Gli ultrasuoni sono onde acustiche di frequenza superiore alla capacità delle persone di udire i suoni.
L’orecchio umano percepisce suoni compresi in determinate frequenze. La frequenza di un suono dà una misura dell’onda che lo genera e si misura in Hertz (abbreviato Hz): 1 Hz equivale a un’onda che fa un ciclo al secondo (ossia si ripete ogni secondo). Gli esseri umani percepiscono come suoni le onde con frequenze comprese tra 20 Hz e 20000 Hz.
Gli ultrasuoni generalmente si diffondono nei materiali, compresi i tessuti biologici. Per meglio immaginare la propagazione di un’onda sonora basta pensare alla modalità con cui un’onda si propaga nell'acqua: gettando un sasso in uno stagno le onde saranno visibili come cerchi che si allargano a partire dal punto in cui il sasso tocca l’acqua.
La velocità di propagazione degli ultrasuoni dipende dalla densità del mezzo attraversato: sono più lenti nell'aria o nei gas, più veloci nei solidi. Ad esempio, gli ultrasuoni attraversano il corpo umano con una velocità media di 1540 metri al secondo (m/s).
Come per altri tipi di onde che viaggiano in un mezzo, anche per gli ultrasuoni si verifica una diminuzione dell’intensità durante il loro spostamento attraverso il corpo umano. L’attenuazione del fascio di ultrasuoni è legata anche alla diversa densità dei tessuti (osso, grasso, muscolo) che un fascio di ultrasuoni incontra nell'attraversare un essere vivente. Quando un fascio di ultrasuoni attraversa due tessuti diversi si verificano inoltre fenomeni di riflessione dell’onda (eco) proprio sulla superficie che divide i due tessuti. Misurando il tempo necessario perché questa “eco” del fascio di ultrasuoni torni verso il punto da cui era partito il fascio di ultrasuoni (ad esempio la sonda di un apparecchio ecografico) si può stimare la profondità a cui si trova la superficie che ha generato l’eco. Si può facilmente intuire come questa caratteristica consenta di ricostruire anche la forma di una superficie ed avere quindi una immagine cosiddetta “ecografica”.
Applicazioni degli ultrasuoni in medicina
L’impiego degli ultrasuoni in campo medico è molto ampio: dall'utilizzo per accertare (diagnosticare) malattie o l’origine di un disturbo (ecografie, flussimetria, doppler) alla terapia (la chirurgia ablativa tramite ultrasuoni focalizzati ad alta intensità, HIFU, la litotrissia, utilizzata per il trattamento della calcolosi urinaria, la terapia fisica utilizzata per la riabilitazione corporea, sono alcuni esempi).
L’applicazione più diffusa e più nota degli ultrasuoni in medicina è l’ecografia diagnostica. La combinazione di alta frequenza (che ne limita la propagazione in aria) e limitata intensità rende questa metodica priva da rischi per gli operatori che la eseguono ed estremamente sicura e affidabile anche per le persone che vi si sottopongono. È una delle tecniche diagnostiche più diffuse.
Oltre alle applicazioni mediche, gli ultrasuoni, per questa loro caratteristica, sono utilizzati anche per ottenere informazioni sulla struttura interna di manufatti, costruzioni, strutture geologiche e altro ancora, misurandone le variazioni di intensità. Si pensi, per esempio, al sonar utilizzato in campo navale e a molti sistemi di controllo che grazie alle caratteristiche degli ultrasuoni forniscono informazioni senza danneggiare le strutture o i materiali che si stanno analizzando.
Alcune applicazioni terapeutiche degli ultrasuoni sfruttano invece un’altra loro caratteristica: la possibilità di rilasciare energia (onda d’urto) in un punto specifico. Ne è un esempio la litotripsia extracorporea ad onde d'urto che viene utilizzata per ridurre le dimensioni dei calcoli renali; oppure, la possibilità di focalizzare gli ultrasuoni in un punto per produrre un innalzamento della temperatura tale da necrotizzare i tessuti tumorali e distruggerli. È il caso della chirurgia ablativa tramite ultrasuoni focalizzati ad alta intensità (HIFU) che consente di trattare malattie tumorali come il tumore alla prostata o i fibromi uterini.
Riscaldamenti più modesti dei tessuti, indotti tramite ultrasuoni non focalizzati a più basse intensità, sono invece utilizzati in fisioterapia per riparare le fratture ossee e le lesioni dei tendini o per il trattamento delle cicatrici.