La fisica degli ultrasuoni: - siemg

Progetto formativo indirizzato ai Medici di Medicina Generale (MG)
e finalizzato all’introduzione dell’ecografia nel setting della MG
Firenze 13-15 gennaio 2012
La fisica degli ultrasuoni:
dalla ecotomografia al ColorDoppler.
Cenni sugli artefa8
Maria Boddi
Dipar;mento di Area Cri;ca Medico-­‐Chirurgica
Università degli Studi di Firenze

trasduttore
Onda
Riflessa
“eco”
3515 Khz
= 45°
=
Trasmissione a frequenza fissa verso
n’arteria a flusso opposto al fascio incidente
A
R 3515-
T 3500=
Δf 15
Si effetto
Doppler
Δf positivo
t

Eco-Doppler carotideo e vertebrale
CARATTERISTICHE FLUSSIMETRICHE
DOPPLER PULSATO CON ANALISI SPETTRALE
PIEDI

Impossibile visualizzare l'immagine collegata. È possibile che
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Ecografia
una metodica di diagnostica per immagini
ricostruite in B-mode e Color (elaborazione Doppler)
“..senza il presupposto della conoscenza della
anatomia e della patologia le immagini
ecografiche sono quasi incomprensibili.
….posso vedere solo ciò che conosco,e
Posso capire solo ciò che vedo!”…
Limite: operatore dipendente che si traduce in descrizione qualitativa
molto..poco, totale…subtotale..parziale, grande..piccolo ..migliorato ..peggiorato
ma 3 mm è grande o piccolo? 2 cm è uguale, peggiore o migliore?
Gunter Schmidt “Diagnosi differenziale ecografica” 2003

Ecografia: una metodica di diagnostica per immagini
“la diagnostica ecografica si basa sul presupposto
che “ le malattie” determinino variazioni
morfologiche macroscopiche (dimensione,forma e
ecostruttura) o comparsa di strutture nuove (calcoli,
noduli) di un organo,che ci si aspetta siano specifiche e
peculiari della malattia stessa.
Se “sintetizziamo “ la patologia in
infiammatoria-infettiva e/o autoimmune e
neoplastica , dovremo identificare
immagini ecografiche peculiari e
specifiche.
Ma è sempre così?
No, si parla talvolta di diagnosi di esclusione.

Semeiotica ecografica: rilievo e studio dei segni
ecografici che individuano e caratterizzano le
strutture attraversate dal fascio di ultrasuoni.
Semantica ecografica: la “Scienza dei significati
destinati ad essere definiti da parole
significanti” (Devoto Oli), ossia la valutazione dei
segni nella loro molteplicità in funzione della
formulazione di una diagnosi.
A tutto questo deve far seguito la stesura di un
referto, che deve essere standardizzabile,
comprensibile e confrontabile.

Onda
riflessa
Onda
propagata
Onda
refratta
Movimento di onde
sonore in mezzo
omogeneo rettilineo.
Quando interfaccia
fra 2 mezzi diversa
densità-impedenza
-trasmissione
-attenuazione
-riflessione
Riflessione
Unità visiva elementare
dell’interazione
N.B.
Distanza che US percorre
per ½ energia:
Acqua 380 cm
Sangue 15
Tes.molli 5
Osso 0,7
Aria 0.08
Polmone 0.05

Onda
riflessa
Onda
propagata
Onda
refratta
IPERECOGENA
ISOECOGENA
IPOECOGENA
ANECOGENA
Distanza che US percorre
per ½ energia:
Polmone 0.05
Aria 0.08
Osso 0,7
Tes.molli 5
Sangue 15
Acqua 380 cm

A seconda dei casi, le riflessioni ultrasonore
possono essere assenti o così numerose da
configurare un “tappeto” di echi finemente stipati…
…possono risultare appena percettibili nell’immagine
ecografica o di alta intensità luminosa…
…possono apparire dimensionalmente fini o
grossolane…
…possono essere omogeneamente rappresentate
all’interno dell’area considerata o invece distribuite in
maniera irregolare…
Ampia varietà di aspetti ecostrutturali!

Onda
riflessa
Onda
propagata
Onda
refratta
Sono assenti interfacce per riflettere gli
ultrasuoni, quindi prive di echi
(ANECOGENA)
Interfacce in grado di generare
riflessioni ultrasonore (ECOGENA)
Ø IPERECOGENA
Ø ISOECOGENA
Ø IPOECOGENA
liquida
solida

C’è liquido ?
Onda
riflessa
Onda
propagata
Distanza che US percorre
per ½ energia:
Acqua 380 cm
Sangue 15
Tes.molli 5
Osso 0,7
Aria 0.08
Polmone 0.05
Onda
refratta
Liquido permette
passaggio ultrasuoni
Non riflessione
Raccolta liquida immagine
ipo ana-ecogena:tutti eco
condotti

Versamento ascitico

Calcio?
Onda
riflessa
Onda
propagata
Onda
refratta
Tutti echi riflessi

Distanza che US percorre
per ½ energia:
Acqua 380 cm
Sangue 15
Tes.molli 5
Osso 0,7
Aria 0.08
Polmone 0.05
Onda
riflessa
Onda
propagata
C’è aria ?
Onda
refratta

La peculiare struttura anatomica degli organi-apparati
né definisce l’aspetto ecografico:
a)Organi con parenchimi ad ecostruttura uniforme
Fegato
Milza
Ghiandole (pancreas,tiroide,surrene,salivari..)
b)Organi con ecostruttura non uniforme
Rene
c) Organi “cavi” a contenuto liquido
Vasi, Colecisti,vescica
d) Organi cavi a contenuto misto liquido area
intestino

omogenea
La ecostruttura
Non omogenea

Onda
riflessa
Onda
propagata
Onda
refratta
Sono assenti interfacce per riflettere gli
ultrasuoni, quindi prive di echi
(ANECOGENA)
Interfacce in grado di generare
riflessioni ultrasonore (ECOGENA)
Ø IPERECOGENA
Ø ISOECOGENA
Ø IPOECOGENA
liquida
solida

…
Iper, Iso, Ipo
di per sé o rispetto ad un parenchima limitrofo, in
caso di alterazione diffusa di un organo
Fegato e rene
iso (normale)
Fegato iper
(steatosi)
Rene iper
(nefropatia
medica)

PANCREAS (nel giovane e nell’anziano):
esempio di iperecogenicità fisiologica

IPERECOGENICITA’ PATOLOGICA DISOMOGENEA DA
INFILTRAZIONE NEOPLASTICA
Diffuso sovvertimento da infiltrazione metastatica

PARENCHIMA IPOECOGENO
NORMALE: linfonodi

… Iper, Iso, Ipo
rispetto al tessuto circostante,
nel caso di una lesione circoscritta
iper iso ipo

ipoecogena
Cisti benigna Tumore renale

Cisti renali benigne
da Eur J Urol 2007
N.B.uno specifico aspetto
ecostrutturale non è associato
a concetto
benignità o malignità
Cisti:
immagine ipo anaecogena:tutti
eco condotti
Neoplasia renale cistica
da Eur J Radiol 2008

Ematoma

CUS applicabile a vena comprimibile

Con liquido cavità
virtuali diventano
visibili

iso
ipo
iper

Strutture ANECOGENE DISOMOGENEE
Fango biliare
Ematoma ileopsoas

Artefatti
-”immagini” ecografiche che non sono determinate
dall’ecostruttura di quel segmento anatomico,
ma sono “generate” da caratteristiche ecostrutturali
di zone contigue.
In quel segmento di immagine non ho alcuna
Informazione diretta della zona insonata.
L’ecografia del torace si basa sulla “lettura” degli
Artefatti.

Gli artefatti (1)
Ø “rinforzo posteriore”: aumento di intensità degli echi a valle di una formazione
anecogena, omogenea o disomogenea.Patognomonico di struttura a contenuto liquido
(eccezioni: tessuti a scarso assorbimento acustico quali l’adiposo e il linfomatoso).
Ø “ombre acustiche laterali”: presenza di più o meno sottili bande
ipoecogene, dirette distalmente, che originano ai lati della formazione (non è
un segno costante).

Gli artefatti (2)
Tutti echi riflessi
Cono d’ombra
assenza di echi in zona
profonda rispetto a
Interfaccia riflettente

S
A V
S
Primo Livello
CUS
Compressive
ultrasound
COMPRESSIO
NE
S
A V
CONDIZIONE NORMALE
COMPRESSIO
NE
S
A V
A V A V
S
TROMBOSI VENOSA OCCLUDENTE
S
Secondo Livello
35

Onde in
compressione
suono acuto
Avvicinamento
• Effe&o Doppler
La frequenza del suono
si modifica rispetto a quella
della sorgente
Onde in
rarefazione
suono grave
Allontanamento

l Principio del Doppler
l In ecografia il suono (ultrasuono) è trasmesso non da un
corpo in movimento (ambulanza) ma da un corpo fisso
(sonda).
l Se l’onda ultrasonora così trasmessa colpisce un corpo
in movimento l’eco , scaturito da quest’ul;mo, subisce
una variazione direUamente proporzionale alla velocità
e direzione del movimento stesso.

• Δf = 2 V fi cosθ
c
Δf = EffeUo Doppler
• V = velocità di flusso
• Fi = frequenza trasmessa incidente
• cosθ = coseno dell’angolo composto dalla
direzione del fascio US e dall’asse del vaso
• c = velocità di propagazione US 1540 m/s

Onda
Trasmessa
3.5 Mhz=
3500 Khz
trasduttore
Onda
Riflessa
“eco”
3500 Khz
= 90°
No effetto
Doppler
Trasmissione a frequenza fissa
verso un’arteria a flusso perpendicolare
=
R 3500-
T 3500=
Δf 0

trasduttore
Onda
Riflessa
“eco”
3515 Khz
= 45°
=
Trasmissione a frequenza fissa verso
un’arteria a flusso opposto al fascio incidente
R 3515-
T 3500=
Δf 15
Si effetto
Doppler
Δf positivo

Onda
Trasmessa
3.5 Mhz=
3500 Khz
trasduttore
Onda
Riflessa
“eco”
3485 Khz
= -45°
Si effetto
Doppler
Trasmissione a frequenza fissa verso Δf negativo
un’arteria a flusso omodirezionale al fascio incidente
=
R 3485-
T 3500=
Δf -15

Δf = 0
• nessun segnale Doppler
• assenza di flusso
Δf = 15
• segnale Doppler positivo
• flusso in avvicinamento
Δf = -15
• segnale Doppler negativo
• flusso in allontanamento
A
A
A
t
t
t
Δf = (2F/C) x V cos
Δf = Doppler shift
F = Frequenza sonda
C = Velocità di
propagazione dell’ US
(1500 m/s nel corpo umano)
V = velocità dell’ US
trasmesso
= angolo di incidenza

Aorta
PSV
Aorta
RAR
>3,5
renal artery
raPSV
Peak systolic
velocity
Tempo di
ascesa
IR

Color-Doppler
indispensabile
nella valuatazione
Stenosi di arterie
Aorta
PSV
Peak systolic
velocity
>PSV
Tempo di
ascesa
Flusso
poststenotico

Normale

Vena porta
Vena porta
Flusso portale
Vena porta
Art
epa;ca

TVP vene
Sovraepatiche
ecoColorDoppler
TVP cava inf +
sovraepatiche
Vv sovraepatiche-quadro di normalità
TVP parziale

COLOR DOPPLER
l Il Color Doppler è un Doppler Pulsato
mul;gate
l Abilitando questo metodo di campionamento,
si apre una finestra sull’immagine B-­‐mode,
all’interno della quale vi sono migliaia di
volumi campione
l Questa finestra permeUe di visualizzare tu8 i
flussi presen;, specificandone la direzione, la
velocità ed eventuali turbolenze

COLOR DOPPLER

COLOR DOPPLER
• Il color doppler or CFM (Color Flow
Mapping)
• permeUe di conoscere le seguen;
• informazioni del flusso sanguigno :
l LOCALIZZAZIONE SPAZIALE
l DIREZIONE
l VELOCITA’

COLOR DOPPLER
LOCALIZZAZIONE SPAZIALE
• La localizzazione spaziale è indicata dal colore
nell’immagine B-­‐mode

COLOR DOPPLER
DIREZIONE DEL FLUSSO
• E’ indicata dal colore del flusso
• Colore rosso indica flusso in
• avvicinamento alla sonda
• Colore blu indica flusso in
• allontanamento dalla sonda

Il Power Doppler

CFM SETTINGS
l DIMENSIONE DEL BOX
l STEERING ELETTRONICO ( º )
l GAIN DEL COLORE ( % )
l PRF -­‐ Pulse Repe;;on Frequency (kHz)

CFM SETTINGS
DIMENSIONE DEL BOX
l La larghezza del BOX è inversamente proporzionale
al frame-rate ( FR)
l Maggiore sarà l’ampiezza del BOX, minore il FR e
di conseguenza la risoluzione temporale
WIDTH

CFM SETTINGS
LO STEERING ELETTRONICO
Lo Steering elettronico
permette di allinearsi al
flusso ed aumentare
quindi la sensibilità del
CFM
NO STEERING
10º STEERING

CFM SETTINGS - GAIN
• Gain deve essere aumentato fino a quando
appare nel box del rumore (effeUo coriandolo)
dopo di che si diminuisce per farlo sparire
GAIN DEL CFM
CORRETTO
GAIN DEL CFM
TROPPO ELEVATO

CFM SETTINGS - PRF
PRF è direttamente proporzionale alla velocità del
flusso, quindi deve essere ottimizzata a seconda
della velocità del vaso in analisi

PRF bassa
Effetto
Alyasing
Corretta regolazione
della PRF
PRF troppo
alta

Grazie
Buon
Lavoro!

Raccomandazione SPREAD 13,5
Per convenzione derivata dagli studi clinici,
una stenosi carotidea si definisce sintomatica:
se l’ultimo episodio ischemico cerebrale o retinico congruo si è verificato
nei 6 mesi precedenti. Oggi è indicato ridurre tale intervallo a non più di 3 mesi.
Stenosi
Carotidea >70%
-se la stenosi carotidea
è sintomatica e ci si limita
alla terapia medica,
la probabilità di avere uno
stroke è significativame-
nte più elevata

In caso di stenosi carotidea superiore al 50% (metodo NASCET) e di TIA o ictus minore è indicata
l’endoarteriectomia precoce, cioè entro le prime due settimane dall’evento clinico. E’
presumibile che l’endoarteriectomia offra il massimo beneficio se eseguita nei primi giorni dal
sintomo, prima possibile e in ogni caso alla stabilizzazione dell’evento ischemico cerebrale.
Eur Heart J 2010

CARATTERISTICHE FLUSSIMETRICHE
CAROTIDE COMUNE
• Tracciato flussimetrico a basse resistenze
Picco sistolico
abbastanza
appuntito, lieve
incisura pre
diastolica, diastole
ben rappresentata
(v. max 100 cm/s)
Tracciato con
caratteristiche
intermedie tra
carotide interna ed
esterna

Tracciato
patologico
Stenosi >80%
Cc. normale

Eco-Doppler carotideo e vertebrale
Come valuto la stenosi??
STENOSI EMODINAMICA: RIPERCUSSIONI
EMDINAMICHE A MONTE E VALLE
• Intrastenosi: velocità massima
• A monte: tracciato normale o ad alte resistenze “frenato” riduzione
componente diastolica
• Immediatamente A valle: riduzione velocità sistolica con picco
abbassato e arrotondato e scarsa differenza sisto-diastolica
(“tracciato tardo-parvo”).
• A valle: aumento turbolenze e progressiva riduzione di velocità sistodiastolica.
A MONTE INTRASTENOSI A VALLE

Eco-Doppler carotideo e vertebrale
Come valuto la stenosi??
• 1) Stenosi < 60% causano minime variazioni di flusso, talora
lieve turbolenza (aumento dello speUro all’analisi flussimetrica),
in tale caso:
• B-­‐mode + Color
• per
• Valutazione en;tà lume residuo
• Criterio morfologico + criterio emodinamico
• 2) Stenosi >60%
• Analisi speUrale Doppler è più affidabile
• per
• Valutazione dell’ accelerazione del flusso

Eco-Doppler carotideo e vertebrale
Come valuto la stenosi??
• 2) Doppler pulsato con analisi speUrale misura
la severità della stenosi:
• Nel punto di massima stenosi:
• -­‐elevazione velocità sistolica e diastolica
proporzionale al restringimento
• -­‐allargamento dello speUro per turbolenze

Tracciato
patologico
Stenosi >80%
Cc. normale

La stessa stenosi valutata al color-Doppler come area di stenosi (85%)

Grading of carotid plaque severity by carotid sonography
A plaque was defined as a localized protrusion of the vessel wall into
the lumen (>50% compared with the adjacent intima-media layer).
Carotid plaque severity was classified according to Doppler US
criteriafor diagnosis of internal carotid stenosis :
no stenosis: no increase peak systolic velocity (< 120 cm/sec)‏
: stenosis 40-75% peak systolic velocity >120 cm/sec and < 230 cm/sec
>75% stenosis: peak systolic velocity>230 cm/sec cm/sec
occlusion: no Doppler or Color signal

Eco-Doppler carotideo e vertebrale
Stenosi
carotide
interna
Vs>230
Vd=77
Stenosi
>70%
TRACCIATO DOPPLER PATOLOGICO
TRACCIATO
TARDO PARVO A
VALLE

Aorta
Aorta
PSV
renal artery
RAR
>3,5
Peak systolic
velocity
Stenosi arteria
renale>60%
Tempo di
ascesa
Rene
omolaterale
IR

90°
Stenosi>70%
70%
Correzione automatica
0°
errata
Stenosi>70%
Onda sfigmica
lungo arteria renale
PSV sovrastimata
PSV reale
PSV sottostimata

Normale

INDICE PRESSORIO CAVIGLIA BRACCIO

Ankle-brachial index-indice pressorio caviglia-braccio
0,91- 1,3 normale
0,41- 0,90 arteriopatia di media gravità
claudicatio intermittens
0,00- 0,40 arteriopatia grave
dolore a riposo, lesioni trofiche
>1,30 incomprimibilità dei vasi
I valori più bassi sono associati anche ad un maggior rischio di
patologia cardiovascolare; i pazienti con indice caviglia-braccio

ARTERIOPATIA OBLITERANTE DEGLI
ARTI INFERIORI
Linee guida diagnostiche
Il primo accertamento, oltre la valutazione clinica,
è ultrasonografico ed è rappresentato dalla
valutazione emodinamica, che viene effettuata
con la determinazione della pressione sistolica
alla caviglia, e del rapporto pressorio caviglia/
braccio
(Racc. 13-1 Grado A)
(Linee guida GIUV-SIDV, 2000-2004)

Arteriopatie ostruttive dell’aorta e
degli arti inferiori
ITER DIAGNOSTICO
In caso di stenosi od ostruzione:
• Localizzazione della stenosi od ostruzione
• Caratteristiche della stenosi
• Percentuale di stenosi
• Lunghezza della stenosi o della ostruzione
• Misurazione dell’indice pressorio
Linee Guida SIDV - GIUV

Criteri di classificazione dell’arteriopatia a
seconda dell’entità delle stenosi in base al
segnale Doppler
(stenosi 50% lume vascolare determina sintomi)
Normale: onda trifasica, non alterazioni dello spettro.
Stenosi 1-19%: onda normale, leggero allargamento dello
spettro, aumento del PSV (150 cm/sec) almeno del 30 %
rispetto a quella del segmento prossimale.
Stenosi 20-49%: perdita della finestra sistolica, PSV
aumentato del 100 % (150-250 cm/sec)
Stenosi 50-99%: PSV aumentato di più del 100%, perdita del
reverse flow,onda monofasica (250-400 cm/sec)
Occlusione: non flusso, onda monofasica prima
dell’occlusione, onda monofasica e con velocità fortemente
ridotte dopo l’occlusione .

Eco-Doppler carotideo e vertebrale
Come valuto la stenosi??
STENOSI EMODINAMICA: RIPERCUSSIONI
EMDINAMICHE A MONTE E VALLE
• Intrastenosi: velocità massima
• A monte: tracciato normale o ad alte resistenze “frenato” riduzione
componente diastolica
• Immediatamente A valle: riduzione velocità sistolica con picco
abbassato e arrotondato e scarsa differenza sisto-diastolica
(“tracciato tardo-parvo”).
• A valle: aumento turbolenze e progressiva riduzione di velocità sistodiastolica.
A MONTE INTRASTENOSI A VALLE

Eco(color)doppler arti inferiori
• Studio aorta e asse iliaco (obbligatorio per dolore al
gluteo e alla coscia) (25-30%)
• Studio della biforcazione femorale (asse femoropopliteo
80-90% )
• Valutare l’ostio della femorale profonda
• Studio della femorale superficiale fino all’ Hunter
• Asse sottopopliteo –sensibilità per stenosi >50%
inferiore a 80%
Ø Ispessimenti intimali
Ø Placche fibrose
Ø Placche calcifiche
Linee Guida SIDV - GIUV

ARTERIOPATIA OBLITERANTE DEGLI ARTI
INFERIORI
Linee guida diagnostiche
• L’EcoColorDoppler è spesso un esame
complementare all’angiografia nei pazienti
con ischemia critica che necessitano di
rivascolarizzazioni infrapoplitee.
•
• (Racc. 13-5 Grado
C)
(Linee guida GIUV-SIDV, 2000-2004)

Vena porta
Vena porta
Flusso portale
Vena porta
Art
epatica

Dalla elaborazione integrata dei diversi dati posso ottenere
risposte di grado crescente di definizione diagnostica
a)Risposte descrittivo morfologico su dati ecotomografici
morfologia,dimensione,alterazione ecostruttura
diffusa/focale sì/no
b)Risposte descrittive morfologiche su dati ecotomografici e
ColorDoppler
alterazione ecostruttura diffusa/focale sì/no
con coinvolgimento di strutture vascolari sì/no
ma anche tipo di coinvolgimento
c)Risposta con ipotesi di correlazione con quadro specifico di
patologia (epatopatia cronica,cirrosi,neoplasia)
d) Correlazione dei dati ecotomografici con quesito clinico
Obiettivo dell’esame modulato da chi richiede esame e
dall’operatore!
Sono tutte “ecografie epatiche”!!