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Il trasduttore ecografico: come funziona la sonda

Un trasduttore è un dispositivo utilizzato per convertire una forma di energia in entrata in una forma diversa di energia in uscita.
Per quanto riguarda le ecografie, la sonda ecografica corrisponde ad un trasduttore che trasforma energia elettrica in energia meccanica sotto forma di ultrasuoni e viceversa, per mezzo di un effetto piezoelettrico inverso e diretto.

Il suo funzionamento si basa sull’effetto piezoelettrico che interessa alcuni cristalli e materiali ceramici, i quali, se solleticati dal passaggio di energia elettrica, emettono vibrazioni meccaniche, mentre quando sono sottoposti a vibrazioni meccaniche producono segnali elettrici.
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. Una corrente alternata lo fa vibrare in continuazione ad alta frequenza, producendo un ultrasuono.

Come detto, la sonda ecografica funziona sia da emittente del fascio ultrasonoro che da ricevente dell’eco. Le onde inviate vengono infatti ricevute dai tessuti che poi, a loro volta, mandano un segnale alla sonda. Gli echi che tornano alla sonda fanno entrare in risonanza i cristalli piezoelettrici trasformando gli ultrasuoni in segnali elettrici che vengono poi elaborati dall’ecografo e trasformati in tempo reale in un’immagine che viene visualizzata sullo schermo.

Dopo un primo impulso inviato si dovrà aspettare prima di emettere un nuovo impulso, attendendone prima la risposta. Più sono profonde le strutture da esplorare, maggiore sarà infatti il tempo di ascolto e minori gli impulsi che potranno essere inviati per unità di tempo.
Di solito, per lo studio degli organi addominali si utilizzano frequenze tra i 3/3,5 e i 5 MHz, mentre per la valutazione dei tessuti superficiali vengono utilizzate frequenze più alte, dai 7,5 ai 13 MHz.
Per eliminare l’aria tra sonda e cute che potrebbe far subire una variazione, viene utilizzata una sostanza gelatinosa che viene applicata sulla cute del soggetto da esaminare.

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), ed anche 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.

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