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ⓘ Ecografia. L ecografia o ecotomografia è un sistema di indagine diagnostica medica che non utilizza radiazioni ionizzanti, ma ultrasuoni e si basa sul principio ..




Ecografia
                                     

ⓘ Ecografia

L ecografia o ecotomografia è un sistema di indagine diagnostica medica che non utilizza radiazioni ionizzanti, ma ultrasuoni e si basa sul principio dellemissione di eco e della trasmissione delle onde ultrasonore. Tale metodica viene considerata come esame di base o di filtro rispetto a tecniche di Imaging più complesse come CT, imaging a risonanza magnetica, angiografia. Nelle mani del radiologo interventista è una metodica che può essere utilizzata per procedure terapeutiche mini invasive. Lecografia è, in ogni caso, una procedura operatore-dipendente, poiché vengono richieste particolari doti di manualità e spirito di osservazione, oltre a cultura dellimmagine ed esperienza clinica.

                                     

1. Descrizione

La frequenza degli ultrasuoni utilizzati che per definizione è superiore ai 20 kHz varia da 2MHz a 15MHz circa, ed è scelta tenendo in considerazione che frequenze maggiori hanno maggiore potere risolutivo dellimmagine, ma penetrano meno in profondità nel soggetto. Queste onde sono generate da un cristallo che sfrutta leffetto piezoelettrico, inserito in una sonda mantenuta a diretto contatto con la pelle del paziente con linterposizione di un apposito gel che elimina laria interposta tra sonda e cute del paziente, permettendo agli ultrasuoni di penetrare nel segmento anatomico esaminato; la stessa sonda è in grado di raccogliere il segnale di ritorno, che viene opportunamente elaborato da un computer e presentato su un monitor.

Variando lapertura emittente della sonda, è possibile cambiare il cono di apertura degli ultrasuoni e quindi la profondità fino alla quale il fascio può considerarsi parallelo.

Oggi ogni ecografo è dotato delle cosiddette sonde real-time, in cui gli ultrasuoni sono prodotti e raccolti in sequenza in direzioni diverse, tramite modulazioni meccaniche o elettroniche della sonda.

In un tessuto idealmente omogeneo a impedenza acustica caratteristica costante londa procede attenuandosi in funzione del tipo di tessuto. Quando londa raggiunge invece un punto di variazione di impedenza acustica, viene in varia misura riflessa, rifratta e diffusa. La percentuale riflessa porta informazioni sulla differenza di impedenza tra i due tessuti ed è pari a:

R = Z 1 − Z 2 Z 1 + Z 2 {\displaystyle R={\frac {Z_{1}-Z_{2}^{2}}{Z_{1}+Z_{2}^{2}}}}

Vista la grande differenza di impedenza tra un osso ed un tessuto, con lecografia non è possibile vedere dietro di esso. Anche zone di aria o gas Z piccolo fanno "ombra", per via di una riflessione totale.

Il tempo impiegato dallonda nel percorso di andata, riflessione e ritorno viene fornito al computer, che calcola la profondità da cui è giunta leco, ossia della superficie o del punto di discontinuità dellimpedenza acustica, indice di ecostruttura dei tessuti disomogenea. Si possono così individuare le dimensioni dei vari organi e delle loro pareti, ed eventuali zone ipoecogene con scarso riflesso del segnale ecografico o iperecogene con una riflettanza maggiore allinterno o allesterno dei vari organi.

Sostanzialmente un ecografo è costituito da tre parti:

  • genera limpulso di trasmissione
  • pilota il trasduttore
  • tratta il segnale ricevuto
  • un sistema elettronico che
  • una sonda che trasmette e riceve il segnale
  • riceve leco di ritorno alla sonda
  • un sistema di visualizzazione
                                     

2.1. Sistemi di scansione Scansione lineare

  • Formato dellimmagine rettangolare
  • Trasduttori lineari

Gruppi di elementi da 5 o 6 facenti parte di una cortina di cristalli da 64 a 200 o più posti in maniera contigua, vengono eccitati in successione in maniera da formare una scansione lineare.

                                     

2.2. Sistemi di scansione Scansione settoriale

  • Trasduttori settoriali meccanici a singolo cristallo, anulari, array.
  • Formato dellimmagine settoriale

Nel caso di un settoriale meccanico singolo cristallo o anulare la scansione viene data tramite un sistema di ingranaggi che fa oscillare il cristallo di un settore normalmente 90°. Durante loscillazione il cristallo viene eccitato con una certa tempistica, in maniera da inviare gli impulsi ultrasonori, ricevere gli echi di ritorno e quindi permettere di creare limmagine ultrasonora allinterno del campo di vista.

                                     

2.3. Sistemi di scansione Scansione convex

  • Formato dellimmagine a tronco di cono
  • Trasduttori convex

Nel caso di un trasduttore convex i cristalli vengono eccitati esattamente come nel trasduttore lineare, ma il campo di vista sarà a tronco di cono, dato che i cristalli sono posizionati su una superficie curva.

                                     

3. Modi di presentazione

Si possono ottenere diverse rappresentazioni delle strutture oggetto di esame a seconda delle elaborazioni effettuate sul segnale in output dalla sonda

Modo B modulazione di luminosità

Ogni eco viene presentata come un punto luminoso la cui tonalità di grigio è proporzionale allintensità delleco.

                                     

3.1. Modi di presentazione Modo A modulazione di ampiezza

Il metodo A-mode amplitude mode è il metodo più basilare, ideato negli anni 40. Ogni eco viene presentata monodimensionalmente, tramite un oscilloscopio millimetrato, come un picco la cui ampiezza corrisponde allintensità delleco stessa. Ogni eco rappresenta la profondità della struttura riflettente il segnale; tale modalità necessita quindi di una buona conoscenza dellanatomia delle strutture che giacciono sul percorso del fascio di ultrasuoni. Al giorno doggi trova impiego in pochi campi come loculistica, la neurologia e lostetricia valutazione encefalometrica

                                     

3.2. Modi di presentazione Modo B modulazione di luminosità

Ogni eco viene presentata come un punto luminoso la cui tonalità di grigio è proporzionale allintensità delleco.

                                     

3.3. Modi di presentazione Modo M motion scan

È una rappresentazione in modo B, ma con la caratteristica aggiuntiva di essere cadenzata; viene utilizzata allo scopo di visualizzare sullo schermo in tempo reale la posizione variabile di un ostacolo attraverso leco da esso prodotta.

                                     

4. Amplificazione e compenso di profondità

Molto importante è il sistema di amplificazione degli echi ed il compenso di profondità.

Amplificazione

Gli echi ricevuti hanno unampiezza ridotta rispetto alleco incidente. La tensione generata dal cristallo a seguito delleco di ritorno è molto bassa, deve essere quindi amplificata prima di essere inviata ai sistemi di elaborazione e quindi di presentazione.

Compenso di profondità

A causa dellattenuazione degli ultrasuoni nel tessuto umano 1 dB/cm/MHz gli echi provenienti da strutture distali saranno di minor ampiezza rispetto a quelli provenienti da strutture similari ma prossimali. Per compensare ciò è necessario amplificare maggiormente gli echi lontani rispetto a quelli più vicini. Ciò viene svolto da un amplificatore dove il guadagno aumenta in funzione del tempo T.G.C. Time Gain Compensation cioè in funzione della profondità di penetrazione.

                                     

5. Ecografia Doppler

Quando unonda è riflessa su un oggetto in movimento, la parte riflessa cambia la propria frequenza in funzione della velocità delloggetto effetto Doppler. Lammontare del cambiamento della frequenza dipende dalla velocità del bersaglio.

△ F = 2 f 0 C V cos ⁡ Θ {\displaystyle \triangle F={\frac {2f_{0}}{C}}V\ \cos \Theta }

△ F = {\displaystyle \triangle F=} Doppler shift Variazione di frequenza

f 0 = {\displaystyle f_{0}=} Frequenza onda incidente

C = {\displaystyle C=} Velocità di propagazione del suono nel tessuto umano 1540 m/s

V = {\displaystyle V=} Velocità di bersaglio

Θ = {\displaystyle \Theta =} Angolo di incidenza del fascio ultrasonoro con il bersaglio.

Il computer dellecografo, conoscendo la differenza di frequenza, può calcolare la velocità del mezzo su cui londa si è riflessa, mentre la profondità è nota dal tempo impiegato. Linformazione della velocità è presentata a monitor con codifica a colori normalmente rosso e blu a seconda se si tratti di velocità in avvicinamento o in allontanamento; lintensità del colore è questa volta legata alla frequenza dellonda di ritorno. Uso tipico è lo studio vascolare flussometro.

Sono possibili due modi interpretativi: Color Doppler si hanno informazioni sulla velocità media del mezzo - adatto per un volume di studio ampio e Gated Doppler si ottiene lo spettro di tutte le velocità presenti nel mezzo, con la loro importanza - adatto per uno studio su un particolare.

Nella modalità Doppler, il sistema fornisce normalmente anche un segnale udibile che simula il flusso del sangue; si tratta comunque di un segnale virtuale che non esiste, utilizzato solo per comodità si può conoscere quanto riprodotto sul monitor anche senza guardarlo.

Le immagini ecografiche sono a bassa risoluzione, tipicamente 256x256 ad 8 bit/pixel. Di solito il radiologo effettua la diagnosi direttamente sul monitor, passando alla stampa solo per documentazione.



                                     

6. Modo 3D

Levoluzione più recente è rappresentata dalla tecnica tridimensionale, la quale, a differenza della classica immagine bidimensionale, è basata sullacquisizione, mediante apposita sonda, di un "volume" di tessuto esaminato. Il volume da studiare viene acquisito e digitalizzato in frazioni di secondo, dopo di che può essere successivamente esaminato sia in bidimensionale, con lesame di infinite "fette" del campione sui tre assi x, y e z, oppure in rappresentazione volumetrica, con lesame del tessuto o dellorgano da studiare, il quale appare sul monitor come un solido che può essere fatto ruotare sui tre assi. In tal modo si evidenzia con particolare chiarezza il suo reale aspetto nelle tre dimensioni. Con la metodica "real time", si aggiunge a tutto ciò leffetto "movimento", per esempio il feto che si muove nel liquido amniotico.

                                     

7. Mezzo di contrasto

In ecografia può essere usato un mezzo di contrasto endovenoso costituito da microbolle di esafluoruro di zolfo, che aumentano lecogenicità del sangue: questa tecnica può essere utilizzata sia per studi di ecografia vascolare, sia per caratterizzare lesioni degli organi addominali soprattutto del fegato e del rene, a volte anche della milza e del pancreas. Il mezzo di contrasto ecografico presenta poche controindicazioni allergia allo zolfo, cardiopatia ischemica rispetto a quelli utilizzati in TC e risonanza magnetica: pertanto, può essere utilizzato come metodica meno invasiva, considerata anche lassenza di radiazioni ionizzanti e di radiofrequenze o campi magnetici, tipici questi ultimi della risonanza magnetica.

In ecografia può essere usato un agente anche chiamato mezzo di contrasto endovenoso costituito da microbolle gassose rivestite per esempio contenenti esafluoruro di zolfo, che aumentano lecogenicità del sangue. Questa tecnica fu scoperta dal Dr. Raymond Gramiak nel 1968, e chiamata "contrast-enhanced ultrasound" ecografia con mezzo di contrasto. Questa tecnica viene usata clinicamente in tutto il mondo, in particolar modo in ecocardiografia principalmente in USA ed in ecografia radiologica Europa e Asia. Inoltre luso di microbolle specificamente ingegnerizzate per agganciarsi ai capillari tumorali tramite lespressione biomolecolare delle cellule cancerogene, originariamente create dal Dr. Alexander Klibanov nel 1997, fa prevedere un uso futuro dellecografia a mezzo di contrasto per identificare tumori in fase molto precoce.

Gli agenti di contrasto basati su microbolle vanno somministrati in via endovenosa durante lesame ecografico. Le microbolle, grazie al loro diametro, restano confinate nei vasi sanguigni, non riuscendo a fuoriuscire nel liquido interstiziale. Per questa ragione gli agenti di contrasto ecografici sono completamente intravascolari, una caratteristica che li rende un mezzo ideale per rivelare la microvascolarizzazione degli organi durante la diagnostica. Un tipico utilizzo clinico dellecografia a mezzo di contrasto consiste nella localizzazione di tumori metastatici ipervascolari, che esibiscono un assorbimento del contrasto cinetica della concentrazione delle microbolle nel sangue più veloce rispetto al tessuto biologico circostante sano. Altre applicazioni cliniche dellecografia a mezzo di contrasto sono ad esempio la delineazione del ventricolo sinistro durante ecocardiografia, per ispezionare visualmente la contrattilità del miocardio a seguito di un infarto. Infine sono anche emerse applicazioni in analisi quantitativa della perfusione per identificare la risposta del paziente verso un trattamento antitumorale allo stadio precoce metodologia e studio clinico presentati dal Dr. Nathalie Lassau nel 2011, in modo da poter determinare la migliore terapia oncologica.

Nelluso oncologico dellecografia con mezzo di contrasto, viene attualmente utilizzato il metodo di la tecnica delle immagini parametriche dei tratti distintivi della vascolarizzazione inventato dal Dr. Nicolas Rognin nel 2010. Questo metodo è pensato per essere uno strumento di aiuto nella diagnostica dei tessuti tumorali, facilitando la caratterizzazione del tipo di tessuto benigno o maligno. Esso è un metodo computazionale per analizzare una sequenza temporale di immagini ecografiche con mezzo di contrasto sotto forma di videoclip digitale acquisita durante lesame ecografico del paziente. Una volta circoscritta la zona tumorale, vengono applicati due stadi di analisi del segnale ai pixel nella zona tumorale:

  • Classificazione automatica del tratto distintivo della vascolarizzazione tramite un singolo parametro, codificato con uno dei seguenti colori
  • rosso, per un veloce incremento del segnale assorbimento di contrasto che avviene prima rispetto al tessuto sano circostante, oppure
  • verde, per una segnale continuo più elevato assorbimento di contrasto maggiore rispetto al tessuto sano circostante
  • giallo, per un veloce decremento del segnale assorbimento di contrasto che avviene più tardi rispetto al tessuto sano circostante.
  • Calcolo del tratto distintivo della vascolarizzazione differenza nellassorbimento del contrasto rispetto al tessuto sano circostante;
  • blu, per una segnale continuo meno elevato assorbimento di contrasto minore rispetto al tessuto sano circostante

Una volta che lanalisi del segnale per ogni pixel è completata, una mappa cromatica del parametro viene mostrata sullo schermo, in modo da riassumere le informazioni vascolari del tumore in una singola immagine, chiamata immagine parametrica cfr. ultima figura dellarticolo per esempi clinici. Questa immagine parametrica viene interpretata dallo specialista in base al colore predominante nel tumore: rosso indica un sospetto di malignità, verde o giallo unalta probabilità di benignità. Nel primo caso, lo specialista può prescrivere una biopsia per confermare la diagnosi, o una tomografia assiale computerizzata TAC come seconda opzione. Nel secondo caso, è necessario solo un riesame ecografico con mezzo di contrasto dopo qualche mese. Il beneficio di questo metodo è quello di evitare una biopsia sistematica dei tumori benigni, o lesposizione del paziente ad una TAC. Questo metodo è stato dimostrato efficace per la caratterizzazione di tumori epatici. In un contesto di screening dei tumori, questo metodo può essere potenzialmente applicabile ad altri tipi di tumori, come quelli della mammella o tumori prostatici.



                                     

8. Utilizzi

Questanalisi strumentale serve per analizzare e verificare la presenza di alcune patologie a seconda degli strumenti utilizzati.

  • Sonda tradizionale
  • Screening per il tumore della mammella
  • Patologie addominali v. appendicite, colica biliare - Fegato organo modello standard della isoecogenicità.
  • Patologie tiroidee
  • Colica renale
  • Placche
  • Stenosi
  • Eco doppler per i vasi epiaortici
  • Ulcerazioni
  • Dissecazioni
  • Occlusione vasale aterosclerosi
  • Vasospasmo aneurisma
  • Doppler transcranico