Prima di introdurre l’utilizzo dell’ecografia nello studio della COVID-19 causata da SARS CoV 2 è doveroso un richiamo ai principi generali di funzionamento di questa metodica e la sua applicazione nell’esplorazione del torace.
Principi di funzionamento
L’ecografia, chiamata anche ultrasonografia, si basa sulla valutazione degli ultrasuoni, un particolare tipo di onde meccaniche (elastiche), le cui modalità di propagazione dipendono dalle forze elastiche che legano tra loro le particelle dei mezzi attraversati. Queste onde, quindi, non possono propagarsi nel vuoto in assenza di materia. Perché ultrasuoni? Perché la loro frequenza è al di là della soglia uditiva del nostro orecchio che è di 20 mila hertz. Noi sentiamo tra 20 e 20 mila hertz, al di sopra ci sono gli ultrasuoni e al di sotto ci sono gli infrasuoni. Come tutte le onde gli U.S. sono caratterizzati da:
- Lunghezza d’onda
- Frequenza
- Periodo
- Ampiezza
- Intensità
- Velocità di propagazione.
Le onde si propagano in un mezzo, non nel vuoto, con una loro velocità, ma ciò che ci interessa di più è che il mezzo stesso oppone una certa resistenza alla trasmissione dell’onda e questa si chiama impedenza acustica, ed è proprio l’esistenza di questa che consente di generare l’eco, che è ciò che registriamo per formare l’immagine ecografica. La velocità dell’onda di propagazione degli ultrasuoni nei tessuti è diversa, è massima nei tessuti molto compatti come l’osso ed è minima nell’aria (tenetelo a mente per dopo!). Naturalmente quando l’onda ultrasonora attraversa un organismo incontra varie strutture composte da varie componenti, ognuna di queste ha una sua impedenza fisica. Al confine tra una zona con una certa impedenza acustica e una con un’impedenza acustica diversa si crea un’interfaccia chiamata interfaccia acustica; è lì che si genera l’eco, nel passaggio da una struttura con una certa impedenza al passaggio ad una con un’altra impedenza, perché è lì che l’onda va incontro ai fenomeni di rifrazione, riflessione e quant’altro così come avviene al raggio luminoso quando passa dall’aria all’acqua, nel cambio di mezzo.
Tessuti più densi hanno un’impedenza acustica maggiore di tessuti meno densi. È vero che si propaga più velocemente però offrono anche una maggiore resistenza.
Componenti dell’ecografo
Lo schema più semplice prevede 4 componenti:
- Trasduttore, l’elemento generatore e ricevitore della radiazione ultrasonora;
- Generatore di impulsi, che invia eccitazione elettrica alla sonda;
- Elaboratore di segnali, che amplifica ed elabora il segnale costituito dall’eco riflesso;
- Monitor, sul quale viene presentato il risultato dell’elaborazione.
Il cuore dell’ecografia ad ultrasuoni è il trasduttore piezoelettrico, realizzato con ceramiche piezoelettriche (piezoceramiche PZT) è l’elemento generatore e ricevitore della radiazione ultrasonora. Il trasduttore è posto sulla pelle del paziente in modo tale da assicurare un buon contatto acustico; al trasduttore vengono quindi inviati degli impulsi elettrici che fanno si che esso generi una successione di treni d’onda di frequenza pari alla frequenza di risonanza meccanica del trasduttore (PRF). L’onda elastica così generata si propaga attraverso i tessuti ed è parzialmente riflessa dalle discontinuità incontrate lungo il percorso; le componenti riflesse ritornano verso il trasduttore stesso e sono rilevate con un certo ritardo rispetto all’istante di emissione dell’onda ultrasonora. Dalla misura di tale ritardo è possibile risalire alla distanza delle discontinuità dal trasduttore e realizzare quindi una rappresentazione della struttura sottostante la zona esaminata.
Ecografia toracica normale
L’ecografia toracica sfrutta la presenza di artefatti, sia in condizioni di normalità che patologiche. Gli artefatti acustici del polmone derivano dall’interazione del fascio ultrasonoro con l’aria ed appaiono differenti a seconda del contenuto aereo della parte studiata e della omogeneità della sua distribuzione. L’organo, poco esplorabile all’eco se normale, mostra significative finestre acustiche se è patologico. Se in condizioni normali bronchi e vasi non possono essere visualizzati, una finestra acustica “patologica” ne consentirà lo studio.
Paradosso del polmone: è la malattia che scopre l’organo
Per artefatti si intendono echi alterati nelle immagini ecografiche, con una sede e un’intensità non necessariamente corrispondenti alle strutture anatomiche e alle interfacce presenti nel paziente esaminato. Alcuni di essi possono essere utili ai fini diagnostici, altri possono confondere l’operatore. Alcuni esempi sono:
- Cono d’ombra posteriore
- Riverberazione
- Code di cometa
POCUS durante la pandemia da SARS-CoV 2
Ciò che deve essere chiaro fin dal principio è che l’ecografia non è l’indagine per diagnosticare l’infezione da Sars-CoV-2 e non può sostituire la radiografia del torace e la TC ad alta risoluzione. Essa può essere utilizzata come conferma di un sospetto diagnostico basato sulla clinica e sull’anamnesi del paziente (se possibile).
Già i colleghi cinesi avevano intuito il potenziale dell’ecografia nello studio della polmonite da SARS CoV 2 poiché dalle immagini TC era evidente che questa si sviluppasse in senso centripeto e quindi risultava “facilmente” esplorabile attraverso questa metodica. In questo lavoro sono stati messi a confronto quadri TC con i segni ecografici:
Tornando all’esperienza italiana, durante i mesi che vanno da marzo a maggio l’ecografia è stata utilizzata largamente in tutte le tipologie di reparti Covid con diverse finalità: pronto soccorso, reparti di degenza a media e bassa intensità, reparti semintensivi e terapie intensive. Un modello proposto per differenziare velocemente potenziali pazienti Covid+ dagli altri è proprio l’utilizzo dell’ecografia in pre triage valutando le radiografie dei pazienti e la storia clinica, questo permette di evitare esposizioni a radiazioni ionizzanti e di occupare posti in TC che potrebbero essere utili ad altri pazienti. Durante i mesi della pandemia si è notato che l’ecografia ha un valore predittivo positivo per polmonite da SARS CoV 2 in particolar modo nei soggetti giovani poiché (solitamente) sono scevri da altre patologie croniche polmonari; nei pazienti anziani invece la valutazione risulta difficoltosa perché la polmonite da SARS CoV 2 può sovrapporsi a patologie di base del paziente. Nei reparti l’ecografia è stata utilizzata principalmente per la valutazione nel tempo della patologia, in particolar modo, nelle terapie intensive per valutare l’effettiva efficacia della ventilazione invasiva.
Il gruppo di studio di G. Soldati et al. già a fine marzo aveva proposto di standardizzare l’utilizzo dell’ecografia su pazienti con polmonite da SARS CoV 2 poiché è una tecnica semplice, ripetibile, con elevata sensibilità e poco costosa, con l’unico difetto di essere operatore dipendente.
Nello studio dei pazienti con polmonite da SARS CoV 2 sarebbe preferibile dotarsi di trasduttori wireless con sonda lineare e/o convex e tablet poiché essi possono essere rivestiti facilmente riducendo il rischio di contaminazione e facilitando le procedure di sterilizzazione. L’esame in questione andrebbe eseguito da due operatori, il primo esegue fisicamente l’esame mentre il secondo lo assiste migliorando la qualità video e bloccando i fotogrammi di interesse. Il gruppo ha individuato quattordici aree (3 posteriori, 2 laterali e 2 anteriori per ciascun emitorace) scansionate secondo un approccio intercostale e analizzate secondo lo schema seguente:
Come si deduce questa valutazione è possibile solo se il paziente riesce a mantenere la posizione seduta, in caso contrario, l’esame ecografico comincerà dalla posizione numero 7. Ad ogni posizione viene assegnato uno score che va da 0 a 3 a seconda dei reperti ecografici individuati:
- Score 0: la linea pleurica è continua e regolare. Linee A presenti dovute alla alta riflettività della normale superficie polmonare areata e caratterizzata dalle riflessioni multiple tra il trasduttore e la superficie polmonare stessa.
- Score 1: la linea pleurica è frammentata. Sono visibili alcune linee B dovute ad alterazioni locali delle proprietà acustiche del polmone come, ad esempio, l’occupazione del volume da parte di fluidi precedentemente occupato dall’aria.
- Score 2: la linea pleurica è interrotta. Al di sotto del punto di rottura si possono notare consolidazioni di varia grandezza associate ad aree di tessuto quasi completamente bianche (white lung). Sono ancora visibili aree di polmone areato.
- Score 3: le aree esaminate mostrano un tessuto polmonare denso e totalmente bianco (indice di assenza di area nel contesto del parenchima polmonare) con o senza consolidazioni.
Alla fine della procedura verranno annotati gli score di ciascuna area, prese le decisioni diagnostico terapeutiche e rivalutate in tempi successivi.
Alcuni gruppi di lavoro come quello di Vetrugno et al. per valutare la gravità della polmonite da SARS CoV 2 ha utilizzato il LUS (lung ultrasound score) comunemente utilizzato per l’ARDS. Questo score prevede la divisione dell’emitorace in sei punti a cui attribuire un punteggio da 0 a 3, dove un punteggio di 0 equivale ad un polmone sano ed un punteggio di 36 (18 punti per emitorace) equivale al sopracitato white lung.
Complicanze polmonite da SARS CoV 2
Lo studio ecografico permette di rilevare anche le varie tipologie di complicanze della polmonite da SARS CoV 2 come:
- Pneumotorace (dovuto a tosse prolungata, alla ventilazione non invasiva, alla CPAP o alla IOT) ecograficamente caratterizzato dalla mancanza dello sliding (scorrimento) della pleura e dalla presenza del lung point. In M mode è possibile osservare il caratteristico Bar Code sign che è patognomonico dello pneumotorace.
- Miocardite
- Ipocinesia del ventricolo destro in ARDS
- Etc…
Quale futuro?
Per la sua incredibile versatilità l’ecografia trova spazio non solo nella fase acuta della patologia ma anche nel suo follow up. Di fatto essa viene utilizzata per monitorare l’evoluzione della patologia polmonare in pazienti ormai dichiarati clinicamente (o totalmente) guariti e in attesa di dimissione. Zanforlin et al. hanno proposto di creare una unità mobile U.S. intraospedaliera attraverso tre fasi:
- Organizzativa
- Istruttiva
- Operativa
Questo permetterebbe di formare più personale possibile, di ridurre la pressione sulle figure sanitarie già impegnate in PS/ICU e di ridurre costi e rischi.
Dato l’incremento di casi, di cui la maggior parte asintomatici, l’introduzione dell’ecografia nella medicina del territorio potrebbe aiutare a seguire l’evoluzione della patologia polmonare discriminando tra casi che non richiedono l’ospedalizzazione e casi in cui invece è necessaria; ciò è già stato testato dall’università del Massachusetts su 3 pazienti in isolamento domiciliare con risultati incoraggianti.
Il ruolo dell’ecografia si andrà rafforzando sempre di più nel tempo permettendoci di avere una ulteriore arma contro un nemico sempre più sfuggente.
Andrea Genovese
Bibliografia e immagini
- http://www.technologicalminds.it/ingegneria/ecografia.html
- https://www.sigg.it/assets/congressi/64-congresso-nazionale-sigg/slide/11_Lelli.pdf
- Proposal for International Standardization of the Use of Lung Ultrasound for Patients With COVID-19 A Simple, Quantitative, Reproducible Method. doi:10.1002/jum.15285
- Our Italian experience using lung ultrasound for identification, grading and serial follow-up of severity of lung involvement for management of patients with COVID-19. DOI: 10.1111/echo.14664
- Point of care and intensive care lung ultrasound: A reference guide for practitioners during COVID-19. https://doi.org/10.1016/j.radi.2020.04.005
- COVID-19 outbreak: less stethoscope, more ultrasound. https://doi.org/10.1016/S2213-2600(20)30120-X
- Lung Ultrasound in COVID-19 A Role Beyond the Acute Phase? doi:10.1002/jum.15425
- Lung Ultrasound During the COVID-19 Pandemic: Building a Mobile Lung Ultrasound Unit. doi:10.1002/jum.15375
- Lung ultrasound monitoring in patients with COVID-19 on home isolation. https://doi.org/10.1016/j.ajem.2020.05.079
