• Elastosonografia

Le tecniche elastografiche sono state sviluppate per stimare della rigidità dei tessuti. Qualsiasi tecnica elastografica prevede l'applicazione di una forza meccanica per perturbare lo stato di equilibrio dei tessuti e studiarne successivamente la risposta.
Nel caso dell'elastosonografia, la forza meccanica da applicare ai tessuti è generata da una sonda a ultrasuoni (US) ed è detta forza di radiazione acustica. Pertanto, l'elastosonografia non è altro che un'analisi elastografica basata sull'utilizzo di onde acustiche generate da strumentazione ecografica medicale.
Il parametro usualmente adottato in letteratura per stimare la rigidità dei tessuti (stiffness) è il modulo di Young, definito come il rapporto tra lo sforzo applicato, che nel caso dell'elastosonografia dipende dalla forza di radiazione acustica, e la deformazione generata.
Oggi esistono numerose tecniche elastosonografiche che tuttavia possono essere divise in due grandi classi: alla prima appartengono i metodi qualitativi, detti anche metodi "on-axis", e alla seconda appartengono i metodi quantitativi, detti anche metodi "off-axis". Tutte le tecniche elastosonografiche sottopongono il tessuto biologico ad uno sforzo generando deformazioni locali del tessuto nel punto di applicazione. Tuttavia, i metodi qualitativi si distinguono per stimare il modulo di Young nel punto di applicazione dello sforzo mentre quelli quantitativi lo stimano in regioni adiacenti sfruttando la propagazione delle onde trasversali.
Le tecniche elastosonografiche sono classificate anche in base alle caratteristiche dell'impulso US necessario per generare la forza di radiazione acustica che, a sua volta, è necessaria per perturbare lo stato di equilibrio dei tessuti. In questo caso, si ottengono le seguenti classi: metodi quasi-statici, transienti e armonici.
Visto il numero delle pubblicazioni scientifiche sull’argomento e il numero delle tecniche sviluppate dai produttori di strumentazione medicale, si è deciso di dedicare il primo capitolo della tesi ad una panoramica delle principali tecniche elastosonografiche e delle loro basi fisico/matematiche.
Tuttavia, visto il trend che emerge dalla letteratura più recente, obiettivo di questo elaborato è l'analisi del modello matematico su cui si basano i metodi elastosonografici classificati come quantitativi transienti sviluppati per stimare il modulo di Young attraverso il calcolo della velocità delle shear waves.
Per questo motivo, nei primi cinque capitoli a partire dal secondo vengono introdotti gli strumenti matematici necessari per lo sviluppo di tale modello.
Poiché il modulo di Young è definito come il rapporto tra lo sforzo uniassiale applicato ai tessuti e la deformazione da esso provocata, nel secondo capitolo vengono introdotti i tensori Stress e Strain necessari rispettivamente per la descrizione dello sforzo applicato e della deformazione generata.
Nel terzo capitolo, invece, viene introdotta la cosiddetta equazione costitutiva nel caso di mezzo hookeano che rappresenta il legame tra i due tensori Stress e Strain.
Nel quarto capitolo, dopo aver determinato le soluzioni dell’equazione costitutiva, si evidenzia come uno sforzo uniassiale generi nel tessuto sia onde longitudinali che onde trasversali (shear waves).
Nel quinto capitolo viene definito il modulo di Young e viene mostrato come questo modulo elastico sia collegato alla velocità delle shear waves.
Nel sesto capitolo vengono introdotti gli ultrasuoni, la strumentazione ecografica impiegata in elastosonografia, e viene derivata l'espressione della forza di radiazione acustica necessaria per generare le shear waves.
Nel settimo capitolo viene discusso il modello matematico su cui si basano le tecniche elastosonografiche quantitative transienti mettendone in risalto le criticità che sono legate primariamente alle ipotesi introdotte nel corso del suo sviluppo e secondariamente ai meccanismi di acquisizione delle informazioni acustiche.
L’ottavo capitolo è dedicato alle conclusioni.
L’oggetto della tesi è maturato nel corso di vari incontri avuti con personale del gruppo ultrasuoni di ESAOTE durante i quali è stato possibile inquadrare il problema nella sua attualità sotto forma di quesiti rimasti senza risposta, visionare la macchina da loro sviluppata in versione prototipale ed acquisire un set minimo di dati sperimentali.