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Cosa sono l’ecografia e l’eco-doppler

Come funziona l’ecografia, da chi fu scoperta e a cosa serve.

L’ecografia è una tecnica di diagnostica per immagini molto popolare. La tecnologia è nota fin dal diciottesimo secolo, e l’uso in medicina fu suggerito per la prima volta dal medico austriaco Karl Theodore Dussik, nel 1941. Di solito, tuttavia, si citano il medico ostetrico Ian Donald e l’ingegnere Tom Brown come pionieri dell’ecografia, in quanto negli anni Cinquanta del Novecento svilupparono un prototipo di apparecchio ecografico (detto ecografo o sonografo) da usare per scopi medici, principalmente per individuare eventuali malformazioni fetali.

L’ecografia si è diffusa in tutto il mondo a partire dagli anni Settanta. Contrariamente ai metodi come le radiografie, non fa uso di radiazioni ionizzanti, bensì crea un’immagine dell’interno del corpo usando onde sonore di alta frequenza, che non possono essere captate dalle nostre orecchie: gli ultrasuoni. I suoni che riusciamo normalmente a udire hanno una frequenza che va dai 20 hertz ai 20.000 hertz al massimo (dove un hertz corrisponde a una vibrazione al secondo); gli ultrasuoni per la diagnostica medica hanno invece frequenze da uno a venti megahertz (cioè milioni di hertz).

Come funziona l’ecografia

Per effettuare un’ecografia, il medico utilizza una sonda di dimensioni ridotte, da tenere in mano, detta trasduttore, che viene appoggiata sulla pelle in corrispondenza dell’area da esaminare. Questo apparecchio emette impulsi sonori di alta frequenza nel corpo, e funge sia da trasmittente sia da ricevente, captando gli impulsi riflessi dall’organo o dal tessuto da esaminare. Più nello specifico, ogni volta che le onde sonore incontrano una superficie di separazione tra diversi tipi di tessuto, parte di esse vengono riflesse all’indietro e sono captate dal trasduttore.

Il principio è simile a quello dell’ecolocazione usata da numerosi animali (come i delfini e molti pipistrelli) o del sonar, con la differenza che il sonar funziona tramite onde elettromagnetiche mentre l’ecografia fa uso di onde meccaniche. Per “sigillare” lo spazio tra il trasduttore e la pelle, e garantire così una miglior propagazione delle onde meccaniche, si usa un gel denso a base acquosa che viene spalmato sulla cute subito prima dell’esame.

Ogni sonda contiene numerosi cristalli piezoelettrici, ossia materiali ceramici che vibrano in risposta al passaggio di elettricità, producendo le onde sonore; viceversa, quando la sonda capta le onde riflesse dall’area esaminata succede l’opposto – cioè i cristalli convertono la pressione delle onde in corrente, e questa corrente forma un segnale che viene trasformato in immagine dal sonografo.

La strumentazione è di fatto in grado di calcolare la distanza tra i diversi tessuti a partire dal tempo impiegato dalle onde per tornare alla sonda e dalla velocità del suono attraverso i tessuti del corpo. È grazie a questa informazione che il sonografo riesce a ricostruire l’immagine dell’area che si sta analizzando. Oggi, con questa tecnologia, abbiamo la possibilità di visualizzare immagini tridimensionali anche in grande dettaglio.

Per cosa si utilizza l’ecografia

L’ecografia viene spesso associata alla gravidanza poiché, non facendo uso di raggi X, è molto sicura per il feto, che è estremamente sensibile agli effetti delle radiazioni ionizzanti. Tuttavia, gli ultrasuoni sono adatti a moltissime indagini che coinvolgono i tessuti molli: dagli esami ginecologici e urologici all’ispezione dell’interno del collo e della testa in otorinolaringoiatria, dall’osservazione della struttura intracranica dei neonati all’individuazione di calcoli renali o biliari, fino all’ecocardiogramma, cioè l’analisi ecografica del cuore che può permettere di monitorare il battito e il corretto funzionamento delle valvole, e in caso di valutare l’entità di un danno al tessuto cardiaco dopo un infarto.

Speciali apparecchi endoscopici (sonde cioè che vengono inserite all’interno del corpo) a ultrasuoni sono impiegati per fornire immagini dettagliate del tratto gastrointestinale. Oltre che per uso diagnostico, l’ecografia è utilizzata nelle biopsie degli organi interni, durante le quali consente guidare meglio lo strumento con cui si preleva il tessuto da analizzare.

La frequenza delle onde sonore utilizzate varia a seconda del tipo di analisi. Per esempio, per strutture superficiali come la tiroide, i muscoli, i tendini, i legamenti e le ghiandole del seno si usano ultrasuoni di frequenza maggiore (7-18 megahertz), mentre per esaminare gli organi più in profondità come il fegato, i reni e il cuore, o per visualizzare l’interno dell’addome, è più adatta una sonda che produce onde di frequenze inferiori (1–6 megahertz).

Cos’è l’eco-doppler

Con l’ecografia è possibile anche monitorare il flusso nei vasi sanguigni, tramite una modalità di analisi detta ecografia doppler o eco-doppler. Il principio fisico alla base è l’effetto Doppler, per cui, quando ricevitore e sorgente si trovano in movimento l’uno rispetto all’altro, le onde sonore percepite dal primo hanno una frequenza diversa rispetto a quella dei suoni emessi dalla seconda.

In particolare, se l’onda recepita dalla sonda ha una frequenza superiore rispetto a quella emessa, ricevitore e sorgente si stanno avvicinando, mentre se, viceversa, si stanno allontanando, la frequenza risulterà inferiore. L’eco-doppler è molto utilizzata nell’analisi del flusso venoso e può fornire informazioni che riguardano la velocità e la resistenza allo scorrimento del sangue, consentendo di mettere in evidenza restringimenti (stenosi) dei vasi, rallentamenti o inversioni della regolare direzione del flusso sanguigno.

Queste informazioni possono essere visualizzate colorando in modo diverso nell’immagine le parti di flusso in avvicinamento e quelle in allontanamento (tipicamente di rosso le prime e di blu le seconde), e si parlerà in questo caso di ecocolordoppler. Tale tecnica non consente di visualizzare molto bene i vasi più piccoli, più profondi o con un flusso molto lento, per i quali si preferisce usare il cosiddetto power Doppler, che misura l’energia delle onde riflesse e ha maggior sensibilità (anche se non consente di individuare la direzione del flusso).

Le due tecniche si possono combinare nel power doppler direzionale, che unisce un’alta sensibilità alle informazioni fornite dall’ecocolordoppler. Infine, speciali stetoscopi che fanno uso della tecnologia eco-doppler riescono a convertire le onde riflesse in suono e possono essere usati – per fare un esempio – per ascoltare il battito cardiaco fetale già a partire dalle 8-12 settimane di gestazione.

Un esame sicuro

L’ecografia è un esame molto sicuro, non invasivo e completamente indolore. Nella sua pur breve storia di uso medico non è stato confermato alcun caso di effetti indesiderati per l’utilizzo di questa tecnica con le apparecchiature moderne e in mano a professionisti con adeguata formazione. Tuttavia, ovviamente si verificano effetti fisici: le onde sonore infatti sono in grado di esercitare pressione e trasferire energia meccanica ai tessuti, riscaldandoli. Anche se normalmente il flusso sanguigno è in grado di trasportare il calore in eccesso dai tessuti, in linea teorica non si possono escludere, in circostanze particolari, effetti biologici derivanti dall’aumento di temperatura. In alcuni esperimenti condotti inviando ultrasuoni ad alta potenza a feti di piccoli mammiferi , è stata osservata una riduzione nella funzionalità di alcune aree del midollo spinale.

Per questo motivo, così come per le altre tecniche diagnostiche, l’esposizione agli ultrasuoni va limitata al minimo indispensabile, specialmente per quanto riguarda quelli a maggior intensità emessi dai dispositivi per l’eco-doppler. A questo scopo, sullo schermo del sonografo sono visualizzati degli indici numerici, che mostrano la temperatura o la pressione meccanica a cui sono soggetti i tessuti analizzati; l’apparecchiatura è calibrata per mantenere le variazioni ai valori minimi possibili, in modo da ottenere un’immagine di buona qualità, con un ulteriore margine di sicurezza.

Silvia Kuna Ballero Classe ’79, genovese di nascita e carattere, milanese d’adozione. Astrofisica, insegnante, redattrice scolastica, giornalista e divulgatrice con un interesse particolare per la storia della scienza e il rapporto tra scienza e società.

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