Errori e limiti nella diagnostica strumentaleErrori e limiti nella diagnostica strumentale

1Cosenza 17/12/2011

CCosa dicono sugli errori…osa dicono sugli 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)� 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 ?, � Esame diagnostico : di certezza, invasivo, costoso ?, elaborato.

Biopsia

�Falsi Positivi: sani riconosciuti malati

�Falsi 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

Si calcola sui malati

Sensibilità e specificità sopra 80% indicano un test utile

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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 ammalatiAd un test specifico non sfuggono i sani

Sono inversamente proporzionali

Si calcola sui sani

CutCut--Off del testOff del test(valore (valore critico/soglia)

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

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Il Il CutCut--Off idealeOff ideale

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CutCut--Off realeOff reale

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Se abbassiamo il Se abbassiamo il CutCut--Off Off

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

9

Se alziamo il Se alziamo il CutCut--Off Off

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

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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 � 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

A) Preciso e 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

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

��Errori sistemiciErrori sistemici: : per difetti costruttivi (bilancia)

per taratura (orologio)non corrette condizioni d’uso(calibro)da definizioni teoriche approssimativeda 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!

EErrori strumentalirrori strumentali

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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� Tonometria

� Suono e luce

� Pachimetria

� Biometria� Biometria

� Ectasia corneale

� Casi clinici

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Errori in tonometriaErrori in tonometriaT 10 15 20 25 30

0,450 4,2 4,7 5,2 5,7 6,2

0,460 3,5 4,0 4,4 4,8 5,3

0,470 2,9 3,3 3,7 3,0 4,5

0,480 2,2 2,6 2,9 3,3 3,6

0,490 1,5 1,8 2,2 2,5 2,8

0,500 0,9 1,2 1,4 1,7 1,9

0,510 0,3 0,5 0,7 0,9 1,1

0,520 -0,4 -0,2 0,0 0,1 0,3

0,530 -1,0 -0,8 -0,7 -0,6 -0,5

0,540 -1,6 -1,5 -1,4 -1,3 -1,2

0,550 -2,2 -2,1 -2,1 -2,0 -2,0

0,560 -2,8 -2,8 -2,8 -2,8 -2,7

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0,560 -2,8 -2,8 -2,8 -2,8 -2,7

0,570 -3,4 -3,4 -3,4 -3,4 -3,4

0,580 -3,9 -4,0 -4,1 -4,1 -4,2

0,590 -4,5 -4,6 -4,7 -4,8 -4,9Goldmann TRK- 1P

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25

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

ANOVA (analysis of variance)

mmHg

Dipendenza Tono-Spessore

Maggio 2002

0

5

10

15

400 450 500 550 600 650 700

Tono m

mHg

Spessore Corneale µm

0.56mmHg/10µm516 pazienti sani

Esempio di Simulazione

Spessore Cornea C. : 0.580 mm

Spessore Corneale P. : 0.630 mm

Diametro Verticale : 10.6 mm

Diametro Orizzontale : 11.7 mm

Tono Oculare : 24 mmHg

Carico Esterno : 30 mmHg

Modulo 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 Interferometria con l’esperimento di MichelsonMichelson--MorleyMorley (1887)(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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SSuono come indagine strumentale uono come indagine strumentale

c= velocità dell’onda = 340 m/s in aria; 1500 m/s in acqua; 5000 m/s acciaio . c= f x λf= frequenza è numero di fronti d’onda al sec. Si misura in Herz 1/T = 1 Herzλ = 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)

Ultrasuoni: onde al altissima frequenza > 20.000 Hz

la frequenza la lunghezza d’onda la frequenza la risoluzione

la frequenza la penetrazione nel tessuto

Vibrazione dei corpi onde meccaniche longitudinali movimento molecolare

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Intensità 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

Sonde: cristallo piezoelettricoP. e J. Curie 1880

Impedenza = resistenza della materia ad essere attraversata dagli US;

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

Come funzionano gli ultrasuoniCome funzionano gli ultrasuoniIl segnale è dovuto alla proprietà piezoelettriche (dal greco comprimere) di alcunicristalli (quarzo, ceramiche) di contrarsi e di espandersi sotto campi elettrici.A) Come effettori emettono ultrasuoni che vengono trasferiti con velocità dipendentedal mezzo attraversato (impedenza).B) Come ricevitori generano segnali elettrici per l’onda di ritorno. I segnaliadeguatamente filtrati ed amplificati producono un rilievo (A/B Scan) al monitor dellostrumento.

EssendoEssendo notinoti::

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

(2) Impedenza Acustica del mezzo(resistenza dell’attraversamento)

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(2) Impedenza Acustica del mezzo(resistenza dell’attraversamento)

SiSi ricavaricava ::

(3) la distanza cercata.

UUltrasuoni in medicinaltrasuoni in medicina(1949)(1949)

1 KHZ = 1000 = 10³Hz 1 MHz = 1.000.000 = 10⁶Hz

� Biometria A(Amplitude)-Scan Standardizzata (8 MHz)

� Biometria A Scan (10-12 MHz)

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

Heinrich Hertz 1857/1894

� 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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Luce come indagine strumentaleLuce come indagine strumentale

Interferometro 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 tessutof 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 1887per verificare se esisteva il vento dell’etere

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Errori in PachimetriaErrori in Pachimetria� Pachimetria 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

Pachi = ± 540µ1 µ = 10¯³ mm

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 ultrasonica24

Errori in Errori in PachimetriaPachimetria otticaottica

Nidek ConfoscanOculus Pentacam

Ziemer GalileiOculus Pachycam

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

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

0.40mm differenza

0.5 mm disallineamento = 1.4 Dpressione corneale di 100 µ = 0.28 D

± 0.50 D IOL = ±0.36 D rifrattivo finale

Errori oculari: Cataratta densaPDMS StafilomaVitreopatia Astreroide

Errori extraoculari: indentazione corneale (a contatto)film lacrimale spesso (a contatto)non fissazione del pazienteposizione errata del capoerrore operatore

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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

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

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

PachymetryKeratometry

White-to-Wite ± 0.02 mm Risoluz.OtticaPupillometryLens ThicknessAnterior Chamber Depth (ACD)Axial Length (AL)

Eccentricity of the Visual AxisRetinal Thickness

± 0.10-0.12 mm

Errori: cataratte dense 16% Risoluz. Ultrasonicapazienti disabilifilm lacrimale spessorange limitato (IOLMaster 14-40 mm assile, Lenstar LS 14-32 mm assile)leucomi corneali

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www.augenklinik.uni-wuerzburg.de/eulib

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

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 !

Biometria Ottica

�Per cataratte dense (+4)

Ultrasuono

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FFormule biometricheormule biometriche

� Hoffer Q: ipermetropi L.A. < 22 mm.

� Holladay I: L.A. tra 22 e 26 mm

� SRK T : miopi L.A. > 26 mm.

22%Cornea

Cristallino

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

45 D13 D

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

� 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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78%Cornea

Potere rifrattivo oculare 100%

FFormule per il calcolo della IOLormule 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-

3a generazione (Formule teoriche moderne)

• 1988 Formula di Holladay• 1990 SRK T• 1992 Formula di Hoffer Q

4a generazione• 1990 Formula di Olsen• 1996 Formula di Holladay II (non ancora pubblicata)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 Binkhorstmodificata• 1988 SRK II

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ancora pubblicata)

5a generazione• 1999 Formula di Haigis• 1999 Formula di Camellin-Calossi

Formule 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. Report di J. T. HolladayHolladay

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

� b) mappa pachimetrica

� c) mappa altimetrica anteriore (a sfera di riferimento) � c) 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 Cornea normale al PPentacamentacam

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

Punto più sottile è centrale

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≥ 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

Cornea ectasica al PentacamCornea ectasica al Pentacam

� Punti Max Curvatura RED

� Punti Max Elevazione Anteriore RED

� Punti Max Elevazione Posteriore RED

� Punto più sottile in mappa pachimetrica assoluta e relativa RED

� Coincidenza punti più elevati faccia Ant. e Post. Cornea RED

Sommario di Holladay Il punto più sottile è eccentrico

� Coincidenza punti più elevati faccia Ant. e Post. Cornea RED

� Posizione eccentrica del punto più sottile

� Pattern 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)

Vera ectasica se coincidono:

Ectasia vera Ectasia vera RedRed on on RedRed

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PseudoectasiaPseudoectasia 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

Dati: bimbo di 28 mesimiopia - 13 sf. con -2 cil. in oofamiliarità positiva per miopia elevataprima visita oculistica

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EErrore casuale strumentalerrore casuale strumentale

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« When you can measure what you speakingabout and express it in numbers you knowsomething about it; but when you cannotexpress 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 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