4.1 I metodi
4.1.3 Ultrasound Tongue Imaging
Tra le metodologie di misurazione indiretta29 sta ottenendo un sorprendente successo la tecnica UTI (Ultrasound Tongue Imaging).
L‟UTI è una tecnica relativamente semplice, che sfrutta le caratteristiche di propagazione delle onde ultrasoniche30. Gli ultrasuoni non sono altro che onde
29 Per una rassegna critica delle tecniche di imaging e dei metodi di misurazione diretta si veda Stone 2012.
47 sonore con frequenze superiori alla soglia dell‟udito umana, convenzionalmente fissata a 20 kHz. La propagazione degli ultrasuoni avviene esattamente con le stesse modalità dei suoni udibili: sono soggetti a fenomeni di riflessione, rifrazione e diffrazione nel passaggio da un mezzo all‟altro. Gli ultrasuoni vengono prodotti per mezzo di alcuni corpi cristallini dalle caratteristiche particolari, detti materiali piezoelettrici.
I materiali piezoelettrici sono corpi cristallini che hanno la capacità di polarizzarsi elettricamente se sottoposti a una deformazione meccanica di natura elastica (effetto piezoelettrico diretto) e, all'opposto, sono in grado di deformarsi elasticamente se soggetti all‟azione di un campo elettrico (effetto piezoelettrico inverso). Un esempio di materiale piezoelettrico naturale è il quarzo. Tale proprietà fu scoperta nel 1880 da Pierre Curie e suo fratello Paul-Jacque ed ebbe in seguito una rilevanza straordinaria per il numero di applicazioni.
Tra queste, appunto, l‟ecografia. Infatti i cristalli piezoelettrici sono usati all‟interno delle sonde ecografiche per generare onde ultrasoniche. La sonda è posizionata a contatto diretto con l‟oggetto da esaminare e agisce allo stesso tempo come trasmettitore e ricevitore del segnale. Una corrente elettrica stimola i cristalli piezoelettrici al suo interno che si deformano elasticamente e, vibrando a una frequenza molto alta, producono a loro volta le onde ultrasoniche. Queste viaggiano in direzione rettilinea fino a quando non raggiungono una zona di contatto tra tessuti anatomicamente adiacenti, detta interfaccia. Ogni tessuto è dotato di caratteristiche strutturali proprie che ne determinano una specifica impedenza acustica31. La quantità di onde riflesse dipende dalla differenza di densità tra tessuti adiacenti e quindi dalla loro impedenza acustica: se la differenza di impedenza tra di essi è molto elevata le onde ultrasonore tendono ad essere totalmente riflesse, se la differenza è lieve le onde riflesse saranno invece scarse. Il tempo impiegato dall‟onda per raggiungere l‟ostacolo, essere riflessa e quindi tornare indietro alla sonda come eco è convertito da un calcolatore in distanze percorse. Poiché ogni cristallo piezoelettrico genera un singolo raggio di onde ultrasoniche, per vedere una sezione di tessuto e non un singolo punto occorre utilizzare un insieme di cristalli 30 Per una visione d‟insieme su pregi e limiti dell‟UTI si veda Davidson 2012; per una descrizione più dettagliata dal punto di vista tecnico si veda invece Stone 2005.
31 Si veda l‟Enciclopedia Treccani alla voce Impedenza acustica: “Rapporto fra la pressione acustica su una data superficie investita dalle onde sonore e l‟intensità di flusso sonoro attraverso tale superficie”.
48 disposti in sequenza. Le informazioni acquisite devono essere quindi trasposte in immagini. Il metodo più frequente di rappresentazione prevede che ogni punto dell‟immagine rappresenti un‟eco, la cui intensità è proporzionale alla tonalità di grigio impiegata.
Nel caso dell‟UTI, usata in fonetica articolatoria, la sonda è posta sotto il mento del soggetto, a contatto con la pelle. Per impedire che dell‟aria possa frapporsi fra la sonda e la cute, un apposito gel viene applicato su di essa. Gli ultrasuoni attraversano dunque i tessuti e vengono riflessi quando giungono alla zona di interfaccia tra la superficie della lingua e l‟aria sovrastante o l‟osso del palato. L‟ampia differenza di densità tra questi causa infatti la totale riflessione delle onde ultrasonore, per cui ne traiamo un‟immagine netta della lingua.
A seconda dell‟orientamento della sonda e quindi della direzione dei raggi, è possibile ottenere scansioni della sezione sagittale o coronale della lingua. La pratica più comune è visualizzare la lingua nel piano sagittale: in questo caso la lingua è vista in tutta la sua lunghezza, generalmente con la faringe a sinistra e i denti a destra (vedi Figura 7). In questo modo è possibile osservare le deformazioni della lingua durante l‟articolazione dei suoni e i punti di contatto con gli altri organi della cavità orale. Non è possibile, invece, rendere conto delle variazioni che intervengono nel piano coronale e dei contatti laterali. Alcuni sistemi oggi in commercio, tuttavia, permettono di ricostruire il movimento della lingua in 3D, grazie all‟acquisizione contemporanea di dati ultrasonici per piani differenti e dall‟incrocio successivo dei diversi punti di vista in un‟unica rappresentazione.
Figura 7 Immagine ecografica della lingua.
Il vantaggio principale dell‟UTI è per l‟appunto la possibilità di vedere con grande precisione quasi l‟intera lunghezza della lingua nei suoi movimenti. La visibilità è massima quando la superficie della lingua è perpendicolare alla direzione dei raggi,
49 minima quando queste sono parallele. Infatti, quando le onde ultrasoniche colpiscono una superficie obliqua o parallela, tendono ad essere rifratte, così che una parte dei raggi non torna indietro e l‟immagine risulta poco chiara. Ad esempio, per un fono centrale abbassato come la /a/ la lingua è chiarissima, diversa è invece la situazione per la /i/, la cui articolazione prevede che la lingua si porti in avanti e in alto nella cavità orale, per cui i suoi tre quarti risultano quasi paralleli.
A seconda della conformazione dell‟apparato fonatorio e della posizione della sonda alcune parti della lingua potrebbero non essere visibili. In particolare, la parte terminale della radice potrebbe essere parzialmente oscurata dall‟ombra dell‟osso ioide e la punta (si stima per non più di 1 cm in ogni modo) potrebbe essere coperta dall‟ombra proiettata dalla mandibola. Un buon posizionamento della sonda dovrebbe comunque ovviare questo problema.
Come notato in precedenza, la superficie della lingua non è uniforme e liscia, bensì ruvida: la sua scabrosità facilita la dispersione delle onde ultrasoniche. Tuttavia, una abbondante produzione di saliva può renderla più omogenea e migliorare le immagini.
Non tutti i contorni linguali sono riconoscibili sul monitor con la stessa nitidezza e precisione. Non è ancora stata data una spiegazione univoca per questo fenomeno, per ora si fa riferimento a diversi fattori: al grado di umidità nella cavità orale, allo spessore della lingua e al soggetto esaminato. Per tali ragioni, generalmente le donne e i giovani forniscono dati più netti rispetto agli uomini, per il minore spessore dei tessuti che le onde ultrasoniche devono attraversare, e i giovani rispetto agli anziani, a causa del più basso livello di salivazione delle persone di età avanzata.
Anche la quantità di grasso presente nei tessuti al di sotto della lingua può influenzare la visione del profilo linguale e soprattutto la sua individuazione automatica. Infatti, grasso e legamenti causano una riflessione parziale delle onde e possono quindi determinare immagini meno pulite. Per questo sarebbe opportuno testare i soggetti prima di ogni indagine sperimentale, in modo da escludere quelli meno idonei ed evitare così di introdurre nei dati un‟inutile fonte di variabilità, non quantificabile, derivante dalla necessità di interpretare le immagini nella fase di annotazione.
50 Ovviamente, poiché tutti gli ultrasuoni tornano indietro come eco nel contatto con l‟aria adiacente alla lingua, attraverso questa tecnica non è possibile visualizzare le strutture al di sopra della lingua.
Tuttavia, esistono dei sistemi per ottenere un‟immagine approssimata del palato duro. Per fare ciò occorre effettuare l‟ecografia al momento della deglutizione. In genere si dice al soggetto di bere un piccolo sorso d‟acqua o di yogurt. Nell‟accompagnare il bolo verso la faringe, la lingua si schiaccia sul palato, rendendone visibile la conformazione. L‟interfaccia lingua-osso del palato, considerato l‟ampio differenziale strutturale, offre un‟ottima riflessione delle onde. La procedura non è tuttavia completamente affidabile in quanto il soggetto potrebbe ingerire anche una piccola parte d‟aria che, riflettendo le onde, potrebbe indurre a delle errate interpretazioni.