Ultrasuoni, progressi e prospettive di ricerca

Tra la fine del ‘700 e l'inizio dell'800, il francese René Laennec, inventore dello stetoscopio, ed il nostro Cesare Spallanzani aprivano la strada all'impiego dei suoni e degli ultrasuoni, rispettivamente, nella diagnostica medica. In particolare, gli studi di Spallanzani sui pipistrelli, poi approfonditi da altri scienziati, consentirono di dare una spiegazione all'incredibile abilità di questi animali nel muoversi, e perfino cacciare, nel buio più assoluto.

Si scoprì, infatti, che i pipistrelli emettono dei brevi impulsi, equivalenti a un fischio o a un cinguettio, caratterizzati da frequenze maggiori di 20 kHz (oltre l'udibile: ultrasuoni). In base al ritardo e alla "forma" degli echi ricevuti, questi animali riescono quindi a localizzarne e classificarne la sorgente, sia essa un ostacolo fisso o un insetto in movimento. Una simile tecnica ecografica (detta anche di "eco-locazione") è sapientemente utilizzata anche dai delfini e da alcuni cetacei, per muoversi ad esempio nelle profondità degli oceani.

Ci vollero diversi anni e gli studi di grandi scienziati prima che la tecnica potesse essere sfruttata dall'uomo. In particolare, furono determinanti i contributi di Lord John Rayleigh, che seppe dare una formulazione matematica ai meccanismi di propagazione degli ultrasuoni, e dei fratelli Curie, che con la scoperta dell'effetto piezoelettrico suggerirono il modo di convertire, attraverso le "sonde", l'energia elettrica in ultrasuoni e viceversa. Le prime applicazioni riguardarono il campo "sonar", dove la tecnica ecografica consente di scandagliare i fondi marini o localizzare sottomarini. Non è un caso che le ricerche del settore abbiano avuto un forte impulso subito dopo il disastro del Titanic (1912), a conferma di quanto sia "consolidato" l'uso di finanziare la ricerca solo quando non se ne può più fare a meno.

A cavallo delle due guerre, grandi investimenti furono destinati al campo radar, che sfrutta la stessa tecnica ecografica, sia pure utilizzando microonde anziché ultrasuoni per la trasmissione/ricezione delle informazioni. Fortunatamente, negli anni '50 diversi scienziati compresero che le stesse metodiche affinate per scopi bellici potevano essere adattate all'uso in campo civile e, in particolare, per la diagnosi di alcune malattie attraverso la "determinazione non-invasiva della struttura dei tessuti biologici". Furono anni entusiasmanti per i pionieri del settore, che costruirono ingombranti macchinari capaci di fornire tracciati che illustravano, istante per istante, la posizione di valvole e pareti cardiache intercettate lungo l'asse di una sonda appoggiata al petto (M-Mode). Ben presto si trovò il modo per estendere l'indagine a un'intera regione bidimensionale, cosicché venivano costruite in tempo reale immagini corrispondenti alla morfologia locale dei tessuti (B-Mode imaging).

Profili di velocità del sangue rivelati in zone diverse della biforcazione carotidea,
di cui è riportata in alto l'immagine B-Mode (IEEE Trans. Ultrason., Ferroelect., Freq. Contr, 56:10, 2009)