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Quale specifica hardware si dovrebbe cercare per ottimizzare la visualizzazione di una tendinopatia attraverso gli ultrasuoni?

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Lo studio del 2019 {1} riporta che la patologia del tendine abduttore dell'anca viene visualizzata meglio da 3.0 Tesla MRI che da 1.5 Tesla MRI.

Lo studio del 2014 {2} menziona anche l'utilità degli alti tesla per l'analisi dei tendini:

La risonanza magnetica di tendini e legamenti beneficia di un'elevata risoluzione spaziale. Campi magnetici più forti portano a rapporti segnale-rumore più elevati e miglioramenti nella risoluzione dell'immagine; per questo motivo, la risonanza magnetica 3-T può essere più sensibile di 1,5 T per il rilevamento di rotture a spessore parziale [26]. In alternativa, è possibile ottenere una risoluzione più elevata utilizzando una bobina di superficie locale [27]. L'imaging con tempi di eco più brevi migliora la sensibilità ai cambiamenti tendinei, sebbene ciò possa andare a scapito della specificità [28,29]. Le immagini pesate in T2 sono utili per identificare il segnale del fluido nelle rotture del tendine o del legamento (Figura 5) e per dimostrare i cambiamenti nei tessuti circostanti [30]. Se l'orientamento di un tendine cambia nel suo corso, gli effetti dell'angolo magico possono essere problematici; può quindi essere utile acquisire immagini con un tempo di eco sufficientemente lungo per evitare questi artefatti.

Quale specifica hardware si dovrebbe cercare per ottimizzare la visualizzazione di una tendinopatia attraverso gli ultrasuoni?


Riferimenti:

  • {1} Oehler, Nicola, Julia Kristin Ruby, André Strahl, Rainer Maas, Wolfgang Ruether e Andreas Niemeier. "Patologia del tendine abduttore dell'anca visualizzata da 1,5 contro 3,0 risonanza magnetica Tesla". Archivi di chirurgia ortopedica e traumatologica (2019): 1-9. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/31243547; https://doi.org/10.1007/s00402-019-03228-1
  • {2} Hodgson, R. J., P. J. O'Connor e A. J. Grainger. "Imaging di tendini e legamenti". La rivista britannica di radiologia (2014). Harvard; https://scholar.google.com/scholar?cluster=16366672343955449638&hl=it&as_sdt=0,22 ; http://www.birpublications.org/doi/full/10.1259/bjr/34786470

Inversione della velocità del suono del tempo di viaggio al primo arrivo con a priori informazione

Un algoritmo di velocità del suono del tempo di viaggio del primo arrivo presentato da Tarantola [ Inverse Problem Theory and Methods for Model Parameter Estimation (SIAM, Philadelphia, PA, 2005) [Google Scholar]] è adattato all'ambiente medico degli ultrasuoni. Attraverso la specifica di una matrice di covarianza per il modello a oggetti, l'algoritmo consente l'inclusione naturale di elementi fisici a priori informazioni dell'oggetto. La capacità dell'algoritmo di ricostruire in modo accurato e robusto una distribuzione complessa della velocità del suono è dimostrata su dati sperimentali e di simulazione utilizzando un'apertura limitata.

Metodi:

L'algoritmo viene prima dimostrato generalmente in simulazione con un fantasma del seno numerico ripreso in diverse geometrie. Poiché questo lavoro è motivato dal sistema di imaging mammario a ultrasuoni a doppia faccia ad apertura limitata degli autori, i dati sperimentali vengono acquisiti con un sistema Verasonics con array L7-4 lineari doppi a 128 elementi. I trasduttori vengono calibrati automaticamente per l'utilizzo nel modello eikonal forward.A priori informazioni come la conoscenza delle regioni correlate all'interno dell'oggetto sono ottenute tramite la segmentazione delle immagini B-mode generate dall'imaging ad apertura sintetica.

Risultati:

Come un'illustrazione della facilità dell'algoritmo per l'inclusione dia priori informazioni, la regolarizzazione fisicamente fondata è dimostrata nella simulazione. La praticità dell'algoritmo viene poi dimostrata attraverso la realizzazione sperimentale in casi ad apertura limitata. Le ricostruzioni delle distribuzioni della velocità del suono di varia complessità sono migliorate attraverso l'inclusione di a priori informazione. Le mappe della velocità del suono sono generalmente ricostruite con precisione entro pochi m/s.

Conclusioni:

Questo documento dimostra la capacità di formare immagini di velocità del suono utilizzando due array lineari commerciali opposti per imitare l'acquisizione di immagini ad ultrasuoni nella geometria mammografica compressa. La capacità di creare una velocità ragionevolmente buona di immagini sonore nella geometria mammografica compressa consente di registrare facilmente le immagini in volumi di immagini di tomosintesi per il rilevamento del cancro al seno e gli studi di caratterizzazione.


Il dolore alla spalla è uno dei sintomi muscoloscheletrici più comuni che richiede una valutazione medica e può comportare disabilità, perdita di salario e costi sanitari sostanziali. È la terza ragione più comune per le consultazioni muscoloscheletriche nel contesto delle cure primarie, interessando fino a un terzo della popolazione generale, in particolare gli individui più anziani (1-3). L'ecografia (US), la risonanza magnetica (RM) e l'artrografia RM sono modalità di imaging avanzate che sono state utilizzate per esaminare i pazienti con dolore alla spalla e ciascuna presenta vantaggi e svantaggi unici (3). I progressi nella tecnologia, nella formazione e nella ricerca hanno migliorato la capacità dei medici di diagnosticare le comuni malattie della spalla con elevata precisione utilizzando l'imaging ecografico e RM.

Tuttavia, diverse barriere precludono l'uso diffuso degli Stati Uniti. Queste barriere includono la ripida curva di apprendimento nel diventare abili nell'esecuzione di valutazioni di alta qualità, la mancanza di formazione dedicata all'imaging muscoloscheletrico per ecografi e tecnici nei programmi di formazione statunitensi e il tempo limitato che i radiologi hanno a disposizione per eseguire questi esami in assenza di imaging muscoloscheletrico – ecografisti addestrati. L'utilizzo di un approccio standardizzato all'esame ecografico della spalla può aiutare a ridurre queste barriere e fornire un quadro per facilitare l'imaging diagnostico di alta qualità (11).

Lo scopo di questa revisione è descrivere i componenti di un esame ecografico standardizzato della spalla, rivedere la tecnica di base dell'ecografia della spalla e la normale anatomia della spalla, identificare le indicazioni comuni per l'ecografia della spalla nella pratica clinica e illustrare gli aspetti ecografici caratteristici delle comuni malattie della spalla, con RM e correlazione artroscopica.


Contenuti

Il ruolo principale di qualsiasi UPS è quello di fornire alimentazione a breve termine quando la fonte di alimentazione in ingresso si guasta. Tuttavia, la maggior parte delle unità UPS è anche in grado, in vari gradi, di correggere i comuni problemi di alimentazione di rete:

    o sovratensione prolungata
  1. Riduzione momentanea o prolungata della tensione di ingresso
  2. Rumore, definito come un transitorio o un'oscillazione ad alta frequenza, solitamente iniettato nella linea da apparecchiature vicine
  3. Instabilità della frequenza di rete, definita come un allontanamento dalla forma d'onda sinusoidale ideale prevista sulla linea

Alcuni produttori di unità UPS classificano i loro prodotti in base al numero di problemi di alimentazione che risolvono. [2]

Le tre categorie generali dei moderni sistemi UPS sono: in linea, linea-interattiva e pausa: [3] [4]

  • Un UPS in linea utilizza un metodo di "doppia conversione" per accettare l'ingresso CA, passando a CC per passare attraverso la batteria ricaricabile (o stringhe di batterie), quindi tornando a 120 V/230 V CA per alimentare l'apparecchiatura protetta.
  • Un UPS line-interactive mantiene l'inverter in linea e reindirizza il percorso della corrente CC della batteria dalla modalità di carica normale alla fornitura di corrente in caso di interruzione dell'alimentazione.
  • In un sistema di standby ("off-line") il carico è alimentato direttamente dall'alimentazione in ingresso e il circuito di alimentazione di backup viene richiamato solo quando viene a mancare l'alimentazione di rete.

La maggior parte degli UPS al di sotto di un kilovolt-ampere (1 kVA) sono del tipo line-interactive o in standby, che di solito sono meno costosi.

Per grandi unità di potenza, a volte vengono utilizzati gruppi di continuità dinamici (DUPS). Un motore/alternatore sincrono è collegato alla rete tramite un'induttanza. L'energia è immagazzinata in un volano. Quando viene a mancare l'alimentazione di rete, una regolazione a correnti parassite mantiene la potenza sul carico finché l'energia del volano non è esaurita. I DUPS sono talvolta combinati o integrati con un generatore diesel che si accende dopo un breve ritardo, formando un gruppo di continuità rotativo diesel (DRUPS).

Un UPS a celle a combustibile è stato sviluppato dalla società Hydrogenics utilizzando idrogeno e una cella a combustibile come fonte di alimentazione, fornendo potenzialmente lunghi tempi di funzionamento in un piccolo spazio. [5]

Offline/standby Modifica

L'UPS offline/in standby offre solo le funzionalità più basilari, fornendo protezione contro le sovratensioni e batteria di backup. L'apparecchiatura protetta è normalmente collegata direttamente all'alimentazione di rete in ingresso. Quando la tensione in ingresso scende al di sotto o sale al di sopra di un livello predeterminato, l'UPS attiva il proprio circuito inverter DC-AC interno, che è alimentato da una batteria di accumulo interna. L'UPS quindi accende meccanicamente l'apparecchiatura collegata alla sua uscita inverter DC-AC. Il tempo di commutazione può arrivare fino a 25 millisecondi a seconda del tempo impiegato dall'UPS in standby per rilevare la tensione di rete persa. L'UPS sarà progettato per alimentare determinate apparecchiature, come un personal computer, senza alcuna discutibile diminuzione o riduzione del consumo di energia per quel dispositivo.

Modifica interattiva alla linea

L'UPS line-interactive è simile nel funzionamento a un UPS in standby, ma con l'aggiunta di un autotrasformatore a tensione variabile multi-presa. Questo è un tipo speciale di trasformatore che può aggiungere o sottrarre bobine di filo alimentate, aumentando o diminuendo così il campo magnetico e la tensione di uscita del trasformatore. Questo può essere eseguito anche da a trasformatore buck-boost che è distinto da un autotrasformatore, poiché il primo può essere cablato per fornire isolamento galvanico.

Questo tipo di UPS è in grado di tollerare continui abbassamenti di tensione e picchi di sovratensione senza consumare la limitata riserva di carica della batteria. Compensa invece selezionando automaticamente diverse prese di potenza sull'autotrasformatore. A seconda del design, la modifica della presa dell'autotrasformatore può causare un'interruzione molto breve dell'alimentazione in uscita, [6] che può causare il "cinguettio" degli UPS dotati di un allarme di perdita di alimentazione per un momento.

Questo è diventato popolare anche negli UPS più economici perché sfrutta i componenti già inclusi. Il trasformatore principale 50/60 Hz utilizzato per convertire tra tensione di linea e tensione di batteria deve fornire due rapporti di spire leggermente diversi: uno per convertire la tensione di uscita della batteria (tipicamente un multiplo di 12 V) in tensione di linea e un secondo per convertire la tensione di linea a una tensione di carica della batteria leggermente superiore (ad esempio un multiplo di 14 V). La differenza tra le due tensioni è dovuta al fatto che la carica di una batteria richiede una tensione delta (fino a 13-14 V per caricare una batteria da 12 V). Inoltre è più semplice effettuare la commutazione sul lato tensione di linea del trasformatore a causa delle correnti minori su quel lato.

Per guadagnare il buck/boost caratteristica, bastano due interruttori separati in modo che l'ingresso AC possa essere collegato ad una delle due prese primarie, mentre il carico è collegato all'altra, utilizzando così gli avvolgimenti primari del trasformatore principale come autotrasformatore. La batteria può ancora essere caricata mentre si "contrasta" una sovratensione, ma mentre si "aumenta" una sottotensione, l'uscita del trasformatore è troppo bassa per caricare le batterie.

Gli autotrasformatori possono essere progettati per coprire un'ampia gamma di tensioni di ingresso variabili, ma ciò richiede più prese e aumenta la complessità, nonché i costi dell'UPS. È comune che l'autotrasformatore copra un intervallo solo da circa 90 V a 140 V per alimentazione a 120 V, e quindi passi alla batteria se la tensione diventa molto più alta o più bassa di quell'intervallo.

In condizioni di bassa tensione l'UPS utilizzerà più corrente del normale, quindi potrebbe essere necessario un circuito di corrente maggiore rispetto a un normale dispositivo. Ad esempio, per alimentare un dispositivo da 1000 W a 120 V, l'UPS assorbe 8,33 A. Se si verifica un calo di tensione e la tensione scende a 100 V, l'UPS assorbe 10 A per compensare. Funziona anche al contrario, quindi in una condizione di sovratensione, l'UPS avrà bisogno di meno corrente.

Modifica online/doppia conversione

In un UPS online, le batterie sono sempre collegate all'inverter, quindi non sono necessari interruttori di trasferimento dell'alimentazione. Quando si verifica una perdita di potenza, il raddrizzatore semplicemente esce dal circuito e le batterie mantengono la potenza costante e invariata. Quando l'alimentazione viene ripristinata, il raddrizzatore riprende a trasportare la maggior parte del carico e inizia a caricare le batterie, sebbene la corrente di carica possa essere limitata per evitare che il raddrizzatore ad alta potenza danneggi le batterie. Il vantaggio principale di un UPS online è la sua capacità di fornire un "firewall elettrico" tra l'alimentazione di rete in entrata e le apparecchiature elettroniche sensibili.

L'UPS online è ideale per ambienti in cui è necessario l'isolamento elettrico o per apparecchiature molto sensibili alle fluttuazioni di potenza. [7] Sebbene un tempo fosse riservato a installazioni molto grandi di 10 kW o più, i progressi tecnologici hanno ora permesso che fosse disponibile come dispositivo di consumo comune, fornendo 500 W o meno. L'UPS online può essere necessario quando l'ambiente di alimentazione è "rumoroso", quando sono frequenti cali di alimentazione di rete, interruzioni e altre anomalie, quando è richiesta la protezione di carichi di apparecchiature IT sensibili o quando è necessario il funzionamento da un generatore di backup di lunga durata.

La tecnologia di base dell'UPS online è la stessa di un UPS in standby o line-interactive. Tuttavia, in genere costa molto di più, poiché ha un caricabatteria/raddrizzatore da CA a CC con una corrente molto maggiore e con il raddrizzatore e l'inverter progettati per funzionare continuamente con sistemi di raffreddamento migliorati. Si chiama a doppia conversione UPS dovuto al raddrizzatore che pilota direttamente l'inverter, anche se alimentato dalla normale corrente alternata.

L'UPS in linea ha in genere un interruttore di trasferimento statico (STS) per aumentare l'affidabilità.

Topologia ibrida/doppia conversione su richiesta Modifica

Questi UPS rotanti ibridi [8] non hanno designazioni ufficiali, sebbene un nome utilizzato da UTL sia "doppia conversione su richiesta". [9] Questo stile di UPS è rivolto ad applicazioni ad alta efficienza pur mantenendo le caratteristiche e il livello di protezione offerti dalla doppia conversione.

Un UPS ibrido (doppia conversione su richiesta) funziona come UPS off-line/standby quando le condizioni di alimentazione rientrano in una determinata finestra preimpostata. Ciò consente all'UPS di raggiungere livelli di efficienza molto elevati. Quando le condizioni di alimentazione oscillano al di fuori delle finestre predefinite, l'UPS passa al funzionamento in linea/doppia conversione. [9] Nella modalità a doppia conversione l'UPS può adattarsi alle variazioni di tensione senza dover utilizzare l'alimentazione a batteria, può filtrare il rumore di linea e controllare la frequenza.

Ferrorisonante Modifica

Le unità ferrorisonanti funzionano allo stesso modo di un'unità UPS in standby, tuttavia sono in linea con l'eccezione che un trasformatore ferrorisonante viene utilizzato per filtrare l'uscita. Questo trasformatore è progettato per trattenere l'energia abbastanza a lungo da coprire il tempo che intercorre tra il passaggio dall'alimentazione di linea all'alimentazione a batteria ed elimina efficacemente il tempo di trasferimento. Molti UPS ferrorisonanti hanno un'efficienza dell'82–88% (AC/DC-AC) e offrono un eccellente isolamento.

Il trasformatore ha tre avvolgimenti, uno per l'alimentazione di rete ordinaria, il secondo per l'alimentazione a batteria rettificata e il terzo per l'alimentazione CA in uscita al carico.

Questo una volta era il tipo dominante di UPS ed è limitato a circa 150 kVA. Queste unità sono ancora utilizzate principalmente in alcuni ambienti industriali (mercati petroliferi e del gas, petrolchimico, chimico, dei servizi pubblici e dell'industria pesante) a causa della natura robusta dell'UPS. Molti UPS ferrorisonanti che utilizzano la tecnologia ferro controllata possono interagire con apparecchiature di correzione del fattore di potenza. Ciò comporterà fluttuazioni della tensione di uscita dell'UPS, ma può essere corretto riducendo i livelli di carico o aggiungendo altri carichi di tipo lineare. [ sono necessarie ulteriori spiegazioni ]

Alimentazione CC Modifica

Un UPS progettato per alimentare apparecchiature CC è molto simile a un UPS online, tranne per il fatto che non necessita di un inverter di uscita. Inoltre, se la tensione della batteria dell'UPS corrisponde alla tensione necessaria al dispositivo, non sarà necessaria nemmeno l'alimentazione del dispositivo. Poiché vengono eliminati uno o più passaggi di conversione della potenza, ciò aumenta l'efficienza e il tempo di esecuzione.

Molti sistemi utilizzati nelle telecomunicazioni utilizzano un'alimentazione a 48 V CC "batteria comune" a bassissima tensione, perché ha norme di sicurezza meno restrittive, come l'installazione in scatole di derivazione e giunzione. La corrente continua è stata tipicamente la fonte di alimentazione dominante per le telecomunicazioni e la corrente alternata è stata tipicamente la fonte dominante per computer e server.

Sono state fatte molte sperimentazioni con l'alimentazione a 48 V CC per i server dei computer, nella speranza di ridurre la probabilità di guasti e il costo delle apparecchiature. Tuttavia, per fornire la stessa quantità di potenza, la corrente sarebbe superiore a quella di un circuito equivalente a 115 V o 230 V, una corrente maggiore richiede conduttori più grandi o più energia persa sotto forma di calore.

L'alta tensione CC (380 V) sta trovando impiego in alcune applicazioni di data center e consente piccoli conduttori di alimentazione, ma è soggetta alle regole del codice elettrico più complesse per il contenimento sicuro delle alte tensioni. [10]

Modifica Rotary

Un UPS rotante utilizza l'inerzia di un volano rotante ad alta massa (accumulo di energia del volano) per fornire a breve termine cavalcare in caso di perdita di potenza. Il volano funge anche da ammortizzatore contro picchi e abbassamenti di potenza, poiché tali eventi di potenza a breve termine non sono in grado di influenzare in modo apprezzabile la velocità di rotazione del volano ad alta massa. È anche uno dei progetti più antichi, che precede i tubi a vuoto e i circuiti integrati.

Può essere considerato in linea poiché gira continuamente in condizioni normali. Tuttavia, a differenza di un UPS basato su batteria, i sistemi UPS basati su flywheel in genere forniscono da 10 a 20 secondi di protezione prima che il flywheel rallenti e l'uscita di potenza si arresti. [11] Viene tradizionalmente utilizzato in combinazione con generatori di riserva, fornendo energia di riserva solo per il breve periodo di tempo necessario al motore per iniziare a funzionare e stabilizzare la sua potenza.

L'UPS rotante è generalmente riservato alle applicazioni che richiedono più di 10.000 W di protezione, per giustificare la spesa e beneficiare dei vantaggi offerti dai sistemi UPS rotanti. Un volano più grande o più volani che funzionano in parallelo aumenterà il tempo di funzionamento della riserva o la capacità.

Poiché i volani sono una fonte di energia meccanica, non è necessario utilizzare un motore elettrico o un generatore come intermediario tra esso e un motore diesel progettato per fornire alimentazione di emergenza. Utilizzando un cambio di trasmissione, l'inerzia di rotazione del volano può essere utilizzata per avviare direttamente un motore diesel e, una volta in funzione, il motore diesel può essere utilizzato per far girare direttamente il volano. Allo stesso modo è possibile collegare più volani in parallelo tramite contralberi meccanici, senza la necessità di motori e generatori separati per ogni volano.

Normalmente sono progettati per fornire un'uscita di corrente molto elevata rispetto a un UPS puramente elettronico e sono maggiormente in grado di fornire corrente di spunto per carichi induttivi come l'avvio di motori o carichi di compressori, nonché apparecchiature mediche per risonanza magnetica e laboratorio di cateterizzazione.È anche in grado di tollerare condizioni di cortocircuito fino a 17 volte più grandi di un UPS elettronico, consentendo a un dispositivo di bruciare un fusibile e di guastarsi mentre altri dispositivi continuano a essere alimentati dall'UPS rotante.

Il suo ciclo di vita è solitamente molto più lungo di un UPS puramente elettronico, fino a 30 anni o più. Ma richiedono tempi di fermo periodici per la manutenzione meccanica, come la sostituzione dei cuscinetti a sfera. Nei sistemi più grandi la ridondanza del sistema garantisce la disponibilità dei processi durante questa manutenzione. I progetti basati su batterie non richiedono tempi di inattività se le batterie possono essere sostituite a caldo, come di solito accade per le unità più grandi. Le unità rotanti più recenti utilizzano tecnologie come cuscinetti magnetici e involucri evacuati ad aria per aumentare l'efficienza in standby e ridurre la manutenzione a livelli molto bassi.

Tipicamente, il volano ad alta massa viene utilizzato in combinazione con un sistema motore-generatore. Queste unità possono essere configurate come:

  1. Un motore che aziona un generatore collegato meccanicamente, [8]
  2. Un motore sincrono combinato e un generatore avvolti in scanalature alternate di un singolo rotore e statore,
  3. Un UPS rotante ibrido, progettato in modo simile a un UPS online, tranne per il fatto che utilizza il volano al posto delle batterie. Il raddrizzatore aziona un motore per far girare il volano, mentre un generatore utilizza il volano per alimentare l'inverter.

Nel caso n. 3 il motogeneratore può essere sincrono/sincrono o asincrono/sincrono. Il lato motore dell'unità nei casi n. 2 e 3 può essere azionato direttamente da una fonte di alimentazione CA (tipicamente quando si è in bypass dell'inverter), un azionamento del motore a doppia conversione a 6 fasi o un inverter a 6 impulsi. Il caso n. 1 utilizza un volano integrato come fonte di energia a breve termine anziché batterie per consentire l'avvio e la messa in funzione di gruppi elettrogeni esterni accoppiati elettricamente. I casi n. 2 e 3 possono utilizzare batterie o un volano accoppiato elettricamente indipendente come fonte di energia a breve termine.

I sistemi UPS più piccoli sono disponibili in diverse forme e dimensioni. Tuttavia, le due forme più comuni sono tower e rack. [12]

I modelli Tower stanno in piedi a terra o su una scrivania o uno scaffale e sono generalmente utilizzati nelle workstation di rete o nelle applicazioni per computer desktop. I modelli con montaggio su rack possono essere montati in contenitori rack standard da 19 pollici e possono richiedere da 1U a 12U (unità rack). Sono generalmente utilizzati in applicazioni server e di rete. Alcuni dispositivi sono dotati di interfacce utente che ruotano di 90°, consentendo di montare i dispositivi verticalmente a terra o orizzontalmente come si trovano in un rack.

N + 1 Modifica

Negli ambienti aziendali di grandi dimensioni in cui l'affidabilità è di grande importanza, un singolo UPS di grandi dimensioni può anche essere un singolo punto di errore che può interrompere molti altri sistemi. Per fornire una maggiore affidabilità, più moduli UPS e batterie più piccoli possono essere integrati insieme per fornire una protezione dell'alimentazione ridondante equivalente a un UPS molto grande. "n + 1" significa che se il carico può essere alimentato da n moduli, l'installazione conterrà n + 1 moduli. In questo modo, il guasto di un modulo non influirà sul funzionamento del sistema. [13]

Ridondanza multipla Modifica

Molti server di computer offrono l'opzione di alimentatori ridondanti, in modo che, in caso di guasto di un alimentatore, uno o più altri alimentatori siano in grado di alimentare il carico. Questo è un punto critico: ogni alimentatore deve essere in grado di alimentare l'intero server da solo.

La ridondanza è ulteriormente migliorata collegando ciascun alimentatore a un circuito diverso (cioè a un interruttore automatico diverso).

La protezione ridondante può essere ulteriormente estesa collegando ciascun alimentatore al proprio UPS. Ciò fornisce una doppia protezione sia da un guasto dell'alimentatore che da un guasto dell'UPS, in modo da garantire il funzionamento continuo. Questa configurazione è indicata anche come 1 + 1 o 2n ridondanza. Se il budget non consente due unità UPS identiche, è pratica comune collegare un alimentatore alla rete e l'altro all'UPS. [14] [15]

Uso esterno Modifica

Quando un sistema UPS è posizionato all'aperto, dovrebbe avere alcune caratteristiche specifiche che garantiscano che possa tollerare le intemperie senza alcun effetto sulle prestazioni. Fattori come temperatura, umidità, pioggia e neve, tra gli altri, dovrebbero essere presi in considerazione dal produttore durante la progettazione di un sistema UPS per esterni. Gli intervalli di temperatura di esercizio per i sistemi UPS esterni potrebbero essere compresi tra -40 °C e +55 °C. [16]

I sistemi UPS per esterni possono essere montati su palo, terra (piedistallo) o host. L'ambiente esterno potrebbe significare freddo estremo, nel qual caso il sistema UPS esterno dovrebbe includere un tappetino riscaldatore della batteria o calore estremo, nel qual caso il sistema UPS esterno dovrebbe includere un sistema di ventilazione o un sistema di condizionamento dell'aria.

UN inverter solare, o Inverter FV, o convertitore solare, converte l'uscita in corrente continua variabile (DC) di un pannello solare fotovoltaico (PV) in una corrente alternata (AC) a frequenza di servizio che può essere immessa in una rete elettrica commerciale o utilizzata da una rete elettrica locale off-grid. È un componente BOS critico in un sistema fotovoltaico, che consente l'uso di normali apparecchiature alimentate a corrente alternata. Gli inverter solari hanno funzioni speciali adattate per l'uso con array fotovoltaici, incluso il monitoraggio del punto di massima potenza e la protezione anti-isola.

L'uscita di alcuni UPS elettronici può avere un allontanamento significativo da una forma d'onda sinusoidale ideale. Ciò è particolarmente vero per le unità monofase economiche di livello consumer progettate per l'uso domestico e in ufficio. Questi spesso utilizzano semplici alimentatori CA a commutazione e l'uscita assomiglia a un'onda quadra ricca di armoniche. Queste armoniche possono causare interferenze con altri dispositivi elettronici, comprese le comunicazioni radio e alcuni dispositivi (ad es. carichi induttivi come i motori CA) possono funzionare con efficienza ridotta o non funzionare affatto. Le unità UPS più sofisticate (e costose) possono produrre un'alimentazione CA sinusoidale quasi pura.

Un problema nella combinazione di un UPS a doppia conversione e un generatore è la distorsione di tensione creata dall'UPS. L'ingresso di un UPS a doppia conversione è essenzialmente un grande raddrizzatore. La corrente assorbita dall'UPS è non sinusoidale. Ciò può far sì che anche la tensione dalla rete CA o da un generatore diventi non sinusoidale. La distorsione di tensione può quindi causare problemi a tutte le apparecchiature elettriche collegate a quella fonte di alimentazione, compreso l'UPS stesso. Inoltre, causerà una maggiore perdita di potenza nel cablaggio che fornisce alimentazione all'UPS a causa dei picchi nel flusso di corrente. Questo livello di "rumore" viene misurato come percentuale della "distorsione armonica totale della corrente" (THDio). I raddrizzatori UPS classici hanno un THDio livello di circa il 25%-30%. Per ridurre la distorsione della tensione, ciò richiede un cablaggio di rete più pesante o generatori più del doppio dell'UPS.

Esistono diverse soluzioni per ridurre il THDio in un UPS a doppia conversione:

Le soluzioni classiche come i filtri passivi riducono il THDio al 5%–10% a pieno carico. Sono affidabili, ma grandi e funzionano solo a pieno carico e presentano i loro problemi quando vengono utilizzati in tandem con i generatori.

Una soluzione alternativa è un filtro attivo. Attraverso l'uso di tale dispositivo, THDio può scendere al 5% su tutta la gamma di potenza. La tecnologia più recente nelle unità UPS a doppia conversione è un raddrizzatore che non utilizza i classici componenti del raddrizzatore (tiristori e diodi) ma utilizza invece componenti ad alta frequenza. Un UPS a doppia conversione con raddrizzatore a transistor bipolare a gate isolato e induttore può avere un THDio appena il 2%. Ciò elimina completamente la necessità di sovradimensionare il generatore (e i trasformatori), senza filtri aggiuntivi, costi di investimento, perdite o spazio.

  1. L'UPS per segnalare il proprio stato al computer che alimenta tramite un collegamento di comunicazione come una porta seriale, Ethernet e Simple Network Management Protocol, GSM/GPRS o USB
  2. Un sottosistema del sistema operativo che elabora i report e genera notifiche, eventi PM o comanda uno spegnimento ordinato. [17] Alcuni produttori di UPS pubblicano i propri protocolli di comunicazione, ma altri produttori (come APC) utilizzano protocolli proprietari.

I metodi di controllo di base da computer a UPS sono destinati alla segnalazione uno a uno da una singola sorgente a un singolo target. Ad esempio, un singolo UPS può connettersi a un singolo computer per fornire informazioni sullo stato dell'UPS e consentire al computer di controllare l'UPS. Allo stesso modo, il protocollo USB ha anche lo scopo di connettere un singolo computer a più dispositivi periferici.

In alcune situazioni è utile che un unico grande UPS sia in grado di comunicare con più dispositivi protetti. Per il controllo seriale o USB tradizionale, a replica del segnale può essere utilizzato un dispositivo che, ad esempio, consente a un UPS di connettersi a cinque computer utilizzando connessioni seriali o USB. [18] Tuttavia, la suddivisione è in genere solo una direzione dall'UPS ai dispositivi per fornire informazioni sullo stato. I segnali di controllo di ritorno possono essere consentiti solo da uno dei sistemi protetti all'UPS. [19]

Poiché l'uso comune di Ethernet è aumentato dagli anni '90, i segnali di controllo vengono ora comunemente inviati tra un singolo UPS e più computer utilizzando metodi di comunicazione dati Ethernet standard come TCP/IP. [20] Lo stato e le informazioni di controllo sono in genere crittografate in modo che, ad esempio, un hacker esterno non possa ottenere il controllo dell'UPS e ordinarne lo spegnimento. [21]

La distribuzione dello stato dell'UPS e dei dati di controllo richiede che tutti i dispositivi intermedi come switch Ethernet o multiplexer seriali siano alimentati da uno o più sistemi UPS, in modo che gli avvisi dell'UPS raggiungano i sistemi di destinazione durante un'interruzione di corrente. Per evitare la dipendenza dall'infrastruttura Ethernet, gli UPS possono essere collegati direttamente al server di controllo principale utilizzando anche il canale GSM/GPRS. I pacchetti di dati SMS o GPRS inviati dagli UPS attivano il software per spegnere i PC per ridurre il carico.

Esistono tre tipi principali di batterie UPS: batterie al piombo regolate a valvola (VRLA), batterie Flooded Cell o VLA, batterie agli ioni di litio. L'autonomia di un UPS a batteria dipende dal tipo e dalle dimensioni delle batterie, dalla velocità di scarica e dall'efficienza dell'inverter. La capacità totale di una batteria al piombo è una funzione della velocità con cui viene scaricata, che è descritta come legge di Peukert.

I produttori forniscono una valutazione del tempo di esecuzione in minuti per i sistemi UPS confezionati. I sistemi più grandi (come per i data center) richiedono un calcolo dettagliato del carico, dell'efficienza dell'inverter e delle caratteristiche della batteria per garantire il raggiungimento della durata richiesta. [22]

Caratteristiche comuni della batteria e test di carico Modifica

Quando una batteria al piombo viene caricata o scaricata, ciò inizialmente interessa solo le sostanze chimiche che reagiscono, che si trovano all'interfaccia tra gli elettrodi e l'elettrolita. Con il tempo, la carica immagazzinata nelle sostanze chimiche all'interfaccia, spesso chiamata "carica di interfaccia", si diffonde per diffusione di queste sostanze chimiche in tutto il volume del materiale attivo.

Se una batteria è stata completamente scarica (ad es. le luci dell'auto sono state lasciate accese durante la notte) e successivamente viene caricata rapidamente solo per pochi minuti, durante il breve tempo di ricarica si sviluppa solo una carica vicino all'interfaccia. La tensione della batteria può aumentare per avvicinarsi alla tensione del caricabatterie in modo che la corrente di carica diminuisca in modo significativo. Dopo alcune ore questa carica dell'interfaccia non si diffonderà al volume dell'elettrodo e dell'elettrolita, portando a una carica dell'interfaccia così bassa che potrebbe essere insufficiente per avviare un'auto. [23]

A causa della carica dell'interfaccia, breve UPS test di autoverifica funzioni che durano solo pochi secondi potrebbero non riflettere accuratamente la reale capacità di autonomia di un UPS, e invece un esteso ricalibrazione o investire è necessario un test che scarichi profondamente la batteria. [24]

Il test di scarica profonda è di per sé dannoso per le batterie a causa delle sostanze chimiche nella batteria scarica che iniziano a cristallizzarsi in forme molecolari altamente stabili che non si dissolveranno nuovamente quando la batteria viene ricaricata, riducendo in modo permanente la capacità di carica. Nelle batterie al piombo questo è noto come solfatazione, ma colpisce anche altri tipi come le batterie al nichel cadmio e le batterie al litio. [25] Pertanto, si consiglia comunemente di eseguire i test di rundown di rado, ad esempio ogni sei mesi o un anno. [26] [27]

Test di stringhe di batterie/celle Modifica

I sistemi UPS commerciali multi-kilowatt con banchi di batterie grandi e facilmente accessibili sono in grado di isolare e testare singole celle all'interno di un stringa della batteria, che consiste di batterie a celle combinate (come batterie al piombo da 12 V) o di singole celle chimiche collegate in serie. L'isolamento di una singola cella e l'installazione di un ponticello al suo posto consente di testare la scarica di una batteria, mentre il resto della stringa di batterie rimane carico e disponibile per fornire protezione. [28]

È anche possibile misurare le caratteristiche elettriche delle singole celle in una stringa di batterie, utilizzando fili di sensori intermedi installati ad ogni giunzione da cella a cella e monitorati sia individualmente che collettivamente. Le stringhe di batterie possono anche essere cablate in serie-parallelo, ad esempio due gruppi di 20 celle. In tale situazione è anche necessario monitorare il flusso di corrente tra stringhe parallele, poiché la corrente può circolare tra le stringhe per bilanciare gli effetti di celle deboli, celle morte con alta resistenza o celle in cortocircuito. Ad esempio, stringhe più forti possono scaricarsi attraverso stringhe più deboli fino a quando gli squilibri di tensione non vengono equalizzati, e questo deve essere preso in considerazione nelle misurazioni individuali tra le celle all'interno di ciascuna stringa. [29]

Interazioni batteria serie-parallelo Modifica

Le stringhe di batterie cablate in serie-parallelo possono sviluppare modalità di guasto insolite a causa delle interazioni tra più stringhe parallele. Le batterie difettose in una stringa possono influire negativamente sul funzionamento e sulla durata delle batterie buone o nuove in altre stringhe. Questi problemi si applicano anche ad altre situazioni in cui vengono utilizzate stringhe serie-parallelo, non solo nei sistemi UPS ma anche nelle applicazioni dei veicoli elettrici. [30]

Considera una disposizione della batteria in serie parallela con tutte le celle buone e una diventa in cortocircuito o morta:

  • La cella guasta ridurrà la tensione massima sviluppata per l'intera stringa della serie in cui si trova.
  • Altre stringhe della serie cablate in parallelo con la stringa degradata si scaricheranno ora attraverso la stringa degradata fino a quando la loro tensione non corrisponde alla tensione della stringa degradata, potenzialmente sovraccaricandosi e provocando l'ebollizione e il degassamento dell'elettrolito dalle restanti celle buone nella stringa degradata. Queste stringhe parallele ora non possono mai essere ricaricate completamente, poiché la tensione aumentata si disperderà attraverso la stringa contenente la batteria guasta.
  • I sistemi di ricarica possono tentare di misurare la capacità della stringa della batteria misurando la tensione complessiva. A causa dell'esaurimento complessivo della tensione della stringa dovuto alle celle morte, il sistema di carica può rilevarlo come uno stato di scarica e tenterà continuamente di caricare le stringhe serie-parallelo, il che porta a un sovraccarico continuo e a danni a tutte le celle del stringa di serie degradata contenente la batteria danneggiata.
  • Se vengono utilizzate batterie al piombo, tutte le celle nelle stringhe parallele precedentemente buone inizieranno a solfare a causa dell'impossibilità di ricaricarle completamente, con conseguente danneggiamento permanente della capacità di stoccaggio di queste celle, anche se la cella danneggiata nel una stringa degradata viene infine scoperta e sostituita con una nuova.

L'unico modo per prevenire queste sottili interazioni tra stringhe serie e parallele è non utilizzare affatto stringhe parallele e utilizzare regolatori di carica e inverter separati per le singole stringhe in serie.

Interazioni batteria nuova/vecchia serie Modifica

Anche solo una singola stringa di batterie collegate in serie può avere interazioni avverse se le nuove batterie vengono mescolate con le vecchie. Le batterie più vecchie tendono ad avere una capacità di stoccaggio ridotta, quindi si scaricano più velocemente delle batterie nuove e si caricano alla loro capacità massima più rapidamente delle batterie nuove.

Quando una stringa mista di batterie nuove e vecchie si esaurisce, la tensione della stringa diminuirà e quando le vecchie batterie saranno esaurite, le nuove batterie avranno ancora carica disponibile. Le celle più nuove possono continuare a scaricarsi attraverso il resto della stringa, ma a causa della bassa tensione questo flusso di energia può non essere utile e può essere sprecato nelle celle vecchie come riscaldamento a resistenza.

Per le celle che dovrebbero funzionare all'interno di una finestra di scarica specifica, le nuove celle con maggiore capacità possono far sì che le vecchie celle della stringa in serie continuino a scaricarsi oltre il limite inferiore di sicurezza della finestra di scarica, danneggiando le vecchie celle.

Quando vengono ricaricate, le vecchie celle si ricaricano più rapidamente, portando a un rapido aumento della tensione fino a raggiungere lo stato di piena carica, ma prima che le nuove celle con maggiore capacità si siano ricaricate completamente. Il regolatore di carica rileva l'alta tensione di una stringa quasi completamente carica e riduce il flusso di corrente. Le nuove celle con più capacità ora si caricano molto lentamente, così lentamente che le sostanze chimiche possono iniziare a cristallizzare prima di raggiungere lo stato di piena carica, riducendo la capacità della nuova cella in diversi cicli di carica/scarica fino a quando la loro capacità non si avvicina maggiormente alle vecchie celle nella stringa della serie .

Per tali ragioni, alcuni sistemi di gestione UPS industriali raccomandano la sostituzione periodica di interi array di batterie potenzialmente utilizzando centinaia di batterie costose, a causa di queste interazioni dannose tra nuove batterie e vecchie batterie, all'interno e attraverso le stringhe in serie e in parallelo. [31]

La maggior parte dei dispositivi UPS sono valutati in volt-ampere che forniscono la potenza di carico di picco che possono supportare. Ciò tuttavia non fornisce informazioni dirette sulla durata del supporto possibile, che richiederebbe un'indicazione della potenza totale immagazzinata, ad esempio in Joule o kilowattora. [ citazione necessaria ]


Astratto

L'elastografia ad ultrasuoni (UE) e la caratterizzazione del tessuto ad ultrasuoni (UTC) sono due nuove modalità di ultrasuoni (US) che hanno iniziato ad attirare l'interesse scientifico come modi per migliorare la caratterizzazione dei tendini. Queste modalità di US mostrano una promessa precoce in una migliore accuratezza diagnostica, previsione dei tendini a rischio e capacità di prognosi oltre gli US convenzionali in scala di grigi. Qui, forniamo una revisione della letteratura su UE e UTC per i tendini di Achille, rotuleo e della cuffia dei rotatori.

Il potenziale traslazionale di questo articolo: la presente letteratura indica che UE e UTC potrebbero potenzialmente aumentare la capacità del medico di diagnosticare con precisione l'estensione della patologia tendinea, inclusa la lesione preclinica.


Quale specifica hardware si dovrebbe cercare per ottimizzare la visualizzazione di una tendinopatia attraverso gli ultrasuoni? - Biologia

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L'ecografia muscoloscheletrica prevede l'uso di onde sonore ad alta frequenza per l'immagine dei tessuti molli e delle strutture ossee del corpo allo scopo di diagnosticare patologie o guidare procedure interventistiche in tempo reale.Recentemente, un numero crescente di medici ha integrato l'ecografia muscoloscheletrica nelle proprie pratiche per facilitare la cura del paziente. I progressi tecnologici, la migliore portabilità e la riduzione dei costi continuano a guidare la proliferazione degli ultrasuoni nella medicina clinica. Questo maggiore interesse crea la necessità di un'istruzione relativa a tutti gli aspetti dell'ecografia muscoloscheletrica. Lo scopo principale di questo articolo è esaminare la tecnologia diagnostica a ultrasuoni e le sue potenziali applicazioni cliniche nella valutazione e nel trattamento di pazienti con disturbi neurologici e muscoloscheletrici. Dopo aver esaminato questo articolo, i medici dovrebbero essere in grado di (1) elencare i vantaggi e gli svantaggi degli ultrasuoni rispetto ad altre modalità di imaging disponibili, (2) descrivere come le macchine ad ultrasuoni producono immagini utilizzando le onde sonore, (3) discutere i passaggi necessari per acquisire e ottimizzare un'immagine ecografica, (4) comprendere i diversi aspetti ecografici di tendini, nervi, muscoli, legamenti, vasi sanguigni e ossa e (5) identificare molteplici applicazioni per gli ultrasuoni muscoloscheletrici diagnostici e interventistici nella pratica muscoloscheletrica. La parte 1 di questo articolo in 2 parti esamina i fondamenti dell'imaging ecografico clinico, tra cui fisica, attrezzatura, formazione, ottimizzazione dell'immagine e principi di scansione rilevanti per scopi diagnostici e interventistici.


Sistemi autonomi

I sistemi autonomi nel campo degli ultrasuoni robotici possono essere considerati sistemi che facilitano la generazione di piani di attività indipendenti e il conseguente controllo e movimento del robot per acquisire ultrasuoni per attività diagnostiche o interventistiche. In primo luogo, in questa sezione vengono esaminati i sistemi di acquisizione di immagini autonomi e, successivamente, i sistemi per la guida autonoma della terapia rispetto ai campi medici delle procedure minimamente invasive, degli ultrasuoni focalizzati ad alta intensità (HIFU) e della radioterapia. I sistemi descritti in questa sezione possono avere un LORA compreso tra cinque e nove. Tuttavia, il LORA più alto ottenuto in questa revisione è sette. I sistemi sono presentati nella tabella 2.

Acquisizione autonoma delle immagini

I sistemi di acquisizione di immagini autonomi sono classificati nei seguenti tre obiettivi principali: (1) utilizzo di sistemi robotici ad ultrasuoni per creare un'immagine volumetrica combinando diverse immagini e informazioni spaziali, (2) pianificazione autonoma della traiettoria e posizionamento della sonda e (3) ottimizzazione della qualità dell'immagine dalla regolazione della posizione della sonda.

Ricostruzione di immagini 3D

Un sistema ecografico robotico per ricostruire le arterie periferiche all'interno della gamba utilizzando immagini ecografiche 2D e un algoritmo di tracciamento automatico dei vasi è stato sviluppato in [41]. Il medico inizialmente posiziona la sonda sulla gamba in modo che sia visibile una sezione trasversale del vaso. Successivamente, viene rilevato il centro del vaso e il braccio robotico si muove autonomamente in modo tale che il centro del vaso si trovi nel centro orizzontale dell'immagine. Un sensore forza-coppia è posizionato tra il supporto della sonda e l'end-effector che consente di mantenere una pressione costante durante la scansione. La ricostruzione 3D è stata eseguita online durante l'acquisizione. Huang et al. [42] ha presentato un sistema più autonomo che comprende una telecamera di profondità per identificare il paziente e pianificare in modo indipendente il percorso di scansione del robot a ultrasuoni. Dopo la calibrazione spaziale, il sistema potrebbe identificare autonomamente la pelle all'interno dell'immagine e scansionare lungo il piano coronale utilizzando un normale approccio vettoriale per il posizionamento della sonda (Fig. 3a). Due sensori di forza posti nella parte inferiore della sonda hanno assicurato il corretto accoppiamento acustico durante l'acquisizione dell'immagine.

Panoramica di diversi sistemi a ultrasuoni robotici per l'acquisizione autonoma delle immagini. un Un sistema ecografico robotico esegue la scansione autonomamente lungo un fantasma lombare (a sinistra) e il volume ecografico ricostruito da immagini 2D (a destra) (copyright © [2019] IEEE. Ristampato con il permesso di [42]). B Configurazione del sistema comprese le trasformazioni (frecce) tra robot, telecamera, sonda a ultrasuoni e paziente (a sinistra). Atlante MRI che mostra la traiettoria generica (linea rossa tratteggiata) per l'immagine dell'aorta (a destra) (copyright © [2016] IEEE. Ristampato con il permesso di [44•]). C Sistema a ultrasuoni robotico e fantoccio (a sinistra) con il target (rosso) nell'immagine a ultrasuoni (in alto a destra). Viene calcolata una mappa di confidenza e vengono calcolate la configurazione corrente e desiderata (rispettivamente linea rossa e verde) (in basso a destra) (copyright © [2016] IEEE. Ristampato con il permesso di [49])

Pianificazione della traiettoria e posizionamento della sonda

Hennersperger et al. [43] ha sviluppato un sistema a ultrasuoni robotico utilizzando un LBR iiwa robot in grado di condurre autonomamente traiettorie in base a punti di inizio e fine selezionati selezionati da un medico in immagini pre-interventi come risonanza magnetica o TC. Dati i punti iniziale e finale all'interno dei dati MRI, la traiettoria è stata calcolata calcolando il punto di superficie più vicino e combinandolo con la corrispondente direzione normale alla superficie. Gli svantaggi di questo metodo sono la necessità per i pazienti di trattenere il respiro e la necessità di acquisire immagini prima dell'intervento prima di selezionare i punti di inizio e fine. Lo stesso gruppo di ricerca ha superato questo inconveniente e ha utilizzato il sistema per la valutazione quantitativa del diametro dell'aorta addominale [44•]. Sulla base di un atlante MRI e della registrazione al paziente attuale, il robot segue una traiettoria generica per coprire l'aorta addominale (Fig. 3b). Un approccio di adattamento della forza online ha consentito di misurare il diametro aortico anche mentre il paziente respirava durante l'acquisizione. La configurazione del sistema proposta da Graumann et al. [45] era simile ma con l'obiettivo principale di calcolare autonomamente una traiettoria per coprire un volume di interesse all'interno di immagini precedentemente ottenute come TC, risonanza magnetica o persino ultrasuoni. Il sistema ecografico robotico potrebbe coprire il volume mediante traiettorie di scansione parallele singole o multiple. Kojcev et al. [46] hanno valutato il sistema per quanto riguarda la riproducibilità delle misurazioni eseguite dal sistema che produce volumi di ultrasuoni rispetto a un'acquisizione ecografica 2D gestita da esperti.

Von Haxthausen et al. [47•] ha sviluppato un sistema che, dopo un posizionamento iniziale manuale della sonda, può controllare il robot per seguire le arterie periferiche, mentre il rilevamento dei vasi viene realizzato utilizzando reti neurali convoluzionali (CNN).

Un sistema che fornisce una regolazione automatica della posizione della sonda rispetto ad un oggetto di interesse è stato proposto in [48]. Il loro approccio si basa sul servocomando visivo utilizzando le caratteristiche dell'immagine (momenti dell'immagine). Gli autori hanno utilizzato una sonda a ultrasuoni 3D e hanno estratto le caratteristiche dai tre piani ortogonali ai movimenti servo in e fuori dal piano.

Miglioramento della qualità dell'immagine

Poiché l'imaging a ultrasuoni soffre di un'elevata dipendenza dall'utente, c'è un forte interesse a migliorare autonomamente la qualità dell'immagine mediante il posizionamento della sonda del robot. Chatelain et al. dedicato diverse pubblicazioni a questo argomento. Gli autori hanno proposto un sistema in grado di regolare automaticamente la rotazione nel piano per il miglioramento della qualità dell'immagine utilizzando un algoritmo di tracciamento per uno specifico bersaglio anatomico [49]. L'obiettivo principale era mantenere l'oggetto centrato orizzontalmente all'interno dell'immagine ecografica durante la scansione della migliore finestra acustica per l'oggetto (Fig. 3c). Tuttavia, il controllo fuori piano non viene considerato. Il loro lavoro successivo [50•] ha utilizzato gli stessi approcci ma per un volume di ultrasuoni invece di un'immagine 2D che a sua volta potrebbe fornire il monitoraggio e il miglioramento della qualità dell'immagine per tutti e sei i DOF.

Riepilogo

Sono stati proposti diversi sistemi e approcci per fornire un'acquisizione di immagini autonoma rispetto alla ricostruzione dell'immagine 3D, alla pianificazione della traiettoria, al posizionamento della sonda e al miglioramento della qualità dell'immagine. Un componente chiave per il posizionamento autonomo iniziale della sonda è una telecamera di profondità per acquisire le posizioni relative del robot e del paziente. Per lo più, le immagini pre-interventi come la TC o la risonanza magnetica sono state utilizzate per calcolare la traiettoria necessaria per visualizzare il volume di interesse desiderato. Per migliorare la qualità dell'immagine durante l'acquisizione, i sistemi si basano sull'elaborazione delle immagini a ultrasuoni e sulle informazioni di forza. Anche se alcuni studi forniscono risultati in vivo, gli aspetti di sicurezza relativi al flusso di lavoro sono raramente considerati negli articoli recensiti.

Guida alla terapia autonoma

Questa sottosezione presenta i sistemi che eliminano la necessità dell'intervento umano per l'imaging durante la terapia. L'utilizzo di un sistema autonomo ha il vantaggio che il medico può concentrarsi sull'attività interventistica mentre un robot esegue l'imaging a ultrasuoni. Per realizzare ciò, le immagini ecografiche devono essere interpretate automaticamente per essere in grado di monitorare e visualizzare continuamente il ROI come guida.

Procedure minimamente invasive/guida dell'ago

In [51•], gli autori hanno proposto un sistema di tracciamento autonomo del catetere per la riparazione endovascolare dell'aneurisma (EVAR). Come illustrato in Fig. 4a, an LBR iiwa robot con sonda ecografica 2D viene utilizzato per acquisire immagini ecografiche. In una TC preinterventistica, la struttura del vaso di interesse viene segmentata e successivamente registrata nelle immagini ecografiche intrainterventistiche. Durante l'intervento, un medico inserisce un catetere nell'aorta addominale e lo strumento endovascolare viene guidato verso la ROI. Il robot segue il catetere utilizzando un algoritmo di tracciamento e una legge di controllo della forza in modo che la punta del catetere sia continuamente visibile nelle immagini ecografiche. Per le attività di posizionamento dell'ago come le biopsie, Kojcev et al. [52] ha proposto un sistema autonomo a doppio robot (Fig. 4b). Il sistema può eseguire sia l'imaging a ultrasuoni che l'inserimento dell'ago. In questo studio fantasma, due LBR iiwa vengono utilizzati robot, uno che tiene l'ago e l'altro che tiene la sonda a ultrasuoni. I dati di pianificazione pre-intervento vengono registrati nel sistema di coordinate del robot nella fase di inizializzazione utilizzando la registrazione dell'immagine. Il medico seleziona il ROI sulle immagini di superficie dei pazienti acquisite dalle telecamere RGB-D (profondità) montate sui robot. I robot spostano la sonda a ultrasuoni e l'ago nella ROI e avviano il tracciamento del target in base a un target predefinito e anche il tracciamento dell'ago per eseguire l'inserimento dell'ago come pianificato. Un sistema a doppio robot offre una maggiore flessibilità rispetto a un sistema a un robot utilizzato in [39•, 53], ma la sua configurazione è più complicata da implementare.

Esempi di sistemi di guida autonomi per la terapia. un Tracciamento autonomo del catetere robotizzato per EVAR con an LBR iiwa robot. Configurazione ecografica del robot (in alto), immagine ecografica (in basso a sinistra) e modello di vaso 3D (in basso a destra) (copyright © [2019] IEEE. Ristampato con il permesso di [51•]). B Sistema a doppio robot con due LBR iiwa robot che eseguono sia il tracciamento del bersaglio che l'inserimento dell'ago in un fantoccio a bagnomaria (riprodotto da [52] con il permesso di Springer Nature)

Ultrasuoni focalizzati ad alta intensità

Un altro campo di applicazione è il trattamento dei tumori con HIFU. In [54], una sonda ecografica 2D e il trasduttore HIFU sono montati su un braccio robotico a sei DOF. La messa a fuoco HIFU viene adattata utilizzando il tracciamento speckle per determinare la differenza tra il bersaglio e la messa a fuoco HIFU. Sebbene questo studio fantasma abbia considerato solo il movimento unidimensionale (1D), gli autori intendono estendere il sistema al movimento 2D. Nel sistema sviluppato da An et al. [55], una sonda ecografica 2D a tracciamento ottico è tenuta in mano e un YK400XG robot (YAMAHA) tiene il trasduttore HIFU. Il robot adatta la messa a fuoco HIFU alla posizione target identificata nelle immagini ecografiche. A differenza di altri sistemi, il trasduttore di trattamento, ma non la sonda a ultrasuoni, è controllato da robot. Un altro approccio è proposto in [56] in cui viene eseguito uno studio sull'accuratezza del tracciamento. Qui, due sonde ecografiche 2D montate sul trasduttore HIFU vengono utilizzate per tracciare la posizione del target utilizzando la registrazione dell'immagine con i dati dell'immagine preinterventistica. Finora, le sonde a ultrasuoni e il trasduttore sono statici, ma gli autori prevedono di utilizzare un sistema a doppio robot per raggiungere una maggiore flessibilità in futuro.

Radioterapia

Nella radioterapia, i tumori vengono trattati utilizzando radiazioni ionizzanti. Soprattutto il trattamento dei tumori dei tessuti molli è un compito impegnativo a causa del movimento degli organi [6]. Ad esempio, sono stati proposti vari approcci per tracciare il movimento del tumore e adattare il fascio di radiazioni utilizzando la guida ecografica [57, 58•]. Tuttavia, nella sala di trattamento, la sonda deve essere posizionata sul paziente per l'acquisizione dell'immagine. Per aiutare l'operatore in questo compito, Şen et al. [59] hanno proposto un allineamento del paziente guidato da ultrasuoni robotici autonomi. Kuhlemann et al. [60] ha proposto un approccio di localizzazione del paziente basato su telecamera robotica in cui viene utilizzata una telecamera di profondità per localizzare il paziente all'interno della sala di trattamento e registrare le superfici del corpo dalla TC pre-intervento e dalla telecamera di profondità. Inoltre, sono state calcolate porte di visualizzazione ecografiche ottimali dalla TC pre-interventistica. Per la somministrazione del trattamento, Schlüter et al. [61] ha proposto l'utilizzo di un robot cinematicamente ridondante (LBR iiwa) per essere in grado di evitare le interferenze del raggio causate dal sistema robotico e ha sviluppato strategie per il posizionamento automatico della sonda ecografica [62••]. Inoltre, è necessario considerare gli aspetti di sicurezza [63] per prevenire le collisioni e garantire che le forze del robot non superino i valori accettabili.

Riepilogo

I sistemi di guida autonomi per la terapia sono altamente specifici per l'applicazione e dipendono dalla capacità di analisi delle immagini a ultrasuoni. Mentre la compensazione del movimento robotico può già essere eseguita utilizzando robot sensibili alla forza, il rilevamento automatico del movimento del bersaglio nelle immagini ecografiche 2D e 3D è ancora in fase di ricerca attiva. Inoltre, la maggior parte delle valutazioni era limitata agli esperimenti fantasma, evidenziando la necessità di studi in vivo più realistici.


Quale specifica hardware si dovrebbe cercare per ottimizzare la visualizzazione di una tendinopatia attraverso gli ultrasuoni? - Biologia

OBBIETTIVO. La TC a doppia energia (DECT) caratterizza la composizione chimica del materiale in base alla sua attenuazione differenziale dei raggi X a due diversi livelli di energia. Le applicazioni del DECT nell'imaging muscoloscheletrico includono l'imaging dell'edema del midollo osseo, dei tendini e dei legamenti e l'uso di tecniche monoenergetiche per ridurre al minimo gli artefatti di attenuazione del fascio di protesi metalliche.

CONCLUSIONE. L'applicazione più validata del DECT è senza dubbio la sua capacità non invasiva e altamente specifica di confermare la presenza di depositi di urato monosodico nella valutazione della gotta.

La TC a doppia energia (DECT), nota anche come imaging spettrale, è stata inizialmente progettata per identificare la deposizione di acido urico all'interno dei reni (cioè calcoli renali) ed è stata convalidata per farlo in studi sia in vitro che in vivo [1, 2] . Tuttavia, DECT ora è stato modificato e applicato con successo al regno dell'imaging muscoloscheletrico con applicazioni uniche.

Gli scanner TC a doppia sorgente sono dotati di due tubi a raggi X che consentono l'acquisizione simultanea a due diversi livelli di energia (ad es. 80 o 100 e 140 kVp), quindi è superiore all'attuale TC a energia singola (singola sorgente) a causa di la sua capacità di estrarre informazioni e caratterizzare la composizione chimica del materiale in base all'attenuazione differenziale dipendente dall'energia dei fotoni di raggi X dei composti in esame ai due diversi livelli di energia [1, 2]. Le differenze specifiche del materiale dipendono dall'assorbimento del fascio di raggi X di diversi gradi, che è direttamente correlato al numero di peso atomico e alla densità elettronica del materiale in esame [3].

Utilizzando questa capacità, DECT ha dimostrato con successo in letteratura di confermare la presenza di cristalli di urato monosodico (MSU) all'interno e intorno alle articolazioni nell'artropatia della gotta [4-6], identificare l'edema del midollo osseo [7], visualizzare tendini e legamenti [1 , 8–11] e ridurre al minimo gli artefatti di indurimento del fascio dalle protesi ossee [12–14]. Tuttavia, ad oggi, l'applicazione di maggior successo del DECT nell'imaging muscoloscheletrico è la visualizzazione dei cristalli di MSU per confermare la diagnosi di gotta.

Sebbene vi siano alcune lievi differenze con ciascuna applicazione muscoloscheletrica specifica del DECT, presso il nostro istituto, il protocollo generale che utilizziamo include l'uso di uno scanner TC (SOMATOM Definition Flash, Siemens Healthcare) con due tubi a raggi X e corrispondenti rilevatori compensati da 95°. I parametri di scansione sono attualmente i seguenti: tubo A, 140 kV e 55 mA con un tubo con filtro a stagno B, 80 kV e 243 mA e collimazione di 0,6 mm ricostruita in una fetta di 0,75 mm di spessore. La post-elaborazione avviene su un ambiente di lavoro multimodale (Leonardo, Siemens Healthcare). I due set di dati vengono caricati in programmi a doppia energia specifici dell'organo che utilizzano algoritmi di decomposizione del materiale che producono immagini sezionali e volumetriche riformattate multiplanari codificate a colori.

La gotta è una malattia che deriva dalla deposizione di cristalli di acido urico che possono accumularsi sia intra ed extraarticolare, sia nei tessuti molli, nei tendini e nelle regioni intraossee. È il tipo più comune di artropatia cristallina, nonché l'artropatia infiammatoria più comune nei pazienti di sesso maschile, con un'incidenza stimata in 6,1 milioni di persone negli Stati Uniti [15-17]. Inoltre, l'incidenza è aumentata a causa del cambiamento delle abitudini alimentari, come la maggiore assunzione di prodotti a base di fruttosio. Choi e Curhan [18] hanno riportato un fattore di rischio relativo di 1,85 per lo sviluppo della gotta in pazienti di sesso maschile che consumano più di due bibite zuccherate al giorno, perché c'è un aumento dell'acido urico prodotto dal fegato e una diminuzione della clearance renale secondaria all'eccessivo consumo di fruttosio [3]. Il picco di incidenza si verifica tra i 30 ei 50 anni e la condizione è cinque volte più comune tra gli uomini che tra le donne [15-17]. La gotta acuta colpisce più comunemente la prima articolazione metatarsale del piede, nota anche come podagra, tuttavia può essere coinvolta quasi qualsiasi articolazione. Il quadro clinico classico della gotta è quello del dolore articolare acuto, lancinante e bruciante. Se non trattata, la gotta può portare a episodi ricorrenti di infiammazione articolare ed eventuale distruzione articolare [15-17].

Maggiore è il grado e la durata dei livelli elevati di urato, maggiore è la gravità della malattia. Pertanto, confermare la presenza di gotta con un'elevata accuratezza sarebbe altamente desiderabile perché è fondamentale iniziare ad abbassare i livelli di urato nelle prime fasi del processo patologico per prevenire al meglio lo sviluppo di complicanze e future esacerbazioni della gotta. La gotta tofacea si riferisce alla deposizione di urato e cellule infiammatorie nei tessuti e può derivare da una malattia di vecchia data o dopo un episodio di un attacco acuto di gotta. Questa deposizione può essere nelle articolazioni, sinovia, tendini, legamenti, cartilagine, ossa e altri tessuti molli che possono provocare la distruzione articolare o indebolire tendini o legamenti e predisporli alla rottura.

L'iperuricemia asintomatica, come suggerisce il nome, è caratterizzata da acido urico elevato senza sintomi della malattia e potrebbe offrire il potenziale di vie di ricerca inesplorate.Con il DECT come tecnica non invasiva per identificare la malattia subclinica, ciò consentirebbe l'istituzione di un trattamento per abbassare gli urati all'inizio della malattia e prevenire la distruzione articolare e l'immobilità del paziente, portando a un miglioramento della qualità della vita del paziente [3]. Le Figure 1A e 1B mostrano un esempio dell'applicazione di DECT per la rilevazione di cristalli di MSU in un paziente iperuricemico asintomatico.

Diagnosi di gotta—Sebbene alcune caratteristiche cliniche possano aiutare a stabilire la diagnosi, ci sono molte altre malattie che possono imitare o coesistere con la gotta [15-17], tra cui l'artrite settica, l'artrite reumatoide, l'artrosi, l'artrosi erosiva, la psoriasi, la deposizione di cristalli di pirofosfato diidrato di calcio, la xantomatosi , amiloidosi, sinovite villonodulare pigmentata, artropatia amiloide, sarcoidosi e masse maligne intra e paraarticolari, come il sarcoma sinoviale e il tumore a cellule giganti. La diagnosi definitiva di gotta richiede l'analisi microscopica del fluido aspirato dall'articolazione con il riscontro di cristalli di MSU birifrangenti negativamente [16]. L'aspirazione articolare può sembrare al principiante come una tecnica relativamente semplice, tuttavia, spesso può essere tecnicamente difficile da eseguire a causa di una quantità inadeguata di raccolta di liquidi, in particolare quando le articolazioni sono infiammate acutamente o come risultato di siti anatomici difficili clinicamente, viene eseguita solo nel 17% dei casi [19, 20]. Nel contesto acuto della gotta acuta, Swan e colleghi [21] hanno scoperto che l'aspirazione può essere negativa il 25% delle volte. Pertanto, un mezzo sensibile, specifico e non invasivo per diagnosticare la gotta, come il DECT, è clinicamente altamente desiderabile.

UN, Decomposizione bimateriale multiplanare coronale riformattata con codice colore (UN) e volume-reso (B) le immagini dei piedi mostrano un lieve grado di deposizione di urato monosodico (frecce) che circonda la prima articolazione metatarso-falangea destra e lungo il mesopiede sinistro, confermando la presenza di gotta subclinica.

B, Decomposizione bimateriale multiplanare coronale riformattata con codice colore (UN) e volume-reso (B) le immagini dei piedi mostrano un lieve grado di deposizione di urato monosodico (frecce) che circonda la prima articolazione metatarso-falangea destra e lungo il mesopiede sinistro, a conferma della presenza di gotta subclinica.

Fig. 2 Classe di applicazione della gotta a doppia energia per ambienti di lavoro multimodali (Leonardo, Siemens Healthcare). Schermata dell'algoritmo della gotta (sinistra) mostra differenze di attenuazione tra osso trabecolare, acido urico e osso corticale: -asse rappresenta i valori di attenuazione del tubo kilovoltaggio inferiore (80 kV), e X-l'asse rappresenta i valori di attenuazione del tubo a kilovoltaggio più alto (140 kV filtrato a stagno). I composti sopra la linea rappresentano il calcio (numero di peso atomico elevato, codificato a colori in blu) e i composti sotto la riga rappresentano l'acido urico (numero a basso peso atomico, codificato a colore in verde). Decomposizione di due materiali con codifica a colori di immagini trasversali e di volume renderizzate (Giusto) mostrano la deposizione di acido urico codificato in verde.

DECT per la gotta—I metodi di imaging, tra cui la radiografia, l'ecografia, la TC a energia singola e la risonanza magnetica, sono stati precedentemente suggeriti come modalità di imaging non invasive potenzialmente utili per la diagnosi della gotta [16, 22-26]. Tuttavia, nessuno di questi metodi è risultato essere abbastanza sensibile o specifico per confermare la presenza di cristalli di MSU [16, 23-26]. Ci sono state anche critiche riguardo alla correlazione interosservatore per ultrasuoni e risonanza magnetica nella valutazione delle dimensioni del tofo [23, 27].

L'imaging a doppia energia consente facilmente la separazione e la caratterizzazione del calcio, un composto ad alto peso molecolare, dall'acido urico, un composto a basso peso molecolare, rendendo il DECT un importante strumento non invasivo nella diagnosi della gotta. I due set di dati, 80 e 100 kVp e 140 kVp filtrati con stagno, vengono caricati nell'ambiente di lavoro multimodale. Quindi si verifica un calcolo della decomposizione di due materiali (Fig. 2). Le differenze specifiche del materiale nell'attenuazione dei due set di dati (80 e 100 kVp e 140 kVp filtrato con stagno) consentono una facile classificazione della composizione chimica elementare del tessuto scansionato, consentendo una caratterizzazione accurata dell'acido urico (codificato a colori in verde) separatamente dal calcio e dal midollo osseo (colore dell'osso corticale codificato in blu e osso midollare in rosa).

DECT ha dimostrato in pubblicazioni recenti di confermare adeguatamente la presenza di cristalli di urato in tessuti con un'elevata specificità e moderata sensibilità sia in retrospettiva [4, 5, 7, 28] che in uno studio prospettico randomizzato [29]. Nel 2009, Choi e colleghi [4] hanno scoperto che il DECT era più efficace della valutazione clinica nell'identificazione della gotta. In quello studio, DECT ha identificato 22 siti anatomici con depositi di urato, rispetto alla valutazione clinica, che è stata in grado di confermare solo sei siti (P < 0.001). Pertanto, gli autori hanno concluso che il DECT era quattro volte più efficace nell'identificare i depositi di urato rispetto all'esame clinico [4]. Glazebrook e colleghi [6] hanno condotto uno studio retrospettivo su 94 pazienti sottoposti a DECT per articolazioni dolorose, 31 pazienti hanno avuto successo nell'aspirazione articolare 1 mese dopo DECT e 12 di questi pazienti hanno avuto successo nell'aspirazione articolare in cui è stato identificato l'acido urico. La sensibilità del DECT era del 100%, con un'affidabilità interosservatore quasi perfetta per la conferma della presenza di cristalli di urato. La specificità per i due lettori è stata rispettivamente del 79% e dell'89% [6]. Sulla base di questi risultati, gli autori hanno concluso che DECT è un metodo sensibile, non invasivo e riproducibile per rilevare depositi di acido urico in pazienti con sospetta gotta (Figg. 3A, 3B, 3C, 3D, 3E e 3F).

UN, Sono state ottenute immagini riformattate multiplanari di decomposizione di due materiali. Immagini di piedi con volume renderizzato (UN) e mano e polso destri (B) mostrano numerosi grandi tofi urati (verde) lungo l'intera estensione di piedi, caviglie, mani e polsi.

B, Sono state ottenute immagini riformattate multiplanari di decomposizione di due materiali. Immagini di piedi con volume renderizzato (UN) e mano e polso destri (B) mostrano numerosi grandi tofi urati (verde) lungo l'intera estensione di piedi, caviglie, mani e polsi.

C, Planare con codice colore (C) e volume-reso (D) le immagini dell'articolazione del gomito destro rivelano estesi depositi di acido urico (verde) lungo l'intera estensione del gomito prossimale.

D, Planare con codice colore (C) e volume-reso (D) le immagini dell'articolazione del gomito destro rivelano estesi depositi di acido urico (verde) lungo l'intera estensione del gomito prossimale.

E, L'immagine planare codificata a colori del piede destro e della caviglia illustra grandi depositi di urato (verde) a metatarso, articolazioni metatarso-falangee (freccia a destra), e articolazioni interfalangee prossimali e distali (freccia a sinistra) e lungo il tendine di Achille (punta di freccia).

F, La risonanza magnetica corrispondente mostra un tendine di Achille dall'aspetto normale (punta di freccia) e presenza di masse molli mal definite (freccia) nella regione del mesopiede, che è un reperto non specifico e potrebbe essere visto nell'artrite reumatoide, nell'amiloide, nella gotta o nell'infezione. Poiché la risonanza magnetica non è così specifica come il DECT nell'identificare la presenza di depositi di MSU, l'origine di queste masse non può essere determinata dalla risonanza magnetica, mentre il DECT conferma accuratamente la diagnosi di gotta.

Poiché DECT può confermare con elevata specificità la presenza di cristalli MSU separatamente dal calcio, ciò consente il calcolo automatico dei volumi dei cristalli MSU all'interno di un tofo. Dalbeth et al. [28] e Choi et al. [29] e hanno recentemente dimostrato che l'utilizzo di software di volume automatizzato è più riproducibile, con un'elevata affidabilità sia inter che intraosservatore, rispetto alle misurazioni fisiche nella determinazione della dimensione dell'urato tofo. Lo studio di validazione clinicamente più rilevante, perché era prospettico, randomizzato e in doppio cieco, del DECT nella valutazione della gotta è stato pubblicato di recente da Choi et al. [29]. Questo studio ha mostrato una promettente utilità clinica del DECT non solo nel confermare accuratamente la presenza di depositi di MSU, ma anche nell'essere altamente riproducibile nella valutazione dei volumi dei cristalli di urato. Gli autori hanno determinato in modo prospettico la sensibilità, la specificità e la riproducibilità interosservatore e intraosservatore per le misurazioni del volume di urato DECT [29]. C'erano 17 casi di gotta provati dall'aspirazione e 40 casi di controllo senza evidenza di gotta, e un radiologo cieco ha identificato la deposizione di urato per calcolare la specificità e la sensibilità del DECT per rilevare la gotta. La riproducibilità volumetrica interterrestre è stata determinata da due radiologi indipendenti su 40 tofi indice dei 17 pazienti con gotta tofacea utilizzando un software automatizzato di volume per il calcolo dei volumi di urato. La sensibilità e la specificità del DECT per il rilevamento della gotta erano rispettivamente dell'84% e del 93%. I volumi di urato di 40 indice tofi variavano da 0,06 a 18,74 cm 3 (media, 2,45 cm 3 ). I coefficienti di correlazione intraclasse interosservatore e intraosservatore per DECT erano perfetti per le misurazioni del volume di urato rispettivamente al 100% e al 100%, indicando un'elevata riproducibilità delle misurazioni del volume di urato DECT [29]. La specificità in quello studio per i depositi di MSU era alta, tuttavia, la sensibilità era moderata, il che, secondo gli autori, potrebbe essere potenzialmente spiegato dalla frequente incidenza dell'uso di terapie per abbassare gli urati nella loro popolazione di pazienti [29]. Esempi dell'utilità clinica del DECT nella valutazione del volume della gotta sono mostrati nelle Figure 4A, 4B, 4C e 4D.

UN, Le immagini mostrano l'utilità clinica della TC a doppia energia (DECT) nella valutazione accurata e riproducibile dei volumi di urato del ginocchio nella gotta. Sorgente assiale di pretrattamento iniziale (UN) e volume-reso (B) Le immagini DECT mostrano un volume di urato tofi di 20,2 cm 3 . Dopo la terapia ipolipemizzante, la sorgente assiale (C) e volume-reso (D) Le immagini DECT mostrano un volume di urato tofi di 0,6 cm 3 . Immagini di origine assiale (UN e C) mostrano valori automatizzati del volume di topus urato basati su set di dati ottenuti da DECT che vengono poi caricati in un ambiente di lavoro multimodale (Leonardo, Siemens Healthcare). Applicazione del volume, che consente di tracciare le regioni di interesse attorno ai depositi di urato visualizzati con i successivi valori calcolati automaticamente del volume di urato. Immagini di ginocchia rese a volume (B e D) mostrano bene un'ampia riduzione dei depositi di urato monosodico (verde) all'interno e intorno alle articolazioni del ginocchio dopo la terapia ipolipidica.

B, Le immagini mostrano l'utilità clinica della TC a doppia energia (DECT) nella valutazione accurata e riproducibile dei volumi di urato del ginocchio nella gotta. Sorgente assiale di pretrattamento iniziale (UN) e volume-reso (B) Le immagini DECT mostrano un volume di urato tofi di 20,2 cm 3 . Dopo la terapia ipolipemizzante, la sorgente assiale (C) e volume-reso (D) Le immagini DECT mostrano un volume di urato tofi di 0,6 cm 3 . Immagini di origine assiale (UN e C) mostrano valori automatizzati del volume di topus urato basati su set di dati ottenuti da DECT che vengono poi caricati in un ambiente di lavoro multimodale (Leonardo, Siemens Healthcare). Applicazione del volume, che consente di tracciare le regioni di interesse attorno ai depositi di urato visualizzati con i successivi valori calcolati automaticamente del volume di urato. Immagini di ginocchia rese a volume (B e D) mostrano bene un'ampia riduzione dei depositi di urato monosodico (verde) all'interno e intorno alle articolazioni del ginocchio dopo la terapia ipolipidica.

C, Le immagini mostrano l'utilità clinica della TC a doppia energia (DECT) nella valutazione accurata e riproducibile dei volumi di urato del ginocchio nella gotta. Sorgente assiale di pretrattamento iniziale (UN) e volume-reso (B) Le immagini DECT mostrano un volume di urato tofi di 20,2 cm 3 . Dopo la terapia ipolipemizzante, la sorgente assiale (C) e volume-reso (D) Le immagini DECT mostrano un volume di urato tofi di 0,6 cm 3 . Immagini di origine assiale (UN e C) mostrano valori automatizzati del volume di topus urato basati su set di dati ottenuti da DECT che vengono poi caricati in un ambiente di lavoro multimodale (Leonardo, Siemens Healthcare). Applicazione del volume, che consente di tracciare le regioni di interesse attorno ai depositi di urato visualizzati con i successivi valori calcolati automaticamente del volume di urato. Immagini di ginocchia rese a volume (B e D) mostrano bene un'ampia riduzione dei depositi di urato monosodico (verde) all'interno e intorno alle articolazioni del ginocchio dopo la terapia ipolipidica.

D, Le immagini mostrano l'utilità clinica della TC a doppia energia (DECT) nella valutazione accurata e riproducibile dei volumi di urato del ginocchio nella gotta. Sorgente assiale di pretrattamento iniziale (UN) e volume-reso (B) Le immagini DECT mostrano un volume di urato tofi di 20,2 cm 3 . Dopo la terapia ipolipemizzante, la sorgente assiale (C) e volume-reso (D) Le immagini DECT mostrano un volume di urato tofi di 0,6 cm 3 . Immagini di origine assiale (UN e C) mostrano valori automatizzati del volume di topus urato basati su set di dati ottenuti da DECT che vengono poi caricati in un ambiente di lavoro multimodale (Leonardo, Siemens Healthcare). Applicazione del volume, che consente di tracciare le regioni di interesse attorno ai depositi di urato visualizzati con i successivi valori calcolati automaticamente del volume di urato. Immagini di ginocchia rese a volume (B e D) mostrano bene un'ampia riduzione dei depositi di urato monosodico (verde) all'interno e intorno alle articolazioni del ginocchio dopo la terapia ipolipidica.

Il DECT si è rivelato rilevante anche nell'ambito delle cure acute come strumento di risoluzione dei problemi. Nicolau et al. [30] hanno scoperto che il DECT è stato utile per differenziare la gotta da altre diagnosi difficili. Esempi in quello studio includevano la conferma della gotta e l'esclusione dell'artrite settica nelle mani, nei gomiti e nei piedi. In quello studio, il DECT è stato molto utile in un paziente immunodepresso con leucemia, che si è presentato in modo acuto con una lesione distruttiva lungo l'articolazione interfalangea distale del piede. È stato eseguito il DECT, che conferma la presenza di cristalli di MSU lungo l'articolazione interfalangea distale, escludendo l'artrite settica o un cloroma, e quindi negando la necessità di aspirare l'articolazione. Il paziente è stato trattato con successo in modo conservativo. Le Figure 5A, 5B, 5C e 5D mostrano un esempio dell'utilità di DECT come strumento per la risoluzione di problemi in un paziente che presentava osteomielite o un attacco acuto di gotta. Le prove scientifiche fornite supportano il DECT come una tecnica non invasiva promettente sia nella diagnosi che nella gestione della gotta.

L'edema del midollo osseo viene visualizzato al meglio con le tecniche di risonanza magnetica. L'edema del midollo osseo è spesso descritto come aree di diminuzione dell'intensità del segnale sulla risonanza magnetica pesata in T1 e aumento dell'intensità del segnale sulla risonanza magnetica pesata in T2 con soppressione del grasso o STIR all'interno del midollo osseo. Tuttavia, Pache et al. [7] sono stati recentemente in grado di valutare l'edema traumatico del midollo osseo utilizzando una tecnica virtuale DECT senza sottrazione di calcio. Questa tecnica permette la sottrazione di calcio dall'osso spugnoso, consentendo l'identificazione di edema midollare. Ciò consente alla valutazione delle contusioni ossee post-traumatiche del ginocchio di essere potenzialmente rilevabile con DECT. Pache et al. valutato prospetticamente 236 regioni della tibia e del femore in 21 pazienti con trauma acuto del ginocchio sottoposti sia a DECT che a risonanza magnetica. Gli autori hanno riportato una sensibilità dell'86,4% e specificità elevate del 94,4% e del 95,5% per i due osservatori [7]. Pache et al. hanno attribuito il tasso di sensibilità inferiore all'inesperienza con la nuova tecnica, che secondo loro sarebbe migliorata con l'esperienza e la pratica. Inoltre, gli autori hanno suggerito l'uso di immagini virtuali non sottratte con calcio codificate a colori per una migliore rilevazione visiva dei cambiamenti di attenuazione nel midollo osseo [7]. Le Figure 6A, 6B e 6C mostrano l'uso di DECT e tecniche di sottrazione virtuale non di calcio codificate a colori per identificare l'edema del midollo osseo nel ginocchio. La TC, che ora utilizza per la prima volta la doppia energia, ha il potenziale futuro per la rilevazione dell'edema del midollo osseo dopo un trauma tramite la tecnica virtuale senza sottrazione di calcio. Ciò potrebbe essere particolarmente utile in situazioni che offrono un'opzione di imaging alternativa per i pazienti con controindicazioni alla risonanza magnetica.

UN, La radiografia mostra la prominenza dei tessuti molli (freccia) adiacente alla prima articolazione MTP del piede destro con presenza di lucenze cistiche, sia subcondrali che marginali. La causa può essere infettiva o infiammatoria.

B, La scintigrafia ossea ha rivelato un aumento dell'assorbimento (frecce) sulla fase ritardata nella prima MTP e nell'area mediale del piede è stata sollevata la preoccupazione per l'osteomielite, ma non è stato possibile escludere l'artropatia infiammatoria. I livelli sierici di urato erano normali.

C, Immagine resa volume da DECT (C) e immagine codificata a colori riformattata multiplanare con decomposizione sagittale di due materiali (D) mostrano la presenza di tofi urato monosodico gottoso in verde (frecce) con erosioni alla prima articolazione metatarso-falangea, al mesopiede e alla caviglia del piede destro definitivamente confermate.

D, Immagine resa volume da DECT (C) e immagine codificata a colori riformattata multiplanare con decomposizione sagittale di due materiali (D) mostrano la presenza di tofi urato monosodico gottoso in verde (frecce) con erosioni alla prima articolazione metatarso-falangea, al mesopiede e alla caviglia del piede destro definitivamente confermate.

UN, Frattura da insufficienza (freccia) si nota nella tibia prossimale mediale che non è facilmente visibile sulla radiografia anteroposteriore del ginocchio.

B, TC a doppia energia coronale (pannello sinistro, B) e assiale (pannello sinistro, C) immagini virtuali non sottratte dal calcio e corrispondenti immagini di decomposizione di tre materiali codificati a colori (calcio, grasso e acqua) (pannelli di destra) mostrano la presenza di edema subcondrale del midollo osseo al condilo femorale mediale e al piatto tibiale mediale prossimale come elevata attenuazione su immagini virtuali non migliorate (frecce, pannelli a sinistra) e blu denso sulle immagini codificate a colori (frecce, pannelli di destra). Vi è anche la presenza di alcune sclerosi subcondrali (codificate con il colore arancione) e fratture da insufficienza (punte di freccia, B) che può essere visto nella tibia prossimale mediale su immagini codificate a colori coronali.

C, TC coronale a doppia energia (pannello sinistro, B) e assiale (pannello sinistro, C) immagini virtuali senza sottrazioni di calcio e corrispondenti immagini di decomposizione di tre materiali codificati a colori (calcio, grasso e acqua) (pannelli di destra) mostrano la presenza di edema subcondrale del midollo osseo al condilo femorale mediale e al piatto tibiale mediale prossimale come elevata attenuazione su immagini virtuali non migliorate (frecce, pannelli a sinistra) e blu denso sulle immagini codificate a colori (frecce, pannelli di destra). Vi è anche la presenza di alcune sclerosi subcondrali (codificate con il colore arancione) e fratture da insufficienza (punte di freccia, B) che può essere visto nella tibia prossimale mediale su immagini codificate a colori coronali.

Fig. 7 Uomo di 57 anni con fissazione interna a riduzione aperta, placca laterale interna della tibia distale e fratture del perone dopo trauma. Sono mostrate immagini TC coronali rappresentative ottenute da TC a doppia energia che vengono ricostruite con una classe di applicazione dello spettro monoenergetico sul posto di lavoro multimodale in monoenergie a, da sinistra a destra, 50, 70, 130 e 190 keV e un'immagine TC convenzionale simulata a 120 kVp.L'artefatto di indurimento del fascio dovuto a piastre e viti metalliche è chiaramente ridotto a 130 e 190 keV rispetto all'immagine simulata convenzionale a 120 kVp. Le fratture tibiali e perone distali sono delineate più chiaramente a 130 e 190 keV con frattura tibiale priva di unione ossea solida, mentre la frattura peroneale mostra unione ossea solida.

Fig. 8 Uomo di 23 anni con dolore che coinvolge l'aspetto plantare dell'avampiede sinistro che mostra una lesione della placca plantare. L'immagine della decomposizione del collagene con codice colore coronale mostra la discontinuità focale della placca plantare della seconda articolazione metatarso-falangea sinistra (freccia). La placca plantare intatta della seconda articolazione metatarso-falangea controlaterale destra mostra un codice colore continuo del collagene (punta di freccia) in armonia con la distribuzione uniforme del collagene.

L'imaging di pazienti con artefatti hardware in metallo con TC rimane una sfida nonostante le tecniche ideate per superare questo problema. Le cause dell'artefatto dell'hardware metallico includono la fame di fotoni, la media del volume parziale, la dispersione e l'indurimento del fascio. Il tipo di metallo, le dimensioni e la forma dell'impianto e l'orientamento dell'hardware contribuiscono tutti al manufatto. Gli oggetti ad alta attenuazione, come il metallo, cambiano drasticamente questo spettro attenuando i fotoni a bassa energia e spostando lo spettro verso i fotoni a energia più alta.

In letteratura sono state descritte molte tecniche per ridurre tali artefatti, inclusa la regolazione dei parametri di acquisizione dell'immagine. Tuttavia, questo cambiamento non è tenuto in considerazione dai rivelatori, dando luogo a errori di ricostruzione e artefatti di indurimento del fascio. Le tecniche attuali per ridurre gli artefatti metallici includono l'aumento della chilotensione di picco, che riduce la fame di fotoni e l'indurimento del fascio aumentando la corrente del tubo, che riduce la collimazione del fascio sottile di fame di fotoni, che riduce la dispersione e riduce la ricostruzione media del volume parziale con fette più spesse e algoritmi di ricostruzione liscia. I metodi più recenti includono la ricostruzione iterativa, che riduce il rumore, l'interpolazione della proiezione e i metodi di filtraggio adattivo.

UN, La mappa di decomposizione trasversale del collagene codificata a colori della caviglia mostra i tendini laterali, flessori ed estensori in pazienti con gotta. La codifica a colori del collagene dei tendini peroneo breve e peroneo lungo (ingrossati e infiammati) a destra è irregolare e di intensità ridotta (freccia) rispetto al normale peroneo breve sinistro e peroneo lungo (punta di freccia).

B, Le immagini di decomposizione trasversale di due materiali allo stesso livello mostrano la presenza di acido urico in verde all'interno dei tendini peroneo breve e peroneo lungo (freccia), in linea con la tendinopatia da urati che presumibilmente causa anormalità nelle immagini di decomposizione del collagene codificate a colori. La punta di freccia indica i normali tendini peronei del piede sinistro, che non mostrano depositi di acido urico con i tendini stessi.

Nel 1986, Hemmingsson et al. [31] descritto utilizzando tecniche DECT con un metodo di post-elaborazione dell'immagine dopo la costruzione dell'immagine per ridurre l'artefatto di indurimento del fascio in CT. Altrimenti, DECT non è stato precedentemente discusso per l'uso nella riduzione degli artefatti metallici. La letteratura recente ha suggerito l'uso del fascio spettrale monoenergetico di DECT come metodo per eliminare l'errore di ricostruzione, utilizzando la capacità del DECT di estrapolare l'indurimento del fascio per generare immagini come se fossero state acquisite con un singolo kiloelettronvolt monoenergetico tecnica ad alta energia. Nel 2011, Bamberg et al. [14] hanno confrontato varie ricostruzioni monoenergetiche in 31 pazienti con impianti metallici, mostrando prove soggettive e oggettive che le immagini monoenergetiche-kiloelettronvolt ad alta energia erano superiori alle immagini monoenergetiche-kiloelettronvolt a bassa energia sia nella qualità dell'immagine che nel valore diagnostico. Sebbene questi autori non siano stati in grado di eliminare completamente gli artefatti metallici, la qualità dell'immagine è stata migliorata del 49%, il valore diagnostico è stato migliorato di circa il 44% e la densità degli artefatti è stata ridotta [14]. In diversi esami, hanno riferito che le caratteristiche diagnostiche decisive erano distinguibili solo nelle ricostruzioni di energia ad alto chiloelettronvolt. Inoltre, gli autori hanno riferito che l'impostazione ottimale del kiloelettronvolt variava a seconda delle dimensioni e della composizione della protesi, quindi, DECT mostra la forza di essere in grado di consentire retrospettivamente l'ottimizzazione dell'energia dei singoli fotoni senza previa conoscenza della composizione del materiale protesico [14 ].

Zhou et al. [12] hanno anche recentemente confrontato varie ricostruzioni monoenergetiche in 47 pazienti che sono stati ripresi con DECT dopo l'impianto di dispositivi ortopedici metallici a seguito di fratture. La post-elaborazione è stata eseguita per produrre sei energie di fotoni (40, 70, 100, 130, 160 e 190 keV), che sono state confrontate tra loro e con immagini di 120 kVp ponderate in media [12]. Questi autori hanno scoperto che l'imaging monoenergetico di DECT ha migliorato significativamente la qualità delle immagini e che un'impostazione ottimale con l'artefatto metallico più basso era di 130 keV per dispositivi ortopedici metallici totali, interni ed esterni [12]. È importante notare che entrambi questi studi che utilizzano lo spettro monoenergetico di DECT hanno migliorato con successo la qualità dell'immagine mantenendo la neutralità della dose di radiazioni rispetto ai protocolli standard della letteratura [12, 14]. Inoltre, c'era un buon accordo tra osservatori in entrambi gli studi [12, 14]. Pertanto, questa nuova tecnica offre il potenziale per ridurre al minimo gli artefatti metallici senza esporre i pazienti a dosi di radiazioni aumentate (Fig. 7).

Sono state suggerite ulteriori tecniche che coinvolgono la TC spettrale per aiutare a ridurre gli artefatti legati al metallo. Liu e colleghi hanno segnalato l'uso dell'imaging spettrale monoenergetico di gemme con software di riduzione degli artefatti metallici per ridurre notevolmente gli artefatti di indurimento del fascio legati al metallo e migliorare significativamente la visualizzazione della corteccia periprotesica, della trabecolazione ossea midollare e dei tessuti molli adiacenti in un'analisi retrospettiva di 26 pazienti [13]. Tuttavia, la qualità dell'immagine è stata influenzata dalla composizione e dalle dimensioni della protesi e dovrebbe essere considerata durante l'imaging con l'imaging spettrale monoenergetico di gemme con ricostruzione con riduzione degli artefatti metallici [13].

La MDCT convenzionale è eccellente nella valutazione ossea dello squilibrio interno articolare, ma alquanto limitata nella valutazione delle strutture dei tessuti molli articolari. Tendini e legamenti sono costituiti da fibrille allungate di collagene di tipo 1, elastina, proteoglicani, glicosaminoglicani e glicoproteine ​​[32]. I valori specifici dell'indice a doppia energia del collagene consentono la decomposizione del collagene dal tessuto circostante, presumibilmente secondario alla sua natura densa e alle catene laterali di idrossilisina e idrossiprolina [1]. In DECT, i due set di dati vengono caricati in un ambiente di lavoro multimodale in cui viene eseguito un algoritmo di decomposizione del collagene a tre materiali (collagene, grasso e tessuti molli). Nella nostra applicazione, il collagene è codificato a colori come arancione e giallo.

Johnson et al. [1] inizialmente ha mostrato la capacità del DECT di rilevare tendini e legamenti utilizzando la decomposizione di tre materiali per differenziare il collagene, l'acqua e i tessuti molli l'uno dall'altro. Hanno scoperto che i tendini potevano essere chiaramente differenziati in una scansione non potenziata [1]. Nel 2008, Persson et al. [9] hanno condotto un'analisi post mortem e sono stati in grado di utilizzare DECT per rappresentare tendini e legamenti attraverso la differenziazione del collagene per una migliore visualizzazione delle ferite nella regione della caviglia e del polso. Tuttavia, una critica era che, poiché lo studio è stato condotto su pazienti deceduti, i set di dati generati erano di altissima risoluzione a causa della mancanza di limitazioni sulla dose di radiazioni e, quindi, non erano rappresentativi o fattibili per l'applicazione clinica quotidiana di DECT [9 ].

Ci sono stati dati contrastanti presentati in letteratura riguardo all'uso di DECT per l'imaging di tendini e legamenti [8, 10, 11]. Nel 2008, Lohan et al. [8] hanno confrontato la TC e la DECT a energia singola per la rappresentazione dei tendini degli arti inferiori in 11 pazienti sani e sette pazienti clinicamente indirizzati per l'analisi qualitativa e quantitativa su sei tendini in ciascun arto inferiore. Gli autori hanno scoperto che la TC a energia singola ha rapporti segnale-rumore e contrasto-rumore significativamente migliori rispetto alla DECT (P < 0.0001), sebbene la classifica interosservatore fosse scarsa [8]. Inoltre, il protocollo DECT nel loro studio aveva una dose significativamente più alta (P < 0,05) [8]. Nello stesso anno Sun et al. [11] hanno studiato retrospettivamente 24 ginocchia in 12 pazienti sottoposti a DECT per l'imaging. Sebbene fossero in grado di visualizzare chiaramente i legamenti crociati anteriore e posteriore, il legamento collaterale fibulare e il legamento rotuleo, non erano in grado di visualizzare in modo soddisfacente il legamento collaterale tibiale [11]. Un ulteriore problema era l'incapacità di visualizzare in modo soddisfacente strutture più attenuate, come i legamenti trasversali e il retinacolo rotuleo laterale e mediale [11].

Nel 2009, Deng et al. [10] ha utilizzato DECT per scansionare mani e piedi di 20 pazienti a 140 e 80 kVp. Gli autori sono stati in grado di visualizzare con successo la maggior parte dei tendini flessori ed estensori delle mani e dei piedi senza aumentare la dose di radiazioni rispetto al loro protocollo TC ad alta risoluzione (6,56 vs 10,98 mGy) [10]. È stato riscontrato che otto pazienti avevano tendini anormali che erano chiaramente visualizzati con anomalie patologiche DECT osservate inclusi circuiti, ispessimento e aderenza [10]. La regolazione della larghezza e del livello della finestra per evidenziare al meglio il legamento o il tendine di interesse è fondamentale e spesso sono necessarie regolazioni fini quando vengono esaminati legamenti o tendini diversi. La Figura 8 mostra un paziente con una lesione della placca plantare visualizzata su immagini codificate a colori di decomposizione di tre materiali utilizzando l'applicazione a doppia energia del tendine. Le Figure 9A e 9B mostrano un paziente con tenosinovite dei tendini peroneo con infiammazione da deposito di acido urico.

Sebbene l'imaging spettrale sia stato utilizzato anche per valutare tendini e legamenti, presenta diversi limiti. Alcuni potenziali limiti della decomposizione del collagene includono la risoluzione, la riproducibilità della larghezza della finestra e le regolazioni del livello e l'aumento del tempo necessario per caricare lo studio su una workstation. La larghezza della finestra e le regolazioni del livello possono accentuare il rumore, che può simulare una malattia. Può anche richiedere molto tempo caricare uno studio in una workstation, eseguire la decomposizione del collagene e quindi regolare manualmente la larghezza e il livello della finestra mentre si scorrono legamenti o tendini su più piani per valutare l'anomalia.

Sulla base degli studi qui discussi, DECT può potenzialmente migliorare la caratterizzazione dei tessuti molli delle strutture di supporto delle articolazioni. Con l'ulteriore progresso della tecnologia, sono necessari nuovi studi prospettici per posizionare correttamente il ruolo del DECT nella valutazione di legamenti o menischi e tendini.

DECT ha diverse applicazioni per l'imaging muscoloscheletrico. Una delle applicazioni più importanti è la capacità di rilevare l'acido urico con elevata specificità. Questa capacità unica di DECT fornisce un mezzo non invasivo altamente affidabile per la diagnosi della gotta. Altre applicazioni DECT nella gotta possono includere il monitoraggio della risposta terapeutica al trattamento per abbassare gli urati, poiché la determinazione delle dimensioni del tofo e la sua dissoluzione è una delle più importanti misure di esito convalidate nella valutazione della gotta.

Ulteriori applicazioni muscoloscheletriche di DECT includono la capacità di mostrare edema traumatico del midollo osseo, ridurre al minimo gli artefatti dall'imaging di protesi metalliche e visualizzare tendini e legamenti normali e patologici. Alcune applicazioni future includono il potenziale uso del DECT per rivelare la deposizione di calcio per il pirofosfato di calcio diidrato e la malattia di idrossiapatite di calcio, le rotture della cuffia dei rotatori, la deposizione di ferro per la diagnosi di sinovite villonodulare pigmentata e metallosi e l'artrografia DECT per il rilevamento rapido di lesioni del menisco e del labbro.

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Sfondo

Il tendine di Achille (AT) è il tendine più grande e più forte del corpo umano. I grandi carichi di trazione, che si verificano prevalentemente durante il suo allungamento o contrazione, lo rendono vulnerabile a lesioni da uso eccessivo. Sebbene la prevalenza e l'incidenza della tendinopatia di Achille da sostanza media (cioè nel terzo medio del tendine) siano elevate negli atleti, i casi sono frequentemente riportati anche negli individui sedentari [1-6]. L'eziologia e la patogenesi della tendinopatia AT sono state oggetto di molte ricerche, ma con risultati incoerenti [2, 3, 7]. Pertanto, il trattamento delle persone affette da questa patologia rimane impegnativo per i professionisti della riabilitazione e il tasso di successo dei trattamenti conservativi è variabile [8-10].

L'imaging a ultrasuoni consente la visualizzazione in vivo dell'integrità biologica del tendine. È un metodo sicuro, rapido, non invasivo, relativamente economico e popolare utilizzato nella valutazione della tendinopatia AT [11, 12]. Quando si osservano le immagini ecografiche (UI) di AT sani, l'allineamento ben organizzato e parallelo delle fibre di collagene (cioè la striatura fibrillare) viene evidenziato dall'alternanza di bande luminose parallele (iperecogeniche) di collagene e bande scure (ipoecogene) di matrice extracellulare. 12, 13]. Il paratenone di un AT sano appare come una linea luminosa ininterrotta e ben definita che circonda il tendine [12, 13] (Fig. 1). Al contrario, nelle persone con tendinopatia da AT media, il pattern di striatura fibrillare è spesso alterato a causa di una disorganizzazione delle fibre collagene e una porzione ispessita e ipoecogena dell'AT riflette un aumento della quantità di matrice extracellulare e tenociti [8, 14 , 15]. Questo si traduce tipicamente in ispessimento focale lungo l'AT, presenza di regioni intratendinee scure (ipoecogene) e talvolta contorni irregolari del tendine sulle UI [13] (Fig. 1).

un ROI di un AT sano in vista longitudinale B ROI di un AT sano in vista trasversale C istogramma in scala di grigi derivato dal ROI dell'immagine (B) D AT patologico in vista longitudinale e AT patologica in vista trasversale con frecce indicando lo spessore dell'AT in diverse posizioni nel piano sagittale F istogramma in scala di grigi derivato dal ROI dell'immagine (e)

L'interpretazione di un'interfaccia utente dell'AT è generalmente semi-oggettiva. L'aspetto generale dell'immagine viene annotato in base ai diversi contrasti osservati (ad esempio anomalie eterogenee, omogenee, focali o diffuse) e lo spessore massimo dell'AT viene spesso misurato utilizzando una funzione di calibro digitale a due punti sulla macchina statunitense. Questa interpretazione è largamente influenzata dall'esperienza del valutatore con la tecnica di registrazione e dalla capacità di interpretare un'interfaccia utente [16, 17]. I recenti progressi tecnologici hanno contribuito a promuovere lo sviluppo di nuove misure di esito dell'ecografia quantitativa (QUS) estratte da un'interfaccia utente, in particolare da una particolare regione di interesse (ROI). Le interfacce utente digitali ora possono essere suddivise in una moltitudine di micro pixel e possono essere misurati valori numerici (ad esempio, spessore medio, larghezza e area del tendine). L'ecogenicità di una ROI all'interno di un'immagine può anche essere quantificata assegnando un valore numerico in scala di grigi a ciascuno di quei micro pixel [18, 19].

L'utilità di nuove tecniche di analisi dell'interfaccia utente è stata dimostrata in vari studi su animali e umani [20]. Ad esempio, queste tecniche hanno aiutato a quantificare i cambiamenti nella composizione di un muscolo esercitato rispetto a un muscolo non allenato in una popolazione anziana [21-23]. Queste tecniche hanno anche rivelato differenze nella composizione istologica del muscolo sovraspinato e del muscolo quadricipite negli adulti [24] e sono state utilizzate con successo per rilevare i cambiamenti strutturali in quattro muscoli chiave nei giovani con disturbi neuromuscolari [25]. Inoltre, nuove tecniche di analisi dell'interfaccia utente hanno permesso di differenziare le persone con tendinopatia achillea da individui sani [26, 27] e sono state efficaci nel rilevare anomalie focali e diffuse nell'AT [28].

Sono stati condotti pochissimi studi per valutare l'affidabilità delle misurazioni QUS dell'AT. Ciò è preoccupante considerando che l'affidabilità della misurazione QUS dello spessore AT, un criterio diagnostico chiave per la tendinopatia achillea, è raramente riportata. A nostra conoscenza, gli studi che hanno studiato l'affidabilità test-retest delle misurazioni QUS dell'AT hanno mostrato un livello di affidabilità da moderato a buono [29-33]. Inoltre, è stato dimostrato che la registrazione delle immagini ecografiche è fortemente influenzata dal valutatore, anche tra gli ecografisti di grande esperienza (debole affidabilità inter-valutatore [34]). Vari fattori come la pressione applicata sulla sonda e il suo allineamento possono influenzare le proprietà dell'immagine registrata e quindi alterare i valori quantitativi estratti [35, 36]. Le informazioni sull'affidabilità e sul minimo cambiamento rilevabile sono essenziali per sviluppare protocolli di misurazione basati sull'evidenza, consentendo a medici e ricercatori di quantificare i cambiamenti tendinei osservati nella tendinopatia di Achille e incorporare questi risultati nella pratica clinica.

L'obiettivo principale di questo studio era valutare l'affidabilità e il cambiamento minimo rilevabile (MDC) delle misurazioni di AT QUS in persone con sintomi coerenti con tendinopatia achillea di media sostanza che colpisce almeno un arto inferiore, nonché in individui completamente asintomatici. L'obiettivo secondario era quello di raccomandare il miglior protocollo di raccolta delle misurazioni QUS possibile, che potrebbe essere successivamente utilizzato per caratterizzare l'integrità dell'AT nella pratica clinica o nei progetti di ricerca. Si prevede che tutte le misurazioni QUS, quando raccolte dallo stesso valutatore, saranno affidabili (Φ ≥ 0,75) e accurate (MDCNORMALIZZATO ≤ 15%) e che nella pratica clinica sarà raccomandato un protocollo di misurazione QUS in cui un singolo valutatore fa la media dei risultati di almeno tre immagini ottenute durante una singola visita.


Stefan Bruckner

Stefan Bruckner è professore ordinario di visualizzazione presso il Dipartimento di Informatica dell'Università di Bergen, Norvegia. Ha conseguito la laurea magistrale (2004) e il dottorato di ricerca. (2008), entrambi in Informatica, dalla TU Wien, Austria, e ha ottenuto l'abilitazione (venia docendi) in Informatica pratica nel 2012. Prima della sua nomina a Bergen nel 2013, è stato assistente professore presso l'Institute of Computer Grafica e algoritmi della TU Wien.

I suoi interessi di ricerca includono tutti gli aspetti della visualizzazione dei dati, con particolare attenzione alle tecniche interattive per l'esplorazione e l'analisi di spazi di dati eterogenei complessi. Ha dato contributi significativi ad aree come la visualizzazione illustrativa, il rendering del volume, le interfacce visive intelligenti, la visualizzazione dei dati biomedici e l'esplorazione dello spazio dei parametri visivi. Oltre ai suoi contributi nella ricerca di base, ha condotto con successo collaborazioni industriali con importanti aziende come GE Healthcare e Agfa HealthCare e ha ottenuto 7 brevetti.

Ha ricevuto l'Eurographics Young Researcher Award, il Karl-Heinz-Höhne Award per la visualizzazione medica e la sua ricerca ha ricevuto 9 migliori paper awards e menzioni d'onore in occasione di eventi internazionali. È stato co-presidente del programma di EuroVis, PacificVis, dell'Eurographics Workshop on Visual Computing for Biology and Medicine, dell'Eurographics Medical Prize e fa parte del comitato editoriale di Computers & Graphics. Attualmente fa parte del Comitato Esecutivo di Eurographics ed è membro di ACM SIGGRAPH, Eurographics e IEEE Computer Society.


Guarda il video: 1. needle aspiration for Calcific tendinopathy stage III (Agosto 2022).