Errori e limiti nella diagnostica strumentale
Cosenza 17/12/2011
1
Cosa dicono sugli errori…
 Meglio agitarsi nel dubbio che riposare sull’errore (Alessandro Manzoni)
 Il progresso non è altro che brancolare da un errore all’altro (Henrik Ibsen)
 Il mondo è alcune tenere imprecisioni (Jorge Luis Borges)
 Fra gli errori ci sono quelli che puzzano di fogna, e quelli che odorano di bucato
(Cesare Pavese)
 Ama la verità ma perdona l’errore (Voltaire)
 Chiunque può sbagliare; ma nessuno, se non è uno sciocco, persevera nell’errore
(Cicerone)
 Gli errori rendono l’uomo amabile (Goethe)
 L’esperienza è il nome che diamo ai nostri errori (Oscar Wilde)
 Solo gli imbecilli non sbagliano mai (Charles De Gaulle)
 Quelli che non si ritrattano mai amano sé stessi più che la verità (Joseph Joubert)
2
Probabilità che un paziente sia vittima di un evento
avverso imputabile alle cure mediche prestate che causa un
prolungamento della degenza, un peggioramento della sua
salute o la morte (Linda T. Kohn, Institute of Medicine 1999)
dal 1970 da un’idea di A. Lincon 1863
3
Test v/s esame diagnostico
 Test diagnostico : di probabilità, molto praticabile,
a basso costo ?, meno accurato ?.
Eco, radiografia, es. di laboratorio, autoref ecc.
 Esame diagnostico : di certezza, invasivo, costoso ?,
elaborato.
Biopsia
 Falsi Positivi: sani riconosciuti malati
 Falsi Negativi: malati riconosciuti sani
4
Sensibilità e specificità sopra 80% indicano un test utile
La sensibilità di un test è la capacità di identificare i soggetti malati , positivi al test
Se positivo al 100% tutti i malati sono positivi al test. Test di esclusione dei sani
Si calcola sui malati
La specificità di un test è la capacità di identificare i soggetti sani , negativi al test
Se negativo al 100% tutti i sani sono negativi al test. Test di esclusione dei malati
Si calcola sui sani
Ad un test sensibile non sfuggono gli ammalati
Ad un test specifico non sfuggono i sani
Sono inversamente proporzionali
5
Cut-Off del test(valore critico/soglia)
a) Veri Positivi
d) Veri Negativi
b)Falsi Positivi
c) Falsi Negativi
6
Il Cut-Off ideale
7
Cut-Off reale
8
Se abbassiamo il Cut-Off
MAX sensibilità
100% si individuano tutti i malati
Falsi Positivi FP
9
Se alziamo il Cut-Off
MAX specificità 100% si individuano tutti i sani
Falsi Negativi FN
10
Sensibilità Strumentale
 Sensibilità di uno strumento è il valore minimo della
grandezza da misurare che lo strumento ritiene
apprezzabile
 Errore di sensibilità dello strumento è il gap tra il
valore vero e quello misurato
 Il valore «vero» entità che non è possibile conoscere
 Una misura non è mai esatta
11
Precisione e accuratezza
Metrologia: scienza delle misurazioni fisiche(teoria degli errori)
Precisione : grado di convergenza dei dati rispetto al valore medio, SD (anche non vero)
Accuratezza o esattezza: grado di concordanza tra il valore medio e quello vero
Accuratezza strumentale: non prevede errori sistemici
A)
B)
C)
D)
Preciso e Accurato
Preciso non accurato
Non preciso ma accurato
Non preciso non accurato
12
Errori strumentali
 Errori sistemici: per difetti costruttivi (bilancia)
per taratura (orologio)
non corrette condizioni d’uso(calibro)
da definizioni teoriche approssimative
da pratiche perturbative (pendolo)
N.B.: la ripetizione nelle medesime condizioni sperimentali non
elimina l’errore; hanno sempre lo stesso segno; per individuare
l’errore: misure alternative con tecniche alternative!
 Errori casuali : per temperatura, pressione, vibrazioni, campi
elettrici o magnetici, polvere, sporco, operatore.
N.B.: danno valori in eccesso o in difetto, sono rappresentati da curve
gaussiane dello scarto quadratico medio o deviazione standard che è
un indice di precisione.
13






Tonometria
Suono e luce
Pachimetria
Biometria
Ectasia corneale
Casi clinici
14
Errori in tonometria
Goldmann
T
0,450
0,460
0,470
0,480
0,490
0,500
0,510
0,520
0,530
0,540
0,550
0,560
0,570
0,580
0,590
10
4,2
3,5
2,9
2,2
1,5
0,9
0,3
-0,4
-1,0
-1,6
-2,2
-2,8
-3,4
-3,9
-4,5
15
4,7
4,0
3,3
2,6
1,8
1,2
0,5
-0,2
-0,8
-1,5
-2,1
-2,8
-3,4
-4,0
-4,6
20
5,2
4,4
3,7
2,9
2,2
1,4
0,7
0,0
-0,7
-1,4
-2,1
-2,8
-3,4
-4,1
-4,7
25
5,7
4,8
3,0
3,3
2,5
1,7
0,9
0,1
-0,6
-1,3
-2,0
-2,8
-3,4
-4,1
-4,8
30
6,2
5,3
4,5
3,6
2,8
1,9
1,1
0,3
-0,5
-1,2
-2,0
-2,7
-3,4
-4,2
-4,9
TRK- 1P
15
Metodo dei minimi quadrati – Facoltà di Statistica - Università della Calabria –
Cosenza
ANOVA (analysis of variance)
Maggio 2002
Dipendenza Tono-Spessore
30
Tono mmHg
25
20
15
10
5
Spessore Corneale µm
0
400
450
516 pazienti sani
500
550
600
650
0.56mmHg/10µm
700
Dipartimento di Meccanica Facoltà di Ingegneria Università della Calabria - Cosenza
Esempio di Simulazione
Spessore Cornea C. : 0.580 mm
Spessore Corneale P. : 0.630 mm
Diametro Verticale :
10.6 mm
Diametro Orizzontale : 11.7 mm
Tono Oculare : 24 mmHg
Carico Esterno : 30 mmHg
Modulo E : 0.4 MPa
Suono e luce nell’ indagine strumentale
 Cristalli piezoelettrici dei Fratelli Curie (1880)
Una pressione meccanica su un cristallo di quarzo produce
un potenziale elettrico; una carica elettrica deforma il
cristallo con la produzione di una vibrazione (ultrasuoni).
 Interferometria con l’esperimento di Michelson-
Morley (1887)
Permette di eseguire misurazioni delle lunghezze d’onda
usando specchi semiriflettenti e riflettenti rilevando le
differenti intensità di luce ed i tempi di percorrenza.
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Suono come indagine strumentale
Vibrazione dei corpi
onde meccaniche longitudinali
Ultrasuoni: onde al altissima frequenza
la frequenza
la frequenza
la frequenza
movimento molecolare
> 20.000 Hz
la penetrazione nel tessuto
la lunghezza d’onda
la risoluzione
c= velocità dell’onda = 340 m/s in aria; 1500 m/s in acqua; 5000 m/s acciaio . c= f x λ
f= frequenza è numero di fronti d’onda al sec. Si misura in Herz
1/T = 1 Herz
λ = lunghezza d’onda è la distanza tra due fronti d’onda, (tra due creste)
T= periodo tempo impiegato per avere due creste
T=1/f
Intensità cresce al crescere dell’ ampiezza dell’oscillazione (suono forte o debole)
Altezza cresce al crescere della frequenza (suoni acuti o gravi)
Timbro dipende dalla forma della vibrazione con stessa altezza ed intensità
Impedenza = resistenza della materia ad essere attraversata dagli US;
Z Rayl= ρ c ; ρ = densità g/cm³ c=velocità
Sonde: cristallo piezoelettrico
P. e J. Curie 1880
19
Come funzionano gli ultrasuoni
Il segnale è dovuto alla proprietà piezoelettriche (dal greco comprimere) di alcuni
cristalli (quarzo, ceramiche) di contrarsi e di espandersi sotto campi elettrici.
A) Come effettori emettono ultrasuoni che vengono trasferiti con velocità dipendente
dal mezzo attraversato (impedenza).
B) Come ricevitori generano segnali elettrici per l’onda di ritorno. I segnali
adeguatamente filtrati ed amplificati producono un rilievo (A/B Scan) al monitor dello
strumento.
Essendo noti:
(1)
(2)
(3)
Velocità di propagazione degli ultrasuoni (nei tessuti molli = 1540 m x s¯¹)
Impedenza Acustica del mezzo(resistenza dell’attraversamento)
Si ricava :
la distanza cercata.
20
Ultrasuoni in medicina(1949)
Heinrich Hertz 1857/1894
1 KHZ = 1000 = 10³Hz
1 MHz = 1.000.000 = 10⁶Hz
 Biometria A(Amplitude)-Scan Standardizzata (8 MHz)
 Biometria A Scan (10-12 MHz)
 Ecografia B(Brightneess)Scan(10-20 MHz)(Ris.=500µm; penetraz.= 30/40mm)
 UBM(ultrabiomicroscopio)(35-50 MHz) (Risoluz.=40µm; penetraz.= 5mm)
 Ecografia medica (3-5 MHz addome;
seno, tiroide 7,5MHz)
 Eco-doppler e eco-color-doppler (1-2,5-3 MHz)
 Facoemulsificatore (40000 Hz = 40 KHz)
 Pachimetria a contatto (20 MHz)
 Litotritori(centinaia di elementi piezoelettrici su superfici concave)
21
Luce come indagine strumentale
Interferometro di Albert Michelson (Nobel Fisica 1907)
Sul percorso di un fascio di luce si colloca un oggetto da indagare il cui spessore è
un multiplo della lunghezza d’onda della luce incidente
frange d’interferenza
Il numero delle frange = allo spessore dell’oggetto/ lunghezza d’onda usata
f = velocità dell’onda c/lunghezza d’onda dell’onda λ ; f = c/λ
si usa l’infrarosso da 780 a 1310 nm
Frequenza
f
risoluzione
λ
penetrazione in tessuto
Inaugurato a Virgo vicino Pisa il più grande interferometro europeo 200 mil. euro
22
Esperimento di Michelson e Morley 1887
per verificare se esisteva il vento dell’etere
23
Errori in Pachimetria
Pachi = ± 540µ
1 µ = 10¯³ mm
 Pachimetria ad ultrasuoni : a contatto, riproducibile intra/inter 0peratore e tra
strumenti differenti, richiede poco training. Gold Standard. Sonde solide da 20 Mhz;
Risoluzione 1 µ; Accuratezza ± 5 µ; Campo da 0.20mm a 1 mm
Errori: Perpendicolarità sonda, pressione sulla cornea, sterilizzazione-infezioni
 Pachimetria ottica :
con microscopio endoteliale
con microscopio confocale (Confoscan Nidek )
con topografica Orbscan
con Scheimpflug (Pentacam, Sirius, Galilei II, RMS5Tomey)
con OCT da camera anteriore
con tonometri a soffio
con UBM( valori sovrapponili a sonde u.s . da 20 MHz)
Errori: Non danno lo stesso valore !
Nel kcono preferire Schempflug.
Orbscan sottostima lo spessore (0.92 correzione acustica)
Nelle cornee opache, nella chirurgia, per le interfacce…..
Pachimetria ottica meno precisa della ultrasonica
24
Errori in Pachimetria ottica
Nidek Confoscan
Oculus Pachycam
Oculus Pentacam
Ziemer Galilei
Biometria Oculare
A) Ultrasuoni
B) Ottica
26
Errori in Biometria ad Ultrasuoni
L.A. ultrasuoni= apice cornea-MLI
L.A. biometria ottica = apice cornea-EPR
0.40mm differenza
(dal 1956)
0.5 mm disallineamento = 1.4 D
pressione corneale di 100 µ = 0.28 D
± 0.50 D IOL = ±0.36 D rifrattivo finale
 Sonda A(amplitude)Scan 8-10 MHz:
A) a contatto B) immersione
(metilcellulosa 1% a 10 cm)
Errori oculari: Cataratta densa
PDMS
Stafiloma
Vitreopatia Astreroide
Errori extraoculari: indentazione corneale (a contatto)
film lacrimale spesso (a contatto)
non fissazione del paziente
posizione errata del capo
errore operatore
27
Errori in Biometria Ottica(dal 1990)
IOL Master
500 Zeiss
US FDA: 2000 (±0.02 mm)
Lenstar LS 900 Haag Streit
(1 Scan- 9 Mesurement-30 sec)
Interferometria a coerenza parziale (PCI) con raggio laser a 780 nm,
generato da interferometro di Michelson, non contact. Calibrazione con
biometro ad immersione Grieshaber Biometric System 40-MHz, GBS
Pachymetry
Keratometry
White-to-Wite
± 0.02 mm
Pupillometry
Lens Thickness
Anterior Chamber Depth (ACD)
Axial Length (AL)
Eccentricity of the Visual Axis
Retinal Thickness
Risoluz.Ottica
± 0.10-0.12 mm
Errori: cataratte dense 16%
Risoluz. Ultrasonica
pazienti disabili
film lacrimale spesso
range limitato (IOLMaster 14-40 mm assile, Lenstar LS 14-32 mm assile)
leucomi corneali
www.augenklinik.uni-wuerzburg.de/eulib
28
Errori biometrici nel calcolo delle IOL
50% degli errori rifrattivi post. op. sono dovuti al calcolo della lunghezza assiale L.A.
In Inghilterra l’errore biometrico porta nel 62% al pagamento dei danni !
Per L.A. ≥ 25 mm Biometria ad
Ultrasuoni è meno precisa della
Biometria Ottica
Per cataratte dense (+4)
Ultrasuono
29
Formule biometriche
Target valori rifrattivi: 50% con ± 0.50 D, 90% con ± 1 D, 99% con ±2D
Standard ISO 11979-2 e 13485= 0.25 D±0.08D
 Hoffer Q: ipermetropi L.A. < 22 mm.
45 D
13 D
 Holladay I: L.A. tra 22 e 26 mm
22%
Cristallino
 SRK T : miopi L.A. > 26 mm.
Cornea
78%
Per occhi estremi indifendibili legalmente
SRK I e SRK II
Potere rifrattivo oculare 100%
K.J.Hoffer: I will continue to use the Hoffer Q formula for
average and short eyes(< 24.5mm), the Holladay I for
average and medium long eyes (22.0 to 26.0 mm.) and the
SRK T for very long eyes
30
Formule per il calcolo della IOL
1a generazione (Formule teoriche originali)
• 1967 Formula di Fyodorov
• 1972 Formula di Colenbrander
• 1974 Formula di Hoffer
• 1975 Formula di Binkhorst
• 1975 Formula di Thijssen
• 1976 Formula di van der Heijde
• 1978 Formule di Lloyd e Gills,
Retzlaff, Sanders e Kraf8• 1980 SRK I (Formula di
regressione)
3a generazione (Formule teoriche moderne)
• 1988 Formula di Holladay
• 1990 SRK T
• 1992 Formula di Hoffer Q
4a generazione
• 1990 Formula di Olsen
• 1996 Formula di Holladay II (non
ancora pubblicata)
5a generazione
2a generazione (Formule di regressione,
• 1999 Formula di Haigis
• 1999 Formula di Camellin-Calossi
• 1982 Formula di Hoffer modificata
• 1982 Formula di Shammas
• 1988 Formula di Binkhorst
modificata
• 1988 SRK II
Formule di rifrazione
formule teoriche modificate)
• 1993 Formula rifrattiva di Holladay
• 1996 Equazione rifrattiva di Gills
• 2001 Equazioni rifrattive di Shammas
31
Errori nell’ectasia corneale
Report di J. T. Holladay
 a) mappa sagittale (potere assiale della superficie anteriore cornea)
 b) mappa pachimetrica
 c) mappa altimetrica anteriore (a sfera di riferimento)
 e) mappa altimetrica posteriore (a sfera di riferimento)
 d) mappa tangenziale (curvatura reale corneale anteriore)
 f) mappa pachimetrica relativa (a cornea normale)
32
Cornea normale al Pentacam
Punto più sottile è centrale
Mappa tangenziale < 48-49 D
Mappa pachimetrica > 520-540 µ
Mappa altimetrica anteriore ≤ 12 µ normale (di elevazione)
≥ 12 µ ≤ 15 µ sospetta
≥ 15 µ patologica
Mappa altimetrica posteriore ≤ 17 µ normale (di elevazione)
≥ 17 µ ≤ 22 µ sospetta
≥ 22 µ patologica
Punto più alto mappa altimetrica. Ant. e Post. non coincidono
Punto di massima curvatura e punto più sottile non coincidono
33
Cornea ectasica al Pentacam
Sommario di Holladay







Il punto più sottile è eccentrico
Punti Max Curvatura RED
Punti Max Elevazione Anteriore RED
Punti Max Elevazione Posteriore RED
Punto più sottile in mappa pachimetrica assoluta e relativa RED
Coincidenza punti più elevati faccia Ant. e Post. Cornea RED
Posizione eccentrica del punto più sottile
Pattern di distribuzione di ciascuna mappa
Vera ectasica se coincidono:
Punto di curvatura massima con pachimetria più sottile
(RED on RED)
Punto di curvatura massima con punto più elevato in mappa ant. e post.
(RED on RED)
Punto di curvatura massima con paki più sottile e punti più elevati ant e post (RED on RED on RED)
34
Ectasia vera Red on Red
35
Pseudoectasia Red on Blue
36
Importanza clinica dell’esame strumentale
37
Il limite funzionale dell’esame strumentale
38
La valenza clinica dell’esame strumentale
Dati: bimbo di 28 mesi
miopia - 13 sf. con -2 cil. in oo
familiarità positiva per miopia elevata
prima visita oculistica
39
Errore casuale strumentale
40
« When you can measure what you speaking
about and express it in numbers you know
something about it; but when you cannot
express it in numbers, your knowledge is of a
meagre and unsatisfactory kind»
«Possiamo conoscere qualcosa dell’oggetto di
cui stiamo parlando solo se possiamo eseguirvi
misurazioni, per descriverlo mediante numeri;
altrimenti la nostra conoscenza è scarsa e
insoddisfacente»
Lord William Thomson Kelvin
(1824/1907)
41
www.amedeolucente.it
Grazie per l’attenzione
42