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Università degli Studi di Roma - La Sapienza ingegneria biomedica Curriculum tecnologie elettroniche (percorso valido anche ai fini del doppio titolo italo-venezuelano) 2012
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Di cosa parla
- **Introduzione all'Imaging Tomografico:**
- Le macchine tomografiche (TAC, NMR, Ecografia) richiedono un'elaborazione del segnale complessa per generare immagini.
- La TAC utilizza radiazioni ionizzanti (raggi X), mentre l'Ecografia e la Risonanza Magnetica (NMR) utilizzano radiazioni non ionizzanti.
- L'Ecografia offre un contrasto basato sulle discontinuità meccaniche dei tessuti, a differenza dei raggi X che si basano sull'assorbimento.
- **Ecografia: Principi Fondamentali:**
- Si basa sulla propagazione di onde meccaniche ad alta frequenza (2-15 MHz) e sulla mappatura delle proprietà meccaniche dei tessuti, in particolare l'impedenza acustica.
- Il potere risolutivo assiale dipende dalla lunghezza d'onda del singolo impulso (mezze lunghezze d'onda). Il potere risolutivo laterale dipende dalla geometria della sonda e dalla focalizzazione del fascio.
- Si utilizzano impulsi brevi (pochi cicli sinusoidali) per migliorare la risoluzione e attenuare rapidamente le oscillazioni della sonda.
- **Sonde Piezoelettriche (PZT):**
- Il cuore della sonda è il cristallo piezoelettrico (solitamente PZT), che converte energia elettrica in meccanica (e viceversa).
- Per un'efficace generazione e ricezione degli ultrasuoni, la sonda deve risuonare alla frequenza di lavoro (thickness mode, t=λ/2).
- Il backing layer smorza le oscillazioni posteriori e un matching layer adatta l'impedenza tra PZT e tessuto per massimizzare la trasmissione di energia e ridurre le riflessioni indesiderate.
- L'attenuazione degli ultrasuoni aumenta con la frequenza e varia significativamente tra i tessuti, limitando la profondità di penetrazione.
- **Focalizzazione e Direttività:**
- Le lenti acustiche (oggi convesse) e la focalizzazione elettronica vengono utilizzate per stringere il fascio ultrasonoro e migliorare il potere risolutivo laterale nella zona focale.
- La direttività di una sonda (lobulo principale e lobi laterali) è un aspetto cruciale. Le sonde multi-elemento (array) permettono il beam steering (inclinazione elettronica) e la focalizzazione elettronica a diverse profondità.
- Il subdicing (suddivisione dei cristalli) migliora la direttività e riduce i lobi di replica indesiderati.
- **Elaborazione del Segnale Eco:**
- **A-Mode (Amplitude Mode):** rappresenta l'ampiezza dell'eco in funzione del tempo/profondità. Utile per misurare distanze.
- **M-Mode (Motion Mode):** visualizza il movimento di strutture nel tempo, con profondità sull'asse y e tempo sull'asse x. Utilizzato per esaminare il cuore.
- **TGC (Time Gain Control):** compensa l'attenuazione del segnale con la profondità, amplificando gli echi più deboli provenienti da maggiori profondità.
- **Compressione Logaritmica:** riduce la dinamica del segnale in ingresso per adattarlo ai livelli di grigio dello schermo, amplificando i segnali deboli più dei forti.
- **Raddrizzamento e Rejection:** rettifica il segnale (per estrarre l'inviluppo) e filtra il rumore o gli artefatti con soglie di ampiezza.
- **Indagine Doppler:**
- Utilizza l'effetto Doppler per misurare la velocità del flusso sanguigno. Il Doppler shift (variazione di frequenza) è proporzionale alla velocità.
- **Doppler Continuo (CW):** usa onde continue, due cristalli separati per trasmissione e ricezione. Non ha risoluzione assiale. Richiede demodulazione in quadratura per determinare la direzione del flusso.
- **Doppler Pulsato (PW):** utilizza impulsi (come l'imaging B-mode) per ottenere risoluzione in profondità (tramite una "gate" di osservazione). Limiti di PRF dovuti alla profondità massima.
- **Color Flow Imaging (CFI):** sovrappone una mappa di colori (velocità media e direzione del flusso) all'immagine B-mode. Stima la velocità media e la deviazione standard del flusso (per rilevare la turbolenza) tramite autocorrelazione del segnale ricevuto, senza la necessità di un'analisi FFT completa per ogni punto, che richiederebbe troppo tempo.
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