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Apparecchio per Ecografia: Funzionamento e Tipologie

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L'ecografia è una tecnica diagnostica che si serve degli ultrasuoni. Più nello specifico, l’Ecografia, base di partenza di altri esami quali l’Ecodoppler e l’Ecocolordoppler, è una tecnica di indagine diagnostica per immagini, che si basa sul principio dell’emissione di eco e della trasmissione delle onde ultrasonore.

In fisica, gli ultrasuoni sono delle onde meccaniche elastiche longitudinali caratterizzate da lunghezze d'onda piccole e frequenze elevate. Le onde sono caratterizzate da un moto oscillatorio in cui la sollecitazione di un elemento si trasmette agli elementi vicini e da questi agli altri, fino a propagarsi a tutto il sistema. Questo moto, risultante dall'accoppiamento di moti individuali, è un tipo di moto collettivo, dovuto alla presenza di legami di tipo elastico fra i componenti del sistema. Esso dà origine alla propagazione di una perturbazione, senza alcun trasporto di materia, in una qualsiasi direzione entro il sistema stesso. Questo moto collettivo è chiamato onda.

La lunghezza d'onda è intesa come distanza tra due punti consecutivi in fase, cioè aventi, nello stesso istante, identica ampiezza e senso di moto. La frequenza è definita come il numero di oscillazioni complete, o cicli, che le particelle compiono nell'unità di tempo ed è misurata in Hertz (Hz). Il range di frequenze utilizzate negli ultrasuoni è compreso tra 1 e 10-20 Mega Hertz (MHz, cioè un milione di Hertz) ed a volte è anche maggiore di 20MHz. Le onde si propagano con una certa velocità, che dipende dall'elasticità e dalla densità del mezzo che attraversano.

Per propagarsi, gli ultrasuoni hanno bisogno di un substrato (il corpo umano per esempio), di cui alterano transitoriamente le forze elastiche di coesione delle particelle. Si definisce come Impedenza Acustica la resistenza intrinseca della materia ad essere attraversata dagli ultrasuoni. Essa condiziona la loro velocità di propagazione nella materia ed è direttamente proporzionale alla densità del mezzo moltiplicata per la velocità di propagazione degli ultrasuoni nel mezzo stesso (IA= vel x densità).

I diversi tessuti del corpo umano hanno tutti una impedenza diversa, ed è questo il principio su cui si basa la tecnica ecografia. Per esempio, aria e acqua hanno bassa impedenza acustica, grasso fegato e muscolo ce l'hanno intermedia e osso ed acciaio ce l'hanno altissima. Per significative variazioni, come per esempio il passaggio tra l'aria e la cute, il fascio ultrasonoro può subire una riflessione totale; per questo è necessario l'uso di sostanze gelatinose tra sonda e cute.

Come funziona l’Ecografia?

Nell'ecografia gli ultrasuoni vengono generati per effetto piezoelettrico ad alta frequenza. La piezoelettricità è la proprietà di alcuni materiali cristallini di vibrare ad alta frequenza se collegati ad una tensione elettrica. Per effetto piezoelettrico si intende la proprietà, posseduta da alcuni cristalli di quarzo o di alcuni tipi di ceramiche, di vibrare ad alta frequenza se collegati ad una tensione elettrica, quindi se attraversati da una corrente elettrica alternata.

Questi cristalli sono contenuti all'interno della sonda ecografica posta a contatto con la cute od i tessuti del soggetto, chiamata trasduttore, che emette così fasci di ultrasuoni che attraversano i corpi da esaminare e che subiscono un'attenuazione che è in rapporto diretto con la frequenza di emissione del trasduttore. Dunque, maggiore è la frequenza degli ultrasuoni, e maggiore è la loro penetrazione nei tessuti, con una maggiore risoluzione delle immagini.

Ogni tessuto ha una propria diversa resistenza ad essere attraversato dalle onde degli ultrasuoni, chiamata Impedenza Acustica. I punti di passaggio tra tessuti con impedenza acustica diversa vengono chiamati Interfacce. Ogni volta che gli ultrasuoni incontrano un'interfaccia, il fascio viene in parte riflesso (torna indietro) ed in parte rifratto (cioè assorbito dai tessuti sottostanti). Il fascio riflesso viene chiamato anche eco; esso, in fase di ritorno, si dirige nuovamente al trasduttore dove eccita il cristallo della sonda generando una corrente elettrica. È possibile perciò, tramite l'analisi delle caratteristiche dell'onda ultrasonora riflessa, ottenere informazioni utili per differenziare strutture con diversa densità. L'energia di riflessione è direttamente proporzionale alla variazione di impedenza acustica tra due superfici.

Come viene eseguita l’Ecografia?

L’Ecografia viene sempre eseguita da un medico esperto, che fa scorrere sulla zona del corpo da analizzare una sonda lubrificata da un gel a base d’acqua, per una durata complessiva compresa tra i 15 e i 30 minuti. L’esame ecografico standard riporta su di un monitor immagini di tessuto bidimensionali in bianco e nero (2D) e, grazie alle nuove apparecchiature ecografiche adesso utilizzate, anche immagini volumetriche tridimensionali (3D - 4D) molto più accurate e simili all’originale.

Dopo un primo impulso inviato si dovrà aspettare prima di emettere un nuovo impulso, attendendone prima la risposta. Come detto, la sonda ecografica funziona sia da emittente del fascio ultrasonoro che da ricevente dell’eco. Nella sonda ecografica i cristalli (di solito tormalina, titanato di bario o, più comunemente, titanato-zirconato di piombo) sono protetti da una resina epossidica o di altro materiale isolante. Qui i cristalli, sottoposti a una pressione, generano una differenza di potenziale fra le due estremità. Se alle estremità viene applicata una differenza di potenziale, questa provoca una deformazione del cristallo, ovvero esso aumenta o si restringe a seconda del voltaggio della corrente elettrica che lo percorre.

Tipologie di Ecografia

Esistono diverse modalità di visualizzazione degli echi ultrasonori, tra cui:

  • A-Mode (Amplitude Mode): è attualmente superato dal B-Mode. Con la A-Mode, ogni eco viene presentato come una deflessione della linea di base (che esprime il tempo necessario all'onda riflessa per ritornare al sistema ricevente, cioè la distanza tra l'interfaccia che ha provocato la riflessione e la sonda), come un "picco" la cui ampiezza corrisponde all'intensità del segnale che lo ha generato. È il modo più semplice di rappresentare il segnale ecografico ed è di tipo monodimensionale (cioè offre un'analisi in una sola dimensione). Essa dà informazioni sulla sola natura della struttura in esame (liquido o solido).
  • TM-Mode (Time Motion Mode): in essa, il dato A-Mode viene arricchito dal dato dinamico. Si ottiene un immagine bidimensionale in cui ogni eco è rappresentato da un punto luminoso. I punti si spostano orizzontalmente in relazione ai movimenti delle strutture. Se le interfacce sono ferme, anche i punti luminosi rimarranno fermi. è simile all'A-Mode, ma con la differenza che viene registrato anche il movimento dell'eco.
  • B-Mode (Brightness Mode o modulazione di luminosità): si tratta di una classica immagine Ecotomografica (cioè di una sezione del corpo) della rappresentazione su un monitor televisivo degli echi provenienti dalle strutture in esame. L'immagine viene costruita convertendo le onde riflesse in segnali la cui luminosità (tonalità di grigio) è proporzionale all'intensità dell'eco; i rapporti spaziali fra i vari echi "costruiscono" sullo schermo l'immagine della sezione dell'organo in esame. Offre anch'essa immagini bidimensionali. L'introduzione della scala dei grigi (diverse tonalità di grigio per rappresentare echi di diversa ampiezza) ha maggiormente migliorato la qualità dell'immagine ecografia. Così tutte le strutture corporee vengono rappresentate con toni che vanno dal nero al bianco. In base alla tecnica di scansione, l'ecografia B-Mode può essere statica (o manuale) o dinamica (real-time).

Tipologie di sonde ecografiche

Vi sono diversi tipi di sonde ecografiche quali:

  • Sonde meccaniche (che utilizzano motori elettrici e in cui gli elementi attivi vibrano in un contenitore pieno di liquido)
  • Elettroniche (ora le più utilizzate, le emissioni degli elementi piezoelettrici vengono controllate elettronicamente)
  • Sonde settoriali
  • Sonde lineari (ad esempio quelle utilizzate per esaminare la tiroide e che forniscono immagini rettangolari o quadrate)
  • Sonde curvilinee (utilizzate ad esempio per esaminare alcune parti del corpo come l’addome e che forniscono immagini triangolari, con il campo di vista vicino alla sonda che va via via ad allargarsi mentre ci si allontana da essa)
  • Sonde anulari
  • Sonde biplanari transcutanee o endocavitanee
  • A bassa frequenza, ad alta frequenza o multifrequenza (capaci di emettere ultrasuoni a diverse frequenze, da scegliere in base alla migliore esecuzione dell’esame)
  • Sonde non phased-array e sonde phased-array (molto usate in ecocardiografia, con le quali è possibile variare la profondità, il numero dei fuochi ed anche l’angolo di incidenza del fascio senza dover modificare la posizione della sonda)
  • Sonde a più file di cristalli, che possono acquisire gli echi provenienti da un volume maggiore di tessuti o organi, ottimizzando il fascio e dando maggiore uniformità di focalizzazione a tutto il campo di scansione.

Attualmente, inoltre, vengono utilizzate anche sonde che non impiegano elementi piezoelettrici ma condensatori a piatti paralleli ed altre che consentono imaging 4D di alta qualità.

Quando è utile eseguire un’Ecografia?

Poichè l’Ecografia permette di visualizzare organi e tessuti interni in modo non invasivo e rapido, solitamente viene prescritta per una prima valutazione di patologie o condizioni da monitorare. L’Ecografia è un esame non invasivo e viene considerato una prima indagine o un esame di filtro rispetto a tecniche più complesse, quali TAC, Risonanze Magnetiche o angiografie, finalizzato a identificare patologie di organi, ghiandole e strutture muscolari e ad effettuare indagini specialistiche. L’Ecografia è un esame semplice e non invasivo, in quanto non utilizza radiazioni ionizzanti (più comunemente conosciute come “raggi X”) e, a differenza di altre indagini diagnostiche quali TAC e Risonanza Magnetica, non presenta alcun effetto collaterale ed è quindi ripetibile più volte senza alcun rischio per la salute.

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