Elementi di Fisica degli Ultrasuoni - CardioLearn Homepage - Fisica degli... · Elementi di Fisica...

Elementi di FisicaElementi di Fisicadegli Ultrasuonidegli Ultrasuoni

Corso Basico di EcocardiografiaCorso Basico di Ecocardiografiaper Specializzandiper Specializzandi

L. L. CompostellaCompostella –– S. S. IlicetoIlicetoScuola di Specializzazione in Cardiologia Scuola di Specializzazione in Cardiologia –– UniversitUniversitàà di Padovadi Padova

Obiettivi della lezioneObiettivi della lezione!! Rivedere alcuni concetti di fisica dei suoni e degli Rivedere alcuni concetti di fisica dei suoni e degli

ultrasuoni, utili alla migliore esecuzione ed ultrasuoni, utili alla migliore esecuzione ed interpretazione degli esami ecocardiograficiinterpretazione degli esami ecocardiografici

!! Iniziare ad analizzare le interazioni degli ultrasuoni Iniziare ad analizzare le interazioni degli ultrasuoni con i tessuti biologicicon i tessuti biologici

!! Comprendere le possibilitComprendere le possibilitàà e i limiti degli strumenti e i limiti degli strumenti usati in ecocardiografiausati in ecocardiografia

SuonoSuonoSuonoSuono: : èè una perturbazione di carattere una perturbazione di carattere

oscillatorio, prodotta dalla oscillazione di oscillatorio, prodotta dalla oscillazione di un corpo in vibrazione, che si propaga con un corpo in vibrazione, che si propaga con una data frequenza in un mezzo elastico.una data frequenza in un mezzo elastico.NBNB-- Il suono, pertanto, si può propagare solo attraverso Il suono, pertanto, si può propagare solo attraverso un corpo elastico; non si propaga nel vuoto.un corpo elastico; non si propaga nel vuoto.

http://it.wikipedia.org/wiki/Suonohttp://www.musica-sacra.it/images/images/prodotti/diapason.gif

http://www.maurograziani.org/text_pages/acoustic/acustica/MG_Acustica01.html

SuonoSuonoSuonoSuono: : èè una perturbazione di carattere una perturbazione di carattere

oscillatorio, prodotta dalla oscillazione di oscillatorio, prodotta dalla oscillazione di un corpo in vibrazione, che si propaga con un corpo in vibrazione, che si propaga con una data frequenza in un mezzo elastico.una data frequenza in un mezzo elastico.NBNB-- Il suono, pertanto, si può propagare solo attraverso Il suono, pertanto, si può propagare solo attraverso un corpo elastico; non si propaga nel vuoto.un corpo elastico; non si propaga nel vuoto.

http://it.wikipedia.org/wiki/Suonohttp://www.musica-sacra.it/images/images/prodotti/diapason.gifhttp://www.audiomaster.it/tutorial/suono.htm

SuonoSuonoFrequenza (Frequenza (f f )) del suonodel suono:: il numero di oscillazioni (variazioni di il numero di oscillazioni (variazioni di

pressione) al secondo; viene misurato in pressione) al secondo; viene misurato in ciclicicli al secondo ossia in al secondo ossia in HertzHertz (Hz). (Hz). EE’’ la la maggioremaggiore determinantedeterminante delladella ““aaltezzaltezza del suonodel suono””((suonosuono acuto o grave).acuto o grave).

La La lunghezza dlunghezza d’’onda (onda (λλ)) èè la distanza che intercorre fra i punti la distanza che intercorre fra i punti corrispondenti di due oscillazioni consecutive. In un determinatcorrispondenti di due oscillazioni consecutive. In un determinato o mezzo, mezzo, èè inversamenteinversamente proporzionaleproporzionale allaalla frequenzafrequenza ((vedivedi).).

http://it.wikipedia.org/wiki/Suono

http://enteos2.area.trieste.it/russo/LabInfoMM2006-2007/ProgrammaEMaterialeDidattico/consultazione/compressaudio_files/compressaudio.html

Onde sonore di uguale intensità, ma diversa frequenza.

SuonoSuonoIntensitIntensitàà di un'onda sonoradi un'onda sonora: la quantit: la quantitàà di energia che passa di energia che passa

attraverso l'unitattraverso l'unitàà di area nell'intervallo di tempo unitario. di area nell'intervallo di tempo unitario. Nella vita pratica, Nella vita pratica, èè in rapporto alla pressione che lin rapporto alla pressione che l’’onda sonora onda sonora esercita sul timpano (volume del suono). esercita sul timpano (volume del suono). A scopi pratici, può essere equiparata alla A scopi pratici, può essere equiparata alla ampiezzaampiezza delldell’’onda sonora, onda sonora, ciocioèè allall’’entitentitàà dello spostamento delle particelle.dello spostamento delle particelle.Questi parametri possono essere espressi in Questi parametri possono essere espressi in WattWatt, o in unit, o in unitàà di misura di misura relativa, il relativa, il decibel (decibel (dBdB).).

http://it.wikipedia.org/wiki/Suono

http://enteos2.area.trieste.it/russo/LabInfoMM2006-2007/ProgrammaEMaterialeDidattico/consultazione/compressaudio_files/compressaudio.html

Onde sonore di uguale frequenza, ma diversa intensità.

UltrasuonoUltrasuonoSuono con frequenza superiore a quella percepibile Suono con frequenza superiore a quella percepibile dalldall’’orecchio umano: orecchio umano: > 20.000 cicli/sec (> 20 kHz)> 20.000 cicli/sec (> 20 kHz)

http://www.echo-web.com/html/echo-202-free/echo202-1-body.asp?code=http://it.wikipedia.org/wiki/Psicoacustica

A differenza di quello di altri animali, lA differenza di quello di altri animali, l’’orecchio umano orecchio umano èè in grado di percepire in grado di percepire suoni di frequenze comprese fra 20 Hz e 20 kHz. Questo limite susuoni di frequenze comprese fra 20 Hz e 20 kHz. Questo limite superiore periore tende ad abbassarsi con l'avanzare degli anni: molti adulti non tende ad abbassarsi con l'avanzare degli anni: molti adulti non sono in grado di sono in grado di udire frequenze oltre i 16 kHz.udire frequenze oltre i 16 kHz.La massima sensibilitLa massima sensibilitàà delldell’’orecchio umano orecchio umano èè nell'intervallo intorno ai 2nell'intervallo intorno ai 2--3 kHz.3 kHz.

modificato da: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c4/Ath-byage.png

Soglie uditive per maschi (M) e femmine (F)di varie età, fra 20 e 60 anni

M, 20

M, 30

M, 40

F, 60

M, 50

M, 60

Con frequenze superiori ai 20 kHz, gli ultrasuoni non sono percepibili dall’orecchio umano

dB0

5

10

15

20

25

30

35

401000 2000 3000 4000 5000 6000 Hz

UltrasuonoUltrasuono

http://http://www.infermieristicarimini.com/Fisica/Lezioni%20Zannoli/Ultrasuoni%20in%20Medicina.ppt

Nella tecnica ecografica gli U.S. vengono utilizzati per localizzare le superfici di separazione interne agli organi, attraverso la misura del tempo che intercorre tra l’emissione di un pacchetto di U.S. e la ricezione degli eco riflessi dalle superfici interne.

UltrasuonoUltrasuono•• Vantaggi (1):Vantaggi (1):

•• può essere direzionato come un fasciopuò essere direzionato come un fascioQuesto può essere ottenuto essenzialmente in 2 maniere:Questo può essere ottenuto essenzialmente in 2 maniere:

Usando ultrasuoni a frequenze piUsando ultrasuoni a frequenze piùù elevateelevate, cio, cioèè con lunghezza dcon lunghezza d’’onda onda minore. Siccome gli ultrasuoni divergono in relazione inversa alminore. Siccome gli ultrasuoni divergono in relazione inversa aldiametro della sorgente e in relazione diretta alla lunghezza dediametro della sorgente e in relazione diretta alla lunghezza dellll’’onda onda irradiata, a paritirradiata, a paritàà di dimensione del trasduttore ldi dimensione del trasduttore l’’angolo di divergenza angolo di divergenza si riduce riducendo la lunghezza dsi riduce riducendo la lunghezza d’’onda dellonda dell’’ultrasuono (cioultrasuono (cioèèemettendo un ultrasuono a frequenza piemettendo un ultrasuono a frequenza piùù elevata). elevata). Vedi: Vedi: http://www.ndt.net/article/wcndt00/papers/idn151/idn151.htmhttp://www.ndt.net/article/wcndt00/papers/idn151/idn151.htm

Selezionando in modo adeguato gli elementi piezoelettrici costitSelezionando in modo adeguato gli elementi piezoelettrici costitutivi utivi del trasduttoredel trasduttore, in termini di loro numero, spaziatura tra di loro e , in termini di loro numero, spaziatura tra di loro e ritardo reciproco nellritardo reciproco nell’’emissione dellemissione dell’’ultrasuono. In questo modo, si può ultrasuono. In questo modo, si può creare una adeguata interferenza fra le onde sonore, tale che lacreare una adeguata interferenza fra le onde sonore, tale che lamaggior parte dellmaggior parte dell’’energia del segnale sia diretta secondo un energia del segnale sia diretta secondo un orientamento prescelto. orientamento prescelto. Vedi: Vedi: http://www.ntnu.no/us/beamforminghttp://www.ntnu.no/us/beamforming

http://www.echo-web.com/html/echo-202-free/echo202-1-body.asp?codehttp://www.ntnu.no/us/beamforminghttp://www.ndt.net/article/wcndt00/papers/idn151/idn151.htm


•• obbedisce alle leggi della riflessione e obbedisce alle leggi della riflessione e rifrazionerifrazione

http://www.echo-web.com/html/echo-202-free/echo202-1-body.asp?code=

Riflessione – la porzione di un suonoche viene rinviata indietro dallasuperficie limitante di un mezzo (eco).

Rifrazione – il cambiamento didirezione di un suono quando passada un mezzo ad un altro (film)

L’angolo di incidenza influenza siala riflessione che la rifrazione delleonde sonore.

Suono riflesso

Suono rifratto

Suono rifrattoSuono attenuato

UltrasuonoUltrasuono•• Vantaggi (2.1):Vantaggi (2.1):

•• RiflessioneRiflessione –– èè legata a:legata a:•• differenza nelldifferenza nell’’impedenza acustica fra due mezzi attraversati impedenza acustica fra due mezzi attraversati

dal fascio ultrasonorodal fascio ultrasonoro•• dimensioni e forma delldimensioni e forma dell’’oggetto riflettente.oggetto riflettente.

QuandoQuando ll’’ultrasuonoultrasuono incontraincontra unauna superficiesuperficiecon con differentedifferente impedenzaimpedenza acusticaacustica, come , come per per eses. . quandoquando passapassa dada un un organoorgano ad un ad un altroaltro, , avvieneavviene unauna riflessioneriflessione specularespeculare, , chechesegue le segue le normalinormali leggileggi delladella fisicafisica, , secondosecondocui cui ll’’angoloangolo didi incidenzaincidenza èè ugualeuguale allall’’angoloangolodidi riflessioneriflessione::

http://www.medcyclopaedia.com/library/topics/volume_i/r/reflection/dreflection_fig1.aspx


•• RiflessioneRiflessione –– èè legata a:legata a:•• differenza nelldifferenza nell’’impedenza acustica fra due mezzi attraversati impedenza acustica fra due mezzi attraversati

dal fascio ultrasonorodal fascio ultrasonoro•• dimensioni e forma delldimensioni e forma dell’’oggetto riflettente.oggetto riflettente.

QuandoQuando ll’’ultrasuonoultrasuono incontraincontra unauna superficiesuperficiecon con differentedifferente impedenzaimpedenza acusticaacustica, come , come per per eses. . quandoquando passapassa dada un un organoorgano ad un ad un altroaltro, , avvieneavviene unauna riflessioneriflessione specularespeculare, , chechesegue le segue le normalinormali leggileggi delladella fisicafisica, , secondosecondocui cui ll’’angoloangolo didi incidenzaincidenza èè ugualeuguale allall’’angoloangolodidi riflessioneriflessione::


"" RiflessioneRiflessione specularespeculare perpendicolareperpendicolare"" RiflessioneRiflessione specularespeculare non non perpendicolareperpendicolare

Impedenza AcusticaImpedenza Acustica

L'L'impedenza acustica (Z)impedenza acustica (Z) èè la forza con la quale ogni mezzo si la forza con la quale ogni mezzo si oppone al passaggio degli ultrasuoni. oppone al passaggio degli ultrasuoni. A causa dellA causa dell’’impedenza acustica hanno luogo i fenomeni di impedenza acustica hanno luogo i fenomeni di riflessione e rifrazione delle onde ultrasonore che riflessione e rifrazione delle onde ultrasonore che permettono di generare le immagini ecografiche.permettono di generare le immagini ecografiche.ÈÈ ugualeuguale alal prodotto della densitprodotto della densitàà del mezzo per la velocitdel mezzo per la velocitàà di di propagazione degli ultrasuoni.propagazione degli ultrasuoni.Si misura in Si misura in RaylRayl..

http://www.federica.unina.it/medicina-e-chirurgia/corso-integrato-di-diagnostica-per-immagini/ecografia/

Come si può osservare nella tabella a lato, Come si può osservare nella tabella a lato, ll’’osso ha elevata impedenza acustica e osso ha elevata impedenza acustica e provoca quindi grande riflessione degli US, provoca quindi grande riflessione degli US, diminuendo/impedendo la capacitdiminuendo/impedendo la capacitàà di di osservare strutture ad esso sottostanti.osservare strutture ad esso sottostanti.


•• RiflessioneRiflessioneSe Se ll’’ultrasuonoultrasuono incideincide perpendicolarmenteperpendicolarmente allaallasuperficiesuperficie riflettenteriflettente, la , la quantitquantitàà didiultrasuonoultrasuono cheche vieneviene riflessariflessa dipendedipende dalladalladifferenzadifferenza didi impedenzaimpedenza acusticaacustica frafra i 2 i 2 tessutitessuti contiguicontigui ((dada unauna parteparte e e dalldall’’altraaltradelladella superficiesuperficie riflettenteriflettente), ), ciocioèè daldal““coefficientecoefficiente didi riflessioneriflessione””..

Il Il coefficientecoefficiente didi riflessioneriflessione variavaria moltomolto::•• 0,011 0,011 frafra grassograsso e e muscolomuscolo ((ciocioèè solo circa solo circa 1% 1% delldell’’ultrasuonoultrasuono vieneviene riflessoriflesso))•• 0.410 0.410 allall’’interfacciainterfaccia frafra craniocranio e e cervellocervello•• 0.999 (0.999 (ciocioèè riflessioneriflessione pressochpressochèè completacompleta) ) allall’’interfacciainterfaccia frafra muscolomuscolo e aria. e aria.

QuandoQuando èè perpendicolareperpendicolare, la , la riflessioneriflessione specularespeculare forniscefornisce gligli echiechi pipiùù intensiintensi..QuandoQuando non non èè perpendicolareperpendicolare, , puòpuò non dare non dare luogoluogo ad ad echiechi riconoscibiliriconoscibili, , dipendendodipendendo dalladalla direzionedirezionedelldell’’ecoeco riflessoriflesso e e dalledalle proprietproprietàà acusicheacusiche deidei mezzimezzi attraversatiattraversati..



•• viene riflesso anche dagli oggetti di piccole dimensioniviene riflesso anche dagli oggetti di piccole dimensioni

http://www.echo-web.com/html/echo-202-free/echo202-1-body.asp?code

StruttureStrutture moltomolto piccolepiccole ((nellnell’’ordineordine delladelladimensionidimensioni delladella lunghezzalunghezza dd’’ondaondadelldell’’ultrasuonoultrasuono; come ad ; come ad eses. i . i tessutitessuti deglidegliorganiorgani, o , o superficisuperfici ruvideruvide) ) produconoproducono unaunariflessioneriflessione diffusadiffusa, , cheche comportacomporta la la presenzapresenzadidi echiechi riflessiriflessi piuttostopiuttosto debolideboli..

Il Il sanguesangue possiedepossiede al al suosuo internointerno delledellesuperficiesuperficie riflettentiriflettenti cheche sonosono –– in in parteparte --addiritturaaddirittura pipiùù piccolepiccole delladella lunghezzalunghezza dd’’ondaondadelldell’’ultrasuonoultrasuono ((piccolepiccole molecolemolecole). ). NeNeconsegueconsegue cheche ilil suonosuono verrverràà riflessoriflesso in forma in forma sfericasferica ((fenomenofenomeno didi RayleighRayleigh--TindallTindall) ) --dispersionedispersione. .


UltrasuonoUltrasuono•• Svantaggi (1):Svantaggi (1):

•• la la velocitvelocitàà di propagazione (v) di propagazione (v) del suono non del suono non èècostante, ma varia a seconda del mezzo costante, ma varia a seconda del mezzo attraversatoattraversato


Materiale Velocità di propagazioneosso 2700 - 4080 m/smuscolo 1585 m/ssangue 1570 m/sfegato 1549 m/stessuto molle 1540 m/sacqua 1480 m/sgrasso 1450 m/spolmone 500 m/saria 331 m/s


Escludendo l’osso e l’aria (e i polmoni), la differenza nella velocitàdi propagazione nei tessuti (strutture) di interesse cardiologico èperò relativamente modesta, tanto da poterla considerare pressochè costante, e non interferisce in modo significativo nella risoluzione delle immagini.

•• Conseguenze (Conseguenze (--a):a):

Sulla base di questo:

" L’ecocardiografo calcola il tempo impiegato dall’ultrasuono una volta emesso a raggiungere l’oggetto bersaglio e a ritornare indietro come eco. Considerando pressochè costante la velocità di propagazione dell’ultrasuono nei tessuti del torace, l’ecografo riesce a ricostruire a che profondità si trova l’oggetto riflettente e lo rappresenta quindi a quella profondità sullo schermo dell’apparecchio.

UltrasuonoUltrasuono•• Conseguenze (Conseguenze (--b):b):Tenendo conto del fatto che in uno specifico mezzo la velocità di propagazione (v)è direttamente proporzionale alla frequenza (f) dell’ultrasuono e alla sua lunghezza d’onda (λ):

v = f • λ

è possibile calcolare una variabile quando siano note le altre due.

Ne consegue che, nei tessuti toracici, un ultrasuono di 2,5 MHz - generalmente usato per la diagnostica - avrà una lunghezza d’onda di circa:

λ = v / fλ = 1540 m/sec / 2500 cicli/sec

cioè la lunghezza d’onda sarà: 0,616 mm

Per un ultrasuono di 3,5 MHz la lunghezza d’onda sarà di circa:1540 / 3500

cioè: 0,440 mm

UltrasuonoUltrasuono•• Conseguenze (Conseguenze (--cc--1):1):

La risoluzione di un ultrasuono, cioè la capacità di distinguere fra 2 strutture diverse, è in rapporto inverso con la sua lunghezza d’onda, essendo circa la metà di λ.

In altri termini, un US può distinguere oggetti solo se hanno dimensioni superiori alla sua lunghezza d’onda; ovvero, per distinguere oggetti piùpiccoli, dobbiamo usare US con lunghezza d’onda più corta.

0,08 mm0,08 mm0,15 mm0,15 mm10 MHz10 MHz0,2 mm0,2 mm0,44 mm0,44 mm3,5 MHz3,5 MHz0,3 mm0,3 mm0,616 mm0,616 mm2,5 MHz2,5 MHz

CapacitCapacitàà di distinguere di distinguere strutture vicine fino a:strutture vicine fino a:Lunghezza dLunghezza d’’onda (onda (λ)Frequenza Frequenza

delldell’’ultrasuonoultrasuono

UltrasuonoUltrasuono•• Conseguenze (Conseguenze (--cc--2):2):

Quanto esposto in precedenza è valido per la risoluzione “assiale”,cioè quando si tratta di riconoscere come distinti 2 punti posti lungo l’asse dell’ultrasuono.



Risoluzione assiale (oggetti posti a diversa distanza dal trasduttore)

È inversamente proporzionale alla lunghezza d’onda dell’ultrasuono: maggiore è la lunghezza d’onda (cioè minore la frequenza dell’US), minore è la risoluzioneassiale.In pazienti di maggiori dimensioni corporee (v. oltre) è necessario usarefrequenze più basse per favorire la penetrazione, ma questo comporta unariduzione della qualità della risoluzione assiale (oltre a una migliorepenetrazione; v. oltre).

UltrasuonoUltrasuonoRisoluzione assiale:Bisogna tener conto anche della frequenza di emissione degli impulsi ultrasonori, cioèquanti “treni” di impulsi ultrasonori sono emessi per ogni secondo, e quanto ognuno di questi dura nel tempo (il che corrisponde alla sua lunghezza spaziale).

http://www.medcyclopaedia.com/library/topics/volume_i/a/axial_resolution.aspxhttp://www.sccky.edu/files/faculty/Chapter%2020%20-%20Artifacts.ppt

UltrasuonoUltrasuonoRisoluzione assiale:Bisogna tener conto anche della frequenza di emissione degli impulsi ultrasonori, cioèquanti “treni” di impulsi ultrasonori sono emessi per ogni secondo, e quanto ognuno di questi dura nel tempo (il che corrisponde alla sua lunghezza spaziale).

http://www.medcyclopaedia.com/library/topics/volume_i/a/axial_resolution.aspxhttp://www.sccky.edu/files/faculty/Chapter%2020%20-%20Artifacts.ppt

= =

La distanza minima fra i 2 oggetti da riconoscere come distinti deve essere almeno superiore alla metàdella lunghezza spaziale dell’impulso ultrasonoro emesso.



Risoluzione laterale (oggetti equidistanti dal trasduttore)

Quando i 2 punti sono posti uno di lato all’altro, la risoluzione “laterale” dipende dalla larghezza del fascio ultrasonoro in quel punto ed è migliore in corrispondenza della “zona focale” del fascio ultrasonoro.

È proporzionale alla frequenza: maggiore è la frequenza dell’US, migliore è la risoluzione laterale.


Risoluzione laterale:Se due oggetti posti uno a lato dell’altro sono colpiti contemporaneamente da un fascio US largo, daranno luogo ad una unica immagine, come se si trattasse di un oggetto riflettente unico.

http://www.sccky.edu/files/faculty/Chapter%2020%20-%20Artifacts.ppt

Immaginerisultante

Trasd

utto

re

UltrasuonoUltrasuono•• Conseguenze (Conseguenze (--d):d):

La penetrazione di un ultrasuono, cioè la sua capacità di arrivare in profondità in un tessuto, è in rapporto inverso con la sua frequenza. Cioè, ultrasuoni a frequenza più elevata, mentre permettono una migliore risoluzione degli oggetti, riescono a penetrare meno profondamente nel torace (o in altre strutture dell’organismo).

Ultrasuoni con frequenze di 5 MHz o superiori vengono quindi usate i cardiologia pediatrica perché permettono una ottima risoluzione, pur raggiungendo profondità piccole, cosa che non disturba in un piccolo torace di un paziente pediatrico.

Negli adulti, invece, in cui le strutture cardiache si trovano a profonditàmaggiori, bisogna ricorrere ad ultrasuoni di frequenza circa 2,5 – 3,5MHz, che sono capaci di penetrare maggiormente, anche se a scapito di una capacità di risoluzione relativamente ridotta.

UltrasuonoUltrasuono•• Conseguenze (Conseguenze (--e):e):

La profondità di una struttura determina, ovviamente, anche il tempo impiegato dall’onda ultrasonora a percorrere lo spazio fra il trasduttore emittente # la struttura da esplorare (la sua superficie riflettente) #percorso inverso fino al trasduttore ricevente.

Ad una velocità di 1540 m/sec, un’onda ultrasonora impiega circa 0,13 millesimi di secondo per raggiungere una struttura situata a 10 cm di profondità e tornare indietro.Per una struttura situata a 15 cm di profondità il tempo necessario a percorrere il tragitto di andata e ritorno è di circa 0,19 msec.

UltrasuonoUltrasuono•• Conseguenze (Conseguenze (--f):f):

Il trasduttore dell’ecografo invia, quindi, un treno di impulsi ultrasonori e deve poi attendere – prima di inviarne un secondo – gli echi di ritorno, per un tempo proporzionale alla distanza dell’oggetto che deve essere esplorato.

La Frequenza di Ripetizione degli Impulsi (PulseRepetition Frequency, PRF) diviene minore mano a mano che si vogliono esplorare strutture più profonde; ne viene quindi penalizzato il refreshingdell’immagine, con riduzione della qualità dell’immagine stessa specie se questa è in movimento.

La PRF per una struttura situata a 10 cm di profondità sarà di circa 7700 ripetizioni in un secondo, mentre per una struttura situata a 15 cm di profondità sarà di circa 5200 r/s.Durante un esame ecocardiografico, sarà quindi utile limitare la profondità del campo esplorato a quello necessario, onde evitare un inutile rallentamento della frequenza di ripetizione degli ultrasuoni (e conseguente riduzione di qualitàdell’immagine). (Clip, variando profondità immagine)


•• si propaga poco attraverso un mezzo gassososi propaga poco attraverso un mezzo gassoso

Ne consegue che:Ne consegue che:1.1. Quando si procede a un esame ecocardiografico vi deve essere la Quando si procede a un esame ecocardiografico vi deve essere la

minore quantitminore quantitàà possibile di aria frapposta fra il corpo del paziente e il possibile di aria frapposta fra il corpo del paziente e il trasduttore. Per tale motivo viene applicato alla superficie deltrasduttore. Per tale motivo viene applicato alla superficie deltrasduttore un gel che favorisce il contatto fra trasduttore stetrasduttore un gel che favorisce il contatto fra trasduttore stesso e sso e superficie del torace del paziente. superficie del torace del paziente. (fig. trasduttore con gel)(fig. trasduttore con gel)

2.2. ÈÈ necessario individuare una necessario individuare una ““finestra ecocardiograficafinestra ecocardiografica”” in cui non vi in cui non vi sia interposizione dei polmoni, che sia interposizione dei polmoni, che –– essendo una essendo una ““spugnaspugna”” contente contente aria aria -- provocano marcata attenuazione del fascio ultrasonoro. provocano marcata attenuazione del fascio ultrasonoro. (clip (clip cuore con/senza polmone)cuore con/senza polmone)



•• la quantitla quantitàà di ultrasuono riflesso dipende dalla di ultrasuono riflesso dipende dalla differenza di densitdifferenza di densitàà acustica dei mezzi acustica dei mezzi attraversatiattraversati


Effetto della propagazioneattraverso un materiale eco-denso – la quasi totalità degliultrasuoni viene riflessa #scadente evidenziazione dellestrutture situate al di sotto dimateriali ecodensi.


•• ll’’intensitintensitàà delldell’’ultrasuono si ultrasuono si attenuaattenua man mano che lman mano che l’’ultrasuono ultrasuono stesso si allontana dal trasduttore che lstesso si allontana dal trasduttore che l’’ha emesso e penetra ha emesso e penetra nel tessuto.nel tessuto.

http://www.bats.ac.nz/resources/physics.phphttp://it.wikipedia.org/wiki/Ecografia

Bushberg JT et al. 2002

LL’’attenuazione aumenta in rapporto a :attenuazione aumenta in rapporto a :•• aumento della distanza dal trasduttoreaumento della distanza dal trasduttore•• aumentata disomogeneitaumentata disomogeneitàà ((mismatchmismatch) di densit) di densitàà acustica dei tessuti acustica dei tessuti

attraversatiattraversati•• maggior frequenza (minore lunghezza dmaggior frequenza (minore lunghezza d’’onda) dellonda) dell’’ultrasuonoultrasuono

## La attenuazione La attenuazione èè pari a circa 1 pari a circa 1 dBdB/cm/MHz nei parenchimi e nei /cm/MHz nei parenchimi e nei muscoli, ma raggiunge un muscoli, ma raggiunge un coefficiente 5 volte maggiore per coefficiente 5 volte maggiore per quanto riguarda lquanto riguarda l’’osso.osso.

40Aria13 - 26Osso

0,5 - 1,8Grasso0,3 - 0,8Tessuto molle0,0002Acqua

Coefficiente di attenuazione (dB/cm) a

1 MHzMateriale

UltrasuonoUltrasuono•• Conseguenze (Conseguenze (--a):a):

Attenuazione

http://radiographics.rsna.org/content/23/4/1019/F8.expansion.htmlhttp://www.usra.ca/basic_p

UltrasuonoUltrasuono•• Conseguenze (Conseguenze (--b):b):

La attenuazione dell’onda ultrasonora con l‘aumento della distanza dal trasduttore è compensata dall’ecocardiografo attraverso il Time-Gain Compensation (TGC).

Il TGC fa in modo che il guadagno aumenti in funzione del Il TGC fa in modo che il guadagno aumenti in funzione del tempo, ciotempo, cioèè in funzione della profonditin funzione della profonditàà di penetrazione, in di penetrazione, in modo da restituire una immagine in cui gli echi presentino modo da restituire una immagine in cui gli echi presentino una intensituna intensitàà uniforme.uniforme.

Il guadagno attribuito agli echi provenienti dalle diverse Il guadagno attribuito agli echi provenienti dalle diverse profonditprofonditàà può essere anche modificato dallpuò essere anche modificato dall’’operatore operatore tramite una serie di cursori, con i quali si può aumentare o tramite una serie di cursori, con i quali si può aumentare o ridurre lridurre l’’intensitintensitàà degli echi provenienti da strutture (e degli echi provenienti da strutture (e profonditprofonditàà) diverse.) diverse.


•• con la propagazione in profonditcon la propagazione in profonditàà attraverso i attraverso i tessuti, ltessuti, l’’onda ultrasonora subisce una onda ultrasonora subisce una progressiva progressiva distorsionedistorsione..

http://radiographics.rsna.org/content/23/4/1019/F18.expansion.html

BibliografiaBibliografia•• EchoEcho--WebWeb, the online , the online learninglearning center center forfor echocardiographersechocardiographers, , PearcePearce, AZ, USA: Basic , AZ, USA: Basic

PrinciplesPrinciples of Ultrasound of Ultrasound –– echoecho 202; 202; ©© 2004 2004 Atlantic Atlantic InteractiveInteractive: : http://www.echohttp://www.echo--web.com/html/echoweb.com/html/echo--202202--free/echo202free/echo202--11--body.asp?body.asp?codecode==

•• Corso integrato di diagnostica per immagini, prof. Leonardo PaceCorso integrato di diagnostica per immagini, prof. Leonardo Pace, Universit, Universitàà di Napoli di Napoli Federico II: Federico II: http://www.federica.unina.it/corsi/corsohttp://www.federica.unina.it/corsi/corso--integratointegrato--didi--diagnosticadiagnostica--perper--immagini/ecografia/immagini/ecografia/

•• Ultrasuoni ed Ecografia: principi fisici e formazione delle immaUltrasuoni ed Ecografia: principi fisici e formazione delle immagini. Corso di radiologia gini. Corso di radiologia veterinaria e medicina nucleare, prof. Leonardo veterinaria e medicina nucleare, prof. Leonardo MeomartinoMeomartino, Universit, Universitàà di Napoli Federico di Napoli Federico II: II: http://www.federica.unina.it/medicinahttp://www.federica.unina.it/medicina--veterinaria/radiologiaveterinaria/radiologia--veterinariaveterinaria--ee--medicinamedicina--nucleare/ultrasuoninucleare/ultrasuoni--ecografiaecografia--principiprincipi--fisicifisici--formazioneformazione--immagini/immagini/

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