Onde meccaniche elastiche sinusoidali con frequenza >20.000 Herz; si propagano longitudinalmente nel mezzo (non nel vuoto) e vengono prodotte con la piezoelettricità, ovvero la capacità di materiali come il quarzo di vibrare se sottoposti ad una differenza di potenziale, emettendo quindi un’onda sonora. Nel dettaglio, i materiali piezoelettrici sono in grado anche di generare una differenza di potenziale se deformati, quindi il processo è bidirezionale.
Onde meccaniche elastiche sinusoidali con frequenza >20.000 Herz; si propagano longitudinalmente nel mezzo (non nel vuoto) e vengono prodotte con la piezoelettricità, ovvero la capacità di materiali come il quarzo di vibrare se sottoposti ad una differenza di potenziale, emettendo quindi un’onda sonora. Nel dettaglio, i materiali piezoelettrici sono in grado anche di generare una differenza di potenziale se deformati, quindi il processo è bidirezionale.
Questo consente sia l’emissione dell’onda sonora, tramite applicazione di una differenza di potenziale al cristallo (effetto p. inverso), sia la sua ricezione e traduzione: l’onda riflessa provoca infatti una deformazione nel cristallo ricevente che a sua volta reagisce generando una differenza di potenziale (effetto p. diretto).
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aria |
331 m/s |
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grasso |
1450 m/s |
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acqua |
1540 m/s |
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tessuti molli |
1540 m/s |
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muscolo |
1585 m/s |
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osso |
4080 m/s |
L’onda attraversa i tessuti causando una vibrazione delle particelle del mezzo che si avvicinano di qualche frazione di mm (fase di compressione) per poi tornare allo stato stazionario cedendo l’energia (fase di rarefazione).
Le onde usate in Medicina hanno f 2-20 MHz e sono oscillazioni longitudinali perché l’unica modalità di vibrazione che può propagarsi nei tessuti molli è quella longitudinale. La velocità di propagazione cambia a seconda del mezzo à
Ciascun mezzo, inoltre, ha una diversa impedenza, ovvero oppone una resistenza diversa al passaggio dell’onda: è il prodotto di densità tissutale e velocità di propagazione.
Essendo onde meccaniche, gli ultrasuoni sono soggetti a
– riflessione: nel passaggio da un mezzo all’altro di impedenza diversa (interfaccia) l’onda viene riflessa con un angolo identico a quello incidente; nei tessuti molli è di circa l’1%
– rifrazione: il passaggio dall’interfaccia provoca la variazione dell’angolo di incidenza del fascio
– diffusione: se il fascio incontra superfici irregolari viene diffuso in tutte le direzioni
– dispersione: il fascio incontra particelle più piccole della sua λ
– assorbimento: l’interazione con i tessuti fa sì che circa l’80% del fascio sia trasformato in energia termica, cosa che giustifica il suo impiego terapeutico
– attenuazione: riduzione dell’intensità dipendente dall’assorbimento, dalla riflessione e dalla diffusione. È direttamente proporzionale alla frequenza (basse frequenze àstudio di strutture più profonde!)
Modalità d’acquisizione
1. A-mode(amplitude mode, o modulazione d’ampiezza): il segnale è rappresentato sotto forma di deflessione rispetto ad una linea di base proporzionale all’intensità. Usato in oculistica.
2. TM-mode(time motion mode): vengono rilevati i movimenti delle strutture in oggetto, cosichhé un oggetto fermo sia rappresentato come una linea e un oggetto in movimento come punti che si spostano. Usato in cardiologia.
3. B-mode(brightness mode): immagine bidimensionale con punti a luminosità diversa a seconda dell’ampiezza dell’eco.
4. Effetto Doppler:la frequenza di un’onda meccanica riflessa da un corpo in movimento aumenta se la particella si avvicina e diminuisce se si allontana. Secondo questo fenomeno il movimento dei globuli rossi è percepibile, e il segnale dipende dalla velocità del sangue e dall’angolo tra fascio di US e asse del vaso. È regolato dalla formula fd = 2fv cosθc, con fd che è la differenza di frequenza, f quella emessa, v la velocità del sangue, θ l’angolo e c la velocità di propagazione degli US (1540 m/s nei tessuti molli).
È pertanto necessario conoscere l’angolo tra vaso e fascio di US: la misura sarà tanto più precisa quanto l’angolo si avvicinerà a 180° (cos180=1); con angolo >60° la misurazione è inutile perché l’errore è del 30%.
Il flusso in avvicinamento è riportato sopra l’asse delle ascisse, quello in allontanamento sotto; i flussometri possono avere emissione continua (CW, continuous wave), con due cristalli, uno che emette e uno che riceve, o emissione pulsata (PW, pulsed wave): il primo non discrimina in profondità, mentre il secondo ha un limite di velocità rilevabile.
A livello pratico, si associa all’Eco in B-mode (Eco-Doppler) eventualmente con l’ausilio di colori (Eco-Color-Doppler), in cui la differenza di segnale è rappresentata in rosso per il flusso in avvicinamento e in blu per quello in allontanamento, mentre la turbolenza è rappresentata con altri colori ancora. Tipico del PW e del Color-Doppler è l’aliasing, un artefatto che si ha quando la frequenza del doppler campionata è più alta della metà della frequenza di ripetizione degli impulsi emessi: nella pratica, fa sembrare le velocità più elevate come dirette in senso opposto a quello reale.
Vi è infine l’Eco-Power-Doppler, che rileva l’intensità del segnale e le sue variazioni nel tempo (significando quindi la concentrazione di globuli rossi).
Maggiori applicazioni:
• Cuore
• Vasi epiaortici
• Asse iliaco-femorale
• Arterie renali
L’ecografo
È composto da:
– trasduttore o sonda: genera e riceve ultrasuoni mediante il cristallo piezolelttrico
– sistema elettronico che amplifica ed elabora il segnale
– sistema di visualizzazione
– sistema di registrazione e stampa
Mezzi di contrasto
Sono generalmente ecoamplificatori, ovvero sostanze in grado di amplificare il segnale; si utilizzano perlopiù microbolle gassose.
Ad oggi in Italia si usa solo una sospensione di microparticelle di galattosio con aggiunta di acido palmitico; i granuli durante la preparazione si disintegrano e tra gli spazi si posizionano microbolle d’aria. È così possibile far sì che le microbolle d’aria superino “indenni” in circolo polmonare permettendo l’iniezione in vena.
I mdc si usano in particolare nei casi di alterazioni valvolari cardiache, ipertensione nefrovascolare, anomalie del circolo portale e analisi della vascolarizzazione di lesioni focali in strutture parenchimatose.
Terminologia
Anecogeno:struttura che non produce echi àliquida. Il fascio la attraversa consentendo di visualizzare quel che sta dietro.
Transonico: struttura che si lascia attraversare dagli US. àliquida, senza tuttavia escludere la presenza i una qualche componente solida.
Iperecogeno con attenuazione posteriore del fascio US:struttura che riflette del tutto il fascio con la formazione posteriormente di un cono d’ombra. àcalcoli, osso.
Iperecogeno con riverberazione posteriore del fascio US:strutture riflettenti come il gas che creano un “effetto rimbalzo” del fascio tra trasduttore e struttura stessa. Posteriormente alla struttura si creano bande esogene via via più tenui.
Iperecogeno con artefatto a coda di cometa:strutture piccole che riflettono molto con “effetto rimbalzo” tra le due pareti dell’oggetto. àcristalli di colesterolo, clips metalliche.
