Fisica us Fortevillage 14 kn.key

Corso teorico di Ecografia Generalista
Scuola Nazionale di Ecografia Generalista
Coordinatore Scientifico:
Dott. Fabio Bono
70°
Concetti di fisica degli
ultrasuoni
Congresso
Nazionale
Noi, orgogliosamente
! !Medici di Famiglia
! !
!
!fiducia innovazione
competenza
organizzazione
!
!
!
!
!
! !
!
!
FI MG
6 – 11 ottobre 2014
!
!Forte Village
!Santa Margherita di Pula
!
!
!
!
#orgogliosamentemmg
Dr.$Bulgarelli$Claudio$
MMG##Segrate#(MI)#–#Sc.Naz.#di#Ecograﬁa#Generalista#
#SIEMG#–#FIMMG#;#Me<s#
un particolare ringraziamento al
dott. Silvano Bignami !
MMG - Padova
Le origini
Lazzaro Spallanzani (fine 1700): studio sulle capacita’ dei pipistrelli
di localizzare ostacoli e prede tramite gli ultrasuoni emessi.
!
Johann Christian Doppler (1842): formulo’ una teoria sul cambiamento di
frequenza di un fenomeno ondulatorio che si verifica quando la sorgente ed
il ricevitore di tale fenomeno sono in movimento uno rispetto all’ altro.
!
Pierre e Jaques Curie (1880) scoprirono il fenomeno piezoelettrico
consistente nella emissione di ultrasuoni da parte di alcuni materiali.
!
Lewis Richardson (1912): studi sulla individuzione di ostacoli nascosti in
ambito marittimo (sonar).
!
Paul Longevin (1917) costruzione del primo generatore
ultrasonoro subacqueo.
!
Karl e Friederick Dussik (1937) primo uso degli ultrasuoni in diagnostica
neurologica con visualizzazione dei ventricoli cerebrali
!
Dr.$Bulgarelli$Claudio$
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ecografia
•
E’ una tecnica che si
basa sull’impiego di onde
acustiche appartenenti
alla banda degli
ultrasuoni
!
•
queste onde vengono
riflesse dalle strutture
del corpo umano in
maniera caratteristica e
diversa a seconda della
loro composizione.
Dr.$Bulgarelli$Claudio$
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ecografia
!
• non fa uso di radiazioni ionizzanti
!
• e’ una tecnica semplice non invasiva
!
• e’ una tecnica a basso costo
!
• consente uno studio morfologico, dinamico e
funzionale
Dr.$Bulgarelli$Claudio$
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!
E’ esperienza quotidiana dell’ecografista il
constatare le grandi differenze di qualita’ delle
immagini tra un Paziente all’ altro
16 anni
60 anni
Dr.$Bulgarelli$Claudio$
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Principi di fisica degli ultrasuoni
Dr.$Bulgarelli$Claudio$
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Principi di fisica degli ultrasuoni
Le onde, meccanismo di
propagazione dell’energia
senza trasporto della
materia, si suddividono in :
!
•
•
elettromagnetiche!
meccaniche.
Dr.$Bulgarelli$Claudio$
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Principi di fisica degli ultrasuoni
Le onde meccaniche, al
contrario di quelle
elettromagnetiche, originano
da forze elastiche che legano
le particelle dei mezzi
attraversati e necessitano di
un mezzo per trasmettersi
nello spazio.
Dr.$Bulgarelli$Claudio$
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Principi di fisica degli ultrasuoni
Il suono é :!
!
•
un’onda meccanica,!
!
•
di forma ondulatoria,!
!
•
prodotta da un corpo in
vibrazione.
Dr.$Bulgarelli$Claudio$
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Principi di fisica degli ultrasuoni
La propagazione dell’onda
sonora all’interno del mezzo (per
una certa distanza dalla
sorgente) provoca una
sollecitazione delle particelle
contigue che, a loro volta,
oscillano alternando fasi di
compressione e rarefazione.
Dr.$Bulgarelli$Claudio$
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Principi di fisica degli ultrasuoni
!
➢
Possiamo quindi dire che
l’onda sonora è
caratterizzata da zone
alterne di ridotta o
aumentata densità
molecolare la cui
rappresentazione grafica è
data da una CURVA
SINUSOIDALE
Dr.$Bulgarelli$Claudio$
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Cos’è un’ onda ultrasonora?
Onda di pressione caratterizzata da bande di
rarefazione e compressione del mezzo attraversato.
La lunghezza d’ onda : è la
distanza tra punti corrispondenti di
due onde consecutive.
!
L’ampiezza : è il massimo valore di
pressione raggiunta durante la fase
di compressione .
!
La frequenza : è il numero di cicli di
compressione e rarefazione
che si ripetono al secondo
in un punto fisso del mezzo
attraversato.
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Principi di fisica degli ultrasuoni
!
LUNGHEZZA D’ONDA (λ)!
!
➢
è la distanza percorsa
dall’onda in un periodo
!
➢
Condiziona la capacità di
risoluzione
dell’apparecchio
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Principi di fisica degli ultrasuoni
!
AMPIEZZA (A)
!
è l’altezza massima raggiunta
dall’onda rispetto alla sua
linea base (è misurata in
decibel dB).
➢ Da essa dipende la intensità
del suono (suono forte –
suono debole)
➢ esprime anche la capacità di
“aggressione” del suono nei
confonti dei tessuti
➢
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Principi di fisica degli ultrasuoni
!
FREQUENZA (F)
!
➢
è il numero di cicli
compiuti nell’unità di
tempo (è misurata in Hz)
!
➢
Dipende dalla sorgente
del suono (AMPIEZZA del
SUONO) ed è maggiore
tanto più alto è il suono
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Principi di fisica degli ultrasuoni
!
L’unità di misura della frequenza è l’Hertz (Hz)!
!
!
➢1
!
➢1
!
➢1
Hz
è uguale a 1 ciclo/sec.
KHz è uguale a 1000 cicli/sec.
MHz è uguale a 1.000.000 cicli/sec.
!
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Principi di fisica degli ultrasuoni
I suoni udibili hanno una freq. tra i 16 ed i 20.000 Hz
➢
!
I suoni di freq. < 16 Hz sono chiamati infrasuoni
➢
!
I suoni di freq > 20.000 Hz sono chiamati ultrasuoni!
➢
!
!
!
Dr.$Bulgarelli$Claudio$
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Principi di fisica degli ultrasuoni
In ecografia vengono utilizzati ultrasuoni
con frequenze dai 2 MHz ai 20 MHz,
( fino ai 50 MHz per applicazioni
dermatologiche o endovascolari ).
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Principi di fisica degli ultrasuoni
!
★
Per generare gli ultrasuoni sono usati dei materiali
piezoelettrici (cristalli naturali di quarzo, ceramiche
artificiali o polimeri plastici)
!
★ questi
sono in grado di trasformare l’energia elettrica in
energia meccanica e viceversa.
!
★
questa trasformazione permette di generare un campo
elettrico misurabile.
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Principi di fisica degli ultrasuoni
➢
Quando al cristallo di quarzo viene applicata
una corrente elettrica con polarità che cambia
rapidamente (energia elettrica), questo cambia
continuamente forma, divenendo prima spesso e
poi sottile.
Dr.$Bulgarelli$Claudio$
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Principi di fisica degli ultrasuoni
➢
Questi continui cambiamenti di forma generano delle
vibrazioni che danno origine agli ultrasuoni (energia meccanica)
!
➢
Quando gli ultrasuoni di ritorno colpiscono il cristallo di quarzo
questo trasformerà l’energia meccanica in energia elettrica
(effetto piezoelettrico)
Dr.$Bulgarelli$Claudio$
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Caratteristiche dell’onda sonora
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Caratteristiche dell’onda sonora
• v : Velocità di propagazione del suono
• c : Velocità di propagazione del suono nei vari mezzi attraversati
• Z : Impedenza acustica
• D : Densità del tessuto
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la velocità di propagazione del suono
•
dipende dalla densità e dalle proprietà
elastiche del mezzo.
•
La velocità viene espressa in metri al
secondo (m/s).
•
è costante in un mezzo omogeneo e
proporzionale alla densità dello stesso.
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la velocità di propagazione del suono
•
Le onde sonore si propagano meglio e più
velocemente nei liquidi piuttosto che
nell’aria.
•
Quindi, i tessuti molli, che sono costituiti per la
massima parte di acqua, si prestano in
maniera particolare allo studio ecografico.
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Relazione con la densità del mezzo attraversato
L’equazione che descrive (v) è :
!
c=λv
dove (c) è la velocità nei vari mezzi misurata in m/s
Al crescere della densità viene richiesta maggiore
forza per produrre o smorzare il moto molecolare
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Relazione con la densità del mezzo attraversato
•
La velocità di propagazione del suono nei
tessuti biologici e’ vicina a quella dell’acqua
(1500 m/sec)
!
•
Nell’osso e’ molto elevata (3360m/sec).
!
•
In aria la velocità è bassa (340 m/s),
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Caratteristiche dei tessuti
Tessuti
Densità
(kg/m3)
Impedenza
(kg/m2s)
Velocità
(m/s)
Attenuazione
ARIA
1.2
0.0004
330
35
GRASSO
920
1.35
1460
0.6
FEGATO
1060
1.64
1550
0.7
MILZA
1060
1.66
1560
0.3
SANGUE
1060
1.62
1560
0.2
RENE
1040
1.62
1560
1
MUSCOLO
1070
1.7
1590
2
OSSO
1380 - 1810
3.75 - 7.38
2700 - 4100
12
Ma la (v) è anche in rapporto inverso con la
frequenza (f)
λ = v/f
per cui maggiore è la frequenza (f) tanto più
piccola è la lunghezza d’onda (λ).
Questo spiega perché useremo sonde a
bassa frequenza per visionare strutture più
profonde e viceversa
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Caratteristiche dell’onda sonora
• v Velocità di propagazione del suono
• c Velocità di propagazione del suono nei vari
• Z Impedenza acustica
• ρ Densità del tessuto
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mezzi
Impedenza acustica
•
Ogni mezzo oppone una certa “resistenza” alla
propagazione di un’onda sonora.
•
Questa resistenza è detta “impedenza“.
•
L’impedenza rappresenta una proprietà
fondamentale della materia ed è alla base della
formazione degli echi.
•
L’impedenza è direttamente proporzionale alla
densità del materiale attraversato e alla
velocità del suono
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!
!
La trasmissione del segnale
!
Dipende dalle grandezze
!
ρ : densità del tessuto (g/cm3)
!
Tissue A
Reflected
Sound 0,8%
Tissue B
Transmitted
Sound 99,2%
V: velocità di propagazione nei tessuti
(ritenuta costante a 1540 m/s)
tessuto/tessuto
V ρ = Impedenza acustica (Z)
che è la resistenza opposta dai tessuti alla trasmissione
dell’onda meccanica, per cui ogni mezzo biologico può
essere descritto in base a (Z)
Caratteristiche dei tessuti
Tessuti
Densità
(kg/m3)
Impedenza
(kg/m2s)
Velocità
(m/s)
Attenuazione
ARIA
1.2
0.0004
330
35
GRASSO
920
1.35
1460
0.6
FEGATO
1060
1.64
1550
0.7
MILZA
1060
1.66
1560
0.3
SANGUE
1060
1.62
1560
0.2
RENE
1040
1.62
1560
1
MUSCOLO
1070
1.7
1590
2
OSSO
1380 - 1810
3.75 - 7.38
2700 - 4100
12
La entità delle forze che si oppongono al passaggio degli
US è l’impedenza acustica (Z) che dipende dalla densità
(ρ) del tessuto
Z = vρ
!
e viene misurata in Rayl = Kg/m2
ARIA
Densità
(kg/m3)
1.2
Impedenza
(kg/m2s)
0.0004
Velocità
(m/s)
330
Attenuazio
ne
35
GRASSO
920
1.35
1460
0.6
FEGATO
1060
1.64
1550
0.7
MILZA
1060
1.66
1560
0.3
SANGUE
1060
1.62
1560
0.2
RENE
1040
1.62
1560
1
MUSCOLO
1070
1.7
1590
2
OSSO
1380 1810
3.75 - 7.38
2700 4100
12
Tessuti
La entità delle forze che si oppongono al passaggio degli
US è l’impedenza acustica (Z) che dipende dalla densità
(ρ) del tessuto
Z = vρ
!
e viene misurata in Rayl = Kg/m2
Materiale: ρ [g/cm3]
Z [Rayl Kg/m2]
!
Aria
Acqua
Fegato
Muscolo
Grasso
Sangue
Osso
Polmone
1,2
1000
1060
1080
952
1057
1912
400
0.0004
1.480
1.640
1.700
1.860
1.620
7.800
0.260
interazione tra ultrasuoni e materia
Dr.$Bulgarelli$Claudio$
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Propagazione delle onde
!
•
Quando un’onda ultrasonora attraversa un corpo, una
parte dell’ energia trasportata è assorbita dal mezzo
!
•
!
•
!
•
quando incontra una interfaccia tra due elementi di
diversa struttura, viene in parte riflessa ed in parte rifratta.
La componente riflessa in particolare, da’ luogo agli echi
di ritorno che vengono captati dalla sonda ecografica.
Il principio che determina il funzionamento degli
apparecchi ecografici e’ quindi quello della formazione di
echi riflessi.
Dottor Claudio Bulgarelli Scuola di Ecografia Generalista FIMMG-METIS
Il segnale ecografico raccoglie gli echi
di ritorno dai tessuti dovuti :
θi
θr
• Onda Incidente
• Onda Diffusa o Scattering
• Onda Trasmessa o Rifratta
• Onda Riflessa
θat
Dr.$Bulgarelli$Claudio$
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INTERAZIONE TRA ULTRASUONI E MATERIA
•  Riflessione
•  Rifrazione
•  Diffusione
•  Assorbimento
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La trasmissione del segnale
Il passaggio dell’onda tra due superfici aventi impedenza
acustica differente comporta una riflessione della stessa
% riflessa = f(ΔImpedenza)
Per cui la % di riflessione è
direttamente proporzionale
alla frequenza e alla
impedenza dei tessuti
Tissue A
Reflected
Sound 0,8%
Tissue B
Transmitted
Sound 99,2%
!
Riflessione tessuto/tessuto
Dr.$Bulgarelli$Claudio$
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La trasmissione del segnale
Il passaggio dell’onda tra due superfici aventi impedenza
acustica differente comporta una riflessione della stessa
% riflessa = f(ΔImpedenza)
Per cui la % di riflessione è
direttamente proporzionale
alla frequenza e alla
impedenza dei tessuti
Tissue A
Reflected
Sound 0,8%
Tissue B
Transmitted
Sound 99,2%
!
La parte dell’onda meccanica
riflessa provoca un’onda di
ritorno mentre la parte
rimanente viene trasmessa.
Riflessione tessuto/tessuto
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INTERFACCIA
COEFF. Di RIFLESSIONE
Aria-Tessuto molle
99,9%
Tessuto molle-polmone
52%
Tessuto molle-osso
43%
Tessuto molle-grasso
0,69%
Tessuto molle-muscolo
0,04%
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La trasmissione del segnale
alla base dell’elevato coeficiente di riflessione dell’aria
rispetto ai tessuti da esplorare , in ecografia abbiamo la
necessità di usare il “GEL” , soluzione di acqua e sali, che
permette di ovviare a questo problema
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Se l ’onda si propaga in un mezzo omogeneo, la
propagazione è continua e avviene lungo una linea retta.
Quando l’ onda incontra la
superficie di separazione tra due
mezzi aventi impedenza
acustica diversa, parte dell’onda
continua a propagarsi nel
secondo mezzo con una
direzione diversa da quella dell’
onda incidente e prende il nome
di onda rifratta, un’altra parte
invece viene riflessa nel primo
mezzo.
Dr.$Bulgarelli$Claudio$
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Nel caso in cui il fascio incida su di una superficie liscia ed
estesa, in modo perpendicolare (Riflessione speculare),
originerà un fascio di ritorno che tornerà per intero verso la
sonda: questo darà origine ad una delle tre immagini
fondamentali dell’ecografia l’immagine di parete
!
INTERAZIONE TRA ULTRASUONI
E MATERIA
!
• Riflessione
• Rifrazione
• Diffusione
• Assorbimento
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Per rifrazione si intende il fenomeno secondo cui le onde
vengono riflesse ma con un angolo di divergenza analogo a
quello di incidenza. Può accadere che l’eco riflessa
raggiunga solo in parte o per niente la sonda.
Dr.$Bulgarelli$Claudio$
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Riflessione
non speculare o
!
Rifrazione
In questo caso il fascio US riflesso non ritorna alla sorgente, ma
prosegue in senso opposto con un angolo di
divergenza analogo a quello di incidenza .
Riflessione
Rifrazione
Scattering
Dr.$Bulgarelli$Claudio$
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ad esempio nell’mmagine ecografica di una sezione
del fegato si può notare come una parte del
diaframma appaia più luminosa mentre la restante sia
meno chiaramente visibile
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!
INTERAZIONE TRA ULTRASUONI
E MATERIA
!
• Riflessione
• Rifrazione
• Diffusione
• Assorbimento
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Nel caso in cui il fascio incida su una miriade di superfici
piccole e diverse, queste si comportano come generatori
puntiformi di echi di riflesso.
Questo comporta non
un fascio di ritorno ma
una diffusione dell’energia
in tutte le direzioni
(fenomeno dello Scattering).
L’energia che viene
rimandata alla sonda
è molto bassa
Dr.$Bulgarelli$Claudio$
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Nel caso che il fascio US colpisca un tessuto composito,
questo si comporterà come un insieme di minuscoli centri di
diffusione e darà luogo, attraverso lo scattering, a una seconda
immagine ecografica fondamentale: l’immagine di
parenchima
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!
INTERAZIONE TRA ULTRASUONI
E MATERIA
!
• Riflessione
• Rifrazione
• Diffusione
• Assorbimento
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La riduzione di ampiezza del segnale
•  La attenuazione principale del segnale é
dovuta all’ ASSORBIMENTO del
segnale, con trasformazione della
energia da meccanica in energia termica
• 
•  per cui la ATTENUAZIONE è
direttamente proporzionale alla
FREQUENZA del trasduttore
La riduzione di ampiezza del segnale
!
!
se si raddoppia la (f) si raddoppia il
coefficiente di attenuazione e in pratica si
dimezza la portata del fascio.
!
Anche questo fenomeno spiega perché
usiamo sonde a bassa frequenza per
visionare strutture più profonde e
viceversa
Dr.$Bulgarelli$Claudio$
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ASSORBIMENTO
I = I0 e-
FREQUENZE
MATERIALE
ARIA
ACQUA
SANGUE
OSSO
CERVELLO
GRASSO
FEGATO
MUSCOLO
TESSUTO MEDIO
x
1 MHz
2 MHz
0,25
1360
17
0,2
3,5
5
3
1,5
4,3
0,06
340
8,5
0,1
2
2,5
1,5
0,75
2,1
5 MHz
0,01
54
3
0,04
1
1
0,5
0,3
0,86
10 MHz
14
2
0,5
0,15
0,43
HVL
HVL in
in cm
cm
Attenuazione Ξ f (frequenza del segnale)
un db di segnale per Mhz e per cm di percorso
Assorbimento ed Attenuazione degli
ultrasuoni
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#SIEMG#–#FIMMG#;#Me<s#
Le sonde
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convex
Lineare
Le sonde
le SONDE
Settoriale
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Endocavitaria
LE SONDE
Il materiale piezoelettrico è
accoppiato agli elettrodi e ad
un blocco ammortizzatore che
assorbe le onde retrograde.
Emette ultrasuoni di frequenza
diversa a seconda del tipo di
utilizzo e rileva quelli di ritorno.
Appoggiando la ‘pastiglia’ (quarzo + elettrodi) al tessuto si
generano US. Le onde si propagano come un fascio che nel suo
tratto prossimale e’ di dimensioni costanti ma che poi tende
progressivamente a divergere.
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La sonda
ecografica
la sonda
funziona
ecografica
alternativafunziona
mente
alternativamente
comeemettitore
come
e come
emettitore
e ricevitore
come di
ultrasuoni
ricevitore
di ultrasuoni
Fase 1:
emissione
Fase 2:
ricezione
FORMA
DEI TRASDUTTORI
!
Linear
!!
!
Curvilinear
Sectorial
Settore formazione 2007-2009
Settoriale
Convex
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Lineare
Le sonde per addome hanno frequenza di 2,5-7 MHz
Le sonde per parti molli e vascolari e gli intracavitari
( transvaginali, transrettali, transesofagei etc) hanno una
frequenza variabile da 5 a 13, le piu’ recenti, fino a 20 MHz
Gli attuali trasduttori sono MULTIFREQUENZA
La scelta della sonda ( e della frequenza) da
utilizzare deve essere fatta in base alle strutture
che si vuole studiare.
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Sonda lineare
7 – 20 Mhz
Massima risoluzione a livello B-mode
Focalizzazione ottimizzata in superficie;
in profondità, invece, inferiore ad altri trasduttori
Campo di vista limitato dalle dimensioni del
trasduttore (poco panoramica).
Utilizzata per l’esplorazione dei tessuti superficiali
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Sonda Convex 2,5 –
7 Mhz
Risoluzione a livello Bmode
dipendente dal raggio di curvatura.
Focalizzazione in profondità
superiore al trasduttore lineare.
Campo di vista superiore al
trasduttore lineare (panoramica).
Utilizzata per l’ esplorazione dei
tessuti profondi (visceri).
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Sonda settoriale
- Mhz
Risoluzione a livello Bmode
inferiore ai precedenti ma con
focalizzazione in profondità e
con fascio US prossimale molto
stretto .
Campo di vista superiore ai
trasduttori precedenti
nonostante la superficie di
appoggio sia inferiore (molto
panoramica).
Utilizzata prevalentemente in
cardiologia al fine di penetrare
agevolmente tra le coste.
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Distanziatore
D
D
Distanziatori. Utili nella esplorazione dei tessuti superficiali. Sono
utilizzati per la ecografia mammaria e tessuti superficiali
migliorando il contrasto e la qualita’ dell’ immagine.
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immagine in scala di grigi
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B-Mode
(Brightness Modulation Mode)
1.  Il trasmettitore ad impulsi fornisce un impulso elettrico in risposta al quale il
trasduttore (sonda) emette US
2.  Gli US arrivano alla struttura e ritornano come echi; questi vengono
convertiti dalla sonda in segnali elettrici e inviati alla sezione ricevente
dell ecografo che li amplificherà (guadagno totale o differenziato)
3.  Nella sezione ricevente i segnali elettrici verranno elaborati per misurarne
la intensità e convertirli in forma digitale; l ecografo è anche in grado di
misurare la profondità che sarà proporzionale al tempo eco
4.  I valori digitali eco-memorizzati vengono riconvertiti in forma analogica
sotto forma di voltaggi elettrici
5.  A questo punto vengono inviati allo schermo come punti luminosi la cui
brillantezza è proporzionale al voltaggio dei segnali stessi
6.  Il risultato finale è la visualizzazione in scala di grigi
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L immagine in scala di grigi
Le variabili che incidono nella creazione dell immagine BMode sono:
-  l intensità del segnale riflesso
-  la profondità da cui proviene il segnale (tempo di ricezione
echi di ritorno al trasduttore)
Gli echi riflessi ritornano alla sonda che li ha emessi e da qui
sono trasmessi all apparecchio e trasformati in punti più o
meno luminosi che si dispongono sullo schermo in modo
perfettamente corrispondente alla struttura da cui prendono
origine
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La Diffrazione
• Il fascio ultrasonoro può essere descritto come un “pennello”.
• In effetti, i peli di questo pennello tendono ad allargarsi
poco dopo essere
fuoriusciti dalla sonda.
• Essi
restano paralleli fra loro solo per un breve tratto: il fascio resta coerente
(cioè, con diametro pari a quello del cristallo) fino ad una distanza che è
proporzionale al diametro del cristallo.
• Il
tratto nel quale il fascio è coerente viene detto “zona di Fresnel”; quello
successivo, “zona di Fraunhofher”.
La Diffrazione
Zona di Fresnel:
In questa zona il fascio e’
collimato e diagnostico.
Zona di
Fraunhofer:
In questa zona il fascio
diverge e di conseguenza si
riduce la risoluzione
laterale.
Gli US a frequenza piu’ elevata hanno minor tendenza a divergere
per cui si cerca di utilizzare la frequenza maggiore possibile
compatibilmente con la profondita’ del tessuto da esaminare.
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Il diametro del fascio e quindi della zona focale determina la risoluzione
laterale (che migliora riducendo il diametro del fascio US), la lunghezza
determina la profondità di campo.
Più la frequenza è elevata più si allunga la zona di Fresnel e si riduce la
divergenza del fascio migliorando la risoluzione.
Zona di Fresnel:
Zona di Fraunhofer
ll punto di passaggio tra le due zone rappresenta la zona focale del fascio
ultrasonoro. 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.
Zona di Fraunhofer
Zona di Fresnel:
Focalizzazione
Migliora la risoluzione e quindi la qualita’ dell’immagine. E’ possibile
utilizzare un singolo fuoco o piu’ fuochi, ma in questo caso si utilizzano
molte risorse del sistema, rallentando i processi di elaborazione delle
immagini diminuendo la fluidita’ del filmato.
!
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Zone focali
Campo lontano
Campo vicino
Fuochi multipli
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Risoluzione
Risoluzione laterale
Distanza minima che il sistema puo’ rivelare
tra due punti che giacciono
in un piano perpendicolare all’asse
di propagazione del fascio US.
Tanto piu’ si allarga il fascio
tanto peggiore sara’ la risoluzione
laterale
!
!
Risoluzione assiale
Distanza minima che il sistema puo’ rivelare
tra due punti che giacciono sull’asse di
propagazione del fascio US. La distanza tra
le due interfacce e’ maggiore della
lunghezza d’ onda. Aumenta con l’aumentare
della frequenza (sonde lineari).
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In sintesi
• Risoluzione laterale migliora all aumentare della
frequenza
• Risoluzione assiale migliora all aumentare della frequenza
• Attenuazione aumenta con la frequenza degli ultrasuoni
Nella scelta della sonda da utilizzare (frequenza e diametro del
trasduttore) si cerca un compromesso tra
la profondità da raggiungere (penetrazione)
e
la definizione desiderata (risoluzione)
come migliorare l’immagine
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Per migliorare l’immagine, in
pre-processing, è utile:
• selezionare la sonda!
• selezionare un preset adeguato !
• regolare il monitor!
• Impostare un adeguata frequenza!
• regolare il guadagno : !
modifica l’amplificazione dei segnali in modo uniforme variando in tal modo la
scala di grigi.!
• ! impostare il guadagno selettivo ( TGC) : modifica
l’amplificazione dei segnali in modo selettivo ad una determinata profondità. !
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Parametri di controllo
Echointensity
guadagno totale
Depth
Without Time Gain Compenstion
TGC (Time Gain Compensation)
TGC
With Time Gain Compensation
Guadagno
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Per migliorare l’immagine, in
pre-processing, è utile:
!
• impostare la profondità!
!
• impostare il range dinamico dei grigi!
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Range dinamico
•
Il range dinamico rappresenta la gamma di echi che si sceglie di
visualizzare. Da esso dipende la risoluzione di contrasto, la
capacità cioè di differenziare nell’immagine piccole differenze di
ecogenicità, e quindi differenziare tipi tissutali diversi.
!
•
Occorre considerare che vi può essere una notevolissima differenza
di ampiezza (anche 100.000 volte) tra gli echi più forti e quelli più
deboli provenienti dai tessuti. L’ecografo può riuscire a
rappresentare per intero questa vasta gamma di segnali solo
comprimendo al massimo la differenza di intensità tra i vari segnali.
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Range dinamico
•
E’ però evidente che con una forte compressione delle
differenze di segnale, due echi A e B di determinata ampiezza
verranno visualizzati con livelli di grigio ravvicinati tra loro.
!
•
Scegliendo un minor grado di compressione si limita il range
degli echi visualizzabili, ma gli stessi echi A e B daranno luogo a
livelli di grigio più distanziati e potranno essere più facilmente
distinti: vi sarà cioè una maggior risoluzione di contrasto.
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Range dinamico
•
In altre parole, se si vuole privilegiare lo scattering occorre aumentare
il range dinamico al massimo grado consentito
dall’apparecchiatura : potranno così visualizzarsi, grazie alla forte
compressione, anche gli echi molto deboli che originano dalla tessitura
dei parenchimi.
!
•
Se occorre invece accentuare la risoluzione di contrasto, cioè la
differenza di grigio tra strutture diverse, è necessario ridurre il range
dinamico, a costo però di sacrificare gli echi più deboli.
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Per migliorare l’immagine, in
pre-processing, è utile:
!
• impostare la potenza di emissione ( in media 70 80 %)!
!
• scegliere la migliore focalizzazione!
!
• seconda armonica
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SECONDA ARMONICA TISSUTALE
il tessuto insonato risponde al fascio di US con echi di frequenza di ritorno
distribuiti attorno al fascio incidente e con ulteriori fasci (ARMONICHE) di
cui la seconda ha ampiezza tale da poter essere rilevata e eliminata
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Per migliorare l’immagine, in post-processing, è
possibile:
• usare la moviola
• fare le misurazioni
• zoomare l’immagine
Dr.$Bulgarelli$Claudio$
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grazie per
l’attenzione…..
L immagine in scala di grigi
•  Gli echi, trasformati in segnali elettrici di ampiezza differente,
vengono classificati per linee di scansione in una matrice di
memoria (scan converter), in posizioni differenti a seconda della
loro intensità e profondità.
•  La luminosità dei punti è direttamente proporzionale alla
densità dei tessuti da cui provengono
•  L immagine sullo schermo ecografico rappresenta la mappa a
diverse tonalità di grigio della densità tissutale esplorata dalla
sonda ecografica
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La Diffrazione
Fresnel
Fraunhofer
!
Si origina al passaggio di un’onda meccanica attraverso una piccola
apertura o quando la stessa investe un ostacolo di dimensioni
confrontabili con la lunghezza dell’ onda stessa (0,01-1 mm).
!
La diffrazione comporta la formazione di due zone nel fascio ultrasonoro:
Il campo vicino detto zona di Fresnel e il campo lontano detto zona di
Fraunhofer
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Caratteristiche immagine B-Mode
Risoluzione laterale >> capacità di distinguere due punti
adiacenti posti sullo stesso piano
Risoluzione assiale >> capacità di distinguere due strutture
disposte in serie sullo stesso asse del fascio
Risoluzione spaziale >> capacità di distinguere come entità
separate strutture anatomiche ravvicinate
Miglior qualità dell immagine
Maggior rapporto segnale/rumore
SEMEIOTICA ECOGRAFICA
Ogni immagine ecografica è composta da un insieme di immagini
elementari che nell’ insieme compongono la semeiotica US dei vari
organi.
- immagine di parete
- Immagine di parenchima
- Immagine di vuoto acustico
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