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
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