Strumentazione Biomedica Strumentazione Biomedica Apparecchiature ultrasonografiche Univ. degli studi “Federico II” di Napoli ing. Paolo Bifulco Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Onde sonore • Il suono può essere definito come l’energia meccanica trasmessa da onde di pressione in un mezzo materiale. • Le onde che viaggiano attraverso il mezzo sono costituite da una componente longitudinale (parallela alla direzione di propagazione) e una trasversale (perpendicolare alla direzione di propagazione). • In particolare le onde traverse possono propagarsi più facilmente attraverso alcuni materiali solidi, come ad esempio acciaio o tessuto osseo, mentre nei tessuti molli analizzati nella diagnostica di immagini mediante ultrasuoni tale componente può essere trascurata rispetto a quella longitudinale. Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 1 Strumentazione Biomedica Onde sonore • Il suono può essere considerato come una successione di compressioni e rarefazioni di molecole e particelle in un mezzo. • Le regioni di compressione sono accompagnate da pressioni elevate rispetto alla pressione atmosferica, mentre le regioni di rarefazione corrispondono a punti dove la pressione è più bassa di quella atmosferica Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Onde sonore • Il grafico delle successive figure può essere interpretato, allo stesso modo, come l’andamento nel tempo della pressione in un punto dello spazio, oppure come l’andamento della pressione nello spazio in un istante. • Nel primo caso la durata di un ciclo corrisponde al periodo (e il suo inverso alla frequenza) dell’onda, nel secondo caso la distanza tra due punti equifase corrisponde alla lunghezza d’onda. • L’insieme dei due fenomeni costituisce la propagazione dell’onda sonora. La frequenza (f) e la lunghezza d’onda (λ λ) sono legati dalla relazione f=c/λ λ dove (c ) è la velocità di propagazione dell’onda in un mezzo Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 2 Strumentazione Biomedica Propagazione del suono rarefazione compressione • Onde longitudinali Direzione di propagazione Pressione massima Ampiezza s t Pressione minima Direzione di oscillazione compressione rarefazione compressione rarefazione compressione Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Propagazione del suono • Onde trasversali Direzione di propagazione Direzione di oscillazione Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 3 Strumentazione Biomedica Lunghezza d’onda, velocità, frequenza La velocità del suono in un mezzo è determinata principalmente dalle caratteristiche di tale mezzo. Una espressione della velocità del suono nei tessuti corporei valida per onde sonore longitudinali è: • Relazioni λ= c f c= B ρ dove B rappresenta una misura della rigidezza del tessuto, ed è la resistenza del tessuto ad essere compresso, mentre ρ rappresenta la densità [g/cm3]. λ: lunghezza d’onda T: periodo 1 f: frequenza f = c: velocità di T propagazione La compressibilità può essere misurata attraverso il coefficiente di compressione K definito come la variazione relativa di volume indotta da una variazione di pressione unitaria o tramite il suo reciproco modulo di compressione B definito come il rapporto tra la variazione di pressione e la variazione relativa di un volume risultante che è un indice di rigidezza di un mezzo. Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Ultrasuoni in medicina • Ad esempio: frequenza periodo 1 ciclo/sec. 1Hz T = 1 sec. 103 cicli/sec. 1KHz T = 1 msec. 106 cicli/sec. 1MHz T = 1 µsec. Suono Ultrasuono 20 Hz ÷ 18 KHz 18 KHz ÷ 1 GHz Ultrasuono 0,5 ÷ 20 MHz in medicina Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 4 Strumentazione Biomedica Ultrasuoni in medicina • In un determinato mezzo, c = costante, perciò ad ogni frequenza f vi sarà una corrispondente lunghezza d’onda λ λ c f lunghezza d’onda velocità dell’ultrasuono nel mezzo frequenza dell’ultrasuono c = f ·λ Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Ultrasuoni in medicina • Ad esempio supponiamo che la velocità sia di 1540 m/s (velocità del suono in acqua) f 1 MHz 5 MHz 10 MHz 15 MHz 20 MHz λ 1,54 mm. 0,31 mm. 0,15 mm. 0,10 mm. 0,08 mm. La distanza fra due punti identici sull’onda-ultrasuono nel tessuto in esame è tipicamente 1 mm. o meno. Al crescere della frequenza questa distanza diminuisce!!! Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 5 Strumentazione Biomedica Energia associata agli ultrasuoni • • • • • • Una particella in moto possiede un’energia cinetica pari a 1/2 m v2; la massa totale per unità di volume delle particelle è la densità media del mezzo ρ; è possibile quindi ricavare la densità di energia: E= 1/2 ρ v2 . L’intensità I di un fascio ultrasonoro esprime la quantità di energia che attraversa nell’unità di tempo una superficie unitaria ortogonale alla direzione di propagazione del fascio. Dato che, nell’unità di tempo, il fascio percorre un cammino uguale alla sua velocità di propagazione c è possibile scrivere che I=c E= 1/2 c ρ v2 . L’intensità assoluta nel Sistema Internazionale (SI) di misura è espressa in [W/m2] ma in ultrasonografia le superfici considerate sono molto piccole ed è più comodo esprimerla in [W/cm2 ]. Inoltre le intensità assolute in ecotomografia sono estremamente variabili e di non immediata comprensione, è quindi più utile far riferimento all’intensità relativa Ir=log10(I2/I1). L’unità di misura dell’intensità relativa è il Bel B con il suo sottomultiplo decibel dB. La potenza di un fascio ultrasonoro è l’energia trasportata nell’unità di tempo e corrisponde quindi all’intensità per l’intera area di sezione in cui l’onda si propaga. Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Intensità degli ultrasuoni • L’onda elastica nel propagarsi in un mezzo trasporta energia sia sotto forma di energia cinetica che di energia potenziale. • Si definisce intensità I di un’onda elastica (sonora o ultrasonora) l’energia che attraversa l’unità di superficie nell’unità di tempo. Intensità I ρcv 02 [watt/cm2] I= 2 ρ v0 è l’energia dell’u.s. che viaggia nell’unità di tempo attraverso l’unità di area del mezzo. Cioè è la densità di potenza nel mezzo. densità del mezzo velocità della particella costituente il mezzo Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 6 Strumentazione Biomedica Limiti intensità ultrasuoni • Limiti intensità tempo per le applicazioni di ultrasuoni al corpo umano Intensità acustica [W/cm2] 104 103 Zona a rischio 102 101 10 200 s, 100 mW/cm2 10-1 Zona a minimo rischio 10-2 10-7 10-5 10-3 10-1 10 tempo (s) 103 105 Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Indice meccanico • L’indice meccanico (MI) si ottiene dal rapporto tra il valore massimo della pressione negativa misurata in acqua (“normalizzata” per il corpo umano) e la radice della frequenza (centrale) MI = Pa max f Pa press. negativa • Alto : MI =1.0 – 1.9 • Medio : MI = 0.3 –0.6 • Basso : MI = 0.1 – 0.2 • Ultra basso : MI < 0.1 Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 7 Strumentazione Biomedica Ultrasuoni in medicina • Ad esempio Onda piena in acqua: I = 1 W/cm2 f = 1 MHz spostamento della particella velocità della particella velocità dell’ultrasuono lunghezza d’onda uo v0 c λ 0,018 12 1500 1,5 [ µm ] [ cm s-1 ] [ m s-1 ] [ mm ] Potenza d’uscita u.s. = Intensità u.s. x area [W] = [W·cm-2] x [cm2] Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Ultrasuoni in medicina • Attenuazione dell’intensità con la distanza Assorbimento dell’u.s. I [W/cm2] I0 Ix = I0 e-ααx Coefficiente di assorbimento α ~ k⋅ f β x [cm] Superficie esterna del mezzo Profondità (depth) dove: K è una costante dipendente dal mezzo f è la frequenza dell’ultrasuono β vale circa 2 per i tessuti molli Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 8 Strumentazione Biomedica Ultrasuoni in medicina • Impedenza acustica del mezzo pressione della particella velocità della particella densità del mezzo velocità dell’u.s. nel mezzo p vo ρ c Esiste una relazione analoga a quella di Ohm: V=Z·I (tensione=impedenza x corrente) p = ρ · c · v0 = Z · v0 p Z= = ρ⋅c v0 L’impedenza è una proprietà caratteristica del mezzo che dà una misura dell’entità delle forze che si oppongono alla trasmissione dell’onda. La sua unità di misura è il Rayl. Impedenza acustica del mezzo Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Ultrasuoni in medicina • Impedenza acustica del mezzo - esempi Esempi: f = 1 MHz ad una certa temperatura Materiale Aria Acqua Grasso Cervello Fegato Rene Sangue Muscolo Ossa cranio Polmone Velocità c [m/s] 331 1480 1450 1541 1549 1561 1570 1585 4080 600 Z [Kgm-2sec-1x10-5] 0.0004 1.48 1.38 1.58 1.65 1.62 1.61 1.70 7.80 Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 9 Strumentazione Biomedica Ultrasuoni in medicina • Riflessione e rifrazione di onde ultrasoniche onda incidente ϑi ϑr onda riflessa Coefficiente di riflessione Z − Z1 I α r = r = 2 I i Z 2 + Z 1 I 4Z 2Z 1 αt = t = Ii (Z 2 + Z 1 )2 Mezzo 1 ϑt Mezzo 2 onda trasmessa 2 Coefficiente di trasmissione sen ϑ i c = 1 sen ϑ t c2 Legge di Snell ϑi = ϑr Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Onda riflessa e onda trasmessa • Le ampiezze dipendono dalle differenti impedenze acustiche dei due mezzi Onda incidente 1,0 Onda trasmessa 0,13 -0,87 Onda riflessa Z1 mezzo 1 Z2 mezzo 2 Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 10 Strumentazione Biomedica Ultrasuoni in medicina • Riflessione e rifrazione - esempi numerici Esempio αr interfaccia mezzi differenti Tessuto-aria tessuto-acqua grasso-muscolo muscolo-sangue muscolo-osso tissue-air tissue-water fat-muscle muscle-blood muscle-bone 0.9995 0.05 0.10 0.03 0.64 coefficiente di riflessione Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Echi • • • Per quanto riguarda l’angolo di riflessione è importante distinguere tra due tipi di fenomeni riflessivi: 1) riflessione speculare; 2) scattering. Gli echi speculari si verificano quando l’onda acustica incontra un oggetto di dimensioni maggiori della lunghezza d’onda dotato di una superficie relativamente liscia. In questo caso si ha che l’angolo tra la direzione dell’onda incidente e la normale alla superficie è uguale e opposto all’angolo tra la stessa normale e l’angolo dell’onda riflessa. Gli echi di scattering sono invece prodotti da oggetti di dimensione minore della lunghezza d’onda o da oggetti dotati di una superficie irregolare, e in questo caso l’onda viene riflessa in molteplici direzioni, perché la normale alla superficie varia in modo sensibile da punto a punto. Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 11 Strumentazione Biomedica Diffusione (Scattering) • Oggetti puntiformi (molto piccoli) rispetto alla lunghezza d’onda dell’ultrasuono producono echi diffusi L’intensità di scattering Is (simmetria sferica) risulta inversamente proporzionale al quadrato della distanza R Onda incidente Diffusione Is = Ii σ 4π R 2 Ii: intensità incidente Is:intensità scattering Teoria di Rayleigh R: distanza radiale σ: scattering cross-section Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Scattering cross section (σ σ) • Descrive l’efficienza con cui una particella puntiforme diffonde gli ultrasuoni • Dipende dall’impedenza acustica Z • È proporzionale alla sesta potenza del raggio della particella (r) ed alla quarta potenza della frequenza ( f ) σ ∝ r6 f 4 (Z) Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 12 Strumentazione Biomedica Valori di alcuni materiali di interesse clinico… • sono riportati valori indicativi della densità, velocità di propagazione degli ultrasuoni, l’impedenza acustica e l’attenuazione Aria Acqua ρ (Kg m-3) v (ms-1) Z (Kg m-2s-1) Attenuazione (dB cm-1MHz-1) 1.3 330 429 >10 1480 1.5·106 0.002 0.6 1000 Grasso 900 1450 1.3·106 Muscolo 1080 1585 1.7·106 1.5 Polmone 220 900 0.2·106 30 Sangue 1030 1570 1.6·106 0.18 4000 7.4·106 8 Osso 1850 Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Trasduttori per ultrasuoni • I trasduttori ad ultrasuoni convertono energia acustica in segnali elettrici ed energia elettrica in energia acustica. I trasduttori utilizzati nell’ambito medico utilizzano l’effetto piezoelettrico per generare onde sonore o per rilevare segnali eco ricevuti. • Quando una forza è applicata perpendicolarmente alle facce di un cristallo di quarzo si verifica un cambiamento di carica elettrica. Questo cambiamento può essere rilevato e amplificato producendo un segnale elettrico. Se un opportuno segnale elettrico è applicato al cristallo, esso comincia a vibrare mandando un onda sonora nel mezzo. • Un trasduttore piezoelettrico è caratterizzato da una frequenza di risonanza in corrispondenza della quale risulta essere più efficiente la conversione di energia elettrica in acustica e viceversa. Infatti, i trasduttori operano usualmente vicino alla frequenza di risonanza dell’elemento. La frequenza di risonanza è determinata principalmente dallo spessore dell’elemento piezoelettrico, infatti i trasduttori che operano a frequenze più alte devono essere più sottili di quelli che operano a frequenze più basse. Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 13 Strumentazione Biomedica Materiali piezoelettrici • I materiali piezoelettrici sono costituiti da un numero elevato di molecole asimmetriche con cariche positive e negative separate ai due estremi, dei veri e propri dipoli. Se viene applicata ai due estremi una differenza di potenziale i dipoli si orientano secondo il campo elettrico e ne consegue una variazione delle dimensioni. • Materiale piezoelettrico naturale cristallino è il quarzo. In ecografia, però, vengono utilizzati materiali artificiali per le loro migliori caratteristiche qualitative. Il più diffuso è lo zirconatotitanato di piombo (PZT). E’ una ceramica facilmente modellabile che acquisisce proprietà piezoelettriche una volta scaldata al di sopra della cosiddetta temperatura di Curie, che per lo zirconatotitanato di piombo vale 365 °C, e lasciata raffreddare lentamente sotto l’azione di un campo elettrico di intensità opportuna. Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Risoluzione spaziale • La risoluzione spaziale si riferisce alla possibilità di rilevare distintamente due riflettori o regioni di scattering posti ad una certa distanza tra di loro, a parità di cicli emessi. • La risoluzione spaziale migliora con l’aumentare della frequenza ma allo stesso tempo anche l’attenuazione aumenta con conseguente diminuzione della penetrazione. • La scelta della frequenza dell’ultrasuono è pertanto il risultato di un compromesso tra richieste di risoluzione e penetrazione sufficiente nel tessuto di interesse. Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 14 Strumentazione Biomedica Risoluzione assiale • La risoluzione assiale si riferisce alla minima distanza che deve essere presente tra due riflettori lungo l’asse del fascio ultrasonoro, affinché vengano visualizzati in modo distinto. • È determinata dalla durata dell’impulso ultrasonoro trasmesso nel mezzo ed è pari al numero di cicli trasmessi nell’impulso (Nc) moltiplicato per il periodo dell’onda (T): • Ris = (c*Nc*T)/2 o equivalentemente Ris = c*Nc/(2f) (MHz) • ed è espressa in µm. • Se l’intervallo di tempo tra due segnali eco provenienti da due riflettori posti in posizioni differenti lungo il fascio ultrasonoro è più grande della durata dell’impulso T, allora i due echi ricevuti saranno identificati come distinti dal sistema. Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Risoluzione Laterale • La risoluzione laterale si riferisce invece alla possibilità di distinguere due riflettori posizionati perpendicolarmente alla direzione del fascio ultrasonoro ed è quindi correlata con la larghezza del fascio emesso dal trasduttore cioè dal diagramma di radiazione del trasduttore. Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 15 Strumentazione Biomedica Eccitazione del cristallo piezoelettrico • I trasduttori vengono eccitati da corti burst (pacchetti) di energia elettrica da un generatore di impulsi nella strumentazione ad ultrasuoni. In risposta all’eccitazione il trasduttore comincerà a vibrare alla frequenza di risonanza e manderà un impulso sonoro nel mezzo. • Un singolo impulso ultrasonoro è costituito da uno spettro di frequenze rappresentato in termini di banda di frequenze (banda frazionale) del trasduttore e tale banda può essere determinata mediante l’analisi spettrale dell’impulso sonoro Impulso elettrico Trasduttore piezoelettrico Impulso ultrasonoro Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Eccitazione del cristallo piezoelettrico • Esempio di un impulso ultrasonoro e suo spettro Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 16 Strumentazione Biomedica • Zl = Z L ⋅ ZT • Problema di trovare un materiale con un esatto valore di Zl (~6.7 MRayl) Altrimenti si possono usare strati di accoppiamento multipli (ad es. 2): Z l ,1 = ZT 34 14 ⋅ Z L ; Z l , 2 = ZT 14 Zl ZT Trasduttore – Spessore delle strato= λ/4 – Zl scelto in modo che Ir,1 = Ir,2 : • ZL Uno strato tra il trasduttore ed il tessuto con ZT > Zl > ZL viene utilizzato Idealmente una efficienza di accoppiamento del 100 % attraverso uno strato di accoppiamento è possibile per l’interferenza distruttiva della riflessione ⋅ ZL Matching Layer • λ/4 λ/2 Tessuto Macthing layer It Ii Ir,1 It,L Ir,l Ir,2 34 Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Ultrasuoni in medicina • Profilo spaziale del fascio ultrasonico Andamento del campo acustico ϑ r x Trasduttore piezoelettrico xmax Zona FRESNEL campo vicino xmax r2 = λ Zona FRAUNHOFER campo lontano sen ϑ = 0.61λ 0.61 ⋅ c = r r⋅ f se r2 >> λ2 Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 17 Strumentazione Biomedica Fascio ultrasonico • Esempio di profilo dell’intensità dell’ultrasuono Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Intensità ultrasuoni • Esempio di profili di intensità Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 18 Strumentazione Biomedica Risoluzione • Esempio Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Ultrasuoni in medicina • Trasduttori piezoelettrici Esempio di realizzazione pratica di un trasduttore piezoelettrico dotato di "backing" e piastra di adattamento a λ/4 Trasduttore piezoelettrico Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 19 Strumentazione Biomedica Ultrasuoni in medicina • Principio di funzionamento di base di un sistema eco pulsato Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Esempio formazione echi • Nelle immagini sono rappresentati 3 mezzi separati da due interfacce (A e B) • Le immagini mostrano la sequenza temporale della riflessione di un impulso ultrasonico Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 20 Strumentazione Biomedica Esempio: test materiali • Controllo dell’uniformità di un materiale (ad es. ricerca di imperfezioni, piccole rotture, bolle, etc ) foro Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Ultrasuoni in medicina • Rappresentazione A-mode (Amplitude Mode) Schema a blocchi di un A-mode: In tale sistema si ha una semplice rappresentazione dell’ampiezza dei segnali rilevati dal trasduttore nei confronti del tempo Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 21 Strumentazione Biomedica Ultrasuoni in medicina • A-mode Figure 2. Photograph of SmithKline Instruments A-mode US machine being used by Dr Goldberg to examine a pregnant uterus Figure 3. A-mode US image obtained in the fetal head. The first vertical deflection to the left is the maternal skin surface, with the two subsequent reflections arising from the fetal head. Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Esempi di A -mode • esempio Sonda ultrasonica Addome materno Impulso incidente Testa del bambino Impulso riflesso 1 d tempo Impulso riflesso 1 Impulso riflesso 2 Impulso riflesso 2 Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 22 Strumentazione Biomedica Esempi di A -mode • Applicazioni oftalmologiche Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Ultrasuoni in medicina • A-mode Figure 7. A-C, Static B-scan US images obtained with the Picker scanner show a fetal head (arrows in A and C) and a fetal body (arrows in B) within the uterus. A, Sagittal plane; B, C, transverse plane. D, Accompanying A-mode image shows the small central vertical deflection (arrow) obtained from the midline of the fetal brain. Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 23 Strumentazione Biomedica Dall’A-mode al B- Mode • Esempio Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Ultrasuoni in medicina • Schema di rappresentazione del segnale ultrasonoro, in A-mode e B-mode. – G: Generatore ultrasuoni – R: Ricevitore amplificatore – D: Schermo di rappresentazione Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 24 Strumentazione Biomedica Schema di un semplice B -mode • A singolo trasduttore movimentato meccanicamente Involucro Motore meccanico Gel di adattamento C Rappresentazione B-mode (Brigthness): Tale metodo consente di ottenere un’immagine bidimensionale, combinando le informazioni relative a diverse posizioni del trasduttore Movimento sonda Singolo trasduttore C Immagine oggetto riflettente D Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Schema di principio del B-mode • Combinazione delle informazioni di ciascuna linea (Amode) con quelle di orientazione di tale linea Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 25 Strumentazione Biomedica Schema di un semplice B -mode • Sonde rotanti Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Ecocardiografia • Asse corto Fine diastole Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Fine sistole 26 Strumentazione Biomedica Ultrasuoni in medicina • Array lineari Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Ultrasuoni in medicina • Se un trasduttore viene fatto oscillare secondo un angolo a, sullo schermo viene rappresentata una immagine di tipo settoriale, di angolo a, secondo il piano di tale angolo Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 27 Strumentazione Biomedica B-mode • addome Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica B-mode • Ecografia in ostetricia Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 28 Strumentazione Biomedica Ultrasuoni in medicina • B-mode Figure 4b. Ampullary carcinoma metastases in the right lobe of the liver in a 76-year-old woman. (a) Conventional B-mode longitudinal US scan shows heterogeneous echogenicity of the liver with an ill-defined metastasis (arrow). No other definite metastases are seen. (b) Pulseinversion mode longitudinal US scan after administration of SH U 508A depicts multifocal metastases (arrows) not seen in a that are outlined by high signal intensity from the normal liver parenchyma. Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Time Gain Compensation • Gli ecografi possono compensare la sempre più grande attenuazione dovuta ai percorsi più lunghi effettuati dagli echi più lontani dalla sorgente Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 29 Strumentazione Biomedica Ultrasuoni in medicina • Rappresentazione M-mode (time Motion mode) Si tratta di una semplice estensione del concetto di B-mode ; in questo caso le variazioni di ampiezza corrispondenti agli echi di ritorno vanno a modulare la luminosità di una linea verticale che si muove con velocità costante da un lato all’altro di uno schermo. Tale metodo si presta molto bene alla visualizzazione di organi in movimento (tipicamente valvole cardiache, ecc.) per i quali è possibile avere una rappresentazione delle posizioni via occupate nei diversi istanti; Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Ultrasuoni in medicina • M-mode Figure 2. Flow across VSD. Left, Color M mode: systole (S) starts at closure of mitral valve. Mitral valve is open during diastole (D). Middle, Pulsed Doppler: systole ends at closure of semilunar valves (arrows). Bidirectional flow across septum occurs only during systole. Right, Continuous Doppler: atrioventricular flow with E and A waves occurs in diastole. Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 30 Strumentazione Biomedica Risoluzione immagine B-mode • Bassa densità di linee, scarsa risoluzione laterale • Alta densità di linee, scarsa risoluzione laterale • Bassa densità di linee, alta risoluzione laterale • Alta densità di linee, alta risoluzione laterale Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Ultrasuoni in medicina • B&M-mode Simultaneous recording of motion mode (M-mode) and two dimensional echocardiograms. The arrows on the right image indicates the position of the ultrasound beam from which the M-mode recording was made. LVW = left ventricular wall, LV = left ventricle, LA = left atrium, RV = right ventricle M-Mode B-Mode Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 31 Strumentazione Biomedica Confronto tra modalità A, B e M • Esempio T A B B B T C T R R B A-mode B-mode R M-mode T B T R R B R T B Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica A, B e M mode • Esempio Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 32 Strumentazione Biomedica Tipologie di sonde • Esempi sector convex transvaginal/transrectal linear transesophageal Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Sonde intravascolari • Esempio Catetere Placca Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 33 Strumentazione Biomedica Arrays • Si basano su opportuni sfasamenti dei segnali relativi ai singoli elementi (trasmettitori o ricevitori) Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Arrays • • • • • Linear Sequential (switched) ~1 cm × 10-15 cm, up to 512 elements Curvilinear similar to (a), wider field of view Linear Phased up to 128 elements, small footprint → cardiac imaging 1.5D Array 3-9 elements in elevation allow for focusing 2D Phased Focusing, steering in both dimensions Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 34 Strumentazione Biomedica Immagini ultrasoniche • Da 2D a 3D . Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Immagini ultrasoniche • 3D . Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 35 Strumentazione Biomedica Ecografi • Apparecchi ecografici Color Doppler . Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Immagini armoniche • Immagini armoniche con mezzo di contrasto – Apposite microbolle (per esaltare l’effetto di eco) risuonano anche a frequenze multiple di quella fondamentale (emettono armoniche superiori) • Immagini armoniche native – Segnali armonici possono essere prodotti dall’oscillazione di strutture tissutali a causa di effetti non lineari nella propagazione degli ultrasuoni Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 36 Strumentazione Biomedica Velocimetro a tempo di transito • Si basano sulla misura della differenza ∆t, tra i due diversi tempi che un’onda impiega per attraversare un mezzo in movimento, secondo che si propaghi in senso concorde o opposto alla velocità del fluido d d ; t 21 = t12 = c + V cos θ c − V cos θ ipotizzando v(r)=V essendo c >> Vcosθ 1 V(r) d θ d d ∆t = − c + V ⋅ cos θ c − V ⋅ cos θ = 2dV cos θ 2d ⋅ V cos θ ≅ 2 2 c − V ⋅ cos θ c2 2 se c>>V …si trascura θ r 2 ∆t ⋅ c 2 V = 2 d cos θ Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Velocità all’interno del vaso Rimuoviamo l’ipotesi di u(r) costante • La distribuzione di velocità all’interno di un condotto a sezione circolare (nelle ipotesi di flusso laminare a basso numero di Reynolds) r 2 u (r ) = U max 1 − R • Umax: velocità massima R 2π R u media U = max = 2 ∫ u (r )da ∫ ∫ U a a = 0 0 max r 2 1 − ⋅ rdrdϕ R πR 2 u(r) rdϕ ϕ dr • Umedia: Umax / 2 Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 37 Strumentazione Biomedica Velocimetro a tempo di transito • La relazione tra ∆t e la velocità u può essere ricavata considerando che il tempo per andare dalla coordinata x alla coordinata x+dx risulta r 2 dx c − u ( x ) cos θ = u r u ( ) 2 0 1 − dt ( x ) = ≅ dx 2 R c + u ( x ) cos θ c u0: velocità media Integrando si ottiene t12 = d (3c − 4u0 cos θ ) ; t21 = d 2 (3c + 4u0 cosθ ) 2 3c 3c ∆t = t21 − t12 = 8du0 cos θ 3c 2 1 V(r) d θ θ r 2 Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Effetto Doppler • Si può osservare che la frequenza di un’onda acustica riflessa da una struttura fissa risulta essere eguale alla frequenza dell’onda incidente. • Diverso è il caso di un’onda che incide su un bersaglio dotato di una propria velocità. In questo caso la frequenza dell’onda riflessa ha un valore diverso da quello dell’onda incidente (effetto Doppler). • Se il bersaglio si sposta verso la sorgente acustica, l’onda riflessa ha frequenza maggiore dell’onda incidente, mentre se il moto relativo ha verso opposto, la frequenza diminuisce. Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 38 Strumentazione Biomedica Effetto Doppler • Esempi Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Effetto Doppler • Se le velocità agiscono tutte lungo lo stesso asse, allora si ha: c −V • • • • • fr fs Vs Vr c r fs fr = frequenza del suono ricevuto c V − s frequenza del suono emesso velocità della sorgente V − Vr velocità del ricevitore (bersaglio) f r ≅ f s 1 − s velocità di propagazione del suono c • La variazione di frequenza fD vale: frequenza Doppler fD = fr - fs c − Vr − 1 f D = f s c − Vs Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 39 Strumentazione Biomedica Effetto Doppler • Presentazione grafica << onda riflessa V onda incidente >> Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Effetto Doppler • Presentazione grafica << onda riflessa onda incidente >> V Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 40 Strumentazione Biomedica Velocimetri Doppler • Si basano sulle differenze di frequenza tra onda trasmessa e onda riflessa (da particelle (globuli rossi) in movimento nel sangue). • Non necessitano di accesso al diretto al vaso sanguigno Ricordando che V − Vr Frequenza percepita dalla particella f r ≅ f s 1 − s c V cos a Rx f = f 1 − i s c Tx Frequenza percepita dal ricevitore V cos β V cos α V cos β f r = f i 1 − = f s 1 − ⋅ 1 − c c c V (cos a + cos β ) f r ≅ f s 1 − c ponendo γ=(α+β)/2 e cos((α-β)/2)=1, α + β α − β cos α + cos β = 2 ⋅ cos ⋅ cos 2 2 poiché α e β sono prossimi tra loro ∆f = f s − f r = 2 f sV cos γ c V(r) β α r V V= ∆f ⋅ c 2 f s cos γ Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Velocimetri Doppler • Gli ultrasuoni vengono riflessi dai globuli rossi che viaggiano ad un velocità V all’interno del vaso Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 41 Strumentazione Biomedica Velocimetri Doppler • Esempio quantitativo: • Per una frequenza di 5 MHz, con una velocità media dell’u.s. di 1.5·105 cm/sec, lo spostamento di frequenza fD è compreso tra pochi Hz ed alcune migliaia di Hz. • Dunque lo spostamento in frequenza Doppler fD è nella banda audio dell’orecchio umano Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Velocimetri Doppler • 1) Apparati: – ad onda continua (C.W.) – ad onda pulsata (P.W.): • “single-gate” • “multigate” • 2) Metodi di rilevazione e valutazione: – – – – interpretazione sonora analisi della forma d’onda analitica analisi spettrale “Imaging” Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 42 Strumentazione Biomedica Velocimetri doppler • CW (Continuous Wave), PW (Pulsed Wave) Doppio trasduttore Singolo trasduttore CWricevitore PW trasmettitore Regione di osservazione Profilo di velocità, v Arteria ø Regione di osservazione: sovrapposizione dei due raggi ø Vena Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Velocimetri Doppler • Schema a blocchi di un velocimetro Doppler CW Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 43 Strumentazione Biomedica Demodulazione segnale Doppler Semplificazione con una sola componente di velocità avanzane U ed una retrograda L ω0 − ωl )t • Segnale ricevuto Vs = A cos ω0t + U cos(ω0 + ωu )t + L cos( Da velocità in Segnale da tessuti fermi Da velocità verso la sonda allontanamento dalla sonda VA = cos ω0t ⋅ [ A cos ω0t + U cos(ω0 + ωu )t + L cos(ω0 − ωl )t ] 2 cos α cos β = cos(α + β ) + cos(α − β ) cos 2α = 2 ⋅ cos 2 α − 1 V A = 1 2 [ A + A cos 2ω0t + U cos(2ω0 + ωu )t + U cos ωu t + L cos(2ω0 − ωl )t + L cos ωl t] VB = sin ω0t ⋅ [ A cos ω0t + U cos(ω0 + ωu )t + L cos(ω0 − ωl )t ] 2 senα cos β = sen(α + β ) + sen(α − β ) VB = 1 2 [ Asen 2ω0t + Usen(2ω0 + ωu )t + U sen(−ωu ) t + Lsen(2ω0 − ωl )t + L sen ωl t] Dopo il passa banda che rimuove sia le componenti in continua sia quelle a frequenza doppia … VA = 1 2 ⋅ [U cos ωu t + L cos ωl t ] VB = 1 2 ⋅ [U sin ωu t − L sin ωl t ] Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Demodulazione segnale Doppler Semplificazione con una sola componente di velocità avanzane U ed una retrograda L • continua … VA = 1 2 ⋅ [U cos ωu t + L cos ωl t ] VB = 1 2 ⋅ [U sin ωu t − L sin ωl t ] A valle delle reti sfasatrici si ottiene VA ' = 1 2 ⋅ [U cos(ωu t + φ ) + L cos(ωl t + φ )] VB ' = 1 2 ⋅ [U sin(ωu t + φ + 90°) − L sin(ωl t + φ + 90°)] sen(α + 90°) = cos α VB ' = 1 2 ⋅ [U cos(ωu t + φ ) − L cos(ωl t + φ )] Sommando e sottraendo VA’ e VB’ sommando … VA '+VB ' = U cos(ωu t + φ ) Segnale corrispondente a velocità verso la sonda sottraendo … VA '−VB ' = L cos(ωl t + φ ) Segnale corrispondente a velocità in allontanamento dalla sonda Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 44 Strumentazione Biomedica Velocimetri Doppler • Esempio di rappresentazione di un segnale doppler Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Velocimetri doppler • Esempi Blood velocity Mitral inflow Velocity time Normal relaxation Delayed relaxation Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 45 Strumentazione Biomedica Velocimetri doppler • Esempi Profilo velocità Spettro fmedia Parabolic Blunt Plug Jet Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Velocimetri doppler PW • La massima profondità di esplorazione dmax è vincolata dalla frequenza di ripetizione f0 secondo la relazione: 1 2 ⋅ d max = f0 c d max = c 2 ⋅ f0 Per aumentare dmax occorre diminuire f0 • Per il teorema di Shannon la massima velocità misurabile risulta c ⋅ f0 f Per aumentare u ∆f max = 0 2 umax = max 4 ⋅ f s ⋅ cos γ occorre aumentare f0 • Da cui ∆f max ⋅ d max = c2 8 ⋅ f s ⋅ cos γ Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 46 Strumentazione Biomedica Color Doppler • Esempio Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Color Doppler • Esempio Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 47 Strumentazione Biomedica Mezzi di contrasto • Sono impiegati per meglio valutare vasi o cavità, per migliorare la sensibilità delle metodiche Doppler e per ottenere una migliore discriminazione tra tessuti normali e patologici. • Sono costituite da microbolle contenenti gas e circondate da membrane stabilizzanti. guscio lume Microbolle al microscopio 1 µm Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Mezzi di contrasto - II generazione • SonoVue (BR1,Bracco Imaging), costituito da microbolle stabilizzate da fosfolipidi contenenti esafluoruro di zolfo; • Echogen (Sonus Pharmaceuticals, Inc e Abbott, Inc.) è un'emulsione di dodecafluoruropentano; • Optison (FS069, Mallinckrodt, Inc.) le cui microbolle sono stabilizzate da albumina e contengono perfluoropropano; • Imavist (AF0150,Alliance Pharmaceuticals Corp. And Scheing AG) è costituito da microbolle stabilizzate da fosfolipidi e contenenti perfluoroexano; • Definity (MRX115,DuPont-Merck, Inc.) è costituito da liposomi contenenti perfluoropropano; • Sonazoid (NC100100, Nycomed Imaging AS/Amersham Ltd) è costituito da microbolle contenenti perfluorocarburi. Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 48 Strumentazione Biomedica Mezzi di contrasto • Interazioni con gli ultrasuoni MI Emissione a larga banda Esplosione Generazione di armoniche Risonanza Emissione f0 (teoria di Rayleigh) Scattering Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Mezzi di contrasto • Alti MI rompono il guscio della bolla Registrazione ottica con telecamera veloce (12.500.000 frame/secondi) 5 µm James E. Chomas et al., University of California, Biomedical Engineering Division, Davis CA, USA; Proc. IEEE Ultrasonics Symp., 1999. Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 49 Strumentazione Biomedica Imaging armonico • Il segnale di ritorno nell’Imaging armonico (C) è costituito dalla frequenza trasmessa (A) e dal segnale armonico (B), con frequenza doppia rispetto ad A. • I sistemi US dotati di “Contrast Processing” sono in grado di analizzare i due segnali separatamente. A B C Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Imaging armonico • Tecniche di filtraggio del segnale Acquisizione convenzionale Trasmissione f0 (MHz) Ricezione f0 (MHz) Acquisizione armonica Trasmissione f0 (MHz) Ricezione 2 f0 (MHz) X Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 50 Strumentazione Biomedica Imaging armonico SF6 • Esempio 2 MHz SF6 SF6 2 MHz SF6 SF6 4 MHz SF6 2 - 4 MHz SF6 SF6 Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Imaging armonico • Prima e dopo il contrasto Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 51 Strumentazione Biomedica Pulse inversion imaging • Esempio Impulso trasmesso Pressione P Impulso Eco tessuto t P t tempo P P Impulso invertito Eco bolla P t P t t P Somma echi t P t t Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Confronto tra tecniche di imaging • A) US normale • B) Imaging armonico • C) Pulse Inversion Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 52 Strumentazione Biomedica Impiego dei mezzi di contrasto nella pratica clinica • Valutazione, non invasiva, della distribuzione del circolo e microcircolo coronarico nel miocardio o perfusione miocardica. • Studio dei grossi vasi in associazione alle metodiche Doppler. • Studio del microcircolo. • Diagnosi delle lesioni focali epatiche. • Diagnosi di lesioni focali presenti in altri organi quali: prostata, mammella, rene, ovaie, milza e linfonodi ecc. . • In particolare con le tecniche in real-time è possibile studiare nella fase di distribuzione arteriosa epatica la presenza di lesioni ipervascolari, come l’epatocarcinomi. Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Impiego dei mezzi di contrasto nella pratica clinica • l’ecografia con mdc in tempo reale può costituire una valida metodica diagnostica da impiegare in radiologia d’urgenza. • l’ecografia con mdc permette un risparmio di tipo economico, soprattutto rispetto all’esame RM, e di tipo biologico rispetto all’esame TC Lesione epatica (angioma) nelle varie fasi dinamiche: basale, arteriosa, portale e parenchimale. Studio comparativo tra ecografia con mdc di seconda generazione CEUS (in alto) e TC (in basso). Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 53 Strumentazione Biomedica Impiego dei mezzi di contrasto nella pratica clinica • Impregnazione da liquido di contrasto del rene Fase basale Fase arteriosa precoce Fase arteriosa Fase tardiva parenchimale Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 54
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