Il principio dell’ecografia cutanea ad alta risoluzione è l'emissione pulsata di onde ultrasonore da un trasduttore e la registrazione dell'intensità dell'eco riflessa dalla cute.22 I diversi tessuti riflettono distintamente le onde ultrasonore sulla base della struttura intrinseca del tessuto e in base alla differente velocità di propagazione dell’onda ultrasonora in tessuti diversi.134 La riflessione delle
onde ultrasonore al confine tra i tessuti con proprietà acustiche differenti è la base dell'imaging ecografico della pelle.133 Queste variazioni permettono di identificare i confini e le interfacce tra le
varie regioni, quali ad esempio quelle tra le neoplasie rispetto al derma circostante sano.134
Gli ultrasuoni sono onde elastiche con frequenza superiore a 20 kHz, valore che rappresenta il limite superiore di frequenza dell'udito umano. Le onde ultrasonore sono generate da un trasduttore dotato di materiale piezoelettrico in grado di trasformare la corrente elettrica dell’alimentatore in una vibrazione meccanica. Viene quindi creato un impulso ultrasonoro molto breve. Le vibrazioni dal trasduttore ultrasonico vengono trasmesse nel mezzo sotto esame e si propagano sotto forma di un'onda ultrasonora. La velocità di propagazione dell'onda ultrasonora è indicata dalla velocità degli
a diversa impedenza acustica. L'onda riflessa (eco) viene rilevata dallo stesso trasduttore e la vibrazione meccanica viene trasformata nuovamente in energia elettrica.30
Durante la propagazione dell’onda ultrasonora nella pelle si ha una sua attenuazione che consiste nella riduzione dell'ampiezza della vibrazione e dell'intensità dell'onda. Questa riduzione deriva dall'assorbimento dell'energia ultrasonora da parte del tessuto che si trasforma in calore, dalla naturale divergenza delle onde ultrasonore legate alla geometria del trasduttore e dalla diffusione (scattering) dell'onda a causa dell'eterogeneità del tessuto. Questa riduzione aumenta quando la frequenza utilizzata è più alta. Questa proprietà viene utilizzata per caratterizzare il tessuto in base alle sue proprietà fisiche, in particolare misurando l'attenuazione degli ultrasuoni. Però l'attenuazione limita la profondità di penetrazione pertanto maggiore è la frequenza centrale, minore è la profondità di penetrazione. Nello studio della pelle è necessario distinguere i diversi strati che la compongono. La risoluzione assiale viene misurata nella direzione della propagazione dell'onda ultrasonora (perpendicolarmente alla superficie della pelle) ed è la distanza più breve che separa gli strati della pelle che il dispositivo è in grado di distinguere. Essa è influenzata dalla lunghezza d’onda e dalla larghezza di banda del trasduttore. Per ottenere una migliore risoluzione assiale è necessaria una lunghezza d'onda più corta e perciò una maggiore frequenza. La risoluzione laterale invece viene misurata perpendicolarmente alla direzione della propagazione dell'onda (parallelamente alla pelle).135 Questa è proporzionale alla frequenza centrale e indirettamente proporzionale alla lunghezza focale. Aumentando la frequenza centrale del trasduttore a ultrasuoni, la risoluzione aumenta. Allo stesso tempo, come detto prima, viene ridotta la profondità di penetrazione del segnale nella pelle, un onere che bisogna accettare per ecografie più dettagliate.29 La frequenza dei trasduttori utilizzati per valutare la struttura della pelle varia nell'intervallo da 20 a 100 MHz.135 L'ecografia a
20 MHz ha una profondità di penetrazione di 3,8 mm con una risoluzione assiale di 39 µm e una risoluzione laterale di 210 µm. I nuovi dispositivi che impiegano 100 MHz producono una risoluzione di 9,9 µm e 84 µm, ma hanno una penetrazione ridotta di 1,1 mm.24
Il risultato dell'imaging ecografico può essere presentato in modalità A-mode (misurazione in un punto, mostra lo spessore dei diversi strati della pelle ma è utilizzato oggi sono in oculistica) e B- mode (bidimensionale, la pelle viene vista in sezione trasversale).135
Quando si sposta il trasduttore sulla pelle, l'elemento piezoelettrico opera mediante l'emissione pulsata di onde ultrasonore ad alta frequenza e l'ampiezza degli ultrasuoni riflessi viene poi elaborata sotto forma di segnale elettrico e convertita in un pixel con determinata intensità di grigio nello schermo dell’ecografo. Il colore del pixel dipende dall'ampiezza del segnale riflesso.30,133
Nell'ecografia bidimensionale B-mode, la luminosità (Britghtness) di ciascun pixel corrisponde all'ampiezza dell'eco.97 L’immagine B-mode è una scansione bidimensionale che utilizza lo stesso
principio di A-mode ma combinato con la scansione longitudinale, la cui combinazione fornisce l'acquisizione di più linee A-mode affiancate riassemblate in un’immagine bidimensionale. Le ampiezze di tale gruppo di A-mode sono rappresentate da un’appropriata sfumatura di grigio
(luminosità, brightness) nell'immagine ecografica bidimensionale della sezione della pelle. In questo tipo di immagine, le diverse sfumature di grigio dipendono dall'eco rilevato dalla struttura anatomica corrispondente, per esempio segnali di elevata ampiezza corrispondono a immagini iperecogene. Questo tipo di imaging è importante nella moderna ricerca dermatologica e nella dermatologia clinica perché fornisce un'immagine ecografica della struttura interna della pelle e distingue l'epidermide, il derma papillare e reticolare e le unità pilosebacee e sottocutanee.135 A livello dell'epidermide vi è un'intensa riflessione degli ultrasuoni (massima ampiezza del segnale), nel derma si osservano vari gradi di onde ultrasonore riflesse (segnali eterogenei) e al livello di tessuto adiposo la riflessione è molto più bassa.133 Ciò è dovuto al fatto che l'ecogenicità di ogni strato dipende dal suo componente principale: nell'epidermide è la cheratina, nel derma è il collagene e nel tessuto sottocutaneo è il grasso.136 La capacità dell'ecografia di mostrare e caratterizzare anche una minima struttura morfologica è stata migliorata dallo sviluppo dell'ecografia Doppler. L'ecografia Doppler consente il rilevamento del flusso sanguigno e la definizione della direzione, delle caratteristiche e della velocità del flusso. L'ultrasuono riflesso da un bersaglio stazionario ha la stessa frequenza dell’ultrasuono trasmesso. Invece l’ultrasuono riflesso da un bersaglio in movimento ha una frequenza diversa dall’ultrasuono trasmesso. L'effetto Doppler consiste in questa variazione di frequenza ed è direttamente proporzionale alla velocità del bersaglio in movimento. Le variazioni Doppler possono essere visualizzate in forme grafiche (spettro Doppler) e a colori (color e power Doppler). Lo spettro Doppler mostra le variazioni della velocità e della direzione del flusso mediante deflessioni verticali della curva sopra e sotto la linea basale. Possono essere calcolati parametri Doppler come la velocità massima sistolica, minima diastolica e media del flusso sanguigno, la pulsatilità e gli indici resistivi. Il color Doppler visualizza il sangue che scorre in una mappa dei colori, sovrapposta all'immagine in scala di grigi in tempo reale. Il color Doppler è in grado di fornire la direzione del flusso (rosso verso il trasduttore, blu in allontanamento dal trasduttore) e le informazioni relative alla velocità (tonalità più chiare corrispondenti a velocità più elevate). Il power Doppler utilizza una mappa a colori singola per visualizzare la potenza o l'ampiezza dei segnali Doppler. La modalità power ha una maggiore sensibilità per il rilevamento del flusso, ma manca di informazioni sulla direzione e sulla velocità del flusso. Il flusso a bassa velocità e le lesioni scarsamente vascolarizzate nella pelle sono meglio visualizzate dal power Doppler. Il color Doppler fornisce migliori informazioni su maggiori velocità di flusso e sulle lesioni ipervascolarizzate, dimostrando la direzione del flusso e le velocità relative. Nella modalità color Doppler, gli artefatti del colore possono essere ridotti al minimo ottimizzando l'amplificazione del color Doppler, diminuendola fino a quando rimangono solo dei pixel colorati pulsanti. L'assenza di vasi intralesionali può essere dimostrata aumentando l'amplificazione Doppler fino a quando molti artefatti colorati sono visibili intorno alla lesione.137