Trasduttore endocavitario sonda per scanner ecografico Siemens X300 EV9-4

Struttura del trasduttore

I parametri delle prestazioni del trasduttore, che influenzano la qualità delle immagini ecografiche, sono la risoluzione e la sensibilità assiale e laterale. La risoluzione assiale è determinata principalmente dalla frequenza dell'onda ultrasonica. All'aumentare della frequenza, la lunghezza d'onda diminuisce, il che è vantaggioso perché fornisce una migliore distinzione tra un bersaglio e altri oggetti. La risoluzione laterale lungo la direzione ortogonale alla direzione assiale è determinata dal profilo del fascio del trasduttore. Un raggio più stretto porta ad una migliore risoluzione lungo la direzione laterale. La sensibilità del trasduttore determina il rapporto di contrasto delle immagini ultrasoniche. Un trasduttore con sensibilità maggiore può generare un'immagine più luminosa del bersaglio. Il trasduttore è progettato per acquisire immagini di alta qualità migliorando questi parametri prestazionali.

Un tipico trasduttore array 1D è composto da uno strato attivo, strati di adattamento acustico, un blocco di supporto, una lente acustica, intagli, un foglio di terra (GRS) e un circuito stampato flessibile del segnale (FPCB). Lo strato attivo è solitamente costituito da un materiale piezoelettrico, principalmente piezoceramico. Lo strato attivo genera un'onda ultrasonica in risposta ad un segnale elettrico di guida, riceve l'onda riflessa al confine di un organo e converte l'onda ultrasonica ricevuta in un segnale elettrico mediante l'effetto piezoelettrico. Tuttavia, la grande differenza nell’impedenza acustica tra gli elementi piezoceramici e il corpo umano impedisce il trasferimento efficiente dell’energia ultrasonica tra i due mezzi. Gli strati di adattamento acustico vengono utilizzati per facilitare il trasferimento dell'energia ultrasonica. Ciascuno strato corrispondente ha uno spessore di un quarto della lunghezza d'onda alla frequenza centrale del trasduttore. Il blocco di supporto viene utilizzato per assorbire l'onda ultrasonica che si propaga all'indietro dall'elemento piezoelettrico. Se l'onda all'indietro viene riflessa sul fondo del blocco di supporto e ritorna all'elemento piezoelettrico, può causare rumore nell'immagine ecografica. Pertanto, il blocco di supporto dovrebbe avere un'attenuazione elevata. Oltre a questo smorzamento del materiale, sono state implementate diverse variazioni strutturali per aumentare gli effetti di dispersione all'interno del blocco di supporto, ad esempio inserendo scanalature o aste nel blocco. Il backing block ha comunemente un'impedenza acustica compresa tra 3 e 5 Mrayl. Se il blocco di supporto ha un'impedenza acustica troppo elevata, l'energia acustica generata dall'elemento piezoelettrico verrà sprecata dal blocco di supporto e poche onde ultrasoniche verranno trasmesse al corpo umano. La lente acustica protegge il trasduttore ultrasonico dai danni esterni e focalizza il fascio ultrasonico su un punto specifico in base alla legge di Snell. Sono preferiti materiali con basse costanti di attenuazione per ridurre la perdita di energia ultrasonica all'interno della lente. Le tipiche lenti acustiche sono realizzate con materiali in gomma per un contatto confortevole tra il trasduttore e i pazienti. Il taglio è uno spazio tra elementi piezoelettrici disposti in serie che isola ciascun elemento dagli elementi vicini per ridurre la diafonia tra di loro. La diafonia degrada seriamente le prestazioni del trasduttore. Pertanto, sono state sviluppate varie forme e materiali del taglio per ridurre la diafonia.