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Errori e limiti nella diagnostica Errori e limiti nella diagnostica strumentalestrumentale

Cosenza 17/12/2011

Cosa dicono sugli Cosa dicono sugli errori…errori…

Meglio agitarsi nel dubbio che riposare sull’errore (Alessandro Manzoni) Il progresso non è altro che brancolare da un errore all’altro (Henrik Ibsen) Il mondo è alcune tenere imprecisioni (Jorge Luis Borges) Fra gli errori ci sono quelli che puzzano di fogna, e quelli che odorano di bucato

(Cesare Pavese) Ama la verità ma perdona l’errore (Voltaire) Chiunque può sbagliare; ma nessuno, se non è uno sciocco, persevera nell’errore

(Cicerone) Gli errori rendono l’uomo amabile (Goethe) L’esperienza è il nome che diamo ai nostri errori (Oscar Wilde) Solo gli imbecilli non sbagliano mai (Charles De Gaulle) Quelli che non si ritrattano mai amano sé stessi più che la verità (Joseph Joubert)

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Probabilità che un paziente sia vittima di un evento avverso imputabile alle cure mediche

prestate che causa un prolungamento della degenza, un peggioramento della sua salute o la

morte (Linda T. Kohn, Institute of Medicine 1999)

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dal 1970 da un’idea di A. Lincon 1863

Test v/s esame diagnostico Test v/s esame diagnostico

Test diagnostico : di probabilità, molto praticabile, a basso costo ?, meno accurato ?.

Eco, radiografia, es. di laboratorio, autoref ecc.

Esame diagnostico : di certezza, invasivo, costoso ?, elaborato.

Biopsia

Falsi Positivi: sani riconosciuti malatiFalsi Negativi: malati riconosciuti sani

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La sensibilità di un test è la capacità di identificare i soggetti malati , positivi al test Se positivo al 100% tutti i malati sono positivi al test. Test di esclusione dei sani

La specificità di un test è la capacità di identificare i soggetti sani , negativi al testSe negativo al 100% tutti i sani sono negativi al test. Test di esclusione dei malati

Ad un test sensibile non sfuggono gli ammalati Ad un test specifico non sfuggono i sani Sono inversamente proporzionali

Si calcola sui malati

Si calcola sui sani

Sensibilità e specificità sopra 80% indicano un test utile

a) Veri Positivi b)Falsi Positivi d) Veri Negativi c) Falsi Negativi

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Cut-Off del testCut-Off del test(valore (valore critico/soglia)

Il Cut-Off idealeIl Cut-Off ideale

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Cut-Off realeCut-Off reale

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Se abbassiamo il Cut-Off Se abbassiamo il Cut-Off

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MAX sensibilità 100% si individuano tutti i malati Falsi Positivi FP

Se alziamo il Cut-Off Se alziamo il Cut-Off

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MAX specificità 100% si individuano tutti i sani Falsi Negativi FN

Sensibilità StrumentaleSensibilità Strumentale

Sensibilità di uno strumento è il valore minimo della grandezza da misurare che lo strumento ritiene apprezzabile

Errore di sensibilità dello strumento è il gap tra il valore vero e quello misurato

Il valore «vero» entità che non è possibile conoscere

Una misura non è mai esatta

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Precisione e accuratezzaPrecisione e accuratezza

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A) Preciso e AccuratoB) Preciso non accuratoC) Non preciso ma accuratoD) Non preciso non accurato

Metrologia: scienza delle misurazioni fisiche(teoria degli errori)Precisione : grado di convergenza dei dati rispetto al valore medio, SD (anche non vero) Accuratezza o esattezza: grado di concordanza tra il valore medio e quello veroAccuratezza strumentale: non prevede errori sistemici

Errori sistemiciErrori sistemici: : per difetti costruttivi (bilancia) per taratura (orologio) non corrette condizioni

d’uso(calibro) da definizioni teoriche

approssimative da pratiche perturbative (pendolo)

N.B.: la ripetizione nelle medesime condizioni sperimentali non elimina l’errore; hanno sempre lo stesso segno; per individuare l’errore: misure alternative con tecniche alternative!

Errori casuali Errori casuali : per temperatura, pressione, vibrazioni, campi elettrici o magnetici, polvere, sporco, operatore.

N.B.: danno valori in eccesso o in difetto, sono rappresentati da curve gaussiane dello scarto quadratico medio o deviazione standard che è un indice di precisione.

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Errori strumentaliErrori strumentali

TonometriaSuono e lucePachimetriaBiometriaEctasia

cornealeCasi clinici

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Errori in tonometriaErrori in tonometria

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T 10 15 20 25 300,450 4,2 4,7 5,2 5,7 6,20,460 3,5 4,0 4,4 4,8 5,30,470 2,9 3,3 3,7 3,0 4,50,480 2,2 2,6 2,9 3,3 3,60,490 1,5 1,8 2,2 2,5 2,80,500 0,9 1,2 1,4 1,7 1,90,510 0,3 0,5 0,7 0,9 1,10,520 -0,4 -0,2 0,0 0,1 0,30,530 -1,0 -0,8 -0,7 -0,6 -0,50,540 -1,6 -1,5 -1,4 -1,3 -1,20,550 -2,2 -2,1 -2,1 -2,0 -2,00,560 -2,8 -2,8 -2,8 -2,8 -2,70,570 -3,4 -3,4 -3,4 -3,4 -3,40,580 -3,9 -4,0 -4,1 -4,1 -4,20,590 -4,5 -4,6 -4,7 -4,8 -4,9

Goldmann TRK- 1P

0

5

10

15

20

25

30

400 450 500 550 600 650 700

Metodo dei minimi quadrati – Facoltà di Statistica - Università della Calabria – Cosenza

ANOVA (analysis of variance)Tono m

mH

g

Spessore Corneale µm

Dipendenza Tono-Spessore

0.56mmHg/10µm516 pazienti sani

Maggio 2002

Esempio di SimulazioneSpessore Cornea C. : 0.580 mmSpessore Corneale P. : 0.630 mmDiametro Verticale : 10.6 mmDiametro Orizzontale : 11.7 mm

Tono Oculare : 24 mmHg Carico Esterno : 30 mmHgModulo E : 0.4 MPa

Dipartimento di Meccanica Facoltà di Ingegneria Università della Calabria - Cosenza

Suono e luce nell’ indagine strumentaleSuono e luce nell’ indagine strumentale

Cristalli piezoelettrici dei Fratelli Curie (1880) Cristalli piezoelettrici dei Fratelli Curie (1880) Una pressione meccanica su un cristallo di quarzo

produce un potenziale elettrico; una carica elettrica deforma il cristallo con la produzione di una vibrazione (ultrasuoni).

Interferometria con l’esperimento di Michelson-Interferometria con l’esperimento di Michelson-Morley (1887)Morley (1887)

Permette di eseguire misurazioni delle lunghezze d’onda usando specchi semiriflettenti e riflettenti rilevando le differenti intensità di luce ed i tempi di percorrenza.

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Suono come indagine strumentale Suono come indagine strumentale

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c= velocità dell’onda = 340 m/s in aria; 1500 m/s in acqua; 5000 m/s acciaio . c= f x λ f= frequenza è numero di fronti d’onda al sec. Si misura in Herz 1/T = 1 Herz λ = lunghezza d’onda è la distanza tra due fronti d’onda, (tra due creste)T= periodo tempo impiegato per avere due creste T=1/fIntensità cresce al crescere dell’ ampiezza dell’oscillazione (suono forte o debole)Altezza cresce al crescere della frequenza (suoni acuti o gravi)Timbro dipende dalla forma della vibrazione con stessa altezza ed intensità

Ultrasuoni: onde al altissima frequenza > 20.000 Hz

la frequenza la lunghezza d’onda la frequenza la risoluzione

la frequenza la penetrazione nel tessuto

Sonde: cristallo piezoelettrico P. e J. Curie 1880

Impedenza = resistenza della materia ad essere attraversata dagli US;

Z Rayl= ρ c ; ρ = densità g/cm³ c=velocità

Vibrazione dei corpi onde meccaniche longitudinali movimento molecolare

Come funzionano gli ultrasuoniCome funzionano gli ultrasuoni

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Il segnale è dovuto alla proprietà piezoelettriche (dal greco comprimere) di alcuni cristalli (quarzo, ceramiche) di contrarsi e di espandersi sotto campi elettrici. A) Come effettori emettono ultrasuoni che vengono trasferiti con velocità dipendente dal mezzo attraversato (impedenza).B) Come ricevitori generano segnali elettrici per l’onda di ritorno. I segnali adeguatamente filtrati ed amplificati producono un rilievo (A/B Scan) al monitor dello strumento. Essendo noti:Essendo noti:

(1) Velocità di propagazione degli ultrasuoni (nei tessuti molli = 1540 m x s¯¹)

(2) Impedenza Acustica del mezzo(resistenza dell’attraversamento) Si ricava : Si ricava :

(3) la distanza cercata.

Ultrasuoni in medicinaUltrasuoni in medicina(1949)(1949)

1 KHZ = 1000 = 10³Hz 1 MHz = 1.000.000 = 10⁶HzBiometria A(Amplitude)-Scan Standardizzata (8 MHz)Biometria A Scan (10-12 MHz)

Ecografia B(Brightneess)Scan(10-20 MHz)(Ris.=500µm; penetraz.= 30/40mm)

UBM(ultrabiomicroscopio)(35-50 MHz) (Risoluz.=40µm; penetraz.= 5mm)

Ecografia medica (3-5 MHz addome; seno, tiroide 7,5MHz)

Eco-doppler e eco-color-doppler (1-2,5-3 MHz)Facoemulsificatore (40000 Hz = 40 KHz)Pachimetria a contatto (20 MHz)Litotritori(centinaia di elementi piezoelettrici su superfici concave)

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Heinrich Hertz 1857/1894

Luce come indagine strumentaleLuce come indagine strumentaleInterferometro di Albert Michelson (Nobel Fisica 1907)

Sul percorso di un fascio di luce si colloca un oggetto da indagare il cui spessore è un multiplo della lunghezza d’onda della luce incidente frange d’interferenza Il numero delle frange = allo spessore dell’oggetto/ lunghezza d’onda usata

Frequenza f = velocità dell’onda c/lunghezza d’onda dell’onda λ ; f = c/λ si usa l’infrarosso da 780 a 1310 nm

f risoluzione λ penetrazione in tessuto

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Inaugurato a Virgo vicino Pisa il più grande interferometro europeo 200 mil. euro

Esperimento di Michelson e Morley 1887 per verificare se esisteva il vento dell’etere

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Errori in PachimetriaErrori in PachimetriaPachimetria ad ultrasuoni : a contatto, riproducibile intra/inter

0peratore e tra strumenti differenti, richiede poco training. Gold Standard. Sonde solide da 20 Mhz; Risoluzione 1 µ; Accuratezza ± 5 µ; Campo da 0.20mm a 1 mm

Errori: Perpendicolarità sonda, pressione sulla cornea, sterilizzazione-infezioni

Pachimetria ottica : con microscopio endoteliale con microscopio confocale (Confoscan Nidek ) con topografica Orbscan con Scheimpflug (Pentacam, Sirius, Galilei II,

RMS5Tomey) con OCT da camera anteriore con tonometri a soffio con UBM( valori sovrapponili a sonde u.s . da 20

MHz)

Errori: Non danno lo stesso valore ! Nel kcono preferire Schempflug. Orbscan sottostima lo spessore (0.92 correzione acustica)Nelle cornee opache, nella chirurgia, per le interfacce….. Pachimetria ottica meno precisa della ultrasonica

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Pachi = ± 540µ1 µ = 10¯³ mm

Errori in Pachimetria otticaErrori in Pachimetria ottica

Nidek ConfoscanOculus Pentacam

Ziemer GalileiOculus Pachycam

Non danno lo st

esso

valore

Biometria OculareBiometria Oculare

A) Ultrasuoni

B) Ottica

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Errori in Biometria ad UltrasuoniErrori in Biometria ad Ultrasuoni(dal 1956)

Sonda A(amplitude)Scan 8-10 MHz: A) a contatto B) immersione (metilcellulosa 1% a 10 cm)

Errori oculari: Cataratta densa PDMS Stafiloma Vitreopatia Astreroide

Errori extraoculari: indentazione corneale (a contatto) film lacrimale spesso (a contatto) non fissazione del paziente posizione errata del capo errore operatore

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L.A. ultrasuoni= apice cornea-MLIL.A. biometria ottica = apice cornea-EPR 0.40mm differenza

0.5 mm disallineamento = 1.4 D pressione corneale di 100 µ = 0.28 D ± 0.50 D IOL = ±0.36 D rifrattivo finale

Errori in Biometria OtticaErrori in Biometria Ottica(dal (dal 1990)

Interferometria a coerenza parziale (PCI) con raggio laser a 780 nm, generato da interferometro di Michelson, non contact. Calibrazione con biometro ad immersione Grieshaber Biometric System 40-MHz, GBS

Pachymetry Keratometry

White-to-Wite ± 0.02 mm Risoluz.Ottica Pupillometry Lens Thickness Anterior Chamber Depth (ACD) Axial Length (AL) Eccentricity of the Visual Axis Retinal Thickness ± 0.10-0.12 mm

Errori: cataratte dense 16% Risoluz. Ultrasonica pazienti disabili film lacrimale spesso range limitato (IOLMaster 14-40 mm assile, Lenstar LS 14-32 mm assile) leucomi corneali

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IOL Master 500 ZeissUS FDA: 2000 (±0.02 mm)

Lenstar LS 900 Haag Streit(1 Scan- 9 Mesurement-30 sec)

www.augenklinik.uni-wuerzburg.de/eulib

Per L.A. ≥ 25 mm Biometria ad Ultrasuoni è meno precisa della Biometria Ottica

Per cataratte dense (+4) Ultrasuono

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Errori biometrici nel calcolo delle IOLErrori biometrici nel calcolo delle IOL50% degli errori rifrattivi post. op. sono dovuti al calcolo della lunghezza assiale L.A.

In Inghilterra l’errore biometrico porta nel 62% al pagamento dei danni !

Formule biometricheFormule biometriche

Hoffer Q: ipermetropi L.A. < 22 mm.

Holladay I: L.A. tra 22 e 26 mm

SRK T : miopi L.A. > 26 mm. Per occhi estremi indifendibili legalmente

SRK I e SRK II

K.J.Hoffer: I will continue to use the Hoffer Q formula for average and short eyes(< 24.5mm), the Holladay I for average and medium long eyes (22.0 to 26.0 mm.) and the SRK T for very long eyes

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Standard ISO 11979-2 e 13485= 0.25 D±0.08D

Potere rifrattivo oculare 100%

45 D13 D

Target valori rifrattivi: 50% con ± 0.50 D, 90% con ± 1 D, 99% con ±2D

Formule per il calcolo della IOLFormule per il calcolo della IOL1a generazione (Formule teoriche

originali) • 1967 Formula di Fyodorov• 1972 Formula di Colenbrander• 1974 Formula di Hoffer• 1975 Formula di Binkhorst• 1975 Formula di Thijssen• 1976 Formula di van der Heijde• 1978 Formule di Lloyd e Gills, Retzlaff, Sanders e Kraf8-• 1980 SRK I (Formula di regressione)2a generazione (Formule di regressione, formule teoriche modificate)

• 1982 Formula di Hoffer modificata• 1982 Formula di Shammas• 1988 Formula di Binkhorst modificata• 1988 SRK II 31

3a generazione (Formule teoriche

moderne)

• 1988 Formula di Holladay• 1990 SRK T• 1992 Formula di Hoffer Q4a generazione• 1990 Formula di Olsen• 1996 Formula di Holladay II (non ancora pubblicata)5a generazione• 1999 Formula di Haigis• 1999 Formula di Camellin-CalossiFormule di rifrazione• 1993 Formula rifrattiva di Holladay• 1996 Equazione rifrattiva di Gills• 2001 Equazioni rifrattive di Shammas

Errori nell’ectasia corneale Errori nell’ectasia corneale

Report di J. T. HolladayReport di J. T. Holladay

a) mappa sagittale (potere assiale della superficie anteriore cornea)

b) mappa pachimetricac) mappa altimetrica anteriore (a sfera di riferimento)

e) mappa altimetrica posteriore (a sfera di riferimento)

d) mappa tangenziale (curvatura reale corneale anteriore)

f) mappa pachimetrica relativa (a cornea normale)

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Cornea normale al PentacamCornea normale al Pentacam

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Mappa tangenziale < 48-49 D Mappa pachimetrica > 520-540 µ Mappa altimetrica anteriore ≤ 12 µ normale (di elevazione)

≥ 12 µ ≤ 15 µ sospetta ≥ 15 µ patologica Mappa altimetrica posteriore ≤ 17 µ normale (di elevazione)

≥ 17 µ ≤ 22 µ sospetta ≥ 22 µ patologica Punto più alto mappa altimetrica. Ant. e Post. non coincidono Punto di massima curvatura e punto più sottile non coincidono

Punto più sottile è centrale

Cornea ectasica al PentacamCornea ectasica al Pentacam

Punti Max Curvatura REDPunti Max Elevazione Anteriore REDPunti Max Elevazione Posteriore REDPunto più sottile in mappa pachimetrica assoluta e relativa

REDCoincidenza punti più elevati faccia Ant. e Post. Cornea REDPosizione eccentrica del punto più sottilePattern di distribuzione di ciascuna mappa

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Punto di curvatura massima con pachimetria più sottile (RED on RED)Punto di curvatura massima con punto più elevato in mappa ant. e post. (RED on RED)Punto di curvatura massima con paki più sottile e punti più elevati ant e post (RED on RED on RED)

Sommario di Holladay Il punto più sottile è eccentrico

Vera ectasica se coincidono:

Ectasia vera Ectasia vera RedRed on on RedRed

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Pseudoectasia Pseudoectasia RedRed on on BlueBlue

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Importanza clinica dell’esame strumentaleImportanza clinica dell’esame strumentale

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Il limite funzionale dell’esame strumentaleIl limite funzionale dell’esame strumentale

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La valenza clinica dell’esame strumentaleLa valenza clinica dell’esame strumentale

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Dati: bimbo di 28 mesi miopia - 13 sf. con -2 cil. in oo familiarità positiva per miopia elevata prima visita oculistica

Fragilità della Fragilità della strumentazionestrumentazione

Errore casuale strumentaleErrore casuale strumentale

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« When you can measure what you speaking about and express it in numbers you know something about it; but when you cannot express it in numbers, your knowledge is of a meagre and unsatisfactory kind»

«Possiamo conoscere qualcosa dell’oggetto di cui stiamo parlando solo se possiamo eseguirvi misurazioni, per descriverlo mediante numeri; altrimenti la nostra conoscenza è scarsa e insoddisfacente» Lord William Thomson Kelvin (1824/1907)

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Grazie per l’attenzioneGrazie per l’attenzione

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www.amedeolucente.it