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Estrazione di parametri morfologico-strutturali dei muscoli dell’arto inferiore tramite l’utilizzo congiunto di ultrasuoni e risonanza magnetica nucleare

Informazioni tesi

  Autore: Samuela Cardillo
  Tipo: Tesi di Laurea
  Anno: 2004-05
  Università: Politecnico di Milano
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria Biomedica
  Relatore: Carlo Frigo
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 186

Il lavoro di tesi presentato propone di estrarre le caratteristiche morfologico-strutturali della muscolatura scheletrica, avvalendosi di immagini ecografiche e di risonanza magnetica. L’attenzione è focalizzata sul gruppo muscolare del Tricipite Surale, questo perché è uno dei muscoli principalmente coinvolti nella locomozione e nel mantenimento della postura.
Al fine di studiare il movimento di muscoli ed ossa in vivo, si è indirizzato un interesse verso l’uso di tecniche di diagnostica per immagine. Questo nasce dalla necessità di ottenere informazioni utili per indagare l’architettura muscolare interna, in quanto la conoscenza di quest’ultima e della sua funzione, è di fondamentale importanza sia in applicazioni cliniche, dove la possibilità di avere informazioni sulle caratteristiche proprie del muscolo in esame, può essere di grande aiuto per la pianificazione dell’intervento chirurgico o riabilitativo; sia in ambito scientifico, per lo sviluppo di modelli matematici in grado di descrivere il comportamento dei muscoli .
Per questo motivo,si è trovato un metodo che consente di ricavare, dalle indagini sul tessuto muscolare, i parametri indispensabili per l’applicazione di questi modelli muscolari. Modelli muscolo scheletrici che possono quindi essere usati per la stima delle forze muscolari responsabili della generazione e del controllo del movimento. Questi modelli sono particolarmente sensibili ai cambiamenti della geometria muscolare e, da qui, la necessità di avere a disposizione dati morfologico-strutturali il più vicino possibile alle caratteristiche del muscolo dello specifico soggetto in esame. Fattore che rappresenta uno dei primi passi da compiere per uno sviluppo appropriato dei modelli stessi.
Tutti i parametri sono stati ottenuti da indagini svolte in vivo e utilizzando tecniche non invasive. I due metodi utilizzati sono effettivamente basati su differenti interazioni di energia con i tessuti biologici e quindi forniscono misure di differenti proprietà fisiche delle strutture. Le tecniche considerate sono state infatti apprezzate in termini di capacità e limitazioni legati effettivamente a concetti fisici.
Al fine di fornire una descrizione quantitativa delle principali caratteristiche muscolari, la prima parte del lavoro è stata indirizzata a ricavare i parametri strutturali dei muscoli in esame basandosi sull’uso di ultrasuoni e valutando diverse condizioni di contrazione; la restante parte, invece, è incentrata sulla determinazione di parametri morfologici ottenuti da immagini di risonanza magnetica nucleare, atti a costituire un arricchimento di dati nel panorama muscolare che si è voluto investigare.
Un fine secondario, è stato quello di proporre un metodo in grado di ricostruire una visione panoramica del muscolo che potesse trovare applicabilità clinica e al tempo stesso potesse essere il più accurato e preciso possibile. Tutto ciò è stato realizzabile affiancando all’informazione sonografica quella derivante da un sistema optoelettronico per la rilevazione della posizione della sonda ecografica e del soggetto.
Si sono utilizzate queste metodiche in quanto, attualmente, Ultrasuoni e Risonanza Magnetica costituiscono due tra le più importanti tecniche di visualizzazione di interesse medico.
Le due tecniche possono considerarsi quindi, complementari e non alternative l’una all’altra, o completamente sostitutive rispetto ad altre tecniche preesistenti. Infatti l’integrazione delle informazioni ottenute con questi metodi costituisce un arricchimento della rappresentazione complessiva della realtà osservata.

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III Sommario I dati riguardanti l’architettura muscolare umana presenti in letteratura sono pochi ed incompleti. Essi sono stati solitamente definiti da un valore medio per i muscoli interi, senza tener conto della loro reale complessità. Per questo motivo si è cercato di migliorare le conoscenze relative alla struttura muscolare scheletrica, ampliando i dati riguardanti la valutazione quantitativa di questi parametri. Col presente lavoro si sono estratte caratteristiche morfologico- strutturali del muscolo Tricipite Surale partendo da osservazioni in vivo, basate su immagini ottenute con ecografia e risonanza magnetica nucleare. I due metodi utilizzati sono basati su differenti interazioni di energia con i tessuti biologici e quindi forniscono misure di differenti proprietà fisiche delle strutture. Al fine di fornire una descrizione quantitativa delle principali caratteristiche muscolari, la prima parte del lavoro è stata indirizzata a ricavare i parametri strutturali dei muscoli in esame, basandosi sull’uso di ultrasuoni e valutando diverse condizioni di contrazione. La restante parte, invece, è stata incentrata sulla determinazione di parametri morfologici ottenuti da immagini di risonanza magnetica nucleare, atti a costituire un arricchimento di dati nel panorama muscolare che si è voluto investigare. Il metodo utilizzato in questo lavoro fornisce anche un protocollo sperimentale, per la ricostruzione panoramica, che possa trovare applicabilità clinica. A questo scopo, il protocollo proposto è stato testato su 4 soggetti sani, in diverse condizioni di contrazione muscolare. Sono state eseguite acquisizioni in quattro diverse condizioni di contrazione e di lunghezza muscolare: una con il muscolo rilassato per poter riuscire ad eseguire dei confronti con i valori presenti in letteratura riferiti soprattutto a cadaveri; un’altra in posizione di standing, per indagare il comportamento del muscolo in condizione di carico; in condizioni di stiramento del muscolo imponendo una dorsiflessione del piede; infine, in punta di piedi per analizzare il muscolo nel caso di contrazione. Al fine di rilevare la posizione della sonda relativa alla zona del muscolo sotto indagine, il protocollo d’acquisizione prevede l’applicazione di marcatori sulla sonda ecografica, e su diversi punti di repere anatomico

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Parole chiave

biomedica
diagnostica
imaging
ingegneria
risonanza magnetica nucleare
settore medicale
ultrasuoni

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