L’Ecografia è una tecnica diagnostica che, sfruttando le proprietà fisiche degli ultrasuoni,  può fornire numerose informazioni di tipo sia qualitativo che funzionale, sui tessuti molli e sui parenchimi di diversi organi, in particolare quelli addominali. Per questi motivi l’ecografia è attualmente considerata una tecnica di screening per lo studio dell’addome, del collo, in particolare della tiroide, delle strutture muscolo-tendinee e articolari e dei vasi. Si tratta inoltre di un esame dotato di buona accuratezza diagnostica, non invasivo, ben tollerato, relativamente poco costoso,  che non richiede particolari preparazioni per il paziente.
Il Centro Universitario di Ultrasonologia diagnostica ed interventistica (responsabile scientifico Dott. Fabio Piscaglia) è stato uno dei primi centri ad occuparsi di questo settore  e resta ad oggi uno dei centri leader a livello nazionale ed internazionale. L’attività assistenziale è supportata da attività scientifica e didattica che ha consentito negli anni la formazione di numerosi medici ecografisti e giovani ricercatori. Presso il dipartimento ha infatti sede la Scuola di Dottorato di Ricerca in Ultrasonologia in Medicina Umana e Veterinaria.

Ultrasuoni e principi fisici dell’ecografia

Gli ultrasuoni  sono onde meccaniche con frequenza superiore alla soglia di udibilità  (20.000 Hz), che necessitano di un mezzo per propagarsi. Tali onde sono emesse da una sorgente vibrante che determina un movimento periodico delle strutture molecolari della materia, ossia una oscillazione delle particelle attorno al proprio punto di equilibrio. Ogni vibrazione è composta da cicli di rarefazione e compressione delle particelle, rappresentabili graficamente come onde sinusoidali. Come tali esse quindi sono dotate di ampiezza, frequenza, lunghezza d’onda ed intensità. L’ampiezza è la pressione massima raggiunta dal suono nel mezzo durante la fase di compressione, ossia la forza necessaria a spostare le particelle dalla loro posizione di equilibrio. La frequenza di un’onda meccanica può essere definita come  il numero di cicli di compressione e rarefazione che si ripetono nell’unità di tempo ossia il secondo. Essa dipende dalla frequenza con cui vibra la sorgente e  si misura in Hertz o cicli/secondo. Gli ultrasuoni usati in ambito diagnostico hanno una frequenza che è compresa tra2,5 e 20 MHz. Le frequenze e le energie impiegate nella diagnostica ecografica non comportano in pratica nessun rischio né per il paziente né per l’operatore. La lunghezza d’onda è invece la distanza tra punti corrispondenti di due onde meccaniche consecutive. Lunghezza d’onda e frequenza sono due grandezze inversamente proporzionali: maggiore è la frequenza , minore sarà la lunghezza d’onda e viceversa. La frequenza della sonda utilizzata condiziona la risoluzione spaziale, ossia la capacità dell’ecografo di percepire come entità separate due o più strutture ravvicinate e quindi la qualità dell’immagine ecografica. Sonde ad elevata frequenza producono onde con una bassa lunghezza d’onda che non riescono a raggiungere gli strati più profondi e quindi sono più utili per studiare strutture anatomiche superficiali, mentre le sonde a frequenza più bassa svolgono meglio questa funzione. La velocità con cui queste onde si propagano dipende dalle caratteristiche chimico–fisiche del mezzo attraversato e dal suo specifico grado di impedenza acustica, ossia l’entità della forza che si oppone alla trasmissione degli US. Nella gran parte dei tessuti biologici la velocità di propagazione oscilla di poco intorno ad un valore medio, ma varia sensibilmente nel tessuto adiposo e nell’osso. L’intensità del fascio di US può essere definito come energia per unità di superficie espressa in mW/cm2  . Quando il fascio di ultrasuoni incide su una superficie definita interfaccia, ossia una zona intermedia, posta tra due tessuti con differente impedenza acustica, una parte dell’energia che lo costituisce viene riflessa, generando un’onda di ritorno con caratteristiche differenti a seconda dell’entità della differenza di impedenza stessa tra i tessuti.

La sonda ecografica è costituita da un trasduttore piezoelettrico, un materiale in grado sia di generare un impulso elettrico se sottoposto ad una sollecitazione meccanica, sia di generare un’onda meccanica quando sollecitato da una differenza di potenziale. Il trasduttore  funziona pertanto sia da generatore che da rilevatore di US. Le onde ultrasonore generate dalla sonda sono soggette a fenomeni di rifrazione diffusione e riflessione. La quota del fascio US che viene riflessa dalle particelle torna alla sonda con una velocità differente rispetto a quella del fascio  incidente, in base alle caratteristiche chimico-fisiche e all’entità dell’impedenza acustica  del mezzo attraversato, inducendo la vibrazione dei cristalli piezoelettrici. Tale vibrazione a sua volta produce una serie di impulsi elettrici, che vengono tradotti nell’immagine che possiamo visualizzare sul monitor in scala di grigi . Nella sonda quindi si alternano continuamente una fase di generazione di US e di rilevazione di echi di ritorno  dai vari tessuti. La scansione  ultrasonora avviene attraverso un’emissione sequenziale di un insieme di linee affiancate, ciò permette di produrre un’immagine bidimensionale. Questo fenomeno avviene rapidamente, formando da 5 a 40 immagini complete al secondo che vengono percepite dall’occhio umano come un’unica immagine in tempo reale.

Eco-Doppler
L’eco- doppler costituisce una particolare applicazione dell’ ecografia che sfrutta il principio fisico dell’effetto Doppler secondo cui  un’onda meccanica che colpisce un oggetto in movimento viene riflessa con una frequenza differente rispetto a quella dell’onda incidente a seconda che l’oggetto riflettente colpito sia in allontanamento o in avvicinamento rispetto alla sorgente. Questa tecnica ci permette di ottenere informazioni sul flusso ematico e sulla struttura e decorso dei vasi e può essere applicata in vario modo. L’analisi flussimetrica Doppler analizza i flussi e le frequenze corrispondenti alle diverse velocità con cui i globuli rossi si muovono  all’interno dei vasi . Queste velocità corrispondono ad un ampio spettro di frequenze  che tutte insieme costituiscono la frequenza Doppler, la quale a sua volta può essere rappresentata  tramite vari sistemi tra cui  l’analisi spettrale, quello più comunemente utilizzato, basato sulla trasformata veloce di Fourier. In questo modo si osserva sullo schermo in tempo reale la curva delle frequenze che ci da informazioni qualitative sonore e grafiche  che mostrano l’andamento del flusso, ed informazioni quantitative che riguardano la velocità, il picco di frequenza massima, e l’impedenza al flusso. I dati ottenuti  perciò possono mettere in evidenza una zona di stenosi parziale o completa del vaso, un rallentamento, un’ accelerazione o un’inversione della direzione normale del flusso. Il limite di questa tecnica, è che le informazioni ottenute riguardano solo da un punto preciso , piuttosto che una più vasta area di interesse. Questa metodica dunque non è mutuamente esclusiva con le altre, ma deve essere integrata con color e power Doppler. Il Color-Doppler si basa su un’analisi computerizzata delle variazioni di frequenza (= effetto Doppler) nell’ambito di una regione interna del corpo, in genere delimitata sullo schermo ecografico da un parallelepipedo con righe tratteggiate. Per convenzione viene attribuito il colore rosso alle frequenze riflesse che diventano più alte di quelle emesse originariamente dalla sonda, e blu a quelle più basse. Si ottiene così, in mezzo alla scala di grigi tipica dell’ecografia bidimensionale, la colorazione delle strutture in movimento rispettivamente rosse o blu a seconda che esse si stiano avvicinando o allontanando rispetto alla sonda. Anche questa metodica permette di studiare in particolare le strutture vascolari ed il colore dell’immagine indica la direzione del sangue permettendo di rilevare anomalie del flusso che possano essere indicative di precise patologie. Il Power Doppler si basa su un concetto simile a quello del Color Doppler, ma invece di misurare la entità della differenza di frequenza tra onda emessa e onda ricevuta (cioè della ampiezza della frequenza Doppler in Hertz), tiene conto dell’energia della frequenza Doppler, perciò si utilizza soprattutto per studiare i vasi più piccoli e profondi, o quei vasi che, a causa di un flusso troppo lento, non riescono ad essere ben evidenziati con il Color Doppler. In questo modo si ha teoricamente un segnale più sensibile rispetto al Color, ma si perde la possibilità di distinguere la direzione del movimento. Per superare tale limite sono state perfezionate nuove modalità, come ad esempio il POWER DOPPLER DIREZIONALE, che uniscono la sensibilità d’immagine del Power all’utilità della discriminazione direzionale tipica del Color.

Ambulatorio  di Ecografia diagnostica ed interventistica Unità Operativa Medicina Interna Bolondi
Policlinico S. Orsola – Malpighi