Un’immagine costruita sulla seconda armonica
La sigla THI sta per tissue harmonic imaging, in italiano imaging armonico tissutale. Indica il modo di formare l’immagine ecografica in cui la sonda trasmette a una frequenza fondamentale e poi, in ricezione, tiene solo il segnale che torna al doppio di quella frequenza: la seconda armonica. Non è un accessorio né un filtro applicato all’immagine finita, è una scelta su quale parte dell’eco usare.
La cosa sorprendente è da dove venga quel segnale. Alla frequenza doppia non è stato trasmesso nulla: l’armonica non parte dalla sonda, nasce nel tessuto mentre l’onda lo attraversa. Riceverla significa raccogliere un segnale che ha una storia diversa da quella dell’eco fondamentale, e sono le differenze di quella storia a cambiare l’immagine.
Come il tessuto genera le armoniche
La propagazione di un’onda di pressione nei tessuti non è perfettamente lineare. La velocità del suono in un mezzo dipende leggermente dalla pressione locale, quindi la semionda di compressione viaggia un poco più veloce di quella di rarefazione. Percorrendo centimetri di tessuto, la sinusoide iniziale si deforma progressivamente: il fronte si irripidisce e la forma d’onda tende al dente di sega.
Una forma d’onda distorta, scomposta in frequenze, non contiene più solo la fondamentale: contiene anche i suoi multipli interi. Parte dell’energia trasmessa migra così verso il doppio, il triplo, il quadruplo della frequenza di partenza. Dal terzo multiplo in poi l’ampiezza è troppo piccola per costruirci sopra un’immagine, per questo si usa la seconda armonica.
Due proprietà di questo meccanismo pesano più di tutte. La prima: la distorsione è cumulativa, si accumula lungo il cammino, quindi nei primissimi centimetri l’armonica praticamente non esiste, cresce con la profondità fino a un massimo e poi cala, perché l’attenuazione morde di più alle frequenze alte. La seconda: la generazione dipende dall’ampiezza di pressione in modo non proporzionale, quindi avviene dove il fascio è intenso, cioè lungo il suo asse, e quasi per niente ai margini.
Perché il contrasto migliora e il rumore cala
Da quelle due proprietà discende tutto il vantaggio. Gran parte del disturbo di un’immagine ecografica nasce nei primi centimetri: la parete addominale, il grasso sottocutaneo e i piani fasciali generano riverberi e riflessioni multiple che si sovrappongono all’immagine come una nebbia. Quella nebbia viaggia alla frequenza fondamentale, perché lì l’armonica non ha ancora avuto strada per formarsi, e in ricezione viene scartata insieme al resto della fondamentale.
Il secondo guadagno riguarda la forma del fascio. Un fascio ultrasonoro non è un raggio pulito: accanto al lobo principale ci sono lobi laterali, di ampiezza molto minore, che illuminano strutture fuori asse e ne rimandano echi che il sistema disegna come se venissero dall’asse. Poiché la generazione armonica chiede pressioni alte, i lobi laterali non ne producono quasi: il fascio armonico effettivo è più stretto del fondamentale e con code laterali molto più deboli. Ne esce un’immagine con margini più netti e con le cavità liquide meno sporcate da echi che non appartengono a loro.
Come si separa l’armonica dalla fondamentale
I modi in uso sono due, e non equivalenti.
- Il filtro in banda: si trasmette un impulso e in ricezione si taglia via la banda della fondamentale, tenendo quella centrata sul doppio. È semplice e non costa impulsi in più, ma le due bande devono stare separate, quindi la banda trasmessa va stretta. Un impulso a banda stretta è un impulso lungo, e la risoluzione assiale, legata a quanto corto è l’impulso, peggiora.
- L’inversione di impulso: si trasmettono due impulsi consecutivi lungo la stessa linea, il secondo identico al primo ma rovesciato di fase, e si sommano gli echi. La parte che si è comportata in modo lineare si annulla nella somma, la parte generata dalla non linearità resta. Qui la banda trasmessa può restare larga, ma servono due trasmissioni per ogni linea di scansione: il numero di immagini al secondo si dimezza.
Che cosa si paga per il THI
Il segnale armonico è una frazione di quello fondamentale, ed è la prima cosa che si perde. Meno energia significa rapporto segnale-rumore più basso in fondo all’immagine, e la penetrazione utile si accorcia: il vantaggio si concentra a media profondità, dove l’armonica ha avuto spazio per formarsi ma l’attenuazione non l’ha ancora consumata. Nei pazienti con parete spessa, cioè proprio dove servirebbe di più, la profondità raggiungibile può diventare insufficiente e si torna alla fondamentale.
Il resto del conto lo si è già visto: fotogrammi al secondo dimezzati con l’inversione di impulso, risoluzione assiale peggiore con il filtro in banda. E poiché la ricezione avviene a frequenza doppia, il segnale subisce un’attenuazione maggiore lungo tutto il tragitto di ritorno.
Armoniche del tessuto, armoniche del mezzo di contrasto, e altre sigle
La tecnica nasce come effetto collaterale dell’ecografia con mezzo di contrasto. Le microbolle iniettate rispondono in modo fortemente non lineare e generano armoniche molto più intense di quelle dei tessuti: filtrando alla seconda armonica si voleva far risaltare il contrasto e sopprimere il segnale dei tessuti. Ci si accorse che anche il tessuto, da solo, ne produce abbastanza da formare un’immagine, e da lì l’imaging armonico è diventato una modalità autonoma, attiva per impostazione su molti apparecchi.
Da non confondere con la composizione spaziale, che combina immagini prese da angoli diversi, e con la riduzione digitale del rumore granulare: agiscono sull’immagine già formata, mentre l’armonica cambia il segnale che la forma. Fuori dall’ecografia, infine, le stesse tre lettere indicano cose senza rapporto, dall’indice che combina temperatura e umidità a un questionario in ambito audiologico: la sigla è ambigua, il contesto la scioglie.
