Effetti BiologiciEffetti Biologicidegli Ultrasuonidegli Ultrasuonidi interesse cardiologicodi interesse cardiologico

Corso Basico di EcocardiografiaCorso Basico di Ecocardiografiaper Specializzandiper SpecializzandiLeonida CompostellaLeonida Compostella

Scuola di Specializzazione in Cardiologia Scuola di Specializzazione in Cardiologia –– UniversitUniversitàà di Padovadi Padova

UltrasuoniUltrasuoni•• radiazioni meccanicheradiazioni meccaniche (onde acustiche, di pressione, con (onde acustiche, di pressione, con

frequenze superiori alla soglia di udibilitfrequenze superiori alla soglia di udibilitàà umana)umana)•• non ionizzantinon ionizzanti (non provocano dislocazione degli elettroni dagli (non provocano dislocazione degli elettroni dagli

atomi e dalle molecole)atomi e dalle molecole)

Non esistono evidenze Non esistono evidenze clinicoclinico--sperimentalisperimentali di effetti di effetti biologici sullbiologici sull’’uomo con luomo con l’’uso degli ultrasuoni alle frequenze e uso degli ultrasuoni alle frequenze e alle intensitalle intensitàà impiegate per la diagnostica cardiologica.impiegate per la diagnostica cardiologica.

Vengono comunque riportati in seguito alcuni dati di possibili cVengono comunque riportati in seguito alcuni dati di possibili conseguenze di onseguenze di entitentitàà minore, o collegate a particolari situazioni (es. ecocardiografminore, o collegate a particolari situazioni (es. ecocardiografia fetale).ia fetale).

Andreassi MG et Al. Progr Biophys Mol Biol 2007

UltrasuoniUltrasuoniPossibile danneggiamento fisico:Possibile danneggiamento fisico:

•• Termico (riscaldamento)Termico (riscaldamento)•• Meccanico direttoMeccanico diretto•• Cavitazione (stabile, transitoria)Cavitazione (stabile, transitoria)•• StreamingStreaming

I possibili danni da ultrasuoni sono in relazione aI possibili danni da ultrasuoni sono in relazione a•• intensitintensitàà del fascio ultrasonorodel fascio ultrasonoro•• durata delldurata dell’’esposizioneesposizione•• frequenza di esposizionefrequenza di esposizione

ÈÈ comunquecomunque notonoto cheche, a, anchenche per lper l’’esposizione ad ultrasuoni per motivi lavorativi, non sono esposizione ad ultrasuoni per motivi lavorativi, non sono stati evidenziati effetti:stati evidenziati effetti:!! per una esposizione continua a livelli di potenza sotto i 100 per una esposizione continua a livelli di potenza sotto i 100 mWmW/cm/cm22

!! per esposizione a ultrasuoni pulsati a livello di potenza di 50per esposizione a ultrasuoni pulsati a livello di potenza di 5000/t 00/t mWmW/cm/cm22 in cui t in cui t rappresenta il tempo di esposizione in secondi.rappresenta il tempo di esposizione in secondi.

NBNB-- Gli ultrasuoni usati a scopi diagnostici impiegano potenze dellGli ultrasuoni usati a scopi diagnostici impiegano potenze dell’’ordine di 1 ordine di 1 –– 50 50 mWmW/cm/cm22

http://www.inquinamentoacustico.it/_dowload/effetti%20degli%20ultrasuoni%20-%20fiorentino.pdfhttp://appinter.csm.it/incontri/relaz/6902.pdf

Possibile danneggiamento Possibile danneggiamento termicotermico

Durante il passaggio attraverso i tessuti, gli ultrasuoni subiscDurante il passaggio attraverso i tessuti, gli ultrasuoni subiscono il fenomeno ono il fenomeno della della attenuazioneattenuazione dovuta alldovuta all’’assorbimentoassorbimento di parte della loro energia.di parte della loro energia.

Questa energia si traduce in Questa energia si traduce in energia termicaenergia termica, che comporta il riscaldamento dei , che comporta il riscaldamento dei tessuti, e possibili fenomeni di vasodilatazione locale.tessuti, e possibili fenomeni di vasodilatazione locale.LL’’energia termica prodotta varia in rapporto al energia termica prodotta varia in rapporto al mismatchmismatch di impedenza acustica di impedenza acustica esistente fra i vari tessuti attraversati, e dipende dalla frequesistente fra i vari tessuti attraversati, e dipende dalla frequenza e enza e dalldall’’intensitintensitàà delldell’’ultrasuono.ultrasuono.

A livello cellulare ne possono conseguire:A livello cellulare ne possono conseguire:"" alterazione della cinetica enzimatica,alterazione della cinetica enzimatica,"" possibile formazione di radicali liberi, con fenomeni di ossidazpossibile formazione di radicali liberi, con fenomeni di ossidazione e ione e

depolimerizzazione molecolaridepolimerizzazione molecolari"" danno diretto e indiretto sulle membrane citoplasmatiche. danno diretto e indiretto sulle membrane citoplasmatiche.

AncheAnche se i se i modernimoderni strumentistrumenti BB--mode non mode non sonosono capacicapaci didi indurreindurre incrementiincrementitermicitermici dannosidannosi, con , con alcunealcune indaginiindagini Doppler (Doppler (eses. . Doppler Doppler pulsatopulsato, , cheche esponeespone i i tessutitessuti adiacentiadiacenti allall’’ossoosso ad un ad un fasciofascio ultrasonoroultrasonoro didi altaalta intensitintensitàà per per diversodiversotempo) tempo) sonosono statistati dimostratidimostrati aumentiaumenti didi temperaturatemperatura biologicamentebiologicamente significativisignificativiallealle interfacceinterfacce ossoosso--tessutitessuti mollimolli. . AlcuniAlcuni datidati indicherebberoindicherebbero effettieffetti sui sui neonatineonati espostiesposti in in uteroutero, con , con maggioremaggioreincidenzaincidenza didi mancinismomancinismo e e didi dislessiadislessia..

Indice Termico (TI)Indice Termico (TI)Indice Termico (TI)Indice Termico (TI) = rapporto fra potenza acustica emessa dal = rapporto fra potenza acustica emessa dal

trasduttore e la potenza acustica richiesta per aumentare la trasduttore e la potenza acustica richiesta per aumentare la temperatura tissutale di 1 temperatura tissutale di 1 °°C, valutata su modelli termici sperimentali. C, valutata su modelli termici sperimentali. ## Se TI = 2, la temperatura del tessuto in teoria aumenta di 2 Se TI = 2, la temperatura del tessuto in teoria aumenta di 2 °°C rispetto alla temperatura iniziale.C rispetto alla temperatura iniziale.

ÈÈ proporzionaleproporzionale allaalla frequenzafrequenza del del fasciofascio didi ultrasuoniultrasuoni..RifletteRiflette la la probabilitprobabilitàà didi un un incrementoincremento didi temperaturatemperatura nellnell’’areaarea esplorataesplorata; ;

ll’’incrementoincremento didi temperaturatemperatura avvieneavviene pipiùù facilmentefacilmente durantedurante un un esameesameDoppler e Doppler e quandoquando ilil fasciofascio ultrasonoroultrasonoro èè fissatofissato a a lungolungo susu unouno specificospecificoobiettivoobiettivo tissutaletissutale ((ilil tempo tempo dovrebbedovrebbe essereessere <15 min).<15 min).

ÈÈ raccomandabileraccomandabile cheche la la temperaturatemperatura del del tessutotessuto non non aumentiaumenti pipiùù didi 1,5 1,5 °°C.C.

ÈÈ tessutotessuto--specificospecifico::-- indiceindice termicotermico per i per i tessutitessuti mollimolli (TIS)(TIS)-- indiceindice termicotermico per per ll’’ossoosso (TIB)(TIB)

NBNB-- LL’’indiceindice termicotermico èè indicatoindicato continuamentecontinuamente in tempo in tempo realereale sullosullo schermoschermo dellodellostrumentostrumento durantedurante un un esameesame ecograficoecografico..

Piscaglia F et al., J Ultrasound 2009

“Ultrasound mechanical effects may lead to hydrodynamic breaks of hydrogen bonds and oscillation of hydrogen ions producing free radicals. Theoretically, free radicals may interfere with DNA, causingchromosomal damage.”

Andreassi MG et Al. Progr Biophys Mol Biol 2007

Formazione di radicali liberiFormazione di radicali liberi

The analysis of sister chromatid exchanges (SCEs) has been long considered to be a very sensitive test in detecting certain types of DNA damages, and is particularly useful for testing external influences on chromosomes such as ultraviolet rays and mutagenic chemicals. In the presence of such influences, sister chromatid exchanges in the different phases of the cell cycle will increase compared to that of controls.

IJ Macintosh and DA Davey's (South Africa) paper in the British Medical Journal in 1970: "Chromosome aberrations induced by an ultrasonic fetal pulse detector" was the first paper to suggest a deleterious effect of diagnostic ultrasound on fetal tissues. This raised widespread concern about clinical safety. However subsequent studies by several other centres could not confirm such findings and the conclusions of a harmful effect was withdrawn by the authors 5 years later.

http://www.ob-ultrasound.net/sce.html

Danni cromosomiciDanni cromosomicidescritti in ecografia fetale e in studi in vitrodescritti in ecografia fetale e in studi in vitro

The study of Liebeskind et al in 1979 also indicated that exposure to diagnostic levels of ultrasound insonationfor 30 minutes caused increase in SCEs in human lymphocytes and in a human lymphoblast line. The same author however reported no changes in SCEs in a different study. There has been at least a dozen studies that followed which reported no increase in SCEs, some at much higher ultrasonic levels. It was general consenses in the early 1980s that diagnostic ultrasound is safe as far as inducing chromosomal changes are concerned.

Possibile danneggiamentoPossibile danneggiamentoda cavitazione da cavitazione -- 11

Fenomeni di cavitazione:Fenomeni di cavitazione:$$ Alterazione delle dimensioni delle cavitAlterazione delle dimensioni delle cavitàà submicroscopiche bollose submicroscopiche bollose

in cui sono disciolti i gas contenuti nei liquidi organiciin cui sono disciolti i gas contenuti nei liquidi organici

$$ Dovuti alle variazioni di pressione che si producono nei tessutiDovuti alle variazioni di pressione che si producono nei tessuti al al passaggio del fascio ultrasonoro passaggio del fascio ultrasonoro ## pulsazione (espansione e pulsazione (espansione e contrazione ritmica e possibile collasso) delle contrazione ritmica e possibile collasso) delle microbollemicrobolle, che , che risuonano in rapporto allrisuonano in rapporto all’’ultrasuono:ultrasuono:

"" le bolle che risuonano inviano delle onde sonore secondarie in tle bolle che risuonano inviano delle onde sonore secondarie in tutte le utte le direzioni direzioni ## rinforzo dellrinforzo dell’’eco (vedi uso nelleco (vedi uso nell’’ecocontrastoecocontrasto))

"" stress da strisciamento a livello tessutalestress da strisciamento a livello tessutale"" micromicro--rimescolamento dei fluidi a livello citoplasmatico (rimescolamento dei fluidi a livello citoplasmatico (streaming)streaming)"" possibili danni delle pareti cellularipossibili danni delle pareti cellulari"" possibile formazione di perossidi (pirolisi delle molecole di Hpossibile formazione di perossidi (pirolisi delle molecole di H22O allO all’’interno interno

delle bolle di cavitazione in delle bolle di cavitazione in HH++ e OHe OH--) ) ## lesione delle catene del DNAlesione delle catene del DNA

$$ PiPiùù evidenti a livello polmonare (e intestinale), specialmente nei evidenti a livello polmonare (e intestinale), specialmente nei neonati, dove neonati, dove -- per la presenza di gas per la presenza di gas -- si creano delle si creano delle microcavitmicrocavitàà(dimensioni di alcuni micron). In esperimenti su animali (topi) (dimensioni di alcuni micron). In esperimenti su animali (topi) esposti ad alto esposti ad alto indice meccanicoindice meccanico, si sono verificate emorragie , si sono verificate emorragie polmonari.polmonari.

Possibile danneggiamentoPossibile danneggiamentoda cavitazione da cavitazione -- 22

$$ Il fenomeno della cavitazione Il fenomeno della cavitazione èè usato in terapia, per es. usato in terapia, per es. nella litotrissia.nella litotrissia.

$$ Tale fenomeno può verificarsi a livello di qualsiasi organo Tale fenomeno può verificarsi a livello di qualsiasi organo quando vengano impiegati mezzi di contrasto ecografici che quando vengano impiegati mezzi di contrasto ecografici che contengono contengono microbollemicrobolle gassose gassose ## possibili danni possibili danni microvascolarimicrovascolari con conseguenti emorragie capillari e danni con conseguenti emorragie capillari e danni miocardici, dimostrati in studi in vitro e su animali.miocardici, dimostrati in studi in vitro e su animali.

LL’’enorme esperienza clinica accumulata riguardo allenorme esperienza clinica accumulata riguardo all’’uso di uso di agenti di contrasto ultrasonori in ecocardiografia non ha agenti di contrasto ultrasonori in ecocardiografia non ha dimostrato finora alcun danno clinicamente apprezzabile. dimostrato finora alcun danno clinicamente apprezzabile.

Andreassi MG et Al. Progr Biophys Mol Biol 2007

Possibile danneggiamentoPossibile danneggiamentoda cavitazione da cavitazione -- 33

Cavitazioni citoplasmatiche e rottura della membrana da ultrasuoCavitazioni citoplasmatiche e rottura della membrana da ultrasuonini

(tratto da: (tratto da: http://www.federica.unina.it/medicinahttp://www.federica.unina.it/medicina--veterinaria/radiologiaveterinaria/radiologia--veterinariaveterinaria--ee--medicinamedicina--nucleare/ultrasuoninucleare/ultrasuoni--ecografiaecografia--principiprincipi--fisicifisici--formazioneformazione--immagini/immagini/; modificato ; modificato da da http://www.nibib.nih.govhttp://www.nibib.nih.gov ))

Crescita della bollaCrescita della bolla

Se lSe l’’intensitintensitàà della sollecitazione della sollecitazione èèlimitatalimitata, la bolla pulsa e la pressione , la bolla pulsa e la pressione interna corrisponde in ogni istante alla interna corrisponde in ogni istante alla pressione esterna.pressione esterna.

Se lSe l’’intensitintensitàà della sollecitazione della sollecitazione èè molto molto intensaintensa la parete della bolla deve spostarsi la parete della bolla deve spostarsi di molto ad ogni oscillazione e si viene a di molto ad ogni oscillazione e si viene a produrre uno sfasamento tra pressione produrre uno sfasamento tra pressione esterna e pressione interna ed un esterna e pressione interna ed un gradiente di pressione a cavallo della gradiente di pressione a cavallo della superficie.superficie.

Per effetto del gradiente di pressione si Per effetto del gradiente di pressione si ha un continuo scambio di gas attraverso ha un continuo scambio di gas attraverso la parete della bolla.la parete della bolla.

http://http://www.infermieristicarimini.com/Fisica/Lezioni%20Zannoli/Ultrasuoni%20in%20Medicina.ppt

Crescita e collasso della bollaCrescita e collasso della bolla

Nella fase in cui Nella fase in cui PePe>Pi il gas entra >Pi il gas entra nella bolla.nella bolla.Nella fase in cui Pi>Nella fase in cui Pi>PePe il gas esce il gas esce dalla bolla.dalla bolla.

Siccome la bolla Siccome la bolla èè pipiùù piccola quando piccola quando Pi>Pi>PePe, in ogni ciclo , in ogni ciclo èè maggiore la maggiore la quantitquantitàà di gas che entra rispetto a di gas che entra rispetto a quello che esce: la bolla cresce! quello che esce: la bolla cresce! (Diffusione rettificata).(Diffusione rettificata).

Pe

Pi

Aumentando la dimensione della bolla cambia anche la frequenza dAumentando la dimensione della bolla cambia anche la frequenza di risonanza i risonanza del sistema; quando la frequenza di risonanza si avvicina alla fdel sistema; quando la frequenza di risonanza si avvicina alla frequenza requenza delldell’’onda ultrasonora le oscillazioni della parete aumentano di ampieonda ultrasonora le oscillazioni della parete aumentano di ampiezza fino a zza fino a produrre lo scoppio della bolla, con diffusione del gas nello spprodurre lo scoppio della bolla, con diffusione del gas nello spazio azio circostante.circostante.

In vicinanza della parete, nel momento del collasso si può avereIn vicinanza della parete, nel momento del collasso si può avere una pressione una pressione di migliaia di atmosfere e la rottura dei legami molecolari.di migliaia di atmosfere e la rottura dei legami molecolari.

http://www.infermieristicarimini.com/Fisica/Lezioni%20Zannoli/Ultrasuoni%20in%20Medicina.ppt

Condizioni necessarie per avere cavitazioneCondizioni necessarie per avere cavitazione

http://www.infermieristicarimini.com/Fisica/Lezioni%20Zannoli/Ultrasuoni%20in%20Medicina.ppt

Pe Pi

Lo sfasamento tra pressione interna e pressione Lo sfasamento tra pressione interna e pressione esterna, necessario per avere la diffusione del gas esterna, necessario per avere la diffusione del gas e quindi la crescita della bolla fino alla dimensione e quindi la crescita della bolla fino alla dimensione di risonanza, richiede una elevata intensitdi risonanza, richiede una elevata intensitààdelldell’’onda (onda (≈≈1kW/cm1kW/cm22 in acqua).in acqua).

S1

S2S1=10S2

SPTA= Spatial Peak Time Average= 1WSPTP= Spatial Peak Time Peak = 1kW (!!!!!!)

I livelli di energia in gioco sono compatibili con lI livelli di energia in gioco sono compatibili con l’’innesco di cavitazioneinnesco di cavitazione

Condizioni che si oppongono alla Cavitazione

1) I livelli di energia compatibili con l’innesco di cavitazione si hanno solo in posizioni molto particolari e limitate;

2) Affinché avvenga il collasso la bolla deve crescere, quindi la sollecitazione intensa si deve mantenere per un tempo sufficientemente lungo;

3) Il moto del liquido porta le bolle fuori dal fascio, interrompendo il processo di crescita;

4) La scansione che si applica per ottenere l’immagine bidimensionale sposta continuamente la zona focale interrompendo il processo di crescita.

Conclusione: la cavitazione in vivo è possibile ma molto poco probabile

http://http://www.infermieristicarimini.com/Fisica/Lezioni%20Zannoli/Ultrasuoni%20in%20Medicina.ppt

StreamingStreamingPer effetto meccanico dovuto alla forza esercitata dalle onde Per effetto meccanico dovuto alla forza esercitata dalle onde

ultrasonore, le cellule subiscono:ultrasonore, le cellule subiscono:!! microspostamenti e fenomeni di torsione e rotazione, microspostamenti e fenomeni di torsione e rotazione, !! formazione di microformazione di micro--vortici nei liquidi citoplasmatici e interstiziali vortici nei liquidi citoplasmatici e interstiziali

(streaming). (streaming). trasduttore

direzione del flusso conpresenza di streaming

Questi fenomeni (associati agli effetti termici giQuesti fenomeni (associati agli effetti termici giàà descritti) possono descritti) possono generare:generare:

"" cambiamento delle cariche elettriche delle membrane cellulari cambiamento delle cariche elettriche delle membrane cellulari ## alterazioni della alterazioni della permeabilitpermeabilitàà delle membrane cellulari delle membrane cellulari

"" frammentazione di strutture cellulari e subcellulari frammentazione di strutture cellulari e subcellulari "" danno piastrinico e possibile anomala coagulabilitdanno piastrinico e possibile anomala coagulabilitàà (trombosi)(trombosi)"" liberazione dalle cellule adipose di molecole (grassi) che vengoliberazione dalle cellule adipose di molecole (grassi) che vengono smaltite attraverso il no smaltite attraverso il

sistema linfatico e il microcircolo.sistema linfatico e il microcircolo.

ShearShear StressStress

I

X

Nel momento di transito del pacchetto ultrasonoro il liquido cheNel momento di transito del pacchetto ultrasonoro il liquido che si trova si trova vicino ai bordi del fascio vicino ai bordi del fascio èè sottoposto a notevoli differenze di pressione sottoposto a notevoli differenze di pressione per distanze molto ridotte. Questa disomogeneitper distanze molto ridotte. Questa disomogeneitàà della sollecitazione della sollecitazione pressoria determina microcorrenti locali che possono danneggiarepressoria determina microcorrenti locali che possono danneggiare sia le sia le membrane cellulari degli eritrociti, sia lmembrane cellulari degli eritrociti, sia l’’endotelio dei vasi investiti dal endotelio dei vasi investiti dal fascio.fascio.

http://http://www.infermieristicarimini.com/Fisica/Lezioni%20Zannoli/Ultrasuoni%20in%20Medicina.ppt

Indice Meccanico (MI)Indice Meccanico (MI)Indice Meccanico (MI)Indice Meccanico (MI) = pressione di rarefazione di picco in = pressione di rarefazione di picco in MPaMPa (a (a

potenza di emissione corretta per un coefficiente di attenuazionpotenza di emissione corretta per un coefficiente di attenuazione del e del tessuto di 0,3 tessuto di 0,3 dBdB/cm/MHz), diviso la radice quadrata della frequenza /cm/MHz), diviso la radice quadrata della frequenza della sonda in MHz.della sonda in MHz.

LL’’indice fornisce indice fornisce una stimauna stima della probabilitdella probabilitàà che si possa verificare un che si possa verificare un fenomeno di cavitazione cellulare. Maggiore fenomeno di cavitazione cellulare. Maggiore èè il valore dellil valore dell’’IM, IM, maggiore maggiore èè la probabilitla probabilitàà che si possa verificare lche si possa verificare l’’effetto biologico.effetto biologico.

NBNB-- LL’’indiceindice meccanicomeccanico èè indicatoindicato continuamentecontinuamente in tempo in tempo realereale sullosullo schermoschermodellodello strumentostrumento durantedurante un un esameesame ecograficoecografico..

Per Per minimizzareminimizzare i i valorivalori didi MI:MI:-- ridurreridurre la la potenzapotenza didi emissioneemissione deglidegli ultrasuoniultrasuoni al al livellolivello pipiùù basso basso possibilepossibile-- regolareregolare didi conseguenzaconseguenza ilil timetime--gain compensation e i gain compensation e i guadagniguadagni generaligenerali-- aggiustareaggiustare ilil puntopunto focalefocale (la(la miglioremigliore risoluzionerisoluzione puòpuò permetterepermettere didi ridurreridurre la la

potenzapotenza didi emissioneemissione acusticaacustica))-- ridurreridurre ilil pipiùù possibilepossibile la la profonditprofonditàà didi imagingimaging

Piscaglia F et al., J Ultrasound 2009

Altri possibili effetti fisiciAltri possibili effetti fisiciI risultati degli studi finora eseguiti sono in parte contradditI risultati degli studi finora eseguiti sono in parte contraddittori e la maggioranza di essi tori e la maggioranza di essi

non ha dimostrato danni cellulari significativi da ultrasuoni. non ha dimostrato danni cellulari significativi da ultrasuoni. In particolare, nellIn particolare, nell’’uso uso diagnostico degli US in caso di ecografia fetale, non sono attuadiagnostico degli US in caso di ecografia fetale, non sono attualmente dimostrati lmente dimostrati effetti dannosi a carico dello sviluppo neuroeffetti dannosi a carico dello sviluppo neuro--psicopsico--motorio del feto. motorio del feto.

Sono stati descritti i seguenti fenomeni (per lo piSono stati descritti i seguenti fenomeni (per lo piùù con US ad alta intensitcon US ad alta intensitàà, usati a scopi , usati a scopi terapeutici):terapeutici):

•• Riduzione della proliferazione cellulare (piRiduzione della proliferazione cellulare (piùù evidente nelle cellule in fase di divisione evidente nelle cellule in fase di divisione attiva)attiva)

•• Emolisi (effetto della cavitazione transitoria)Emolisi (effetto della cavitazione transitoria)•• Variazione della permeabilitVariazione della permeabilitàà delle membranedelle membrane•• Cambiamenti morfologici precoci, reversibili delle membrane cellCambiamenti morfologici precoci, reversibili delle membrane cellulari (alterazione dei ulari (alterazione dei

ponti di legame intercellulare)ponti di legame intercellulare)•• Aumento della captazione di molecole proteiche bioattive da partAumento della captazione di molecole proteiche bioattive da parte delle dell’’endotelioendotelio•• Aumento dello stress ossidativo intracellulare delle cellule endAumento dello stress ossidativo intracellulare delle cellule endoteliali (in vitro, per oteliali (in vitro, per

esposizioni prolungate circa 30 sec; il fenomeno dura per circa esposizioni prolungate circa 30 sec; il fenomeno dura per circa 1 ora dopo la fine 1 ora dopo la fine delldell’’esposizione) esposizione)

•• Degradazione del DNA (Degradazione del DNA (despiralizzazionedespiralizzazione della doppia elica e separazione dei due della doppia elica e separazione dei due filamenti) filamenti)

•• Aberrazioni cromosomiche (Aberrazioni cromosomiche (traslocazionitraslocazioni, inversioni, formazione di anelli e di centrismo), inversioni, formazione di anelli e di centrismo)•• Possibili effetti di rottura di trombi coronarici o cerebrali (sPossibili effetti di rottura di trombi coronarici o cerebrali (su arteria cerebrale media), u arteria cerebrale media),

attraverso effetti di attraverso effetti di microcavitazionemicrocavitazione e/o termicie/o termici•• Cambiamenti reversibili e non della conduzione delle fibre nervoCambiamenti reversibili e non della conduzione delle fibre nervose.se.

Andreassi MG et Al. Progr Biophys Mol Biol 2007http://www.inquinamentoacustico.it/_dowload/effetti%20degli%20ultrasuoni%20-%20fiorentino.pdf

Altri possibili effetti fisiciAltri possibili effetti fisici

And

reas

siM

G e

tAl.

Pro

grB

ioph

ysM

olB

iol2

007

Il range di ultrasuoni usati per diagnostica cardiologica risulta al di fuori delle frequenze e intensità in grado di produrre gli

effetti collaterali precedentemente descritti.

Rischi per il personale Rischi per il personale -- 11

Esistono in letteratura dati molto scarsi riguardo al Esistono in letteratura dati molto scarsi riguardo al rischio per il personale addetto allrischio per il personale addetto all’’ultrasonografia.ultrasonografia.

Lo staff medico può ricevere lLo staff medico può ricevere l’’esposizione alle onde esposizione alle onde ultrasonore sulle mani. Però:ultrasonore sulle mani. Però:

"" Le sorgenti ultrasonore non diffondono Le sorgenti ultrasonore non diffondono –– di fatto di fatto --energia acustica nellenergia acustica nell’’aria (meno dellaria (meno dell’’1% dell1% dell’’energia energia delldell’’ultrasuono si diffonde per via aerea)ultrasuono si diffonde per via aerea)"" La manipolazione delle sonde (in fase di attivitLa manipolazione delle sonde (in fase di attivitàà) ) comporta solo una scarsa trasmissione di ultrasuoni, a comporta solo una scarsa trasmissione di ultrasuoni, a bassa intensitbassa intensitàà..

Andreassi MG et Al. Progr Biophys Mol Biol 2007

Rischi per il personale Rischi per il personale -- 22!! SintomiSintomi presentati dal personale di laboratori di ecografia, non direttpresentati dal personale di laboratori di ecografia, non direttamente amente

attribuibili agli ultrasuoni quanto piuttosto alla postura obbliattribuibili agli ultrasuoni quanto piuttosto alla postura obbligata:gata:•• Dolori Dolori muscoloscheletricimuscoloscheletrici•• Dolori alla colonna Dolori alla colonna •• Dolori al polsoDolori al polso•• Dolori toraciciDolori toracici•• CardiopalmoCardiopalmo

Questi problemi sono definiti anche Questi problemi sono definiti anche RepetitiveRepetitive Strain Strain InjuriesInjuries (RSI)(RSI)..

!! Inoltre, Inoltre, problemi visiviproblemi visivi legati a lunghe sessioni di lavoro davanti ad uno legati a lunghe sessioni di lavoro davanti ad uno schermo:schermo:

!! Affaticamento della vistaAffaticamento della vista!! Irritazione agli occhiIrritazione agli occhi

!! Raccomandazioni:Raccomandazioni:!! Mantenere una adeguata posizione di equilibrio durante lMantenere una adeguata posizione di equilibrio durante l’’esecuzione dellesecuzione dell’’esameesame!! Non afferrare il trasduttore con forza eccessivaNon afferrare il trasduttore con forza eccessiva!! Fare delle pause in modo da consentire ai muscoli di rilassarsiFare delle pause in modo da consentire ai muscoli di rilassarsi!! Effettuare degli esercizi di stretching leggeroEffettuare degli esercizi di stretching leggero!! Orientare lo schermo in modo da poterlo vedere comodamente duraOrientare lo schermo in modo da poterlo vedere comodamente durante la nte la scansionescansione!! Fare una pausa (non al computer) dopo ogni sessione lunga di ecFare una pausa (non al computer) dopo ogni sessione lunga di ecografiaografia

Andreassi MG et Al. Progr Biophys Mol Biol 2007EsOte: Manuale dell’operatore: Ecografo MyLab 30

Rischi per il personale Rischi per il personale -- 33

!! Comunque, alcuni dati indicherebbero che il personale di Comunque, alcuni dati indicherebbero che il personale di unitunitàà di ecocardiografia dove vengono eseguiti di ecocardiografia dove vengono eseguiti quotidianamente quotidianamente ecocolorDopplerecocolorDoppler presenta unpresenta un’’aumentata aumentata incidenza di incidenza di danni danni genotossicigenotossici rispetto a soggetti di rispetto a soggetti di controllo (controllo (GarajGaraj--VrhovacVrhovac and and KopjarKopjar 2000 e 2005). 2000 e 2005).

!! I danni sembrerebbero essere cumulativi nel tempo e I danni sembrerebbero essere cumulativi nel tempo e –– in in alcuni soggetti alcuni soggetti -- anche correlati alla dose quotidiana di anche correlati alla dose quotidiana di ultrasuoni, oltre che alle differenze individuali di ultrasuoni, oltre che alle differenze individuali di sensibilitsensibilitàà genomica e di efficienza dei meccanismi di genomica e di efficienza dei meccanismi di riparazione del DNA. riparazione del DNA.

Andreassi MG et Al. Progr Biophys Mol Biol 2007Garaj-Vhrovac V and Kopia N J Appl Toxicol 2005

Riduzione del rischioRiduzione del rischio

Andreassi MG et Al. Progr Biophys Mol Biol 2007

IndiceIndice TermicoTermico ((stimastima del del rischiorischio dada effettieffetti termicitermici) ) < 1.0< 1.0IndiceIndice MeccanicoMeccanico ((stimastima del del rischiorischio dada effettieffetti nonnon--termicitermici) ) < 0.5< 0.5

ÈÈ comunquecomunque ragionevoleragionevole attenersiattenersi al principio al principio generalegenerale ALARAALARAA A ssL L owowA A ssR R easonablyeasonablyA A chievablechievable

LL’’esposizioneesposizione ad ad unauna radiazioneradiazione siasia tantotanto bassabassa quantoquanto èèragionevolmenteragionevolmente possibilepossibile..

AppendiceAppendice

Norme tecniche e RaccomandazioniNorme tecniche e Raccomandazioni

Limiti di emissioni ultrasonoreLimiti di emissioni ultrasonoredegli apparecchi ecograficidegli apparecchi ecografici

(direttive FDA 1993)(direttive FDA 1993)

Intensità < 720 mW/cm2(limite massimo complessivo per tessuti escluso l’occhio)

Indice Meccanico < 1,9 MPa

Indice Termico: non direttamente regolamentato(raccomandato TI < 6)

Meltzer RS, J Am Soc Echocardiogr 1996Barnett SB, Ultrasound Med Biol 2000

Limiti di emissioni ultrasonoreLimiti di emissioni ultrasonoredegli apparecchi ecograficidegli apparecchi ecografici

(standard IEC 60(standard IEC 60--601601--22--37)37)

IEC =International Electrotechnical Commission

Questo standard si riferisce alla sicurezza basica e alla performance essenziale deglistrumenti di dianostica con ultrasuoni. Non si riferisce agli strumenti ad ultrasuoni usatiper terapia, anche se comprende standard riferiti a strumenti ad azione combinatadiagnostica-terapeutica.

Lo standard fa riferimento anche agli altri criteri esposti negli standard della serie IEC 60601 2 xx e che si applicano ad altre modalità diagnostiche, qual strumenti a ragi-X e sistemi a risonanza magnetica. La prima edizione di questi standard è stata proposta nel 2001 e aggiornata nel 2004 (Amendment 1, 2004) e nel 2005 (Amendment 2, 2005). La versione più aggiorata risaleall’agosto 2007 (http://webstore.iec.ch/webstore/webstore.nsf/Artnum_PK/42921)

Limiti di emissioni ultrasonoreLimiti di emissioni ultrasonoredegli apparecchi ecograficidegli apparecchi ecografici

Norme CEI EN 60601Norme CEI EN 60601--22--37 (CEI 6237 (CEI 62--124)124)

CEI = Comitato Elettrotecnico Italiano

Apparecchi elettromedicaliParte 2: Norme particolari per la sicurezza degli apparecchi per la diagnosi e il monitoraggio medico a ultrasuoni

ANNO FASCICOLO EDIZIONE2002-11 prima edizione2005-05 A12006-05 A22009-05 fascicolo 9790 E seconda edizione

La presente Norma si applica alle apparecchiature elettromedicali a ultrasuoni in vivo da utilizzarsi in esami di monitoraggio per raggiungere una diagnosi e contiene prescrizioni aggiuntive a quelle specificate nella Norma Generale (EN 60601-1:2006) per apparecchi per la diagnosi a ultrasuoni. La presente Norma riunisce la precedente edizione del 2001 con le Varianti A1 ed A2 del 2005 in una versione compatibile con la Norma Generale EN 60601-1:2006. La presente Norma recepisce il testo originale inglese della Pubblicazione IEC.

http://www.scame.com/it/infotec/norme/scheda.asp?IDKey=CEIEN60601237

Raccomandazioni della Raccomandazioni della BritishBritish MedicalMedical Ultrasound SocietyUltrasound Society20092009

Tempi di esposizione e valori limiteTempi di esposizione e valori limite

Raccomandazioni della Raccomandazioni della BritishBritish MedicalMedical Ultrasound SocietyUltrasound Society20092009

MI > 0,3 #### rischio di emorragie capillariMI > 0,7 #### rischio di fenomeni di cavitazioneTI > 0,7 #### ridurre al minimo l’esposizione dell’embrione/feto

Raccomandazioni della Raccomandazioni della BritishBritish MedicalMedical Ultrasound SocietyUltrasound Society20092009

Indicazioni di Protezione

American Institute of Ultrasound in Medicine American Institute of Ultrasound in Medicine BioeffectsBioeffects Report 1976, Report 1976, revisedrevised 1978, reaffirmed 1982, 19871978, reaffirmed 1982, 1987J.UltrasoundJ.Ultrasound in Med. 1988; 7: 1in Med. 1988; 7: 1--3838

10

10

1

0.1

0.01

100

1 100010010 10.000 Tempo (s)

W/cm2

Trasd. focalizzato

Trasd. non focalizzato

100 mW/cm2

10 mW/cm2

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