) Marca: SIEMENS Modello: Antares (banda stretta)

SONDE ANALOGHE NEI DUE TIPI DI ECOGRAFO ATL Hdi 3000 SIEMENS Antares Convex 4-2 Linear 10-5 Convex 5-2 Linear 10-5

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”

FANTOCCIO GAMMEX RMI 403GS LE

ATL Hdi 3000 SONDA CONVEX Fuochi

MISURE DI PRESSIONE ED INTENSITA’ ACUSTICA Vengono eseguite misure con diverse configurazioni degli ecografi: ricerca del picco spaziale della pressione acustica efficace mediata sull’impulso, al fine di calcolare Ispta. andamento della pressione acustica massima negativa, della pressione acustica efficace mediata sull’impulso e della Ispta in funzione della emissione dell’ecografo (indice meccanico MI) andamento dei profili di emissione in direzione della scansione e in direzione perpendicolare alla scansione, alla profondità del picco spaziale.

IDROFONO

Impedenza di tipo capacitivo 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

FANTOCCIO AD ACQUA

ANALISI DEGLI IMPULSI

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 dell’impulso

ANDAMENTO CON L’INDICE MECCANICO (MI) pr = pressione massima negativa di picco spaziale f = frequenza portante dell’impulso