L’ecografia o ecotomografia è un sistema di indagine diagnostica medica che non utilizza radiazioni ionizzanti, ma ultrasuoni e si basa sul principio dell’emissione di eco e della trasmissione delle onde ultrasonore. Tale metodica viene considerata come esame di base o di filtro rispetto a tecniche di Imaging più complesse come TAC, imaging a risonanza magnetica, angiografia. Nelle mani del radiologo interventista è una metodica che può essere utilizzata per procedure terapeutiche mini invasive. L’ecografia è, in ogni caso, una procedura operatore-dipendente, poiché vengono richieste particolari doti di manualità e spirito di osservazione, oltre a cultura dell’immagine ed esperienza clinica.

Gli ultrasuoni utilizzati sono compresi tra 2 e 20 MHz. La frequenza è scelta tenendo in considerazione che frequenze maggiori hanno maggiore potere risolutivo dell’immagine, ma penetrano meno in profondità nel soggetto. Queste onde sono generate da un cristallo piezoceramico inserito in una sonda mantenuta a diretto contatto con la pelle del paziente con l’interposizione di un apposito gel (che elimina l’aria interposta tra sonda e cute del paziente, permettendo agli ultrasuoni di penetrare nel segmento anatomico esaminato); la stessa sonda è in grado di raccogliere il segnale di ritorno, che viene opportunamente elaborato da un computer e presentato su un monitor.

Variando l’apertura emittente della sonda, è possibile cambiare il cono di apertura degli ultrasuoni e quindi la profondità fino alla quale il fascio può considerarsi parallelo.

Stanno diventando normali le cosiddette sonde real-time, in cui gli ultrasuoni sono prodotti e raccolti in sequenza in direzioni diverse, tramite modulazioni meccaniche o elettroniche della sonda.

Quando l’onda raggiunge un punto di variazione dell’impedenza acustica, può essere riflessa, rifratta, diffusa, attenuata. La percentuale riflessa porta informazioni sulla differenza di impedenza tra i due tessuti ed è pari a:

Vista la grande differenza di impedenza tra un osso ed un tessuto, con l’ecografia non è possibile vedere dietro di esso. Anche zone di aria o gas (Z piccolo) fanno “ombra”, per via di una riflessione totale.

Il tempo impiegato dall’onda per percorrere il percorso di andata, riflessione e ritorno viene fornito al computer, che calcola la profondità da cui è giunta l’eco; questo punto si riferisce ad una superficie di suddivisione tra tessuti.

Sostanzialmente un ecografo è costituito da tre parti:

• una sonda che trasmette e riceve il segnale
• un sistema elettronico che:
  • pilota il trasduttore
  • genera l’impulso di trasmissione
  • riceve l’eco di ritorno alla sonda
  • tratta il segnale ricevuto
• un sistema di visualizzazione

Sistemi di scansione

I sistemi di scansione sono caratterizzati dal formato dell’immagine che a sua volta deriva dal trasduttore che si usa.

Scansione lineare

• Formato dell’immagine rettangolare
• Trasduttori lineari

Gruppi di elementi (da 5 o 6) facenti parte di una cortina di cristalli (da 64 a 200 o più) posti in maniera contigua, vengono eccitati in successione in maniera da formare una scansione lineare.

Scansione settoriale

• Formato dell’immagine settoriale
• Trasduttori settoriali meccanici a singolo cristallo, anulari, array.

Nel caso di un settoriale meccanico (singolo cristallo o anulare) la scansione viene data tramite un sistema di ingranaggi che fa oscillare il cristallo di un settore (normalmente 90°). Durante l’oscillazione il cristallo viene eccitato con una certa tempistica, in maniera da inviare gli impulsi ultrasonori, ricevere gli echi di ritorno e quindi permettere di creare l’immagine ultrasonoro all’interno del campo di vista.

Scansione convex

• Formato dell’immagine a tronco di cono
• Trasduttori convex

Nel caso di un trasduttore convex i cristalli vengono eccitati esattamente come nel trasduttore lineare, ma il campo di vista sarà a tronco di cono, dato che i cristalli sono posizionati su una superficie curva.

Modi di presentazione

Si possono ottenere diverse rappresentazioni delle strutture oggetto di esame a seconda delle elaborazioni effettuate sul segnale in output dalla sonda

Modo A (modulazione di ampiezza)

Ogni eco viene presentata come un picco la cui ampiezza corrisponde all’intensità dell’eco stessa.

Modo B (modulazione di luminosità)

Ogni eco viene presentata come un punto luminoso la cui tonalità di grigio è proporzionale all’intensità dell’eco.

Modo real-time

Le onde sono emesse e raccolte in direzioni diverse in sequenza, in modo da poter associare ad ogni istante una direzione. In questo modo è possibile avere un’immagine contemporaneamente su tutto il campo di osservazione. La maggior parte degli ecografi attuali opera in questo modo.

Modo M (motion scan)

È una rappresentazione in modo B, ma con la caratteristica aggiuntiva di essere cadenzata; viene utilizzata allo scopo di visualizzare sullo schermo in tempo reale la posizione variabile di un ostacolo attraverso l’eco da esso prodotta.

Amplificazione e compenso di profondità

Molto importante è il sistema di amplificazione degli echi ed il compenso di profondità.

Amplificazione

Gli echi ricevuti hanno un’ampiezza ridotta rispetto all’eco incidente. La tensione generata dal cristallo a seguito dell’eco di ritorno è molto bassa, deve essere quindi amplificata prima di essere inviata ai sistemi di elaborazione e quindi di presentazione.

Compenso di profondità

A causa dell’attenuazione degli ultrasuoni nel tessuto umano (1 dB/cm/MHz) gli echi provenienti da strutture distali saranno di minor ampiezza rispetto a quelli provenienti da strutture similari ma prossimali. Per compensare ciò è necessario amplificare maggiormente gli echi lontani rispetto a quelli più vicini. Ciò viene svolto da un amplificatore dove il guadagno aumenta in funzione del tempo (T.G.C. Time Gain Compensation) cioè in funzione della profondità di penetrazione.

Modo Doppler

Quando un’onda è riflessa su un oggetto in movimento, la parte riflessa cambia la propria frequenza in funzione della velocità dell’oggetto (effetto Doppler). L’ammontare del cambiamento della frequenza dipende dalla velocità del bersaglio.

Doppler shift (Variazione di frequenza)

Frequenza onda incidente

Velocità di propagazione del suono nel tessuto umano (1540 m/s)

Velocità di bersaglio

Angolo di incidenza del fascio ultrasonoro con il bersaglio.

Il computer dell’ecografo, conoscendo la differenza di frequenza, può calcolare la velocità del mezzo su cui l’onda si è riflessa, mentre la profondità è nota dal tempo impiegato. L’informazione della velocità è presentata a monitor con codifica a colori (normalmente rosso e blu) a seconda se si tratti di velocità in avvicinamento o in allontanamento; l’intensità del colore è questa volta legata alla frequenza dell’onda di ritorno. Uso tipico è lo studio vascolare (flussometro).

Sono possibili due modi interpretativi: Color Doppler (si hanno informazioni sulla velocità media del mezzo – adatto per un volume di studio ampio) e Gated Doppler (si ottiene lo spettro di tutte le velocità presenti nel mezzo, con la loro importanza – adatto per uno studio su un particolare).

Nella modalità Doppler, il sistema fornisce normalmente anche un segnale udibile che simula il flusso del sangue; si tratta comunque di un segnale virtuale che non esiste, utilizzato solo per comodità (si può conoscere quanto riprodotto sul monitor anche senza guardarlo).

Le immagini ecografiche sono a bassa risoluzione, tipicamente 256×256 ad 8 bit/pixel. Di solito il radiologo effettua la diagnosi direttamente sul monitor, passando alla stampa solo per documentazione.

Modo 3D

L’evoluzione più recente è rappresentata dalla tecnica tridimensionale, la quale, a differenza della classica immagine bidimensionale, è basata sull’acquisizione, mediante apposita sonda, di un “volume” di tessuto esaminato. Il volume da studiare viene acquisito e digitalizzato in frazioni di secondo, dopo di che può essere successivamente esaminato sia in bidimensionale, con l’esame di infinite “fette” del campione (sui tre assi x, y e z), oppure in rappresentazione volumetrica, con l’esame del tessuto o dell’organo da studiare, il quale appare sul monitor come un solido che può essere fatto ruotare sui tre assi. In tal modo si evidenzia con particolare chiarezza il suo reale aspetto nelle tre dimensioni. Con la metodica “real time”, si aggiunge a tutto ciò l’effetto “movimento”, per esempio il feto che si muove nel liquido amniotico.

Mezzo di contrasto

In ecografia può essere usato un mezzo di contrasto endovenoso costituito da microbolle di esafluoruro di zolfo, che aumentano l’ecogenicità del sangue: questa tecnica può essere utilizzata sia per studi di ecografia vascolare, sia per caratterizzare lesioni degli organi addominali (soprattutto del fegato e del rene, a volte anche della milza e del pancreas). Il mezzo di contrasto ecografico presenta poche controindicazioni rispetto a quelli utilizzati in TC e risonanza magnetica (allergia allo zolfo, cardiopatia ischemica): pertanto, può essere utilizzato come metodica meno invasiva, considerata anche l’assenza di radiazioni ionizzanti e di radiofrequenze o campi magnetici, che è tipica dell’ecografia.

Utilizzi

Quest’analisi strumentale serve per analizzare e verificare la presenza di alcune patologie a seconda degli strumenti utilizzati.

• Sonda tradizionale:
  • Screening per il tumore della mammella
  • Patologie tiroidee
  • Patologie addominali (v. appendicite, colica biliare)
  • Colica renale

• Eco doppler per i vasi epiaortici:
  • Stenosi
  • Placche
  • Ulcerazioni
  • Dissecazioni

• Doppler transcranico:
  • Vasospasmo (aneurisma)
  • Occlusione vasale (aterosclerosi)