I trasduttori multielemento o arrays sono così chia- mati perché costituiti da numerosi elementi piezoelettri- ci (da 64 a 500 o più) ordinati a costituire una filiera con un disegno geometrico variabile (lineare, convex, bipla- nare). Nelle apparecchiature digitali, ciascun elemento ha i suoi elettrodi ed è singolarmente connesso al beamformer. In trasmissione, il beamformer può stimo- lare gli elementi della filiera singolarmente o in gruppo e, nello stesso modo, in ricezione i segnali eco rilevati da ciascun singolo elemento possono essere opportuna- mente ritardati prima di venire combinati e sommati in un unico segnale. Esistono vari tipi di sonde multiele- mento che danno il nome alla sonda in base alla dispo- sizione geometrica degli elementi attivi. Si distinguono così le sonde lineari, le sonde con profilo convesso (con-
vex), le sonde settoriali fasate (phased arrays), le sonde anulari (anular arrays), le sonde biplanari.
Sonda lineare. Questo tipo di trasduttore è costruito con barrette rettangolari di ceramica piezoelettrica di- sposte in modo ordinato e lineare(Fig. 68). Il numero di elementi, e quindi le dimensioni complessive della son- da, variano in funzione delle scelte progettuali delle aziende costruttrici e delle applicazioni cliniche. Gene- ralmente, le sonde lineari hanno una lunghezza variabi- le fra 2.5 e 10 cm e sono composte da un minimo di 128 fino a 500 o più elementi attivi. Nella sonda lineare, gli elementi possono essere attivati singolarmente in modo indipendente o in gruppo. L’attivazione elettronica se-
quenziale prevede o l’attivazione sequenziale dei singo-
li elementi o l’attivazione sequenziale di porzioni o seg- menti dell’array (cluster da 5 a 20 elementi). Nell’attiva- zione sequenziale segmentale, il gruppo di elementi ec- citato si comporta come un unico elemento piezoelettri- co: in altri termini, esso genera un fascio US in modo analogo ad un trasduttore monoelemento. L’attivazione
scalare di gruppi di cristalli, con salto progressivo di
una posizione (ad esempio: eccitazione degli elementi 1- 5 al tempo T0e dei successivi elementi 2-6 al momento T0+t e così via) (Fig. 69), consente di generare un ele-
vato numero di fasci US, (alta densità di linee) paralleli fra loro ed in grado di esplorare una sezione di forma rettangolare e di dimensione uguale alla grandezza del trasduttore. Poiché il profilo del fascio US dipende dal- le dimensioni dell’elemento attivo, ne consegue che l’at-
tivazione sequenziale dei cristalli nella sonda lineare trova il suo limite principale nella distanza focale piut- tosto breve e nella rapida divergenza del fascio nel cam- po lontano. L’attivazione sequenziale segmentale e l’at- tivazione sequenziale a scalare dell’array lineare hanno consentito di ovviare a questo inconveniente e, al tem- po stesso, di costruire l’immagine ecografica con un’al- ta densità di linee.
Sonde a geometria convessa o convex. Le sonde a geometria convessa o convex hanno una struttura analoga a quella delle sonde lineari con l’unica differenza che la geometria esterna del trasduttore viene concepita in modo
da disporre gli elementi attivi su un arco di circonferenza (Fig. 70). In questo caso, i fasci di US emessi dai singoli cri-
stalli si dispongono lungo linee radiali, generando un’area di scansione di forma trapezoidale, a “tronco di cono”, am- pliando l’area di scansione rispetto alla sonda lineare. Le dimensioni delle sonde convex variano da 20 a 120 mm in funzione delle applicazioni diagnostiche, mentre il raggio di curvatura è compreso tra i 15 e gli 80 mm. .
Sonde settoriali fasate o phased array. Le sonde settoriali fasate o phased array sono comunemente più piccole rispetto alle sonde lineari ed alle microconvex (Fig. 71). Come queste ultime, sono costituite da un nu- mero variabile (fino a 120) di elementi attivi rettango- lari. Gli impulsi generati dall’attivazione dei singoli ele- menti viaggiano in un fascio di US che può essere in- clinato in varie direzioni (steering) con il metodo del ritardo di attivazione dei cristalli (time delay).
Sonde anulari meccaniche. Le sonde anulari mecca- niche hanno dimensioni esterne simili a quelle di un tra- sduttore monoelemento, ma sono costituite da una serie di elementi piezoelettrici disposti circolarmente a realiz- zare una filiera concentrica(Fig. 72). Come nel trasdut- tore monoelemento, la sonda anulare genera fasci US di- retti esclusivamente lungo l’asse del trasduttore, per cui la scansione settoriale dell’area di interesse può essere ese- guita solo con un movimento meccanico del trasduttore
(scansione meccanica). Il vantaggio di questa configura-
zione multielemento risiede nella possibilità di realizzare una focalizzazione elettronica in maniera non dissimile da quella delle sonde precedentemente descritte.
Sonde biplanari. Le sonde biplanari, comunemente usate per le applicazioni endocavitarie, sono costruite con una morfologia mista lineare e settoriale. (Fig. 73).
Primi cinque elementi ( 1 - 5 ) ecitati a t = 0 Successivi cinque elementi ( 2 - 6 )
ecitati a t + ∆t Successivi cinque elementi ( 3 - 7 )
ecitati a t + 2 ∆t
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10111213141516171819202122 2324
0 0
Primi cinque elementi ( 1 - 5 ) ecitati a t = 0
Successivi cinque elementi ( 2 - 6 ) ecitati a t + ∆t0
Successivi cinque elementi ( 3 - 7 ) ecitati a t + 2 0 ∆t
Fig. 69. ATTIVAZIONE SEQUENZIALE DEGLI ELEMENTI ATTIVI. L’attivazione se-
quenziale prevede l’eccitazione progressiva dei singoli elementi o di segmenti dell’array (da 5 a 20 elementi). Nell’attivazione sequenziale scalare i gruppi di cristalli vengono sollecitati progressivamente con scarto progressivo di una posizione.
Fig. 68. SONDA LINEARE. Questo tipo di trasduttore è costruito con barrette rettangolari di ceramica piezoelettrica, disposte in modo lineare. Il numero degli
Fig. 70. SONDA CONVEX E MICROCONVEX. Gli elementi attivi sono disposti in modo sequenziale lungo un arco di circonferenza con raggio di curvatu-
ra compreso tra 15 e 80 mm.
Fig. 71. SONDA SETTORIALE. Sono costituite da un numero variabile (fino a 120) di elementi attivi rettangolari. Sono comunemente più piccole rispetto alle
sonde lineari e convex. Gli impulsi generati possono essere inclinati in varie direzioni (steering) agendo sui ritardi di attivazione dei cristalli piezoelettrici.