Un array montato su un arco
La sonda convex è il trasduttore ecografico i cui elementi piezoelettrici sono disposti lungo una superficie curva anziché piana. In italiano si trova anche come sonda convessa, e il nome descrive soltanto la forma della faccia: da quella forma discendono però il disegno dell’immagine, la banda di frequenze usata e la finestra acustica di cui la sonda ha bisogno.
Il funzionamento elementare è quello di ogni array: gruppi di elementi adiacenti vengono eccitati a turno, ciascuno emette un fascio perpendicolare alla propria porzione di superficie, il tempo di ritorno dell’eco dà la profondità. La differenza sta nel fatto che le porzioni di superficie non sono parallele fra loro.
Perché una sonda convex disegna un settore
Se la faccia è curva, la perpendicolare cambia direzione da un elemento all’altro. Le linee di scansione partono quindi a ventaglio dal centro di curvatura dell’arco e divergono man mano che scendono. L’immagine che ne esce è un settore, o tronco di cono: stretta in alto quanto la faccia appoggiata sulla cute, larga in fondo molto di più.
Questo è il vero guadagno della geometria curva. Con la stessa impronta sulla pelle, alla profondità di lavoro il campo osservato è largo il doppio o il triplo di quello di un trasduttore piatto, che invece resta largo quanto sé stesso. Su strumenti portatili si trovano dichiarati campi di vista di 59 gradi con profondità impostabile da meno di 4 fino a oltre 37 centimetri.
Il prezzo lo paga la parte alta dello schermo. Nei primissimi centimetri il settore è ancora stretto, e quanto sta appena sotto la faccia viene mostrato in una fascia sottile, ai lati della quale non c’è immagine.
Raggio di curvatura, elementi e apertura
La grandezza che descrive l’arco è il raggio di curvatura, indicato nelle schede dei costruttori con la lettera R seguita dai millimetri. Nelle sonde addominali i valori correnti stanno fra R40 e R60, cioè fra quattro e sei centimetri, con 128 o 192 elementi distribuiti sull’arco. Un raggio più piccolo apre il settore più in fretta ma riduce la superficie appoggiata; un raggio più grande fa il contrario e tende alla faccia piatta.
Il numero di elementi conta insieme al raggio, perché fissa quante linee di scansione entrano nel settore. Le linee divergendo si allontanano fra loro, quindi la loro densità cala con la profondità: due strutture affiancate in fondo all’immagine cadono più facilmente fra due linee vicine di quanto accada in superficie. La risoluzione laterale peggiora andando in profondità per la larghezza del fascio, e in una geometria curva peggiora anche per questo secondo motivo.
Frequenze basse, lunghezze d’onda lunghe, tessuti profondi
L’attenuazione nei tessuti molli cresce con la frequenza, ed è la ragione per cui una sonda che deve arrivare in fondo lavora in basso. Le fonti tecniche collocano queste sonde fra 2 e 7 MHz, con i materiali didattici che indicano 2,5-5 MHz come intervallo tipico; le schede dei costruttori dichiarano di norma una frequenza principale di 3,5 MHz su una banda che va da 2 a 5 MHz, in qualche caso allargata fino a 6,8.
Alla frequenza bassa corrisponde una lunghezza d’onda lunga, dell’ordine di quattro decimi di millimetro a 3,5 MHz, e quindi un impulso più lungo: la risoluzione assiale, che non può scendere sotto la metà dell’estensione dell’impulso nel tessuto, è più grossolana di quella di un trasduttore ad alta frequenza. È uno scambio, non un difetto: si rinuncia al dettaglio fine per avere echi leggibili a venti o trenta centimetri.
Convex, lineare e phased array: tre modi di riempire lo schermo
Le tre famiglie si distinguono per la superficie da cui parte il fascio, e ognuna risolve un problema diverso.
- La lineare ha la faccia piatta, le linee parallele e l’immagine rettangolare, larga uguale a ogni profondità; lavora fra 5 e 15 MHz e si ferma nei primi centimetri.
- La convex ottiene il settore dalla geometria: nessun orientamento elettronico del fascio, solo elementi appoggiati su un arco.
- La phased array ha una faccia piccola e piatta e ottiene il settore dai ritardi di accensione, che orientano il fascio a ventaglio da un punto unico; l’apertura è quella di pochi centimetri quadrati.
- La micro-convex è una convex con raggio di uno o due centimetri, per finestre acustiche troppo strette perché ci appoggi un arco intero.
Fra la convex e la phased array la differenza pratica è la superficie di contatto: la prima chiede una zona ampia e continua, la seconda si infila dove ce n’è poca.
La finestra acustica che una sonda convex richiede
Una faccia curva lunga cinque o sei centimetri appoggia bene su una superficie corporea ampia e senza ostacoli rigidi. L’osso e l’aria fermano il fascio quasi del tutto, perché all’interfaccia con i tessuti molli riflettono la maggior parte dell’energia incidente: dove sotto la faccia passa una costola o un’ansa intestinale piena di gas, quel settore dell’immagine resta in ombra.
Da qui gli ambiti in cui questa geometria è di casa: l’addome, la valutazione ostetrica e ginecologica, l’apparato urinario, la traumatologia d’urgenza, tutti contesti in cui la parete offre un appoggio largo e ciò che interessa sta oltre i cinque o sei centimetri di profondità. Non è una regola clinica ma una conseguenza fisica: dove la finestra è larga e il bersaglio è lontano, il settore largo e la frequenza bassa sono ciò che la fisica dell’ultrasuono permette.
