Tecniche di Diagnostica per ImmaginiTecniche di Diagnostica per Immagini

Dr. Andrea Bellobuono

RAGGI X: PRODUZIONE IN DIAGNOSTICA

anodo

catodo

generatore di alta tensione

generatore di corrente

vuoto

+

raggi X

TUBO A RAGGI X

Radiazione elettromagnetica di

lunghezza d’onda inferiore a quella della

luce visibile (550 nm): 0.055 nm.

Raggi X:

Caratteristiche dei Raggi X: attraversano i materiali che assorbono o riflettono la luce

visibile;

Vengono convertiti in impulsi elettrici da cristalli di selenio, silicio ecc…

sono in grado di produrre un’immagine su pellicola fotografica;

provocano la fluorescenza di alcune sostanze, cioè l’emissione di radiazioni di lunghezza d’onda maggiore (ad esempio quelle delle radiazioni visibili);

causano modificazioni biologiche;

ionizzano i gas (staccano elettroni, producendo ioni).

Formazione dei Raggi X:

Tubo radiogeno: anodo (+) e catodo (-), con differenza di potenziale (migliaia di volt): gli elettroni emessi dal filamento del catodo riscaldato all’incandescenza vengono accelerati contro una piastrina (tungsteno, molibdeno ecc.) dell’anodo.

dall’urto di elettroni veloci contro un metallo

Registrazione fotografica visibile prodotta

dal passaggio dei Raggi X

attraverso un oggetto.

Radiografia:

Non tutti i raggi X che colpiscono un oggetto lo penetrano: alcuni

vengono assorbiti. Quelli che passano formano l’immagine aerea

(fascio radiogeno modulato in uscita dal paziente).

I fattori che influiscono sull’assorbimento dei raggi X sono:

1. Spessore del materiale assorbente

2. Densità del materiale assorbente

3. Numero atomico del materiale assorbente (in proporzione

all’energia dei raggi X)

5. Energia dei raggi X (Chilovoltaggio).

Assorbimento dei raggi X:

Fascio incidente

osso

aria

muscolo

Fascio emergente(immagine aerea)

Rilevatore diimmagine

Quando il fascio dei raggi X emerge dal

corpo, zone diverse del fascio contengono

differenti intensità di radiazione, derivanti

dal diverso grado di assorbimento nel

momento in cui il fascio attraversa il corpo.

Assorbimento differenziato del corpo umano:

Trasformano l’immagine invisibile della radiazione emergente in

immagine visibile. Possono essere:

1. Pellicole radiografiche: strati di alogenuro d’argento su

supporto plastico.

2. Semiconduttori che assorbono i raggi X per produrre impulsi

elettrici.

3. Schermi fluorescenti: materiali fluorescenti

(fosfòri) che convertono l’energia radiante in luce visibile.

Recettori di immagine:

Il corpo viene attraversato da un pennello sottile di raggi X, che ruota intorno all’asse longitudinale del paziente.Il fascio emergente viene rilevato da “detettori” che ruotano in sincronia con il tubo e che forniscono una rappresentazione numerica dell’attenuazione del fascio.

Tomografia computerizzata:

I dati delle singole misurazioni (circa 30.000 per ogni scansione = rotazione intorno alla circonferenza corporea) vengono elaborati e ricostruiti su di una ideale griglia di unità di volume (voxel), che permette di ricostruire le relazioni spaziali delle strutture che hanno attenuato il fascio.La rappresentazione iconografica avviene assegnando arbitrariamente diversi valori della scala dei grigi ai valori numerici che identificano i voxel in una immagine bidimensionale.

A ciascun elemento di volume corporeo (voxel)

viene assegnato un valore di attenuazione che

rispecchia il valore medio dell’assorbimento di

radiazioni del corrispondente volume di tessuto. La

densità viene misurata in Unità Hounsfield (HU),

calibrando la TC in modo da assegnare il valore 0

all’acqua e -1000 all’aria.

Valori di densità:

Valori di densità:

tessuti H.U. fluidi H.U.

sangue coagulatosangue venoso

plasmaessudatotrasudato

80 + 1055 + 527 + 2>18 + 2<18 + 2

osso compattoosso spongioso

tiroidefegato

muscolomilza

pancreasrene

grasso

> 250130 + 10070 + 1065 + 545 + 545 + 540 + 1030 + 10- 65 + 10

BONE

TISSUE

FAT

LUNG TISSUE

-1000-900-800-700-600-500-400-300-200-1000

1002003004005006007008009001000

WW454 WL+20

-1000-900-800-700-600-500-400-300-200-1000

1002003004005006007008009001000

WW1444 WL-588

-1000-900-800-700-600-500-400-300-200-1000

1002003004005006007008009001000

WW2098 WL+340

-1000-900-800-700-600-500-400-300-200-1000

1002003004005006007008009001000

WW244 WL+41

TC spirale:

Acquisizione dei dati di attenuazione del fascio durante il movimento di rotazione continua del sistema tubo-detettori, mentre si effettua un movimento di traslazione longitudinale del lettino.

TC spirale multidettore (multislice):

Velocità: acquisizione di immagini di un intero organo (es. polmone) in 4-12” (una sola fase inspiratoria)

acquisizione durante il picco di opacizzazione vascolare (arteriosa o venosa).

CT-angio, immagini bifasiche (fegato ecc...)

Volume: ricostruzioni dello spessore desiderato, sovrapposte ecc..

ricostruzioni multiplanari ricostruzioni tridimensionali

Mezzi di contrasto

Vengono definiti mezzi di contrasto tutte le sostanze che, introdotte nel corpo umano, modificano la densità (e dunque la radio-opacità), di una struttura anatomica, così da renderla visibile nell’immagine radiografica

Esami radiologici con contrasto iniettivoApparato urinario:

App. genitale f.:

Angiografia:

TC

Urografia Cistografia uretrografia

Isterosalpingografia

Arteriografia Flebografia

Idrosolubili: soluzioni sterili, isotoniche, di componenti organici con atomi di iodio legati a strutture aromatiche

Mezzi di contrasto iniettivi:

Reazioni ai mezzi di contrasto

non prevedibili non dipendenti dalla dose o concentrazione

specifici effetti fisiochimici sugli organi ed ivasi perfusi dipendenti dalla dose e dalla concentrazione

Pseudo allergiche o anafilattoidi:

Chemiotossiche:

Controindicazioni all’uso dei m.d.c. iodati

M. di Waldenstrom Mieloma multiplo Ipertiroidismo Grave insufficienza epatica o renale

Tossicità dei m.d.c.legata a:

Iper-osmolarità

effetti vascolari: Ipervolemia aumento gittata cardiaca ipertensione, alternata permeabilità microtrombi vasodilatazione dolori, senso di calore ecc.

effetti renali: vasocostrizione permeabilità glomerulare proteinuria, enzimuria

effetti cardiaci: vasodilatazione coronarica, bradicardia sinusale e ritardi di conduzione

Legame con ioni Ca: riduzione della contrattilità miocardica,alterazioni enzimatiche con inibizione meccanismi dicoagulazione.

Concentrazione cationi riduzione della contrattilità cardiaca, aritmie cardiache (fino alla fibrillazione ventricolare)

Lievi 5-8%

Moderate 1-2%

Gravi 0.05-0.1%

Mortalità 1:75.000

Reazioni ai m.d.c.

SUONI E ULTRASUONIChe cosa è il suono?

Il suono è una forma di energia meccanica che si propaga in un mezzo sotto forma di onde elastiche.

Movimento vibratorio periodico delle particelle del mezzo per rarefazione e compressione attorno ad una posizione di equilibrio

I suoni percepibili all’orecchio umano hanno una frequenza compresa fra

16000 e 20000 Hz.

< 16000 Hz

INFRASUONI

>20000 Hz

ULTRASUONI

(non percepibili all’orecchio umano)

Parametro fondamentale relativo alle onde è la

frequenza

Che cosa sono gli ultrasuoni?

Sono vibrazioni meccaniche (onde elastiche) con frequenza di soglia superiore a quella udibile

dall’orecchio umano ( > 20 KHz). In diagnostica ecografica si impiegano ultrasuoni con

frequenze comprese fra 3 e 10 MHz

Come si producono gli ultrasuoni?

Questo si verifica in diverse sostanze che si deformano quando si applichi loro una certatensione (entrano cioè in vibrazione con una

frequenza uguale a quella della tensione applicata) . Il fenomeno è REVERSIBILE

Sfruttando il fenomeno PIEZOELETTRICO (1880, Jacques e Pierre Curie).

Per generare gli ultrasuoni si utilizzano TRASDUTTORI (o sonde) capaci di trasformare

l’energia elettrica in meccanica e viceversa, utilizzando il fenomeno PIEZOELETTRICO

Come si producono gli ultrasuoni?

I trasduttori contengono numerosi cristalli piezoelettrici giustapposti ed orientati secondo diverse geometrie

(sonde lineari o convex): tanto più ridotto è lo spessore del cristallo, tanto più elevata è la frequenza di

emissione degli impulsi US

cristallo piezoelettrico

fragile

costoso

Ecografo, sonda

emissione US

tessuti

registrazione US

Nella formazione dell’immagine in US si realizza una interazione fra il fascio ultrasonoro e il mezzo

attraversato. Tale interazione è condizionata da fattori diversi legati a:

2.caratteristiche del mezzo attraversato (tessuti)

1.caratteristiche degli ultrasuoni

1.Caratteristiche degli ultrasuoni che concorrono alla formazione dell’immagine

con una scarsa capacità del fascio di avanzare e viceversa

Tanto maggiore è la frequenza dell’onda ultrasonora

quanto maggiore sarà il dettaglio dell’immagine

frequenza

trasduttori ad elevata frequenza (8-13 Mhz)generalmente sonde lineari

• Strutture superficiali

• elevato dettaglio

trasduttori a bassa frequenza (2-5 Mhz) generalmente sonde convex

• Strutture profonde

• elevata penetrazione

interazione degli ultrasuoni

L’onda sonora prodotta dal trasduttore stimolato si propaga nel mezzo ma, per la diversa

impedenza acustica dei tessuti attraversati, subisce una serie di interazioni con la materia e cioè

RIFLESSIONE-RIFRAZIONE-DIFFUSIONEfenomeni che condizionano la formazione delle

immagini US

misura le forze del mezzo attraversato che si oppongono al passaggio dell’onda acustica.

Impedenza acustica

in corrispondenza delle superfici di separazione fra tessuti di diversa impedenza acustica, dette interfacie,

si realizzano fenomeni di RIFLESSIONE di DIFFUSIONE e RIFRAZIONE

Una parte dell’energia del fascio ultrasonoro che incontra una interfacie acustica con incidenza

perpendicolare viene trasmessa e procede il suo cammino.

riflessione

immagine di parete

l’altra parte viene riflessa con direzione parallela al fascio incidente

La parte di energia del fascio riflessa in questo modo costituisce l’eco di ritorno che concorre alla

formazione dell’immagine secondo tale regola:

L’energia dell’eco riflessa sarà tanto maggiore quanto più alta è la differenza di

impedenza acustica a livello di un’interfacie e vice versa.

La percentuale di riflessione varierà a seconda dei diversi tessuti:

immagine “nera”

immagine “bianca”

molto bassa (1%) → acquaassai elevata (99%) → tessuto osseo/aria

Cisti mammaria:lesione anecogena con rinforzo acustico posteriore

Calcoli della colecisti: lesioni iperecogene con cono d’ombra posteriore

Gli echi si formano quando il fascio di US raggiunge l’interfaccia tra mezzi a diversa impedenza acustica

collagencollagenee

TENDINETENDINE

iiAA

ii BB

Nella formazione dell’immagine ecografica

L’impatto del fascio con particelle•di ridotte dimensioni•di morfologia irregolareprovoca la diffusione del fascio in ogni direzione

In parte il fascio diffonde anche in direzione del trasduttore provocando un’immagine meno

definita e dando origine all’

“EFFETTO PARENCHIMA”

ECOTOMOGRAFIA:

Impiego clinico

abuso

IMPIEGHI CLASSICI

1-Ecografia addominale

fegato:

•alterazioni focali

•pervietà della vena porta

•Mal. calcolotica della colecisti e stato di parete

• Valutazione sistema biliare (dilatazioni?), tipo di ittero

•valutazione presenza di liquido libero

Metastasi da carcinoma mammario

Angioma epatico: lesione iperecogena

Adenoma epatico:lesione ipoecogena

RISONANZA MAGNETICA

Magnete Gradiente Babina a radiofrequenza

bobine RF

magnete

gradienti(interni)

Magnetizzazione

In assenza di campo magnetico protoni orientati casualmente

I protoni tendono ad orientarsi parallelamente o anti-parallelamente al campo magnetico esterno

M In presenza di campo magnetico

B0

Segnale RM

B0

Mz

In Risonanza Magnetica si vuole misurare la magnetizzazione totale Mz.

Tale magnetizzazione tuttavia non può essere misurata direttamente poichè è diretta nella stessa direzione del campo magnetico esterno B0 ed è di intensità molto inferiore

soluzione

IMPULSO A RADIOFREQUENZA

L’effetto di un impulso a RF in risonanza (cioè alla frequenza di Larmor) è quello di ruotare la magnetizzazione macroscopica di un angolo α (flip angle). I protoni che assorbono energia passano da un livello energetico inferiore ad uno superiore

Impulso a radiofrequenza

Impulso a 90°

y

z

x90°

Mz

Mxy

Impulso a 180°

180°

-Mz

MzRF RF

Come interpretare le immagini:

Il liquor è nero, la sostanza grigia è più scura(più grigia) della sostanza bianca =

Immagine T1w

Il liquor ha una intensità più elevata di quella della sostanza bianca

e di quella grigia = Immagine T2w

Sequenze T1 T2

IMMAGINI

T1 maggior dettaglio anatomico

T2 sensibilità alle differenze tissutali

Sequenze T1 T2

1) La RM non fornisce immagini diagnostiche

di

Polmone

Osso (struttura trabecolare)

2) La TC è limitata

Encefalo e pelvi (per attenuazione del

fascio)

Sostanza bianca/grigia ecc

La RM ha applicazioni particolari:

• Caratterizzazione tissutale• Dettaglio parti molli• Uro-RM• Colangio-RM

• Fibroma• Endometrio• Miometrio

Sequenze colangioRM

1. Il paziente può fare l’esame ?

1. Posso vedere l’organo che voglio indagare ?

1. Con che tecnica vedo meglio quello che mi

aspetto di trovare ?

La scelta del tipo di esame dipende:

Rachide

VANTAGGI RM

1. Assenza uso di radiazioni ionizzanti2. Multiparametricità3. Multiplanarietà4. Elevata risoluzione contrasto

PROBLEMATICHE RM

1. Costi elevati2. Lunghi tempi di esecuzione esame3. Difficile monitoraggio del paziente4. Controindicazioni in alcuni pz.

Grazie per l’attenzione