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Il suono è un’onda meccanica acustica, cioè la perturbazione prodotta da un qualsiasi corpo vibrante nel mezzo materiale (aria, liquidi, solidi) con cui esso è a contatto. Questa vibrazione causa l’oscillazione delle particelle del mezzo che avvicinandosi ed allontanandosi tra loro producono delle bande di compressione (zone in cui le particelle sono vicine) e delle bande di rarefazione (zone in cui le particelle sono distanti tra loro). In questo modo si ha una propagazione dell’onda senza alcuno spostamento effettivo di materia, poiché il movimento delle particelle è semplicemente un’oscillazione intorno al proprio punto di equilibrio.
La rappresentazione grafica di questo andamento dell’onda sonora è data da un’onda sinusoidale, una traccia che rappresenta l’allontanamento e l’avvicinamento delle particelle nel tempo attorno al loro punto di equilibrio (vedi disegno).
Come tutte le onde anche gli ultrasuoni sono caratterizzati da diversi parametri che descriveremo qui ora.
L’ampiezza (a) di un suono è la massima pressione raggiunta nel mezzo in fase di compressione: è indicativa della forza che l’onda esercita sulle particelle del mezzo e, quindi, dell’entità dello spostamento delle particelle dalla posizione di equilibrio.
La lunghezza d’onda (l) è la distanza tra punti corrispondenti di due onde pressorie consecutive, cioè la distanza tra due punti in fase tra loro (ad es. due successive bande di compressione o di rarefazione): rappresenta quindi la distanza alla quale la curva pressoria si ripete.
La frequenza (f) di un suono rappresenta il numero di cicli di compressione e rarefazione espletati nell’unità di tempo, cioè il numero di volte che l’onda si ripete al secondo in un punto fisso del mezzo attraversato (cicli/s o Hertz) e coincide con la frequenza con cui vibra la sorgente.
I suoni udibili dall’orecchio umano hanno frequenze comprese tra 16 Hz e 20000 Hz. Le onde con frequenza inferiore sono detti “infrasuoni”, mentre quelli con frequenza superiore ai 20 kHz sono gli “ultrasuoni”. Gli ultrasuoni che si utilizzano in ambito diagnostico hanno frequenze comprese tra 1.5 e 20 MHz, con alcune sonde endovascolari di 50 Mhz.
La velocità di propagazione dell’onda (v) nel mezzo è la distanza percorsa dall’onda nell’unità di tempo; dipende in maniera inversamente proporzionale dalla densità e dalla compressibilità del mezzo attraversato. Nella gran parte dei tessuti biologici essa oscilla di poco intorno ad un valore medio, ma varia sensibilmente nel tessuto adiposo e nell’osso. La velocità del suono è il prodotto della lunghezza d’onda per la frequenza. Il prodotto della velocità del suono in un tessuto biologico per la densità dello stesso tessuto (g/cm≤) definisce una grandezza di significato fondamentale in ecografia: l’impedenza acustica. Essa esprime l’entità delle forze che in ogni tipo di tessuto si oppongono alla trasmissione del suono al suo interno. L’importanza dell’impedenza acustica in diagnostica ultrasonografica è data dal fatto che, in corrispondenza delle superfici di separazione tra mezzi ad impedenza acustica diversa (definite interfacce acustiche), hanno luogo i fenomeni di riflessione e di diffusione da cui originano gli echi che sono alla base della formazione delle immagini e dei tracciati ecografici. Se si eccettuano l’osso, le strutture calcifiche e quelle contenenti aria, le differenze di impedenza tra i diversi tessuti biologici sono in realtà molto piccole.
Il suono si irradia con modalità spaziali a seconda delle dimensioni della sorgente e dei valori di lunghezza d’onda. Quando una sorgente sonora piana è grande in confronto alla lunghezza d’onda, il suono si propaga all’interno di uno spazio più o meno ristretto. È il caso degli ultrasuoni alle frequenze impiegate in ecografia, che avendo lunghezze d’onda di frazioni di millimetro vengono emessi dalla sonda come un fascio ristretto, che può essere indirizzato dall’operatore. Al contrario, se la lunghezza d’onda è più grande della sorgente, il suono da essa generato si propaga in tutte le direzioni, come una sfera che si dilata. È il caso dei suoni udibili, come la voce, che avendo lunghezze d’onda anche di alcuni metri irradiano infatti in tutte le direzioni.
Le frequenze e le energie impiegate nella diagnostica ecografica non comportano in pratica nessun rischio né per il paziente né per l’operatore.
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