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).
20Hz
Infrasonido
20 kHz
Acustico
Ultrasonido
• Al igual que el sonido, necesita un medio para
propagarse.
• La onda es lanzada en un medio, produciendo
una alteración mecánica del medio.
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
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•
•
•
•
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:
1. Producir una onda de sonido
2. Recibir los ecos de vuelta
3. 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:
1. Cuánto tiempo tomó para recibir de regreso
desde que fue emitida
2. Con este tiempo se deduce la distancias
3. 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. 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:
1. Una parte para reconstruir la imagen del
ultrasonido modo B
2. Una parte para calcular la información de
flujo desde los datos del Doppler
3. 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
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