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Ecografia US: cos’è, come funziona e nuova metodologia

Recentemente si è sviluppata una nuova metodologia ecografica ad ultrasuoni che può misurare il livello di tensione nel tessuto umano e diagnosticare determinate patologie.

Categorie Come funziona? · Diagnostica · Innovazione
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Si utilizza l’ecografia diagnostica per accertare se i tessuti o gli organi funzionino correttamente. Questa tecnica può essere utilizzata per esaminare: addome, seno, reni, bacino, tiroide, muscoli, ossa e flusso sanguigno. Gli ultrasuoni forniscono informazioni preziose per la diagnosi ed il trattamento di diverse patologie e condizioni, purtroppo però questo esame presenta delle limitazioni che hanno portato i ricercatori alla scoperta di un nuovo tipo di onda.

Ecografia
Imaging ad ultrasuoni.

Funzionamento dell’ecografo

L’imaging ad ultrasuoni utilizza impulsi sonori ad alta frequenza emessi da un trasduttore ad ultrasuoni portatile o da una sonda. Il trasduttore viene applicato sulla pelle del paziente tramite un gel di accoppiamento e gli impulsi sonori vengono riflessi al trasduttore dalle strutture all’interno del paziente. La grandezza del suono riflesso viene convertita in un’immagine in scala di grigi. I tessuti che riflettono fortemente il suono, detti ecogeni, come l’osso appaiono luminosi. I tessuti che permettono la trasmissione degli impulsi sonori, detti scarsamente ecogeni, come il fluido appaiono scuri o neri. Le sostanze che si muovono, come il sangue che scorre possono essere valutate utilizzando una tecnica nota come imaging Doppler che dimostra la direzione e la velocità del movimento. Le immagini vengono acquisite e visualizzate in tempo reale e sono quindi utilizzabili per procedure guidate dall’immagine come la biopsia, l’iniezione e l’aspirazione.

doppler
Immagine Doppler del nervo tibiale posteriore in un paziente con artrite reumatoide. C’è un aumento della vascolarizzazione nella guaina tendinea e si può vedere un’erosione sul malleolo mediale sottostante (frecce bianche) – Credits: Science Direct

Cosa sono i tessuti ecogeni?

Con il termine ecogeno si intende tutto ciò che può essere visualizzato come pixel sullo schermo. Una struttura definita ecogena, dunque non fornisce informazioni fondamentali poiché ogni struttura visualizzata è un’immagine generata da echi. Occorre però sottolineare che ogni tessuto ed ogni organo presentano a livello ecografico una determinata ecogenicità che può essere definita normale; nell’ambito della normalità si potrebbe inoltre definire una normale distribuzione disomogenea o omogenea degli echi rilevati. Difatti, in condizioni fisiologiche si presentano disomogenei i seguenti organi:

  • la mammella, per via della componente fibroadiposa, soprattutto durante la gravidanza o l’allattamento;
  • l’utero, per la presenza del miometrio e dell’endometrio;
  • l’ovaio, per i follicoli in maturazione e per la componente fibrostromale;
  • il rene, per la presenza di: corticale, midollare e seni pielici.

In condizioni di normalità, invece, gli organi che si presentano omogeneamente distribuiti, ossia costituiti da un tappeto di echi uguali tra loro, sono: fegato, pancreas, milza, testicolo, tiroide.

Pratica clinica

L’applicazione clinica più comune è la valutazione della patologia addominale e pelvica. L’ecografia del sistema muscoloscheletrico è una metodologia ben sviluppata e ampiamente disponibile. Spesso questa modalità di imaging è scelta per valutare i tessuti molli superficiali come i tendini della cuffia dei rotatori e i tendini della mano, del polso, della caviglia e del piede. L’applicazione dell’imaging Doppler consente una valutazione accurata dei vasi superficiali come i vasi carotidei nel collo. L’imaging Doppler altamente sensibile, noto come power Doppler, può rilevare il flusso in vasi molto piccoli e nel tessuto infiammatorio; questo ora è ben consolidato come strumento diagnostico per la valutazione precoce dell’artrite infiammatoria.

In figura l’esecuzione di un esame ecografico.

Come funziona l’ecografia ad ultrasuoni

I tessuti umani sono in grado di rilevare e rispondere alle sollecitazioni meccaniche adattando la loro forma di conseguenza. Le forze delle contrazioni muscolari quotidiane si aggiungono a quelle sollecitazioni, il che significa che tutti i tessuti viventi sono sotto sollecitazioni meccaniche, anche quando sono a riposo. La misurazione della sollecitazione nei tessuti e nei materiali morbidi artificiali è importante per determinarne il corretto funzionamento, ma è di difficile misurazione; per far ciò attualmente si effettua l’ecografia ad ultrasuoni con tutte le limitazioni del caso. Quindi i ricercatori hanno pensato all’effetto acosustaelastico come possibile soluzione. Il principio acoustoelastico è, in breve, questo: maggiore è la tensione, più velocemente si diffondono le onde sonore.

ecografia ultrasuoni
Ecografia ad ultrasuoni – Credits: Mindray

Limiti dell’esame ecografico

Vi sono diverse limitazioni riguardo l’ecografia, infatti gli ultrasuoni:

  • sono incapaci di misurare il livello di tensione nel tessuto umano;
  • non sono sufficienti per diagnosticare se uno qualsiasi dei tessuti è effettivamente anormale;
  • vengono trasmessi male attraverso il gas, quindi strutture come l’intestino possono compromettere la visualizzazione di strutture più profonde;
  • non penetrano nell’osso o nel metallo, quindi non sono in grado di valutare il midollo osseo o la stabilità degli impianti ortopedici. Tuttavia, è possibile analizzare la relazione dell’impianto con le strutture dei tessuti molli adiacenti.
Medico che esegue un esame ecografico.

Nuova metodologia proposta

Si è sviluppato recentemente un nuovo metodo ad ultrasuoni che può misurare il tessuto sotto tensione, rivoluzionando potenzialmente la diagnosi delle malattie. Un dispositivo ad ultrasuoni emette onde sonore ad alta frequenza verso le strutture interne del corpo e registra il suono riflesso per creare un’immagine in tempo reale. Gli ultrasuoni sono più economici, più veloci e più accessibili di altre tecniche di imaging, come la risonanza magnetica o la TAC. Adattando una tecnica che di solito viene utilizzata per misurare la tensione lungo le linee ferroviarie, i ricercatori hanno inviato due onde sonore in direzioni diverse, mettendo in relazione la tensione con la velocità delle onde, usando una teoria matematica di loro sviluppo.

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Principio di imaging acostoelastico delle sollecitazioni – Credits: Science Advances

La rivoluzione di una nuova tipologia d’onda utilizzata per l’ecografia

I ricercatori hanno usato un particolare tipo di onda chiamata onda di taglio, un’onda elastica che può muoversi attraverso il corpo di un oggetto a differenza di un’onda di superficie. Con l’uso delle onde di taglio, hanno rilevato con successo la tensione, prima all’interno dell’hydrogel e poi all’interno del muscolo scheletrico di un maiale. È il primo metodo ad ultrasuoni in grado di misurare la tensione in qualsiasi tipo di tessuto molle.

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Imaging acostoelastico con la nuova onda di taglio – Credits: Science Advances

Conclusioni e prospettive future

In questa promettente ricerca sull’ecografia si è dunque sviluppato una nuova metodologia di utilizzo degli ultrasuoni per la misurazione, con maggiore dettaglio, della tensione presente nei tessuti. Questo livello di dettaglio può definire se i tessuti sono anormali o se sono affetti da cicatrici o malattie. Questa è la prima volta in cui una tecnica utilizza gli ultrasuoni per misurare le forze all’interno del tessuto. Infatti, la nuova tipologia d’onda potrebbe essere utilizzata per la progettazione di nuove apparecchiature per la diagnosi precoce dei tessuti danneggiati e di eventuali malattie. Oltre al suo buon potenziale nell’assistenza sanitaria, il metodo avrà sicuramente una buona applicazione anche in altre discipline, come nell’ingegneria biomedica, nella biologia e nella fisica.