Ecografia

L'ecografia disegna l'interno del corpo a partire dagli echi. Una sonda appoggiata sulla pelle invia brevi raffiche di suono, molto al di sopra di ciò che l'orecchio sente, e ascolta i deboli echi che tornano dai confini tra organi e tessuti. Il tempo di ritorno di ogni eco ne dà la profondità, la sua forza la luminosità. Nel 1948 George Ludwig, all'Istituto di ricerca medica della Marina statunitense, cominciò a individuare calcoli biliari in tessuti animali attraverso i loro echi ultrasonori; le immagini in due dimensioni seguirono nel 1952, e oggi il metodo si usa dal controllo della gravidanza al cuore.

Che cos’è

L’ecografia mostra su uno schermo organi, vasi e il feto che cresce, mentre il paziente resta disteso, fermo e sveglio. Una sonda tenuta in mano scorre sulla pelle su un velo di gel, e l’immagine cambia mentre si sposta. I medici la usano per esaminare l’addome, il seno, l’occhio, il cuore e il flusso del sangue, per seguire una gravidanza e per guidare un ago durante una biopsia.

Il metodo usa il suono al posto dei raggi X. Poiché non manda radiazioni ionizzanti attraverso il corpo, è l’esame abituale in gravidanza.

Come funziona

Gli elementi in ceramica della sonda inviano il suono e ne captano anche gli echi.

La sonda contiene una fila di piccole piastrine di ceramica piezoelettrica. Un breve impulso elettrico fa vibrare ogni piastrina, che emette una raffica di suono molto al di sopra di ciò che l’orecchio sente. Il gel riempie lo spazio tra sonda e pelle perché il suono entri nel corpo. Ogni volta che il suono incontra il confine tra due tessuti, una parte torna indietro. Le stesse piastrine raccolgono questi echi e li ritrasformano in segnali elettrici.

Il suono attraversa i tessuti molli a circa 1540 m/s. L’apparecchio cronometra ogni eco: un eco che torna con un ritardo doppio viene da una profondità doppia. La sua forza fissa la luminosità di un punto sullo schermo, e gli echi più forti appaiono più chiari. Sparando una linea dopo l’altra lungo la fila di piastrine, l’apparecchio compone una sezione del corpo, il ventaglio grigio detto modo B. Ripetute molte volte al secondo, le sezioni danno un’immagine in movimento di un cuore che batte o di un feto che si muove. Una modalità Doppler misura il piccolo cambiamento di tono degli echi rimandati dal sangue in movimento per mostrarne il flusso. Le frequenze più alte danno un fascio più stretto e più dettaglio, ma arrivano meno in profondità, perché i tessuti le assorbono di più.

Come si fa

Girato passo dopo passo, un telemetro a ultrasuoni traccia il contorno degli oggetti che ha davanti.

Un telemetro a ultrasuoni economico mostra il principio dell’eco nell’aria. Il modulo HC-SR04, per esempio, funziona con l’alimentazione a 5 volt di una scheda a microcontrollore come un Arduino Uno alimentato via USB.

Collegate il piedino VCC del modulo ai 5 V, GND a massa, Trig a un piedino digitale ed Echo a un altro. Nel programma, mandate a Trig un breve impulso della durata indicata nella scheda tecnica del modulo: questo emette allora una raffica di ultrasuoni e tiene Echo alto finché l’eco non ritorna. Misurate quel tempo, dividetelo per due, perché il suono ha fatto andata e ritorno, e moltiplicatelo per la velocità del suono nell’aria per ottenere la distanza. Lasciate una pausa tra due misure perché l’ultimo eco si sia spento.

Incollate il modulo in piedi su un disco di cartone segnato ogni 10 gradi e mettete qualche scatola sul tavolo davanti a lui, entro la portata indicata nella scheda tecnica. Girate il disco uno scatto alla volta da 0 a 180 gradi, annotate la distanza a ogni angolo e riportate i punti su carta polare. I punti disegnano il lato anteriore delle scatole. Il fascio si allarga uscendo dal modulo, così i bordi vengono sfocati.

Storia ed evoluzione

Karl e Friedrich Dussik facevano attraversare la testa al suono da un trasduttore all’altro, con testa e trasduttori sott’acqua.

Pierre Curie descrisse l’effetto piezoelettrico nel 1880. Nel 1915 Paul Langevin costruì un idrofono a ultrasuoni per individuare i sommergibili, e nel 1928 Sergej Sokolov propose di usare gli ultrasuoni per trovare i difetti nel metallo. Nel gennaio 1940 H. Gohr e Th. Wedekind, di Colonia, suggerirono sulla Klinische Wochenschrift che gli echi, come nel controllo dei metalli, potessero rivelare tumori, versamenti o ascessi, ma non riuscirono a pubblicare risultati convincenti. Karl Dussik, neurologo a Vienna, cominciò verso il 1937 a studiare gli ultrasuoni per la diagnosi. Il suo articolo del 1942 sulle vibrazioni meccaniche ad alta frequenza come aiuto diagnostico trattava della distinzione dei tessuti mediante il suono che li attraversa e riferiva i suoi primi esperimenti. Con il fratello Friedrich costruì un apparecchio che mandava un fascio di ultrasuoni attraverso la testa da un trasduttore all’altro, con la parte alta della testa e i due trasduttori in un bagno d’acqua, e registrava il risultato come macchie di luce su carta termosensibile. Nel 1947 ottennero quelle che presero per immagini dei ventricoli del cervello, ma nel 1952 W. Güttner e i colleghi della Siemens dimostrarono che quelle figure erano artefatti.

Gli echi diedero risultati più affidabili. Nel 1948 George Ludwig, giovane ufficiale del Naval Medical Research Institute di Bethesda, nel Maryland, cominciò esperimenti su tessuti animali con un trasduttore costruito per cercare difetti nei metalli e individuò calcoli biliari dai loro echi. Riferì sul lavoro nel giugno 1949 e in seguito collaborò con il laboratorio di bioacustica del MIT. Nel 1952 John Wild e il suo ingegnere John Reid pubblicarono immagini a eco in due dimensioni, e Douglass Howry, a Denver, pubblicò le sue, ottenute immergendo in acqua degassata la parte del corpo esaminata. A Glasgow Ian Donald, John MacVicar e Tom Brown sostituirono la vasca d’acqua con una sonda a contatto con la pelle; il loro articolo su The Lancet del 1958 segna l’inizio dell’ecografia ostetrica, e il loro lavoro portò all’apparecchio Diasonograph.

Il Vidoson, sviluppato da Richard Soldner alla Siemens a metà degli anni Sessanta, mostrava immagini in movimento in tempo reale. Il convertitore di scansione di George Kossoff, della fine degli anni Sessanta, portò la scala di grigi, il secondo apparecchio ADR a sonda lineare, il modello 2130, seguì nel 1975 e l’Acuson 128 di Sam Maslak nel 1983.