Argomentazioni sull’esame clinico Doppler

In un normale esame clinico ecografico viene usata una sonda che funziona sia da trasmettitore che da ricevitore di onde sonore. Quando effettuiamo un’ecografia che colora i pixel di un monitor sfruttando il principio Doppler allora stiamo effettuando un’ “ecografia Doppler”.

La parola ecografia è giustamente composta di “eco” (riflessione del suono) e “grafia” (resa grafica del fenomeno eco), poichè tratta la riproduzione grafica del fenomeno della riflessione del suono. Ciò che viene fatto è quello di rendere apprezzabile alla vista ciò che con le nostre orecchie non saremmo mai in grado di carpire.

Il suono è fondamentalmente una perturbazione dello stato di quiete delle particelle del mezzo nel quale il suono viene trasmesso. Questo tipo di perturbazione è un po’ particolare, poichè avviene in modo oscillatorio, sia nel tempo che nello spazio. Quando il suono attraversa il mezzo in cui si propaga provoca un moto delle particelle simile a quello di una fisarmonica. Le particelle vanno avanti e indietro e, piano piano, rallentano, fino ad arrestarsi.

Nella nostra esperienza comune il mezzo attraverso il quale il suono si propaga è l’aria ma sappiamo bene che esso può propagarsi anche attraverso un mezzo diverso, come  per esempio l’acqua di mare. Diverse specie animali acquatiche giovano della propagazione del suono attraverso l’acqua di mare.

D’altra parte è noto il cosiddetto “effetto eco”, che di tanto in tanto si verifica, dando l’idea che il suono in qualche modo rimbalzi sugli oggetti. Durante un esame clinico Doppler viene sfruttato proprio questo effetto: quello del mandare un suono e ascoltare il suono di ritorno. Cosa significa ascoltare? Nel nostro caso significa riconoscere la frequenza di ritorno.

Ogni suono ha associata una frequenza, che nella pratica di tutti i giorni, associamo a un suono acuto (frequenza alta) oppure grave (frequenza bassa). Proprio come per le frequenza delle onde elettromagnetiche, esiste un intervallo di frequenze specifico che possiamo sentire. Altri intervalli di frequenze, per esempio i cosiddetti ultrasuoni (che ricorda molto la dicitura ultravioletto per le onde elettromagnetiche), sono udibili solo da alcuni animali.

Dire che un suono è acuto (alta frequenza) è come dire che esso provoca un’oscillazione rapida delle molecole dell’aria mentre dire che un suono è grave (bassa frequenza) è un po’ come dire che esso provoca un’oscillazione lenta delle molecole dell’aria. In un normale esame Doppler non siamo in grado di sentire il suono delle onde sonore che vengono mandate attraverso il nostro corpo, perchè queste non sono nell’intervallo delle frequenze udibili.

Quando, in un esame ecografico doppler, la sonda manda il suono si aspetta un eco di ritorno con una frequenza mutata rispetto alla frequenza sonora dell’onda trasmessa. La relazione che lega la frequenza trasmessa e la frequenza ricevuta dipende dalla velocità che il corpo riflettore del suono possedeva. Tipicamente infatti il Doppler è molto conosciuto con la dicitura di “Ecocolor Doppler”, che è un tipo di esame clinico tramite il quale il medico è in grado di valutare le direzioni e le velocità dei moti del sangue nei vasi sanguigni. Per fare ciò viene sfruttata una scala in falso colore (dal blu al rosso) e l’aspetto è tipo quello rappresentato nella figura seguente.

Doppler_ultrasound_of_systolic_velocity_(Vs),_diastolic_velocity_(Vd),_acceleration_time_(AoAT),_systolic_acceleration_(Ao_Accel)_and_resistive_in.jpg
Figura 1. Esempio di frame di un video di un normale esame di Ecocolor Doppler

L’esame Doppler è in grado quindi di riconoscere, tramite la relazione che lega la frequenza trasmessa e la frequenza ricevuta, la velocità che possiede il sangueLa direzione verso la quale il sangue dovrebbe andare è esperienza del medico ed infatti è anche per questo motivo che l’esame Ecocolor Doppler è fortemente dipendente dalle valutazioni dello specialista.

La relazione che lega la frequenza trasmessa e la frequenza ricevuta è la seguente:

\Delta f = \frac{2fVcos\Theta}{c}

In cui:

  • \Delta f è il cosiddetto “Doppler shift”
  • V è la velocità del corpo rilevato (nell’esempio il sangue)
  • cos\Theta la direzione lungo la quale il corpo si muove
  • c la velocità del suono nel mezzo

Da questa relazione si può intuire che se la direzione del moto del corpo (rispetto alla sonda) non ha nè un comportamento avvicinante nè allontanante la sonda non rileva nulla (in verità non rileva mai nulla ma rischia di rilevare quasi nulla).

Altre discussioni su questo tema seguiranno nei prossimi post dedicati al Doppler. Se ti è piaciuto questo post segui le argomentazioni della sezione bioingegneria, qui su Thinking Process. Se pensi che ci siano delle correzioni da effettuare contattami direttamente oppure commenta qui sotto.

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Autore: Andrea

PhD student | Biomedical Engineer | Telemedicine | Telerehabilitation | Investor

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