ULTRASONIDO 10/11/2008

QUE ES EL ULTRASONIDO? El ultrasonido es un tipo de onda acústica con frecuencias superiores a 20 kHz (limite máximo perceptible por los humanos). Al igual que el sonido, necesita un medio para propagarse. La onda es lanzada en un medio, produciendo una alteración mecánica del medio. 20Hz 20 kHz Infrasonido Acustico Ultrasonido

QUE ES EL ULTRASONIDO? Si las ondas son sinusoidales, los parámetros acústicos de la onda (presión, velocidad, desplazamiento, temperatura, velocidad del sonido) varían como función del tiempo y el espacio. Estos parámetros nos permiten luego estudiar la onda producida.

USO DEL ULTRASONIDO EN IMAGENOLOGIA Se empezó a utilizar el ultrasonido para imágenes medicas en los años 1940’s. Se utiliza para visualizar músculos y órganos internos, su tamaño, estructura y posibles lesiones. Se utiliza para diagnostico y tratamiento. En diagnostico se utilizan frecuencias de 2-18 MHz. La frecuencia a utilizar se escoge de acuerdo a lo necesitado. Frecuencias mas bajas dan menor resolución, pero penetran mas en el cuerpo.

USO DEL ULTRASONIDO EN IMAGENOLOGIA Usando frecuencias altas, obtenemos longitudes de onda menores, y podemos determinar detalles pequeños. Usando frecuencias altas (3-5 MHz) podemos penetrar a tejidos mas profundos. En los equipos de ultrasonido se asume que la velocidad de la onda acústica dentro del cuerpo es constante y es 1540 m/s

VENTAJAS DEL ULTRASONIDO El ultrasonido es una forma de radiación no ionizante, considerada segura para el cuerpo humano Tiene un costo menor a muchos otros sistemas de imagenología Produce imágenes en tiempo real Tiene resoluciones en el orden de los milímetros Puede dar información del flujo sanguíneo (Doppler) Es portátil, por lo que puede llevarse hasta el paciente sin incomodarlo

ALGUNAS DESVENTAJAS DEL ULTRASONIDO Órganos que contienen gases o estructuras óseas no pueden verse correctamente Depende del operador Es difícil obtener imágenes buenas de pacientes obesos

ULTRASONIDO PARA DIAGNOSTICO Cardiología Gastroenterología Endocrinología Obstetricia Ginecología Urología Vascular Biopsias dirigidas

COMO OBTENEMOS IMAGENES CON UN ULTRASONIDO? Las ondas de sonido emitidas por el transductor viajan por el cuerpo hasta chocar con el límite entre tejidos (fluido y tejido blando, tejido blando y hueso) Parte de la onda es reflejada por el tejido de vuelta al transductor, y el resto de la onda sigue penetrando el cuerpo hasta chocar con otro límite y ser reflejada El transductor recibe la onda reflejada y la máquina la analiza La máquina calcula la distancia del transductor al tejido utilizando la velocidad del sonido en tejido (1540 m/s) y el tiempo que le tomo a la onda regresar La máquina expone en un monitor las distancias e intensidades de las ondas usando una escala de grises, formando una imagen en 2D

COMO OBTENEMOS IMAGENES CON UN ULTRASONIDO? Cada segundo el transductor envía y recibe millones de ondas. El transductor se mueve sobre la superficie del cuerpo y en diferentes ángulos para obtener varias vistas.

FORMACION DE LA IMAGEN Para generar una imagen a partir del sonido hay 3 pasos que seguir: Producir una onda de sonido Recibir los ecos de vuelta Interpretar estos ecos recibidos

PRODUCCION DE LA ONDA DE SONIDO La onda es producida en un transductor piezoeléctrico contenido dentro de una sonda En la sonda hay varios cristales de quarzo llamados cristales piezoeléctricos. Cuando se les aplica una corriente eléctrica cambian de forma rápidamente. Este cambio (o vibración) de los cristales produce una onda de sonido. De la misma manera, cuando ondas de sonido o presión chocan contra los cristales piezoeléctricos, ellos emiten una corriente eléctrica. Por lo tanto, los mismos cristales puede enviar y recibir ondas de sonido.

PRODUCCION DE LA ONDA DE SONIDO La máquina produce pulsos eléctricos que hacen que el transductor emita una onda de sonido con una frecuencia especifica. El sonido es enfocado de distintas maneras: Por la forma del transductor Con un lente al frente del transductor Por un juego de pulsos de control que emite la maquina Al enfocar obtenemos una onda de sonido en forma de arco.

PRODUCCION DE LA ONDA DE SONIDO La sonda se cubre con un hule para igualar las impedancias Se utiliza un gel a base de agua en la superficie de la piel Tanto el hule como el gel sirven para minimizar las diferencias de impedancia entre el transductor y el aire y el aire y la piel Si tenemos estas diferencias de impedancia, tenemos discontinuidades en la onda, por lo que esta reflejaría casi toda la energía de la onda antes de penetrar el cuerpo

TRANSDUCTORES Existen transductores de diferentes formas y tamaños. La forma del transductor determina el campo visual. La frecuencia de la onda emitida determina la profundidad de penetración de la onda y la resolución de la imagen. Los transductores pueden tener mas de un elemento piezoeléctrico. En estos transductores la onda puede ser dirigida alternado el tiempo en el que cada elemento emite una onda ultrasónica.

REFLEJO DE LA ONDA DE SONIDO La onda de sonido es reflejada en cualquier punto donde hay cambios de densidad en el cuerpo. Cuando una onda de ultrasonido penetra un tejido, la energía ultrasónica es absorbida por el tejido, convertida en calor, y desviada en varias direcciones.

RECEPCION DE LOS ECOS Cuando las ondas de sonido son reflejadas por los tejidos, son recibidas por el transductor de la misma manera que fueron enviadas, solo que siguiendo el proceso al revés. La onda recibida hace que el transductor vibre, el transductor convierte la vibración en pulsos eléctricos. Estos pulsos eléctricos son convertidos en una imagen digital.

FORMACION DE LA IMAGEN El equipo debe determinar 3 cosas de la onda recibida: Cuánto tiempo tomó para recibir de regreso desde que fue emitida Con este tiempo se deduce la distancias La intensidad del eco

FORMACION DE LA IMAGEN Una vez la máquina determino estos 3 parámetros puede determinar cual pixel del monitor iluminar y a qué intensidad, e incluso de que color (si la maquina analiza frecuencia)

EJEMPLO Consideremos una hoja de Excel en blanco El transductor es una línea sólida en la parte de arriba de la hoja Mandamos impulsos hacia abajo en las columnas Esperamos para oír algún eco devuelto Cuando lo oímos, calculamos cuánto tiempo le tomó regresar Entre mayor sea el tiempo, mayor será el renglón al que llegó La fuerza del eco nos determina la intensidad con la que pintaremos esa celda (blanco para un eco fuerte, negro para uno débil, y diferentes grises para el resto) Cuando todos los ecos se graban en la hoja, tenemos una imagen en tonos de grises

COMPONENTES DE UNA MAQUINA DE ULTRASONIDO

MODOS PARA VISUALIZAR LA IMAGEN MODO A: un único transductor escanea una línea del cuerpo y los ecos recibidos se grafican como función de la distancia de penetración (amplitud)

MODO B: varios transductores acomodados linealmente escanean un plano del cuerpo, que se observa como una imagen en 2 dimensiones

ULTRASONIDOS MODO B Generalmente tenemos un único pulso ultrasónico transmitiéndose en cada instante. El tiempo necesario para formar un marco de la imagen (tf) es: tf = 2D x N c Donde D es la distancia de penetración, N es el numero de líneas escaneadas de la imagen y c es la velocidad del sonido en el tejido (1540 m/s) F (frecuencia de la imagen) = 1/tf

MODO M: La M viene de movimiento MODO M: La M viene de movimiento. Se utiliza para analizar el movimiento de las estructuras anatómicas. Se realiza mediante una secuencia de escaneos modo B.

MODO DOPPLER: utiliza el efecto Doppler. EFECTO DOPPLER: fenómeno en el que el observador percibe un cambio en la frecuencia del sonido emitido por una fuente cuando esta fuente y/o el observador se están moviendo.

EFECTO DOPPLER Cuando la fuente y el observador se están moviendo a una velocidad determinada (v) que es mucho mas pequeña que la velocidad del sonido en el medio (c), y forman un ángulo (θ) relativo a la dirección de propagación del sonido, el cambio observado en la frecuencia es: fd = 2vcosθ f c f=frecuencia del sonido

EFECTO DOPPLER Este principio se utiliza para medir el flujo sanguíneo en los vasos sanguíneos. El ángulo Doppler, θ, es el ángulo entre la onda ultrasónica y la dirección de la velocidad de propagación. Los glóbulos rojos actúan primero como observadores y luego como fuentes al reflejar la onda de sonido al transductor, que también actúa como fuente primero y observador luego.

MODO DOPPLER Utilizando el efecto Doppler se puede determinar con un ultrasonido si las estructuras (generalmente sangre) se están acercando o alejando del transductor y su velocidad relativa. Determinando la variación en frecuencia (fd) de un volumen particular, su velocidad y dirección se pueden calcular y observar

MODO DOPPLER La información es visualizada de dos posibles maneras: Gráficamente usando el espectro Doppler Como una imagen utilizando el Doppler a color La variación de frecuencia del Doppler esta en el rango auricular, por lo que también podemos oírlo como un sonido pulsado.

ESPECTRO DOPPLER El eje vertical denota la frecuencia Doppler o velocidad El eje horizontal denota tiempo La escala de grises denota la intensidad de la señal Doppler a esa frecuencia o velocidad

DOPPLER A COLOR Estos sistemas son escáneres dobles que pueden mostrar información tomada del modo B y del Doppler La información del Doppler es mostrada a color Generalmente el color rojo representa flujo hacia el transductor y el color azul flujo alejándose del transductor La magnitud de la velocidad se denota con los tonos del color. Entre mas claro sea el color, mayor la velocidad.

DOPPLER A COLOR La señal que recibe el transductor se divide en tres: Una parte para reconstruir la imagen del ultrasonido modo B Una parte para calcular la información de flujo desde los datos del Doppler Otra parte para las mediciones normales del Doppler (para calcular frecuencia y variación)

DOPPLER A COLOR

ULTRASONIDOS EN 3 DIMENSIONES Se toman varias imágenes en 2 dimensiones moviendo el transductor en el área de interés Estas imágenes son combinadas en la computadora del equipo para formar una imagen en 3 dimensiones (tenemos varias imágenes de cortes/planos/rebanadas de la zona que se suman y promedian para obtener la imagen en 3D)

ULTRASONIDO PARA USOS TERAPEUTICOS Se utiliza el ultrasonido para introducir calor o agitación al cuerpo. Los niveles de energía que se utilizan son mucho mayores que en usos de diagnostico. También las frecuencias son diferentes.

USOS TERAPEUTICOS Para limpiezas dentales En terapia física y rehabilitación para introducir calor a tejidos Ultrasonido focalizado se utiliza para generar calor y destruir piedras en los riñones, quistes localizados Se utiliza para tratamiento de cataratas Ultrasonido de baja intensidad coopera par ala regeneración de hueso Ayuda a la coagulación en frecuencias de 5-12 MHz

RIESGOS Y EFECTOS BIOLOGICOS El ultrasonido es considerado un método de imagenología seguro Ciertos efectos biológicos pueden ocurrir si se utiliza una intensidad mayor al limite recomendado Existen dos tipos de posibles efectos: Efectos térmicos Efectos mecánicos

EFECTOS TERMICOS Son causados por un aumento excesivo en la temperatura cuando los tejidos absorben la energía ultrasónica Se debe controlar el índice térmico (IT), definido como la relación entre la potencia acústica producida por el transductor y la potencia necesaria para elevar la temperatura del tejido 1˚C El IT varia dependiendo del tipo de tejido El valor de IT debe ser mostrado en el monitor si supera 0.4

EFECTOS MECANICOS Son causados por alteraciones mecánicas producidas por el ultrasonido Se manifiestan como burbujas de aire microscópicas (cavidades) El índice mecánico (IM) se relaciona con la probabilidad de la formación de estas cavidades y es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de la frecuencia del ultrasonido Al aumentar la intensidad del ultrasonido, aumenta IM, por lo que tenemos mayor probabilidad de cavidades IM no debe superar 1.9