Ultrasonic Beam Dosimetry Techniques for Diagnostic Ultrasound

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

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

3. 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.

4. 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

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

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

7. SCANSIONE AUTOMATICA Meccanica Linear array Convex array Phased array

8. 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

9. 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

10. 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.

11. 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.

12. M-MODE 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

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

14. 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

15. 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

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

17. 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)

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

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

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

21. 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”

22. FANTOCCIO GAMMEX RMI 403GS LE

23. Fuochi ATL Hdi 3000 SONDA CONVEX

24. 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.

25. IDROFONO

26. 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

27. FANTOCCIO AD ACQUA

28. ANALISI DEGLI IMPULSI

29. 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

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