L’ ecografia è un esame diagnostico abbastanza semplice che si avvale di onde ultrasonore per ottenere delle immagini precise dei nostri organi. La sonda utilizzata per gli esami di ecografia è generalmente non invasiva e non espone i pazienti a radiazioni dannose, come accade invece con gli scanner a raggi X e TC. Tuttavia, l’esame richiede il contatto con il corpo di un paziente, il che può essere limitante nel caso in cui il contatto mal tollerato dal paziente, come nei casi di neonati, pazienti ustionati o con pelle sensibile.

Gli ingegneri del Massachusetts Institute of Technology hanno ora messo a punto un’alternativa agli ultrasuoni convenzionali che non richiede il contatto con il corpo. La nuova tecnica laser ad ultrasuoni sfrutta un sistema laser per ottenere immagini diagnostiche in modo sicuro e con gli stessi risultati della tecnica convenzionale.

Un nuovo modo di fare l’ecografia

Ecografia tramite laser ad ultrasuoni. Credits: MIT
Ecografia tramite laser ad ultrasuoni. Credits: MIT

In un articolo pubblicato sulla rivista Light: Science and Applications di Nature il team ha riferito di aver testato la tecnica su diversi volontari e di aver osservato le caratteristiche comuni dei tessuti come muscoli, grasso e ossa fino a circa 6 centimetri sotto la pelle. Queste immagini, paragonabili a quelle ottenute con gli ultrasuoni convenzionali, sono state prodotte utilizzando laser remoti focalizzati a mezzo metro di distanza dai volontari.

“Siamo all’inizio di ciò che potremmo fare con i laser ad ultrasuoni”, afferma Brian W. Anthony, uno dei principali ricercatori del Dipartimento di Ingegneria Meccanica e dell’ Istituto di Ingegneria Medica e Scienza (IMES) del MIT e tra gli autori dello studio.

“Immaginiamo di arrivare a un punto in cui possiamo fare tutto ciò che gli ultrasuoni possono fare ora, ma a distanza. Questo ci darà un modo completamente nuovo di vedere gli organi all’interno del corpo e determinare le proprietà dei tessuti profondi, senza entrare in contatto con il paziente. “

Immagini fotoacustiche


Negli ultimi anni, i ricercatori hanno esplorato la possibilità di utilizzare i laser per generare gli ultrasuoni. Il campo di ricerca interessato è noto come fotoacustica. Invece di inviare direttamente le onde sonore verso il corpo, l’idea è quella di inviare luce sotto forma di un laser pulsato sintonizzato su una particolare lunghezza d’onda, che penetra nella pelle e viene assorbito dai vasi sanguigni.

Questi si espandono e si rilassano rapidamente in seguito al riscaldamento indotto dall’ esposizione al raggio laser. Le vibrazioni meccaniche risultanti generano così onde sonore che risalgono verso l’alto. Al termine del loro percorso di ritorno, tali onde possono essere rilevate da trasduttori posizionati sulla pelle e tradotti in un’immagine fotoacustica.

Nonostante la fotoacustica utilizzi i laser per sondare da remoto le strutture interne, la tecnica richiede comunque un rivelatore a contatto diretto con il corpo per raccogliere le onde sonore.

Inoltre, la luce può viaggiare solo a breve distanza nella pelle prima di svanire. Di conseguenza, la fotoacustica permette di ottenere immagini dei soli vasi sanguigni che non a profondità non troppo elevate. Poiché le onde sonore riescono a viaggiare nel corpo più a lungo rispetto alla luce, Anthony e i suoi colleghi hanno cercato un modo per convertire la luce di un raggio laser in onde sonore sulla superficie della pelle, al fine di ottenere un’immagine che rispecchi le zone più profonde del corpo.

Una scelta ponderata

Credits: Xiang Zhang, Jonathan R. Fincke, Charles M. Wynn, Matt R. Johnson, Robert W. Haupt, Brian W. Anthony. Full noncontact laser ultrasound: first human data. Light: Science & Applications, 2019; 8 (1) DOI: 10.1038/s41377-019-0229-8
Full noncontact laser ultrasound: first human dataLight: Science & Applications

Il team ha così selezionato un laser da 1550 nanometri, una lunghezza d’onda ben assorbita dall’acqua. Infatti, poiché la pelle è essenzialmente composta da acqua, questa potrebbe assorbire efficacemente la luce a tale lunghezza d’onda, riscaldandosi ed espandendosi in risposta all’irradiazione. Mentre oscilla al suo stato normale, la pelle stessa produce onde sonore che si propagano attraverso il corpo.


I ricercatori hanno testato l’ idea utilizzando un laser pulsato a 1550 nanometri, per generare onde sonore, e un secondo laser continuo, sintonizzato sulla stessa lunghezza d’onda, per rilevare in remoto le onde sonore riflesse.

Questo secondo laser è un rilevatore di movimento che misura le vibrazioni sulla superficie della pelle causate dalle onde sonore che rimbalzano su muscoli, grasso e altri tessuti. Il movimento della superficie della pelle, generato dalle onde sonore riflesse, provoca un cambiamento nella frequenza del laser, che può essere misurato. Ciò permette agli scienziati di acquisire dati da diverse posizioni e generare un’immagine della regione d’interesse.

“È come urlare costantemente nel Grand Canyon mentre camminiamo lungo il muro e ascoltiamo in luoghi diversi”, afferma Anthony. “Questo fornisce dati sufficienti per capire la geometria di tutte le cose dentro le quali le onde rimbalzavano – e l’urlo è fatto con una torcia.”

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