Ecografia ad altissima risoluzione: applicazioni cliniche

UNIVERSITÀ DI PISA

Dipartimento di Medicina Clinica e Sperimentale

Dipartimento di Patologia Chirurgica, Medica, Molecolare e dell’Area Critica

Dipartimento di Ricerca Traslazionale e delle Nuove Tecnologie in Medicina e Chirurgia

Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia

Tesi di Laurea

Ecografia ad altissima risoluzione: applicazioni cliniche

RELATORE:

Chiar.mo Prof. Davide Caramella

CANDIDATO:

Piergiorgio Greco

2

INDICE

1.6.1 Storia degli ultrasuoni 9

1.6.2 Ultrasuoni in ambito medico 10

CAPITOLO 2 – ECOGRAFIA AD ALTISSIMA RISOLUZIONE

2.1 UHFUS 13

2.2 Applicazioni precliniche 14

2.3 Applicazioni cliniche 15

2.3.1 UHFUS nella prevenzione delle malattie cardiovascolari 16

2.3.2 UHFUS in anestesia 21 2.3.3 UHFUS in oftalmologia 26 CAPITOLO 3 – VEVO MD 3.1 Presentazione di Vevo MD 31 3.2 Caratteristiche tecniche 36 3.3 Applicazioni cliniche 38

3.3.1 Caratterizzazione di pazienti affetti da vasculiti sistemiche e da fenomeno di

Raynaud 39

3.3.2 Caratterizzazione vascolare di pazienti con displasia fibromuscolare (FMD),

dissezione cervico-cerebrale (CCeAD) e dissezione coronarica spontanea (SCAD) 58 3.3.3 Caratterizzazione delle malattie cutanee nei bambini e negli adulti 60

3.3.4 Caratterizzazione ex vivo di organi parenchimatosi 80

3.4 Altre applicazioni 83

3.4.1 Valutazione alterazioni della parete dell’arteria radiale a seguito delle procedure

d’incannulazione 83

3.4.2 Trattamento delle malattie croniche in età pediatrica 85 3.4.3 Rimozione di un angioma vertebrale: acquisizioni post-intervento 89

3

SOMMARIO

Le metodiche di imaging comunemente disponibili, come la tomografia computerizzata, la risonanza magnetica e l’ecografia con sonde convenzionali hanno il limite di fornire immagini con risoluzione nell’ordine dei millimetri; per questo motivo la ricerca si è orientata verso lo sviluppo di strumenti ecografici con risoluzioni microscopiche.

Si parla di “ultrasound biomicroscopy” (UBM), di “high frequency ultrasound” (HFUS) e di “ultra high frequency ultrasound” (UHFUS), quando le frequenze impiegate vanno dai 30 ai 100 MHz. Con queste tecnologie è possibile correlare le informazioni derivanti dall’immagine ultrasonografica con quelle provenienti dall’istologia.

Nel 2016 VisualSonics (Toronto, Canada) del gruppo FUJIFILM ha reso disponibile Vevo® MD, il primo sistema di imaging a ultrasuoni ad altissima frequenza (fino a 70 MHz) per uso clinico. Il sistema è stato acquisito dal Dipartimento di Ricerca Traslazionale e delle Nuove Tecnologie in Medicina e Chirurgia, grazie al “Bando Grandi Attrezzature 2016” ed è in grado di visualizzare ad alta risoluzione quelle strutture anatomiche di piccole dimensioni che con le frequenze convenzionali (fino a 15 MHz) non è possibile apprezzare.

Questa tesi affronta le prime applicazioni cliniche degli UHFUS, confrontando le relative acquisizioni con quelle dell’ecografia convenzionale.

In particolare, Vevo MD è stato utilizzato nello studio delle patologie vascolari (caratterizzazione di pazienti affetti da vasculiti sistemiche e da displasia fibromuscolare) e dermatologiche (neoplasie melanocitarie, neoplasie epiteliali, neoplasie annessiali e neoplasie vascolari, malattie infiammatorie croniche, malattie autoimmuni, onicopatie). Un’ulteriore applicazione è stata quella di caratterizzare ex vivo alcuni organi parenchimatosi, per un possibile impiego intraoperatorio dello strumento.

4 CAPITOLO 1 – INTRODUZIONE

1.1 L’ecografia

Il termine ultrasonografia riassume una serie di metodiche utilizzanti fasci di ultrasuoni (US), impiegati per ottenere numerose informazioni diagnostiche (morfologiche e funzionali) delle strutture corporee. Dato che tali tecniche non sfruttano la trasmissione dei fasci bensì la loro riflessione, nei paesi di lingua neolatina viene utilizzato il prefisso “eco”, adottando quindi il termine ecografia.

Alcune metodiche forniscono immagini di sezioni corporee (ecotomografia), altre tracciati diversamente complessi (ecografia A-mode/TM-mode e tracciati Doppler), altre ancora un’integrazione di immagini e tracciati al fine di costituire strutture morfofunzionali specifiche per lo studio dei flussi vascolari (color e power Doppler) e dell’elasticità tissutale (elastosonografia)1. I vantaggi di queste tecniche sono rappresentati dall’assoluta innocuità in merito agli effetti biologici, dalla rapidità nella realizzazione delle indagini e dalla loro praticità (esistono infatti apparecchiature portatili). L’interpretazione “in tempo reale” dell’acquisizione rappresenta invece lo svantaggio principale: sono infatti metodiche “operatore-dipendente”.

1.2 Basi fisiche

Gli US sono onde acustiche con frequenza superiore a 20.000 cicli al secondo (20kHz), pertanto non udibili dall’uomo. In ecografia convenzionale vengono utilizzate frequenze comprese tra 1 e 22 MHz1. Gli US vengono prodotti sfruttando la proprietà che hanno alcuni materiali di entrare in vibrazione ad alta frequenza dopo essere stati eccitati da impulsi elettrici. La propagazione di US, che si ha solamente nei mezzi materiali, avviene sotto forma di moto ondulatorio. Un moto ondulatorio che genera bande alternate di compressione e rarefazione delle particelle che costituiscono il mezzo. La propagazione è soggetta ad una resistenza intrinseca della materia chiamata impedenza acustica, che ha un valore variabile da mezzo a mezzo. Gli US vengono inviati all’interno del corpo umano dopo aver messo a contatto i cristalli con la cute o le mucose del paziente. A livello delle interfacce (punti di passaggio tra tessuti a impedenza acustica diversa) una parte del fascio di US viene riflessa verso il cristallo emittente mentre la rimanente parte prosegue verso i tessuti sottostanti. I principali ostacoli della propagazione del fascio di US all’interno delle strutture del corpo umano sono rappresentati dall’aria e dall’osso. Proprio per questo, la pratica ecografica ha individuato nello studio di ciascun organo profondo siti di accesso che non si basano sull’attraversamento di strutture aeree e ossee: si parla quindi delle finestre acustiche. Un concetto importante in ecografia è quello della frequenza del fascio di US, ovvero il numero di cicli di compressione e rarefazione nell’unità di tempo. All’aumentare della frequenza migliora la

5 risoluzione spaziale lungo l’asse di propagazione del fascio, ma nel contempo aumenta l’assorbimento, con una conseguente riduzione dell’intensità del fascio in profondità: è possibile in questo caso uno studio solamente delle strutture corporee più superficiali. Per questo motivo esistono trasduttori a frequenze diverse affinché l’operatore possa scegliere in maniera estemporanea la frequenza più adatta in relazione alle sue necessità.

1.3 L’ecografo

Le moderne apparecchiature ecografiche sono costituite da tre elementi principali:

 la sonda o trasduttore

 il sistema centrale di elaborazione

 il monitor

Figura 1.1 – Moderna apparecchiatura ecografica2.

Il trasduttore è lo strumento che viene posto a diretto contatto con il paziente ed è utilizzato per emettere e ricevere il segnale ultrasonoro. In particolare la corrente alternata di rete (50 Hz) viene convertita in US per effetto piezoelettrico grazie alla presenza dei cristalli piezoelettrici, componenti principali del trasduttore. La pressione che viene esercitata perpendicolarmente al

6 cristallo genera una differenza di potenziale tra le due facce: si parla di effetto piezoelettrico diretto. Al contrario, una differenza di potenziale applicata alle due facce opposte del cristallo genera una deformazione meccanica. Tale fenomeno è chiamato invece effetto piezoelettrico inverso. La sonda ecografica può generare un segnale a US in modo continuo (emissione continua) o attraverso brevi impulsi successivi (emissione pulsata)1. L’emissione continua è utilizzata soprattutto nei trasduttori a singolo cristallo piezoelettrico, il cui uso oggi è praticamente confinato all’oftalmologia. L’emissione pulsata invece rappresenta lo standard moderno della quasi totalità delle applicazioni ecografiche.

Il sistema centrale di elaborazione comprende due diversi elementi. Il primo è rappresentato dalla sezione dedicata alla creazione del fronte d’onda. Funzione che viene realizzata applicando diversi ritardi ai segnali che andranno ad eccitare i cristalli del trasduttore (“breaforming”). Il secondo invece si riferisce alla ricezione e al trattamento del segnale.

Il monitor infine permette di visualizzare in scala di grigi o a colori (eco Doppler) il risultato dell’elaborazione.

1.4 I tracciati ecografici

I principali tracciati usati in ecografia sono rappresentati dall’A-mode (Amplitude Mode) e dal TM-mode (Time-Motion Mode)1. Il primo dei due viene utilizzato soprattutto in ecografia oculistica, mentre il secondo in ecocardiografia.

Nell’A-mode l’esplorazione viene effettuata lungo una sola linea ed ogni eco ottenuto viene presentato su di un oscilloscopio come un picco, la cui ampiezza è proporzionale alla sua intensità, e con posizione lungo la linea di base espressione della profondità alla quale esso si è formato rispetto alla superficie del trasduttore.

7 Figura 1.2 – Tracciato A-mode1: ecografia oculare in paziente con distacco di retina. A sinistra è presente la rappresentazione degli echi come picchi di ampiezza proporzionale alla loro intensità; nella parte destra invece è visualizzato, nell’immagine bidimensionale, il sollevamento di parte di retina con accumulo ematico sottostante.

Nel TM-mode l’esplorazione è effettuata lungo una sola linea: ogni eco ottenuto viene presentato sotto forma di un punto luminoso, la cui visualizzazione sullo schermo è subordinata a uno spostamento orizzontale, in modo che, nel momento in cui l’eco proviene da una struttura in movimento, disegnerà verticalmente l’andamento del movimento stesso in stretta funzione del tempo.

8 Figura 1.3 – Tracciato TM-mode1: il tracciato permette di visualizzare le escursioni sistoliche e diastoliche della valvola mitrale (freccia) e delle strutture incontrate dagli US al di sopra di esso (ventricolo destro, setto interventricolare) e al di sotto (parete posterolaterale del ventricolo sinistro).

1.5 L’immagine ecotomografica

L’immagine ecotomografica, chiamata anche B-mode (Brightness Mode), è una rappresentazione su monitor LCD degli echi ultrasonori di ritorno prodotti dal transito di US nella sezione corporea in studio1. Ogni eco viene quindi rappresentato da un punto la cui luminosità è proporzionale alla sua intensità.

Gli impulsi ultrasonori vengono inviati secondo delle linee predefinite:

- parallele l’una con l’altra così da dare all’immagine un formato rettangolare - divergenti a partire da un punto di origine: formato settoriale

- divergenti a partire da un punto non visualizzato: formato trapezoidale

Ogni formato viene prodotto a seconda delle caratteristiche del trasduttore: numero di cristalli, tipo di movimento del cristalli o del trasduttore in relazione alla superficie corporea, modalità di attivazione dei elettronica dei cristalli. Attualmente sono disponibili trasduttori biplanari, che emettono quindi US in maniera ortogonale, estremamente utili ad esempio per lo studio della prostata e delle vescicole seminali per via transrettale, ma anche trasduttori rotanti a 360° per ricostruzioni tridimensionali.

9 Figura 1.4 – Formato dell’immagina ecotomografica1. A: rettangolare. B: settoriale. C: trapezoidale. Nella parte destra sono invece riportate tre sezioni ecotomografiche del rene destro ottenute nei tre diversi formati di scansione.

1.6 Storia dell’ecografia

1.6.1 Storia degli ultrasuoni

La storia degli ultrasuoni ha inizio con la figura Lazzaro Spallanzani (1729-1799), fisiologo italiano che eseguì una serie di esperimenti al fine di spiegare come i pipistrelli possano volare di notte3. Studiando la capacità del pipistrello di vedere e sentire, Spallanzani osservò che se un pipistrello è stato accecato, è ancora in grado di volare con sicurezza attraverso lo spazio; tuttavia una volta reso sordo, anche in un orecchio solo, non è più in grado di volare in sicurezza nell'ambiente. Sulla base di questi risultati, Spallanzani ipotizzò che i pipistrelli fanno affidamento sul suono per volare, non sulla loro visione4. Nel 1938 due studenti di Harvard, Donald Griffin e Robert Galambos, coniarono la parola “ecolocalizzazione” per spiegare come i pipistrelli fossero capaci di generare suoni ad alta frequenza in grado di rimbalzare sulle superfici e quindi di ricevere e utilizzare gli echi di ritorno per calcolare la posizione esatta degli oggetti all'interno del loro ambiente4.

10 Nel 1842 è stato definito l’effetto doppler, postulato dal fisico austriaco Christian Doppler (1803-1853). Questo concetto descrive come i cambiamenti nella frequenza d'onda della luce siano responsabili della variazione del colore visibile delle stelle5. Tre anni dopo questa idea è stata applicata alle onde sonore in un esperimento eseguito dal matematico olandese C. H. D. Buys Ballot (1817-1890), che ha usato una banda musicale su un treno come fonte sonora per spiegare come il suono proveniente da una sorgente in movimento cambi a seconda di come venga sentito da un osservatore5: quando un oggetto produttore di un suono si muove verso l’ osservatore, la frequenza del suono ricevuta è superiore alla frequenza emessa; quando invece sia il produttore del suono che l'osservatore sono allo stesso punto, le frequenze emesse e ricevute sono identiche; infine nel momento in cui il produttore del suono si allontana dall’ osservatore, la frequenza ricevuta è inferiore alla frequenza emessa.

L’effetto piezoelettrico è stato scoperto e definito dai fratelli Jacques (1856-1941) e Pierre (1859-1906) Curie. Essi hanno dimostrato come i cristalli di tormalina, quarzo o topazio siano in grado di generare elettricità sotto pressione e che, una volta applicata una tensione a questi materiali cristallini, essi emettono onde pressorie6. La capacità di questi cristalli sia di generare che di ricevere onde pressorie nella gamma di frequenze megahertz ha permesso lo sviluppo delle moderne tecnologie dei trasduttori.

Nel corso degli anni gli ultrasuoni sono stati sempre più applicati alle strumentazioni tecnologiche: vi è stato ad esempio lo sviluppo del sonar da parte di Reginald Fessenden (1866-1932), ingegnere elettrico canadese, a seguito del tragico affondamento del Titanic del 19123. Anche le evoluzioni della tecnologia sottomarina che si sono verificate durante la prima e la seconda guerra mondiale4 hanno potuto sfruttare gli ultrasuoni.

1.6.2 Ultrasuoni in ambito medico

L’introduzione degli ultrasuoni in ambito medico avviene all’inizio degli anni ’60, ma solamente a partire dal 1974 la tecnologia ecografica ha subito una rapida evoluzione: vi è stato infatti il passaggio dalla scansione ecotomografica manuale alla scansione dinamica in tempo reale. Un ulteriore sviluppo tecnologico riguarda le immagini, inizialmente costituite da soli punti bianchi o neri in assenza di grigi intermedi, utilizzate ai soli fini diagnostici di differenziare masse liquide da masse solide (immagini bistabili).

11 Figura 1.5 – Immagine acquisita nel 19681; essa permetteva di visualizzare, nella testa fetale in utero, gli echi generati dalle strutture cerebrali mediane attraversate perpendicolarmente dal fascio di US. Non era possibile però misurare con precisione il diametro biparietale.

Vi è stata quindi l’introduzione di un’ampia gamma di toni di colori così da poter definire le caratteristiche ecostrutturali degli organi parenchimatosi, ma anche le componenti corpuscolari nell’ambito di rilievi liquidi (immagini con scala di grigi). Sono migliorate inoltre la focalizzazione, la risoluzione spaziale e di contrasto. Queste novità riguardanti lo sviluppo della tecnologia ecografica hanno avuto come conseguenza un aumento dei campi di applicazione, che si sono estesi progressivamente allo studio di tutti gli organi e apparati, a esclusione di quelli nascosti da strati di osso o di aria, insuperabili dagli US. Nello specifico è diventato possibile lo studio

analitico di strutture e organi superficiali, l’esplorazione per via endocavitaria e la misurazione velocimetrica dei flussi vascolari (eco Doppler). Nel 1988 è divenuto poi possibile inserire

l’informazione velocimetrica direttamente sull’immagine ecotomografica (color Doppler, power Doppler).

Nei primi anni ’90 sono state messe a punto appropriate sospensioni di microbolle, capaci di aumentare l’ecogenicità delle strutture nelle quali avviene la loro penetrazione, rappresentando quindi dei veri e propri mezzi di contrasto ecografici. Più recentemente è divenuto possibile effettuare misure dei moduli di elasticità delle strutture analizzate, sottoposte con opportune modalità ad un’adeguata e mirata compressione (elastosonografia).

Nei sistemi più moderni, particolari programmi permettono di effettuare ricostruzioni tridimensionali di sequenze di immagini ecografiche acquisite con appositi trasduttori dall’operatore. Il procedimento può essere così rapido da permettere la registrazione del movimento in tempo reale, creando vere e proprie immagini quadridimensionali (4D) nelle quali la quarta dimensione è da considerarsi come la variazione delle immagini nel tempo.

12 Figura 1.6 – In questa riproduzione, una dell’intera sequenza d’immagini acquisita nel 2014 con

apparecchiatura ESAOTE MyLab™ Twice, è possibile osservare il prodotto del concepimento in fase pretermine e simultaneamente visualizzare in tempo reale i relativi piani costitutivi1. L’attuale tecnologia permette l’acquisizione di immagini 3D in tempo reale, consentendo quindi la rappresentazione di una quarta dimensione, intesa come il movimento.

13 CAPITOLO 2 – ECOGRAFIA AD ALTISSIMA RISOLUZIONE

2.1 UHFUS

Le metodiche di imaging comunemente disponibili, come la tomografia computerizzata, la risonanza magnetica e l’ecografia con sonde convenzionali hanno il limite di fornire immagini con risoluzione nell’ordine dei millimetri7

; per questo motivo la ricerca si è orientata verso lo sviluppo di strumenti ecografici con risoluzioni microscopiche. Si parla di “ultrasound biomicroscopy” (UBM), di “high frequency ultrasound” (HFUS) e di “ultra high frequency ultrasound” (UHFUS), quando le frequenze impiegate vanno dai 30 ai 100 MHz8. Con queste tecnologie è possibile correlare le informazioni derivanti dall’immagine ultrasonografica con quelle provenienti dall’istologia9

.

Figura 2.1 – Corrispondenza tra le caratteristiche strutturali della parete dell’arteria mesenterica,

acquisita con UHFUS (in alto a sinistra), e il preparato istologico dello stesso vaso arterioso (in alto a destra)9. In particolare è evidenziato lo spessore della tonaca intima e quello della media. A seguito dell’esecuzione di esperimenti di conferma su tratti ex vivo dell’arteria mesenterica di 18 pazienti, sono state individuate correlazioni statisticamente significative tra UHFUS e l’istologia (immagini in basso)9.

14 Gli UHFUS rappresentano quindi un’importante novità7,8,10,11, tale da consentire di studiare e differenziare i tessuti sani da quelli patologici, fornendo informazioni precedentemente ottenute solamente da campioni bioptici9.

2.2 Applicazioni precliniche

 Sviluppo embriologico; studio dell’embriologia di piccoli animali. Il primo sistema ad altissima risoluzione usato per l’imaging dell’embriologia di piccoli animali risale al 2000, ed è dotato di trasduttori con frequenze di 40-55 MHz12.

Figura 2.2 – (b) Foto del sistema completo. (c) Esempio d’acquisizione in sezione

longitudinale dello sviluppo embriologico di un topo di 13 giorni che permette di vedere lo sviluppo dell’occhio (E), del ventricolo cerebrale laterale (V) e del cuore (H)12

.

 Malattie neoplastiche; monitoraggio della crescita del tumore in modelli animali e dei relativi cambiamenti dopo terapia antineoplastica, con visualizzazione della microvascolarizzazione della massa neoplastica11.

Figura 2.3 - Carcinoma del polmone in un modello murino11. Wash-in del contrasto ecografico (MB) a t=0 (a), 1 s (b), e 5 s (c).

15

 Malattie cardiovascolari; studio della progressione delle lesioni aterosclerotiche e dello spessore medio-intimale della parete arteriosa (IMT) in modelli murini.13 Nonostante il piccolo diametro del lume arterioso è possibile visualizzare la morfologia delle coronarie. Inoltre sono state effettuate misurazioni della velocità del flusso arterioso per determinare il livello di stenosi coronaria14-16.

Figura 2.4 – Una serie di immagini comparative che mostrano il sito della placca

aterosclerotica e la loro corrispettiva posizione in un preparato ex vivo13. Le linee bianche delimitano i contorni dello spessore medio-intimale della parete arteriosa (IMT).

2.3 Applicazioni cliniche

Ad oggi esistono circa 20 sistemi ad altissima risoluzione utilizzati in diversi scenari clinici sotto il controllo dell’Institutional Review Board (IRB)17

16

 Applicazioni vascolari

- Spessore medio-intimale (IMT)/misurazioni vascolari successive alla chirurgia - Studi dello spessore intimale (IT) e IMT delle arterie superficiali

- Spessore mediale (MT) e IT in pazienti con cardiopatie congenite - Aumento con l’età di IT e MT

- IMT/studi vascolari in pazienti con insufficienza renale - IMT/studi vascolari in bambini obesi

- Valutazione alterazioni della parete dell’arteria radiale a seguito delle procedure di incannulazione

- Studi sulla morfologia arteriosa e venosa

- Studio pre-angiografico della vascolarizzazione dell’arto superiore

 Neonatologia/Pediatria

- Confronto con US convenzionali nell’imaging dei nati pretermine - IMT di pazienti pediatrici durante lo sviluppo

 Urologia

- Accertamenti di infertilità maschile

- Confronto con l’ecografia convenzionale nelle operazioni di biopsia prostatica

 Altro

- Visualizzazione di strutture nervose superficiali nelle mani e nel polso - Guida ecografica nelle procedure di accesso vascolare

- Studio delle fistole arterovenose

- Studi farmacologici di donne in menopausa considerando IMT come biomarker

2.3.1 UHFUS nella prevenzione delle malattie cardiovascolari

Numerosi studi sulle applicazioni degli UHFUS hanno riguardato la caratterizzazione di parete delle arterie periferiche. Il razionale ricorrente è basato sulla correlazione tra l’IMT, lo spessore medio-intimale, e i fattori di rischio cardiovascolari8,18.

È necessario quindi introdurre il concetto di aterosclerosi, malattia vascolare cronica che coinvolge la parete dei vasi arteriosi19. Le arterie sono organizzate in tre tonache: intima, media e avventizia. Nelle arterie muscolari la tonaca intima è formata da cellule muscolari lisce, gradualmente più numerose verso il confine con la media20, la quale invece presenta una maggiore componente muscolare liscia immersa in una complessa matrice extracellulare con poche lamine elastiche20.

17 Infine la tonaca avventizia include mastociti, strutture microvascolari e fibre nervose21,22. I tre strati sono separati da tre lamine formate da elastina e collagene23. Lo sviluppo delle lesioni aterosclerotiche è un processo complesso. La teoria della “risposta alla ritenzione” ha aumentato consensi nel corso degli anni24,25: essa afferma che lo stato di iperlipidemia determina l’accumulo di lipidi nello spazio sub-intimale della parete vascolare e che la successiva formazione delle cosiddette cellule schiumose deriva dalla fagocitosi lipidica da parte dei macrofagi penetrati nella tonaca intima. In risposta alla ritenzione lipidica si ha quindi l’instaurarsi di un processo infiammatorio locale della parete vascolare, con successivo richiamo di cellule infiammatorie. Ricerche degli ultimi anni indicano che i fattori di rischio sistemici possono mantenere, prolungare e accelerare la risposta infiammatoria nella parete arteriosa, portando poi alle manifestazioni cliniche finali (es.: infarto miocardico e ictus)19,26.

Al giorno d’oggi esistono diverse metodiche di imaging per poter diagnosticare le lesioni aterosclerotiche, ma molte di queste presentano alcuni svantaggi: l’invasività (es.: ecografia intracoronarica, angiografia coronarica), l’emissione di radiazioni ionizzanti (es.: TC, PET) ma anche l’eccessivo consumo di tempo e di risorse economiche (es.: RM)20. Attualmente la metodica più utilizzata è l’ecografia, in merito allo studio dello spessore medio-intimale carotideo (cIMT). L’aumento di cIMT valutato agli US convenzionali è da considerarsi come un importante fattore di rischio, altamente predittivo di eventi CV27,28. Infatti l’accrescimento di 0.1 mm di cIMT determina l’aumento del 10-15% del rischio di ischemia miocardica27

.

Sulla base di questo concetto è subentrata la necessità di individuare il più precocemente possibile la presenza di una placca aterosclerotica, e in questo contesto è stato introdotto l’uso degli UHFUS, capaci di valutare cambiamenti minori nella parete dei vasi arteriosi29.

L’efficacia degli UHFUS nell’evidenziare la parete dei vasi arteriosi con relativi cambiamenti patologici è stata confermata in una pubblicazione del 20079, considerata uno dei principali studi di convalidazione di questa tecnologia.

18 Figura 2.5 – Acquisizione in asse lungo con sonda a 55 MHz dell’arteria radiale di un bambino di

13 anni9. È indicato il calibro del vaso (a sinistra); le due frecce bianche (a destra) indicano lo strato intimale, con quello mediale immediatamente al di sotto di esso.

In uno studio successivo, dopo aver selezionato una larga corte di pazienti con coronaropatie, è stato misurato lo spessore medio-intimale della parete dell’arteria radiale (rIMT), paragonandolo poi con il cIMT8. È stato visto che rIMT e cIMT sono similarmente correlati al rischio cardiovascolare: rIMT può rappresentare quindi un nuovo biomarker di aterosclerosi sistemica all’imaging ecografico.

19 Figura 2.6 – Acquisizioni con sonda a 55 MHz dell’arteria radiale (A e C) e delle corrispettiva

carotide comune (B e D), in due pazienti con diverso quadro aterosclerotico8. L’immagine A e l’immagine B mostrano due acquisizioni avvenute in condizione di basso rischio cardiovascolare, con rIMT (A) e cIMT (B) considerati come marker. C e D invece mostrano rispettivamente un aumento rIMT e cIMT con conseguente aumento di rischio cardiovascolare. La formazione di una placca si può inoltre vedere in D a livello della biforcazione carotidea

20 Figura 2.7 – Immagini della stessa arteria radiale acquisite con differenti trasduttori con

frequenze dagli 8 ai 55 MHz8. È evidente come i trasduttori a 55 MHz garantiscano un netto miglioramento della qualità dell’immagine, dove è possibile osservare lo strato intimale e mediale della parete del vaso.

Figura 2.8 – In questa immagine vengono mostrate tre differenti acquisizioni a 55 MHz delle

arterie radiali da tre diversi pazienti20. Il paziente A è un paziente sano, mentre sia il paziente B che il paziente C hanno sofferto di ischemia miocardica. Nel paziente B è possibile vedere l’aumento dello spessore medio-intimale, mentre il paziente C si trova in una situazione più grave dato che presenta la formazione di placche.

21 2.3.2 UHFUS in anestesia

Un altro campo di applicazione degli UHFUS è quello anestesiologico, in ambito pediatrico neonatale. In letteratura è presente una importante pubblicazione del 2013 che affronta uno studio portato avanti dal Seattle Children Hospital30. Esso si basa sull’imaging dei vasi periferici, in funzione della possibilità di applicare l’ago cannula in vasi di piccolissimo calibro, come preparazione all’intervento chirurgico. L’incannulazione di piccole arterie e vene in pazienti in età evolutiva è infatti un procedimento molto impegnativo e gran parte della difficoltà della procedura è dovuta a molti fattori, primo fra tutti il piccolo calibro delle strutture vascolari. Inoltre ripetuti tentativi di accesso vascolare nello stesso paziente aumentano le possibilità che si verifichino complicanze nel sito di accesso. Nonostante l’utilizzo della guida ecografica sia normalmente effettuato nell’incannulazione di vasi centrali, esso è usato meno comunemente per quanto riguarda l’accesso delle arterie periferiche, come le arterie del polso che presentano un diametro inferiore ai 2 mm. Gli ecografi portatili convenzionali usati nella pratica clinica anestesiologica sono dotati di sonde fino a 15 MHz con una risoluzione di 300 µm30, inadatta ad effettuare una ottimale incannulazione US-guidata dei vasi periferici. Per venire incontro a questi problemi sono stati sviluppati strumenti ecografici ad altissima risoluzione: in particolar modo VisualSonics (Toronto, Canada) ha rilasciato sul mercato Vevo® 2100, dotato di sonde che raggiungono frequenze fino a 50 MHz, con una profondità di penetrazione di 10 mm e con una risoluzione di 30 µm.

Figura 2.9 – Acquisizione in asse corto con sonda da 50 MHz dell’arteria radiale in un bambino

22 Figura 2.10 – Acquisizione in asse lungo con sonda da 50 MHz dell’arteria radiale di neonato di 2

settimane di 3.9 Kg di peso30.

Rispetto agli US convenzionali, gli UHFUS eccellono nella visualizzazione della microanatomia superficiale in un range dimensionale submillimetrico. Ciò consente con un enorme dettaglio la visualizzazione della punta dell’ago, del filo guida e della parete anteriore dell’arteria, controllando in maniera dettagliata la procedura di cateterizzazione dell’arteria.

Figura 2.11 – Acquisizione in asse lungo con sonda da 50 MHz della punta dell’ago che penetra in

23 Figura 2.12 – Acquisizione in asse lungo con sonda da 50 MHz del filo guida in arteria radiale in

un lattante di 4 mesi di 7.2 Kg di peso30.

Eventuali svantaggi di questa procedura sono legati al maggior ingrandimento fornito dal sistema, che determina una diminuzione del campo di vista (con i 50 MHz ha una dimensione solamente di 1x1 cm30). Nonostante questa caratteristica, il campo di vista raggiunto con la sonda da 50 MHz è considerato ottimale per l’accesso dell’arteria radiale30

.

In conclusione, l’utilizzo degli UHFUS è da considerarsi come una valida opzione per l’incannulazione arteriosa, specialmente in pazienti pediatrici dove l’accesso “alla cieca” o il supporto di US convenzionali si dimostrano meno efficaci.

24 Figura 2.13 – Accesso vascolare con il supporto di Vevo 210030.

Gli UHFUS hanno permesso inoltre di documentare con grande dettaglio lo spasmo dell’arteria radiale31. Durante uno studio di fattibilità nel quale sono state utilizzate sonde ecografiche a 50 MHz per guidare l’accesso vascolare in pazienti pediatrici, si è potuto infatti visualizzare uno spasmo arterioso: il diametro del vaso è passato dai 2.1 mm ai 0.4 mm successivi, rendendo impossibile l’avanzamento del filo-guida, il cui calibro era di 0.38 mm. Dal punto di vista fisiopatologico l’arteria radiale presenta un’altissima densità di recettori α1 adrenergici ed è maggiormente suscettibile allo spasmo rispetto ad altri vasi arteriosi32. Tale fenomeno richiede la somministrazione di un vasodilatatore, come la nitroglicerina o il verapamil33. Tuttavia se lo spasmo avviene prima del passaggio del filo guida, la successiva incannulazione risulta difficoltosa da effettuare. In queste condizioni si può scegliere un nuovo sito di accesso, attendere che si risolva lo spasmo (se l’accesso radiale è estremamente necessario) oppure effettuare un trattamento: le

25 opzioni disponibili includono la somministrazione subcutanea periarteriosa di nitroglicerina o quella di un vasodilatatore per via sistemica (con il rischio d’insorgenza d’ipotensione)34.

Figura 2.14 – Acquisizione in asse corto con sonda da 50 MHz dell’arteria radiale di un paziente

di 8 mesi31. Notare il cambiamento del diametro luminale dell’arteria prima dell’accesso (A) e dopo (B). È possibile inoltre vedere lo spessore medio-intimale del vaso arterioso.

La rivista “What’s new in regional anaesthesia?” ha recensito nel 2014 il sistema Vevo 210035, trattando la capacità del sistema di visualizzazione i nervi periferici, per poter vedere la loro architettura, controllando la punta dell’ago durante diverse procedure interventistiche.

26 Figura 2.15 – Acquisizione del nervo mediano con trasduttori da 50 MHz35; notare l’aumento della risoluzione dell’architettura del nervo.

2.3.3 UHFUS in oftalmologia

L’imaging oculare rappresenta una delle prime applicazioni cliniche degli UHFUS. All’inizio degli anni ’90 è stato sviluppato il primo sistema, dotato di sonde con frequenze dai 40 ai 100 MHz e capace di ottenere una risoluzione dai 20 ai 60 µm con una profondità di penetrazione di 4 mm36. In questo ambito le alte risoluzioni permettono di apprezzare microscopici dettagli strutturali non visibili all’imaging convenzionale: è possibile parlare quindi di “ultrasound biomicroscopy”37

(UBM). L’UBM è applicata soprattutto nello studio delle regioni del segmento anteriore che non possono essere viste con i normali strumenti ottici, chiarendo la patogenesi di molte malattie oculari37. Le principali applicazioni riguardano la diagnosi di glaucoma, delle neoplasie del segmento anteriore, delle malattie della cornea e della sclera e la valutazione del cristallino. La figura 2.18 mostra un’acquisizione con UBM a 60 MHz del segmento anteriore dell’occhio: l’immagine presenta un campo di vista di 8 mm x 8 mm con una risoluzione di 50 µm.

27 Figura 2.18 – UBM dell’occhio a 60 MHz7. (a) Strutture del segmento anteriore: cristallino (L), cornea (C), sclera (S), iride (I), corpo ciliare (CB), e zonula (Z). (b) Processi ciliari che si portano verso il cristallino. (c) Distacco del corpo ciliare con formazione di un versamento sopraciliare.

 Glaucoma; l’UBM ha documentato la patogenesi della sindrome da iride a plateau38, della sindrome da dispersione di pigmento38-40, del glaucoma acuto da blocco pupillare41 del glaucoma maligno42. Inoltre è stata utilizzata nel monitoraggio post-operatorio dell’intervento di trabeculectomia, figura 2.19.

Figura 2.19 – (a) Glaucoma da blocco pupillare7: l’aumento della pressione nella camera

posteriore determina lo spostamento in avanti dell’iride (freccia bianca). (b) Acquisizione post-trabeculectomia.

28

 Melanoma uveale; i tumori del segmento anteriore sono facilmente riconoscibili come lesioni che alterano la normale conformazione dell’occhio, figura 2.20. UBM permette la visualizzazione del melanoma uveale, precisamente a livello dell’iride, del corpo ciliare e della coroide43-45; è possibile visualizzare l’estensione geometrica delle lesioni e l’interessamento delle strutture adiacenti.

Figura 2.20 – UBM di un melanoma uveale7. (a) Melanoma dell’iride (T) con estensione

verso il corpo ciliare (CB); (b) Melanoma dell’iride (T) e cisti del corpo ciliare (Cy); (c) melanoma del corpo ciliare di aspetto eterogeneo; (d) scansione assiale attraverso la linea tratteggiata presente in c.

A causa della forte attenuazione del fascio di US, l’UBM oculare può essere applicata solamente per studiare strutture fino a una profondità di 5 mm46. Nonostante questa limitazione, essa ha portato un contributo significativo nei trattamenti conservativi (come l’irradiazione protonica46

29

 Ulteriori applicazioni; l’UBM è stata utilizzata nella visualizzazione delle patologie della cornea, in particolare la distrofia corneale granulare e le eventuali abrasioni corneali7. Inoltre permette una dettagliata valutazione corneale nel post-operatorio, come nel caso del trattamento laser dell’epitelio corneale. Nella figura 2.21 è possibile vedere l’effetto dell’ablazione laser, con l’assottigliamento dell’epitelio e la perdita della membrana di Bowman. Esistono applicazioni anche per quanto riguarda le patologie della sclera48,49, riguardanti la diagnosi differenziale tra scleriti ed episcleriti, con il controllo della loro progressione.

Figura 2.21 – UBM della cornea a seguito della chirurgia fotorefrattiva7. (a) Immagine della cornea vista con lampada a fessura. (b) Acquisizione della cornea dove è possibile vedere l’ablazione dell’epitelio e la distruzione della membrana di Bowman.

Per lo studio del segmento posteriore sono disponibili UHFUS (20-30 MHz) con una profondità di penetrazione di circa 10 mm50. Essi sono utilizzati per la visualizzazione della retina e della coroide.

30 Figura 2.22 – Confronto di tre acquisizioni del polo posteriore dell’occhio a tre differenti

frequenze, 10 MHz (in altro a sinistra), 15 MHz (in alto a destra) e 20 MHz (in basso)51. Notare come con i 20 MHz la visualizzazione della retina, della coroide e degli strati della cornea sia nettamente migliore.

Figura 2.23 – Confronto tra l’acquisizione ecografica a 20 MHz e il preparato istologico51. Lo strato retinico con ridotto potere riflettente potrebbe corrispondere allo strato dei fotorecettori51. È indicato lo spessore di retina, coroide e sclera.

31 CAPITOLO 3 – VEVO MD

3.1 Presentazione di Vevo MD

I sistemi ecografici convenzionali consentono di studiare in maniera ottimale i tessuti corporei, riuscendo a visualizzare anche strutture situate in profondità. Con lo sviluppo degli UHFUS è stata raggiunta la possibilità di studiare circa il 30% in più delle strutture corporee finora viste con i normali US, grazie alla visualizzazione di tutti quei dettagli compresi nei primi 3 cm17. Nel 2016 VisualSonics (Toronto, Canada) del gruppo FUJIFILM ha reso disponibile Vevo® MD, il primo sistema di imaging a ultrasuoni ad altissima frequenza (fino a 70 MHz) per uso clinico. Il sistema è stato acquisito dal Dipartimento di Ricerca Traslazionale e delle Nuove Tecnologie in Medicina e Chirurgia, grazie al “Bando Grandi Attrezzature 2016” ed è in grado di visualizzare ad alta risoluzione quelle strutture anatomiche di piccole dimensioni che con le frequenze convenzionali (fino a 15 MHz) non è possibile apprezzare.

Figura 3.1 – Acquisizioni con sonda UHF48 (46 MHz) del nervo grande auricolare (GAN), con

relativa diramazione parotidea.

È necessario sottolineare come la risoluzione d’immagine e la frequenza ultrasonografica siano strettamente correlate: alla frequenza di 70 MHz è possibile ottenere una risoluzione di 30 µm (il diametro di un capello umano varia tra i 50 e i 100 µm)17, permettendo di raggiungere profondità

32 fino ai 10.0 mm; per poter visualizzare strutture situate più a fondo è necessario quindi diminuire la risoluzione. Come è possibile osservare nella tabella 3.1, con l’aumento della frequenza si ottiene una miglior risoluzione, a scapito però della profondità di penetrazione del fascio. Vi è quindi una correlazione tra risoluzione e profondità di penetrazione, il che è comunque un concetto fondamentale in qualsiasi sistema di US.

70 MHz 46 MHz 22 MHz

30 µm 50 µm 100 µm

10.0 mm 23.5 mm 38.4 mm

Tabella 3.1 – UHFUS: risoluzione e profondità di penetrazione del fascio di US alle rispettive

frequenze17.

Inoltre la scala degli US nelle immagini UHF è in millimetri, da non confondere con i cm degli altri sistemi: si tratta di una delle principali differenze con le immagini ecografiche convenzionali. L’altissima risoluzione diminuisce quindi il campo di vista dell’osservatore, che riesce sì a studiare nel dettaglio la struttura in esame ma ha una visione limitata dei rapporti con i tessuti circostanti della struttura stessa.

In figura 3.2, 3.3, 3.4, 3.5, 3.6, 3.7 è possibile apprezzare le potenzialità del sistema Vevo MD relative alla risoluzione d’immagine.

Figura 3.2 – UHFUS: valvola venosa a nido di rondine17; è possibile osservare il corretto funzionamento dell’apparato valvolare che impedisce il reflusso sanguigno nel sistema venoso.

33 Figura 3.3 – UHFUS: acquisizione dell’impronta digitale17; è possibile vedere la traccia lasciata dai dermatoglifi dell’ultima falange di un dito della mano.

Figura 3.4 – UHFUS: acquisizione di follicoli piliferi17; è possibile vedere i tre strati dell’apparato tegumentario (epidermide, derma e tessuto sottocutaneo). Le formazioni ipoecogene all’interno del derma sono i follicoli piliferi.

34 Figura 3.5 – UHFUS: acquisizione della colonna vertebrale17. Si possono visualizzare il midollo spinale con lo spazio subdurale.

Figura 3.6 – UHFUS: acquisizione di un linfonodo inguinale17. È possibile vedere i bordi che lo delimitano dai tessuti circostanti ma anche la presenza alcune strutture interne.

35 Figura 3.7– Paragone tra due acquisizioni del nervo mediano al livello del polso della mano: la

prima, sulla sinistra, con sonde convenzionali dai 6 ai 15 MHz, la seconda, sulla destra, con la sonda a 70 MHz (UHF70) di Vevo MD17; nella seconda acquisizione è possibile vedere i fasci di fibre nervose, ognuna delle quali con un diametro di 1 mm, che decorrono nella struttura del nervo. Le dimensioni in scansione assiale del nervo mediano sono paragonabili a quelle di un chicco di riso.

36 3.2 Caratteristiche tecniche

Figura 3.8 – Sistema Vevo MD, situato presso l’Unità Operativa di Dermatologia dell’AOUP,

nella struttura dell’ospedale Santa Chiara.

In figura 3.8 è possibile vedere il sistema. Esso è alimentato da una tecnologia Vevo HD, una composizione di algoritmi per la riduzione degli speckle recentemente migliorata. Sono presenti un monitor LCD a 19 pollici e un pannello touch screen, che permette la gestione delle acquisizioni eseguite sul paziente in esame: è possibile infatti eseguire zoom in tempo reale per poter apprezzare tutte quelle strutture di dimensioni nell’ordine dei µm. Il sistema è abilitato con B-Mode, M-Mode e color Doppler.

37 Software B-Mode  M-Mode  Color Doppler  Trasduttori

Modelli disponibili UHF22 (22 MHz)

UHF48 (46 MHz) UHF70 (70 MHz) Image processing (Vevo HD)

Riduzione degli speckle 

Spatial Compounding 

Tabella 3.2 – Caratteristiche Vevo MD17.

Per quanto riguarda i trasduttori, il sistema è dotato di 3 sonde: UFH70, UHF48 e UHF22.

Figura 3.9 - Trasduttori di Vevo MD: UHF70, UHF48, UHF2217.

UHF22 ha una frequenza che va dai 10 ai 22 MHz, per passare poi UHF48 e UHF70. Quest’ultimo è il trasduttore con la risoluzione più alta, di 30 µm. Esso permette di raggiungere una profondità d’immagine di 10 mm, mentre per andare più in profondità è necessario usare la sonda UHF22 che determina il raggiungimento di quasi 4 cm.

38 Modello Frequenza

(MHz)

Performace Caratteristiche specifiche

dell’immagine Risoluzione assiale Risoluzione laterale Massima lunghezza d’immagine Massima profondità d’immagine Profondità focale UHF70 29-71 30 µm 65 µm 9.7 mm 10.0 mm 5 mm UHF48 20-46 50 µm 110 µm 15.4 mm 23.5 mm 9 mm UHF22 10-22 100 µm 220 µm 32.0 mm 38.4 mm 18 mm Tabella 3.3 - Specifiche tecniche dei tre trasduttori di Vevo MD17.

3.3 Applicazioni cliniche di Vevo MD

Le applicazioni cliniche di Vevo MD sono numerose, destinate ad incrementare, grazie all’aumento degli studi e alla diffusione dell’ecografo nei vari reparti ospedalieri.

NEONATOLOGIA E PEDIATRIA VASI SANGUIGNI PICCOLE PARTI DERMATOLOGIA MSK CHIRURGIA (FUTURO)

Vasi sanguigni Arteria radiale Nervi Strati della cute Articolazioni superficiali

Colonna vertebrale Linfonodi Valvole venose Tiroide e

altre ghiandole

Melanoma Tendini e pulegge

Neurochirurgia

Addome Valutazione IMT Linfonodi Lipomi Menischi mediali

Chirurgia a cuore aperto Colonna vertebrale Vascolarizzazione

periferica

Apparato riproduttivo maschile

Follicoli piliferi Tunnel carpali e tarsali Chirurgia addominale Fianchi e articolazioni Caratteristiche del flusso sanguigno Lesioni cutanee e ecchimosi Colonna vertebrale di neonati Altri ? Identificazione di corpi estranei

39 3.3.1 Caratterizzazione della parete arteriosa in pazienti affetti da vasculiti sistemiche e da fenomeno di Raynaud

Vasculiti sistemiche

Le vasculiti sistemiche sono infiammazioni della parete dei vasi sanguigni determinanti stenosi o occlusioni vascolari, con vari gradi di necrosi fibrinoide della media e di infiltrazione infiammatoria, principalmente neutrofila ma anche granulomatosa52. Esse sono classificate in base alla loro presentazione clinica, alle loro caratteristiche istologiche e alle dimensioni dei vasi principalmente colpiti. Possono essere distinte in necrotizzanti e non necrotizzanti52. Le prime presentano necrosi fibrinoide a livello della tonaca media con infiltrazione infiammatoria endoteliale e reazione infiammatoria dell’avventizia, caratteristiche frequentemente associate a trombosi del lume. Le seconde invece mostrano l’infiltrazione di macrofagi e la distruzione della lamina elastica interna (struttura separante la tonaca intima dalla media). Infine vi sono le vasculiti leucocitoclastiche, caratterizzate dall’assenza di necrosi fibrinoide e dell’infiltrato macrofagico. La maggior parte delle classificazioni delle vasculiti prende in considerazioni sia i parametri clinici che istologici. Le principali sono due: la classificazione dell’American College of Rheumatology (ACR) e la classificazione di Chapel Hill del 1994, revisionata poi dalle classificazioni ACR53-55. Queste ultime esprimono il concetto di danno vascolare in sedi preferenziali, in relazione al calibro dei vasi arteriosi. Possono essere interessati:

 Vasi di grosso calibro: aorta e branche vascolari maggiori dirette verso i distretti corporei maggiori (estremità, testa e collo).

 Vasi di medio calibro: vasi viscerali maggiori (arterie renali, arterie mesenteriche e coronarie).

 Vasi di piccolo calibro: capillari, venule e arteriole provenienti da arterie parenchimali distali.

L’imaging vascolare rappresenta uno step obbligato nell’approccio diagnostico e nel monitoraggio del trattamento delle vasculiti56,57. Esso offre la possibilità di una visualizzazione precoce delle alterazioni della struttura vascolare. Permette di rilevare complicanze (es.: stenosi, occlusioni e aneurismi) e di determinare l’estensione della patologia. Inoltre grazie ad esso è possibile individuare il sito corretto per effettuare una procedura bioptica. Tuttavia l’imaging vascolare non è una metodica ad alta specificità; pertanto deve essere affiancata agli esami clinici e di laboratorio. Attualmente sono disponibili diverse modalità di imaging, ognuna con una specifica indicazione:

 Imaging invasivo, principalmente angiografia a sottrazione digitale (DSA): fornisce informazioni del lume vascolare ed è utile nelle procedure d’interventistica vascolare58.

 Imaging non invasivo: ecocolordoppler, TC, RM, angio TC e angio RM. Queste metodiche acquisiscono immagini della parete vascolare (ispessimenti e calcificazioni) e del lume

40 (stenosi, ectasie e trombosi), anche quando quest’ultimo appare inalterato a seguito dell’angiografia58,59

.

 Metodiche di medicina nucleare come la PET con fluorodedossiglucosio (FDG-PET) affiancata o meno alla TC: fornisce informazioni sulla parete vascolare. È stato dimostrato che rispetto alle altre metodiche essa permette una diagnosi precoce, consentendo quindi di anticipare il trattamento58,59.

Tali metodiche svolgono quindi un ruolo centrale nella diagnosi delle vasculiti dei vasi di grosso e medio calibro. Per quanto riguarda quelle interessanti i vasi di piccolo calibro (SVV), come ad esempio la tromboangioite obliterante e la granulomatosi di Wegener, esse hanno minor utilità52, dato che non sono in grado di individuare direttamente le alterazioni patologiche dei vasi sanguigni, ma possono rilevare i danni tissutali circostanti derivanti dal processo infiammatorio. Le arterie digitali della mano e del piede costituiscono le arterie di calibro più piccolo adiacenti al microcircolo periferico. Tali arterie, avendo un calibro di poco superiore al mm, sono visualizzate e studiate con difficoltà dalle metodiche ecografiche convenzionali (con frequenze dai 7.5 MHz ai 15 MHz)60.

Figura 3.10 – Acquisizioni con US convenzionali60 dell’arteria digitale ulnare, terzo dito destro (B), e radiale, secondo dito destro (D), di due pazienti affetti da granulomatosi di Wegener. La limitata risoluzione non permette di visualizzare e di misurare gli spessori degli strati delle pareti arteriose.

Fenomeno di Raynaud

Il fenomeno di Raynaud è caratterizzato dalla comparsa di episodi di ischemia digitale con una precisa sequenza di manifestazioni cliniche: pallore, cianosi e arrossamento della cute, dopo esposizione al freddo seguita da riscaldamento. In alcuni casi anche stress emotivi possono determinare l’insorgenza di questi episodi. Le modificazioni del colorito cutaneo interessano

41 esclusivamente le dita delle mani o dei piedi; solitamente si osserva il pallore di uno o più dita quando il paziente si trova in un ambiente freddo o quando tocca un oggetto di bassa temperatura. Il pallore corrisponde alla fase ischemica del fenomeno, successiva al vasospasmo delle arterie digitali: durante la fase ischemica si verifica una dilatazione venulare e capillare, con comparsa di cianosi a causa della presenza di sangue scarsamente ossigenato. A questi fenomeni si possono associare sensazione di freddo, perdita di sensibilità e parestesie digitali. A seguito del riscaldamento dell’arto si verifica la risoluzione del vasospasmo digitale, con un notevole aumento del flusso a livello delle arteriole e dei capillari dilatati: si parla di “iperemia reattiva”, responsabile del marcato arrossamento cutaneo. Oltre all’arrossamento e alla sensazione di calore il paziente può lamentare una sintomatologia algica a livello delle dita. La sequenza trifasica appena descritta è tipica del fenomeno di Raynaud, ma in alcuni casi si verificano solo pallore e cianosi (può anche comparire unicamente cianosi).

In relazione all’ipotesi proposta da Raynaud, i fenomeni di ischemia digitale secondaria all’esposizione al freddo sarebbero espressione di un’esagerata vasocostrizione simpatica riflessa. A conferma di tale ipotesi vi è il fatto che la somministrazione di farmaci antiadrenergici riduce la frequenza e la gravità della sintomatologia61. Un’ulteriore ipotesi afferma che nei pazienti affetti vi sia una maggiore sensibilità dei vasi digitali al freddo o ai normali stimoli simpatici; è inoltre possibile che la normale vasocostrizione si venga a sovrapporre ad una vasculopatia locale, oppure che si verifichi un’iperattività ai neuroeffettori adrenergici.

Per quanto riguarda le manifestazioni relative al fenomeno di Raynaud, è possibile distinguere una forma idiopatica (malattia di Raynaud) e una forma secondaria ad altre condizioni patologiche o a fattori vasospastici riconosciuti61,62.

CLASSIFICAZIONE DEL FENOMEDO DI RAYNAUD Forme idiopatiche o primitive

Malattia di Raynaud

Forme secondarie

Vasculopatie da malattie del collagene: sclerodermia, lupus eritematoso sistemico, artrite reumatoide, dermatomiosite, polimiosite

Arteriopatie occlusive: aterosclerosi obliterante, tromboangioite obliterante, occlusione arteriosa acuta, sindrome dell’outlet toracico

Ipertensione polmonare

Disturbi neurologici: malattia dei dischi intervertebrali, siringomielia, tumori del midollo spinale, ictus, poliomielite, sindrome del tunnel carpale

Discrasie ematiche: agglutinine a freddo, crioglobulinemia, criofibrinogenemia, patologie mieloproliferative, macroglobulinemia di Waldenstrom

Eventi traumatici: lesioni da vibrazioni, folgorazioni, congelamento

Terapia farmacologica: derivati dell’ergotamina, metisergide, β-bloccanti, bleomicina, vinblastina, cisplatino

42 Obiettivi dello studio

Vevo MD è stato utilizzato nello studio ultrasonografico delle arterie di piccolo calibro dell’estremità della mano. L’obiettivo di questa applicazione è quello di valutare la presenza di qualsiasi anormalità o cambiamento patologico di tali arterie in pazienti affetti da vasculiti e da fenomeno di Raynaud. Queste alterazioni potrebbero infatti essere utili nella diagnosi e nel follow-up di tali pazienti.

L’utilizzo degli UHFUS consente quindi di effettuare una caratterizzazione ecografica delle arterie digitali; in particolare permette di:

• Misurare il diametro assiale in B-mode • Individuare e caratterizzare IMT in B-mode

• Valutare la pervietà vasale per mezzo del color Doppler

• Valutare il calibro vasale in presenza di alterazioni trofiche, in relazione al volume tissutale

Materiali e metodi

Lo studio, iniziato a maggio del 2016, è stato effettuato presso l’U.O. di Dermatologia dell’Azienda Ospedaliera Universitaria Pisana (AOUP), nella struttura dell’Ospedale Santa Chiara. Sono stati selezionati 15 pazienti con multiple comorbidità provenienti dalle U.O. di Immuno-Allergologia, tutti accumunati dalla presenza di fenomeno di Raynaud:

PATOLOGIA Paziente 1 Crioglobulinemia/HIV

Paziente 2 Sclerosi Sistemica/Interstiziopatia polmonare

Paziente 3 Crioglobulinemia/Diabete di tipo II/Obesità di I grado/Ipertensione arteriosa

Paziente 4 Lupus eritematoso sistemico/Sindrome di Sjogren/Macroglubulinemia di Waldenstrom

Paziente 5 Granulomatosi di Wegener/Dislipidemia

Paziente 6 Sclerosi Sistemica/Sindrome di Sjogren secondaria

Paziente 7 Sclerosi Sistemica/Interstiziopatia polmonare/Pericardite

Paziente 8 Dermatomiosite/Epatite C

Paziente 9 Lupus eritematoso sistemico/Dislipidemia/Iperuricemia/Ipertensione arteriosa

Paziente 10 Dermatomiosite/Splenomegalia da trombosi v. mesenterica superiore/Ipertensione portale

Paziente 11 Vasculite ANCA

Paziente 12 Sclerosi Sistemica/Displipidemia/Ipertensione arteriosa/Ipertensione polmonare

Paziente 13 Sclerosi Sistemica/Interstiziopatia polmonare/Infarto miocardico acuto

Paziente 14 Malattia di Behçet/Sindrome di Sjogren/Anemia da deficit di B12 Paziente 15 Sclerosi Sistemica/Sindrome di Sjogren secondaria/Interstiziopatia

43 Gli esami sono stati effettuati con sonda da 70 MHz (UHF70) di Vevo MD; sono state effettuate scansioni in asse coronale. I risultati relativi ai pazienti selezionati sono stati poi paragonati con quelli provenienti da un gruppo di controllo.

Il protocollo prevedeva multiple scansioni ecografiche delle arterie interdigitali radiali e ulnari di entrambe le mani in modo da valutare la pervietà vascolare; inoltre sono state fatte acquisizioni mirate longitudinali a livello delle arterie interdigitali radiali e ulnari del II,III e IV raggio a livello della prima falange. In entrambi i gruppi è stata valutata la pervietà delle arterie e sulle immagini mirate sono state compiute ripetute misurazioni dello spessore intimale (int), medio-intimale (imt) e totale di parete (tot) di ciascuna arteria digitale. Inoltre sono stati quantificati i tre calibri di ciascun vaso: il primo relativo al lume vero, il secondo comprensivo di tonaca intima e media, e il terzo comprensivo di tonaca intima, media e avventizia (LV, LIM, LAM). Le misurazioni, effettuate mediante il software Horos®, sono state raccolte su Microsoft Excel®, per poi essere confrontate con quelle ottenute dal gruppo di controllo.

Figura 3.11 – Acquisizione dell’arteria digitale ulnare del terzo dito, a livello della prima falange

della mano sinistra. Grazie agli UHFUS è possibile visualizzare l’arteria e il relativo lume arterioso, che in questo caso si presenta pervio. Inoltre si può misurare sia lo spessore di ciascuna tonaca della parete del vaso arterioso, che i 3 calibri (LV, LIM, LAM).

44 Figura 3.12 – Esempio di misurazioni della parete dell’arteria digitale ulnare, prima falange, del

terzo dito della mano destra: confronto tra un controllo sano e un paziente affetto da sclerosi sistemica.

Risultati:

I diversi parametri sono stati analizzati singolarmente cercando di evidenziare differenze nei due gruppi.

45 Per quanto riguarda lo spessore intimale, i valori medi per soggetto ottenuti (espressi in µm) sono illustrati in tabella 3.7.

PAT d2r1int d2u1int d3r1int d3u1int d4r1int d4u1int s2r1int s2u1int s3r1int s3u1int s4r1int s4u1int paz 1 Crioglobulinemia 42.86 101.29 65.29 61.57 78.14 88.00 32.60 60.20 45.30 64.90 67.90 54.10 paz 2 Sclerosi Sistemica 62.29 79.00 69.71 69.86 62.00 62.75 76.50 58.50 49.83 64.29 paz 3 Crioglobulinemia 35.14 58.71 134.71 50.29 61.00 58.57 51.29 59.14 70.00 58.14 56.43 42.43 paz 4 LES 75.35 66.61 57.70 46.50 58.13 42.88 39.51 64.96 59.04 68.30 54.51 55.60 paz 5 Gran. di Wegener 48.83 60.86 186.83 64.50 58.00 55.71 50.00 89.00 62.50 53.67 82.17 52.50 paz 6 Sclerosi Sistemica 24.80 48.20 38.60 38.00 41.80 50.60 60.60 101.60 52.20 75.00 76.20 54.20 paz 7 Sclerosi Sistemica 52.60 46.40 61.00 59.20 29.20 65.80 43.80 71.20 33.40 56.00 46.20 35.00 paz 8 Dermatomiosite 70.40 48.20 66.60 37.20 71.00 46.80 71.00 90.60 66.20 98.20 73.20 97.20 paz 9 LES 36.80 66.00 63.40 62.40 64.60 87.40 65.40 44.60 77.40 61.40 66.80 60.00 paz 10 Dermatomiosite 67.20 36.40 53.60 59.00 62.60 48.40 32.60 50.40 45.80 55.80 44.80 42.00 paz 11 Vasculite ANCA 52.60 43.00 62.60 52.20 63.00 43.00 65.40 42.20 56.40 67.40 49.40 49.60 paz 12 Sclerosi Sistemica 47.80 29.80 90.40 79.60 61.60 64.20 72.60 33.20 65.80 27.80 52.80 22.20 paz 13 Sclerosi Sistemica 48.00 34.00 63.20 64.80 47.80 58.40 119.00 56.80 66.00 46.60 70.40 94.80 paz 14 Mal. di Behçet 29.80 72.60 32.20 60.80 39.80 71.00 75.80 33.20 48.80 67.20 59.80 68.80 paz 15 Sclerosi Sistemica 70.40 42.00 32.00 32.00 40.4 48.80 60.60 74.40 43.20 46.80 39.00 63.80 c 1 Controllo 57.29 62.86 64.40 70.14 58.14 48.14 32.60 60.20 45.30 64.90 67.90 54.10 c 2 Controllo 41.67 48.67 46.67 33.67 31.83 40.33 32.20 41.00 42.30 39.80 30.20 37.50 c 3 Controllo 48.83 66.60 57.60 48.00 63.20 62.40 32.60 60.20 45.30 64.90 67.90 54.10 c 4 Controllo 40.40 48.60 45.20 52.80 34.40 38.60 43.00 42.20 52.80 32.20 42.20 39.20 c 5 Controllo 42.40 38.40 60.80 47.00 58.40 44.20 47.00 55.00 37.60 49.40 60.80 54.20 c 6 Controllo 59.00 64.60 52.40 71.00 63.40 65.20 58.40 64.40 44.80 58.80 49.40 48.60 c 7 Controllo 48.83 51.20 37.20 67.80 39.00 78.60 32.20 60.20 61.20 67.80 48.40 45.60 Tabella 3.7

46 Facendo una media dei valori ottenuti a livello di ogni segmento e comparando i pazienti con fenomeno di Raynaud ai controlli, si nota che nella maggior parte dei casi il risultato ottenuto nel primo gruppo risulta maggiore.

Figura 3.13

Nel 66% dei pazienti il valore intimale superava i 50 μm mentre nei controlli ciò accadeva nel 46% dei casi.

47 Per quanto riguarda lo spessore medio-intimale, i valori medi per soggetto ottenuti (espressi in µm) sono illustrati in tabella 3.8.

PAT d2r1imt d2u1imt d3r1imt d3u1imt d4r1imt d4u1imt s2r1imt s2u1imt s3r1imt s3u1imt s4r1imt s4u1imt paz 1 Crioglobulinemia 93.43 210.43 222.71 236.43 242.14 184.14 71.70 125.20 112.00 133.90 169.10 115.10 paz 2 Sclerosi Sistemica 197.86 187.40 182.29 173.71 167.57 152.50 134.50 126.00 116.83 128.14 paz 3 Crioglobulinemia 73.43 153.57 193.43 128.43 158.00 144.14 121.43 146.86 206.00 158.29 161.43 108.57 paz 4 LES 120.34 135.70 141.20 93.86 106.40 102.55 75.59 99.16 114.77 124.40 101.16 99.35 paz 5 Gran. di Wegener 112.33 168.29 285.83 125.00 166.29 147.29 109.17 204.33 171.50 129.00 201.00 115.83 paz 6 Sclerosi Sistemica 83.80 127.00 174.60 166.20 82.60 243.80 179.80 176.60 177.60 139.00 203.40 131.60 paz 7 Sclerosi Sistemica 104.80 97.00 163.80 156.60 256.60 114.00 92.80 153.80 117.40 120.40 209.60 159.80 paz 8 Dermatomiosite 141.80 155.80 159.00 172.20 162.60 87.00 207.40 172.40 180.00 286.60 121.00 181.20 paz 9 LES 139.00 101.40 142.60 114.40 99.40 137.20 141.60 108.60 109.80 114.60 184.60 80.20 paz 10 Dermatomiosite 114.60 110.40 81.00 94.60 123.80 111.40 63.00 104.40 107.60 109.20 139.20 95.20 paz 11 Vasculite ANCA 120.80 145.20 112.80 115.80 132.80 99.20 120.40 121.80 103.00 108.00 121.40 122.00 paz 12 Sclerosi Sistemica 98.40 60.80 139.80 205.00 110.40 132.00 179.40 63.60 123.20 58.00 117.20 47.20 paz 13 Sclerosi Sistemica 138.20 87.60 126.40 124.80 119.00 118.40 187.80 139.00 131.00 94.00 115.20 132.20 paz 14 Mal. di Behçet 88.60 113.00 74.80 107.20 123.00 128.60 140.00 120.60 145.80 121.40 110.20 124.60 paz 15 Sclerosi Sistemica 129.80 237.00 111.80 117.80 104.2 101.00 117.40 276.80 93.00 77.60 138.80 152.80 c 1 Controllo 148.00 170.29 164.20 195.71 161.86 137.14 71.70 125.20 112.00 133.90 169.10 115.10 c 2 Controllo 110.83 124.83 105.17 92.00 86.83 103.00 67.50 150.10 140.60 125.60 130.20 116.20 c 3 Controllo 112.33 165.20 117.60 146.20 157.20 102.20 71.70 125.20 112.00 133.90 169.10 115.10 c 4 Controllo 76.80 89.20 85.40 110.80 68.40 80.60 122.60 86.00 87.00 82.40 105.20 103.60 c 5 Controllo 97.40 118.80 101.20 114.20 113.00 128.60 121.80 93.80 85.80 146.40 109.00 107.40 c 6 Controllo 151.60 142.40 112.40 132.00 150.20 254.80 106.40 110.00 159.00 169.80 121.80 94.20 c 7 Controllo 112.33 173.20 111.20 139.80 108.80 157.80 109.20 124.20 154.60 129.80 107.00 161.00 Tabella 3.8

In questo caso, facendo la media dei valori ottenuti nei pazienti con fenomeno di Raynaud e nei controlli, si nota una differenza significativa ma meno accentuata rispetto al parametro precedentemente analizzato, con spessore maggiore rilevato più frequentemente nei pazienti.

Figura 3.14

Nel 29% delle misurazioni effettuate nei pazienti è stato rilevato un valore maggiore di 150 μm, mentre nei controlli ciò è avvenuto nel 21% dei casi, con valori massimi rilevati nei pazienti superiori a 280 μm.

48 Per quanto riguarda lo spessore totale di parete, i valori medi per soggetto ottenuti (espressi in µm) sono illustrati in tabella 3.9.

PAT d2r1tot d2u1tot d3r1tot d3u1tot d4r1tot d4u1tot s2r1tot s2u1tot s3r1tot s3u1tot s4r1tot s4u1tot

paz 1 Crioglobulinemia 179.43 281.29 335.57 343.00 360.57 271.86 136.60 212.20 183.40 215.80 272.60 188.60 paz 2 Sclerosi Sistemica 296.00 250.00 304.43 270.86 257.14 312.00 237.50 212.75 196.67 202.86 paz 3 Crioglobulinemia 110.00 234.43 79.71 181.57 233.71 206.29 185.86 216.57 284.71 232.86 231.14 157.71 paz 4 LES 254.40 210.20 199.70 128.80 163.90 155.70 144.80 202.20 239.50 232.50 198.80 164.20 paz 5 Gran. di Wegener 179.33 240.43 121.83 202.50 231.43 212.29 199.17 279.00 210.17 205.00 275.50 193.50 paz 6 Sclerosi Sistemica 130.80 186.40 250.20 230.40 120.40 307.80 258.80 251.00 245.40 201.80 266.20 169.40 paz 7 Sclerosi Sistemica 136.40 139.80 213.80 232.40 305.60 173.00 131.20 208.20 155.20 177.20 251.60 216.80 paz 8 Dermatomiosite 226.60 207.20 197.40 245.20 218.20 118.00 235.80 172.40 254.60 337.60 226.00 177.60 paz 9 LES 170.80 147.00 238.40 158.20 155.40 172.60 184.00 152.80 150.40 129.80 245.60 157.60 paz 10 Dermatomiosite 161.60 171.40 106.60 137.40 201.20 168.80 117.60 149.20 181.80 161.40 195.80 150.40 paz 11 Vasculite ANCA 175.80 190.20 174.60 200.80 186.00 134.40 191.80 173.80 164.20 178.40 184.20 191.00 paz 12 Sclerosi Sistemica 143.40 116.80 205.00 243.80 179.60 205.00 220.00 100.60 175.40 80.20 185.80 71.60 paz 13 Sclerosi Sistemica 175.80 159.20 218.40 200.80 186.60 213.40 249.20 216.60 191.80 163.00 187.20 198.20

paz 14 Mal. di Behçet 135.80 164.20 126.60 159.60 194.60 192.40 190.20 133.40 184.60 166.20 189.80 231.00 paz 15 Sclerosi Sistemica 214.60 289.00 151.80 176.60 192.40 140.00 197.60 352.00 147.40 130.60 171.40 218.20 c 1 Controllo 220.86 244.86 240.00 250.71 237.43 209.00 136.60 212.20 183.40 215.80 272.60 188.60 c 2 Controllo 226.00 152.67 184.33 141.50 145.17 145.17 107.00 203.70 201.10 179.60 184.90 162.50 c 3 Controllo 179.33 231.60 183.60 217.00 232.60 137.40 136.60 212.20 183.40 215.80 272.60 188.60 c 4 Controllo 98.80 114.00 105.60 152.00 93.20 177.60 185.40 116.00 117.20 120.80 169.20 160.80 c 5 Controllo 131.60 165.60 157.40 148.80 152.80 193.60 174.40 141.80 120.40 208.60 158.60 146.00 c 6 Controllo 199.80 185.80 158.20 164.20 195.60 299.00 172.80 149.00 210.80 216.00 182.20 144.60 c 7 Controllo 179.33 261.40 171.00 189.60 236.00 208.60 148.40 158.60 241.40 181.60 168.00 245.40 Tabella 3.9

Come nel caso precedente, facendo la media dei valori ottenuti nei pazienti e nei controlli si nota una differenza significativa ma non costante, con spessore maggiore rilevato più frequentemente nei pazienti: nel 5% di queste misurazioni lo spessore individuato superava i 300 μm.