Utilizzare le onde - l'ecografia

Per quelli di voi che sono arrivati a questo blog grazie alla nostra pagina Instagram “Il piccione divulgatore” sanno già che in seguito andrò a parlare dell’utilizzo delle onde in medicina. Per tutti gli altri che sono arrivati in altro modo al nostro blog, prima di iniziare, mi voglio presentare: sono una studentessa di laurea magistrale in fisica biosanitaria all’Università di Pavia e con i miei compagni di corso di Tecnologie per la comunicazione scientifica e la Professoressa che tiene tale corso, abbiamo creato questo blog per poter approfondire e spiegarvi alcuni argomenti che abbiamo studiato in questi anni. In questo post, come detto in precedenza, andrò a spiegarvi come funziona l’ecografia ossia una tecnica largamente utilizzata in ambito diagnostico; se le applicazioni della fisica in medicina vi incuriosiscono vi consiglio il post già presente sul blog riguardo l’adroterapia oppure se vi interessa anche la fisica di base allora vi consiglio il post sul suono. È giunto il momento di concentrarci sull’argomento! L’ecografia è una tecnica diagnostica largamente utilizzata in ambito medico sia a livello prenatale e pediatrico sia in medicina per l’adulto. Uno dei motivi principali sta nel fatto che, a differenza delle radiografie, per esempio, l’ecografia non utilizza radiazioni ionizzanti bensì onde meccaniche ad alta frequenza e quindi non presenta controindicazioni per il paziente. Inoltre, l’ecografia permette di ottenere le informazioni desiderate in tempo reale e quindi possono essere modificate e migliorate dall’operatore nel momento stesso in cui esegue l’esame. Gli ultrasuoni emessi dalla sonda, che è il componente principale di un ecografo, sono onde meccaniche che hanno una frequenza maggiore di 20000 Hz ma in medicina il range di frequenze utilizzato va da 2MHz fino a 100 MHz. Quando la sonda, a contatto con il corpo da indagare, invia l’ultrasuono, esso viaggia all’interno del corpo con una velocità che si considera costante e pari a 1450 m/s; quando però l’ultrasuono incontra una superficie che separa due tessuti con impedenza acustica diversa allora l’onda viene parzialmente riflessa. L'impedenza acustica è una caratteristica dei tessuti che descrive come un mezzo si oppone al passaggio di un’onda ed il coefficiente di riflessione che descrive la riflessione dell’onda dipende dalla differenza delle impedenze dei due tessuti attraversati:

Questa relazione ci suggerisce che se la differenza di impedenza è molto grande, come per esempio tra tessuto molle e osso oppure tra tessuto molle e aria, il coefficiente di riflessione è molto alto e quindi l’onda non viene trasmessa e di conseguenza non riesce a penetrare ulteriormente il corpo che si sta indagando, per questo motivo il polmone e le ossa non possono essere soggetti di indagine durante un esame ecografico. Per lo stesso motivo appena trattato, quando la sonda viene appoggiata al corpo bisogna interporre un gel (quello che vi dà quella sensazione di freddo) con impedenza intermedia tra quella del tessuto biologico e quella del cristallo presente all’interno della sonda che produce le onde, in modo tale da evitare che si formi uno strato d’aria. Inoltre, bisogna scegliere una finestra acustica corretta ossia bisogna posizionare la sonda sul corpo in una posizione adeguata affinché l’onda non incontri strutture ossee o aeree lungo la sua traiettoria.

Come ho anticipato nel post pubblicato sulla nostra pagina di Instagram (il_piccione_divulgatore), a partire da un esame ecografico si possono ottenere informazioni di diverso tipo infatti per eseguire un esame ecografico vi sono tre possibili diverse modalità: quello noto a tutti è chiamata modalità B (Brightness Mode) e consente di ottenere vere e proprie immagini in cui si può osservare la morfologia della zona indagata in gradazioni di grigio, un esempio dell’utilizzo in questa modalità è l’ecografia fetale; poi ci sono la modalità A (Amplitude Mode) ed M (Time Motion Mode): nella prima si vanno a misurare distanze tra due strutture ed è utilizzata soprattutto in oculistica ed encefalografia dove si misura il diametro biparietale, mentre nella modalità M si vanno a monitorare i movimenti di strutture ecogene come i due lembi della valvola mitrale del cuore. Gli ultrasuoni hanno anche un’applicazione terapeutica, la litotripsia. è una tecnica che permette di ridurre la dimensione dei calcoli renali e facilitarne la fuoriuscita. Le onde emesse dal litotritore, il macchinario utilizzato in questa pratica, dopo aver attraversato i tessuti molli colpiscono il calcolo e lo riducono in frammenti che poi vengono eliminati spontaneamente con le urine. Le onde utilizzate però, rispetto a quelle utilizzate in ecografia convenzionale, hanno una potenza maggiore (50-100 MPa) e per tale motivo è ritenuta una pratica invasiva con effetti collaterali come la formazione di ematomi e versamenti attorno al rene oppure presenza di sangue nelle urine, effetti che possono ridursi e scomparire in un tempo che va da poche settimane fino ad alcuni mesi. Per farvi capire la potenza di questa tecnica vi faccio un confronto: le onde del litotritore esercitano una forza su un calcolo pari alla forza che sullo stesso calcolo esercita un martello di 3 kg che cade da un’altezza di 1 m. Vi è poi un’altra applicazione ecografica che sfrutta gli ultrasuoni e nello specifico sfrutta l’effetto Doppler: la flussimetria Doppler. L’effetto Doppler è un fenomeno fisico che coinvolge le onde secondo il quale si ha una percezione da parte dell’ascoltatore di una frequenza dell’onda diversa da quella reale con cui la sorgente la emette e si verifica quando la sorgente e l’ascoltatore sono in moto l’uno rispetto all’altro, nello specifico se i due si allontanano allora la frequenza percepita è minore di quella reale; invece, se sorgente e ascoltatore si avvicinano allora la frequenza è maggiore. Questo comportamento lo si può sfruttare in medicina per studiare il flusso del sangue nei vasi: si vanno a studiare gli echi prodotti dai globuli rossi che si muovono all’interno dei vasi e in base all’intensità e verso della loro velocità si possono ottenere delle immagini che contengono queste informazioni (eventualmente rappresentate in scale di blu e rosso se i globuli rossi si stanno rispettivamente allontanando oppure avvicinando alla sonda con una velocità più o meno elevata).

Infine, da studentessa e donna ed in tema con il Cancer Day del 4 febbraio, voglio rivolgermi a voi e fare un appello a tutte le ragazze e donne che sono arrivate a leggere il post fino a questo momento: l’ecografia mammaria è l’esame di primo livello per la diagnosi precoce del tumore al seno indicato soprattutto alle donne con età inferiore 40-45 anni, invece per età superiori può essere associata alla mammografia. Voglio invitare tutte le donne, giovani e di età più avanzata sempre su consiglio del proprio medico e della propria anamnesi familiare, di effettuare questo tipo di esame medico perché permette di individuare precocemente tumori al seno ed è una pratica veloce ed indolore. Con questo concludo, vi ringrazio per l’attenzione e per essere arrivati fino alla fine; se siete incuriositi dall’argomento e lo volete approfondire vi lascio di seguito dei siti da cui ho tratto io stessa delle informazioni ma che contengono molte altre informazioni e anche dei video esplicativi che possono aiutarvi a comprendere l’argomento.