Ultra Suoni generalità

ONDE MECCANICHE

• trasportano energia nello spazio sotto forma di energia meccanica ovvero come

movimento di oscillazione delle particelle del mezzo attraversato.

• si propagano in un mezzo (solido, liquido o gassoso)

INFRASUONI 1Hz --- 16-20Hz

SUONI

16-20 Hz--- 16-12 KHz ULTRASUONI

16-20 KHZ 25 MHz

vibrazioni meccaniche (onde elastiche)

con frequenza di soglia superiore a

quella massima udibile dall’orecchio

umano non si propagano nel vuoto, ma

solo in un mezzo fisico (solidi, liquidi,

gas) in Diagnostica si impiegano

ultrasuoni con una frequenza di milioni

di Hertz (da 2 a 20 MHZ)

Possono essere descritte come dei fenomeni di compressione e

rarefazione della materia

Le loro modalità di propagazione sono dovute ad una perturbazione

pressoria indotta nel mezzo attraversato

Quando vengono colpite dall’onda US

le particelle del mezzo attraversato si

avvicinano a quelle contigue (fase di

compressione-picco positivo),

cedono parte della loro energia e

tornano in equilibrio (fase di

rarefazione- picco negativo).

Infrasuoni, suoni e ultrasuoni sono dunque perturbazioni caratterizzate da un movimento fisico di va e

viene delle molecole del mezzo in cui si propagano.

Il suono prodotto da uno strumento musicale viene percepito come suono poiché le vibrazioni delle

molecole di aria generano un’onda meccanica che raggiunge l’orecchio , fa vibrare il timpano, la catena

degli ossicini, il liquido del condotto uditivo ed i recettori ciliari da cui parte l’impulso nervoso

FORMAZIONE IMMAGINE

La Formazione dell’ immagine in Ecografia è la risultante dell’interazione fra il fascio US e il Mezzo

attraversato

• CARATTERISTICHE ONDA ULTRASONORA

• CARATTERISTICHE MEZZO ATTRAVERSATO

CARATTERISTICHE ONDA ULTRASONORA

l

Lunghezza d’onda è la distanza percorsa in un singolo ciclo (tra due picchi successivi dell’onda)

• si misura in metri (0,07-15 mm) l = c/f

Periodo T è il tempo che l’onda impiega per completare un singolo ciclo

• si misura in secondi (decimi di microsecondo)

Frequenza f è il numero di cicli al secondo (corrisponde all’inverso del periodo T)

• inversamente proporzionale a l

• si misura in Hz

1Hz = 1 cicli /secondo

o 1 Kz = 1000 cicli /secondo

o 1 MHz = 1.000.0000 cicli/sec

o

RICORDARE che …

1. Gli ultrasuoni utilizzati in Diagnostica, presentando frequenze elevatissime hanno, di conseguenza,

lunghezza d’onda cortissima

2. Gli ultrasuoni con frequenze elevate hanno anche un periodo T più breve

3. Maggiore è la frequenza, minore è la lunghezza d’onda e maggiore è la risoluzione

spaziale dell’immagine ottenibile

4. La frequenza condiziona il potere di penetrazione degli US (potere di

penetrazione e attenuazione)

5. La lunghezza d’onda condiziona il limite teorico di risoluzione degli US ( capacità di

discriminare 2 punti vicini, ma distinti)

Ampiezza dell’onda A è l’altezza dell’onda

( massima pressione in fase di compressione )

E’ indicativa della forza esercitata sulle particelle del mezzo e quindi dell’entità dello spostamento delle

stesse dalla fase di equilibrio.

Intensità I indica la potenza del fascio

(energia trasportata nell’unità di tempo)

• intensità relativa : Decibel (Il Bel è un' unità "comparativa" della intensità di due suoni espressa su base

logaritmica 10)

Velocità di propagazione c

è la distanza percorsa dall’onda nella unità di tempo

• si misura in metri/sec.

• dipende dalla temperatura e dalla densità del mezzo attraversato

Nei tessuti biologici, a 37°, la velocità media di propagazione degli Ultrasuoni è di 1540 m/sec.

CARATTERISTICHE del MEZZO

Impedenza acustica Z

• è caratteristica fondamentale di ogni mezzo

• esprime la forza che il mezzo oppone al passaggio degli US

• dipende dalla densità del mezzo (d) e dalla velocità di propagazione (c ) e ne esprime il prodotto

se si assume c come costante Z diventa = a d

Le onde sonore si propagano meglio e più velocemente nei liquidi che nell’aria;

1. Il fatto che l’impedenza acustica sia molto bassa nei gas (circa quattro ordini di grandezza minore

2. rispetto a quella dei solidi) comporta valori del coefficiente di riflessione molto elevati alla superficie di

separazione solido-gas

Nella pratica ciò significa un' interfaccia tessuto molle - aria riflette quasi tutto il fascio ultrasonoro. Si

3. spiega così l’impossibilità di far propagare le onde ultrasonore nell’aria dopo che queste hanno

attraversato un tessuto molle.

Superficie di separazione fra tessuti a diversa impedenza acustica sono sufficienti piccole differenze di

densità per creare un’interfaccia

acqua, sangue, cellule tessuto adiposo, bile, pareti dei vasi, ecc.... hanno tutti una densità diversa e

sufficiente per creare delle interfaccie acustiche

In corrispondenza delle interfaccie acustiche il fascio US subisce modificazioni che sono alla base della

formazione dell’immagine in ecografia per effetto dei fenomeni di:

Riflessione IMAGING

Rifrazione

Diffusione ASSORBIMENTO

Attenuazione

Quando un fascio US incontra un’interfaccia acustica , una parte della

sua energia torna indietro, verso il trasduttore, sottoforma di fascio

riflesso,

mentre la restante parte di energia prosegue il suo percorso nel

secondo mezzo come fascio trasmesso fino a che incontrerà

una seconda interfaccia e subirà di nuovo le stesse

trasformazioni.

RIFLESSIONE

Fenomeno per cui a livello della interfaccia l’onda ultrasonora subisce un rinvio.

Il fenomeno della RIFLESSIONE rappresenta il ritorno alla sorgente (trasduttore) di una parte dell’energia

ultrasonora emessa.

Le modalità di riflessione dipendono da:

• Caratteristiche del fascio US (lunghezza d’onda,intensità)

• Caratteristiche del mezzo (impedenza,velocità propagazione)

• Caratteristiche interfaccia (dimensioni,angolo con cui è incisa

La RIFLESSIONE può essere

• Speculare

• Angolare

RIFLESSIONE SPECULARE

Quando un fascio US di piccola lunghezza d’onda incide una interfaccia di dimensioni maggiori della

lunghezza d’onda del fascio, tutta l’energia viene rinviata verso la sonda (riflessa).

angolo di incidenza = all’angolo di riflessione (90°) la riflessione, detta speculare, è la massima possibile

Le interfacce speculari corrispondono a: Riflessione

speculare

• superfici di organi speculare

• pareti di vasi piani di clivaggio Interfaccia

Contribuiscono a determinare la forma degli organi e apparati speculare

RIFLESSIONE ANGOLARE

• Se il fascio US incide l’interfaccia in modo obliquo, si

genera un fascio riflesso che forma rispetto alla

normale un angolo di riflessione uguale a quello di

45° 45° incidenza

fascio riflesso β fascio

 • l’eco di ritorno viene rinviato con un angolo identico

incidente a quello incidente;

• la sua energia sarà tanto minore quanto maggiore

interfaccia

La % di riflessione varia a seconda dei diversi tessuti:

cute e sotto cute

molto bassa 1% : edema sottocutaneo

osso

molto elevata 99% aria

RIFLESSIONE

La riflessione da origine agli echi di ritorno raccolti dal trasduttore:

• Dà origine agli echi di ritorno raccolti dal trasduttore

• Costituisce il principio fondamentale dell’ecografia

• Contribuisce da sola al contenuto informativo delle Immagini ecografiche

La riflessione è tanto più grande

• Quanto maggiore è la differenza di impedenza acustica fra due mezzi

• Quanto più perpendicolare rispetto all’interfaccia sarà il raggio incidente

RIFRAZIONE

È la deviazione che subisce il fascio ultrasonoro che colpisce

l’interfaccia in modo non perpendicolare attraversando due mezzi

(A e B) a diversa impedenza acustica e a diversa velocità di

propagazione.

La componente non riflessa del fascio US prosegue cioè il suo

cammino al di là dell’interfaccia come fascio trasmesso e con

direzione deviata rispetto alla direzione incidente

L’ entità della deviazione dipende da:

• angolo di incidenza (alfa)

• diversa velocità di propagazione degli US nei due mezzi

• Scarso contributo al contenuto informativo delle immagini

• Principio fisico su cui si basano le lenti acustiche (focalizzazione del fascio US)

La larghezza del fascio emesso da un trasduttore tende ad aumentare verso la profondità

La focalizzazione, nelle vecchie sonde di tipo meccanico, era fissa.

Nelle moderne sonde elettroniche, la presenza di “lenti acustiche” permette di ottenere più di un punto di

focalizzazione a profondità variabili.

FOCALIZZAZIONE DEL FASCIO US

Processo che consente di modificare la geometria del fascio ultrasonoro, mediante la restrizione del fascio in

modo che per una certa estensione mantenga un diametro inferiore a quello della regione precedente e

seguente (Regione Focale)

La focalizzazione del fascio coincide con la migliore risoluzione laterale

RISOLUZIONE SPAZIALE LATERALE (RSL)

Capacità del fascio US di separare due oggetti adiacenti posti l’uno a fianco dell’altro, alla stessa profondità.

Parametro determinante della RSL

è la larghezza del fascio

Due oggetti sono risolti se la larghezza del fascio US è

minore della distanza che li separa

RIFRAZIONE

Nella pratica clinica è responsabile della formazione di ARTEFATTI

1. Rinforzo di parete posteriore

amplificazione degli echi che hanno attraversato (senza essere assorbiti) una struttura liquida

2. Effetto specchio

Si realizza in corrispondenza di strutture molto riflettenti quali il diaframma

ARTEFATTI

DA RIVERBERO

Le riverberazioni sono prodotte da strutture (gas, osso, parete prossimale di una raccolta liquida), che

producono una forte riflessione degli US, tale che questi colpiscono il trasduttore e da questo vengono inviati

nuovamente nei tessuti: questo percorso viene effettuato più volte, dando origine a riflessioni multiple tra oggetto

e trasduttore.

RING DOWN ARTIFACTS

Questo artefatto si verifica quando viene insonata una struttura di piccole dimensioni e ad elevata

impedenza acustica quali piccole bolle gassose, microcalcificazioni, cristalli di colesterolo.

CONO D’ OMBRA POSTERIORE

Interfacce con impedenze acustiche marcatamente diverse possono causare la

completa riflessione d