seminario

SEMINARIO 1: Principios físicos del
ultrasonido
Dr. Felipe Osorio Espinoza, Dr. Juan Guillermo Rodriguez,
Dra. Daniela Cisternas, Dr. Leonardo Zuñiga
CERPO
Centro de Referencia Perinatal Oriente
Facultad de Medicina, Universidad de Chile
Objetivo
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Descripción de principios físicos del Ultrasonido
Introducción
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El ultrasonido ha sido utilizado desde su introducción con propósitos
industriales
En medicina se ha convertido una herramienta esencial capaz de
entregar imágenes de alta calidad, un medio terapéutico y una
potencial herramienta quirúrgica no invasiva
El mejor ejemplo de la importancia del ultrasonido es su rol en el
ultrasonido obstétrico
El ultrasonido ha convertido al feto en un paciente
Sonido
Es la sensación percibida en el órgano del oído por una onda
mecánica originada por la vibración de un cuerpo elástico y
propagado por un medio material
Ultrasonido
Una serie de ondas mecánicas, generalmente longitudinales, originadas
por la vibración de un cuerpo elástico (cristal piezoeléctrico) y
propagadas por un medio material (tejidos corporales) cuya frecuencia
supera la del sonido audible por el humano: 20.000 ciclos / segundo o 20
kilohercios (20 KHz)
Características del Ultrasonido
Frecuencia
Velocidad de
propagación
Interacción
con tejidos
Longitud de
onda
Impedancia
acústica
Ángulo de
incidencia
Atenuación
Frecuencia
de repetición
de pulsos
Características del Ultrasonido
Frecuencia
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Número de ciclos o de cambios de presión que ocurren en una unidad
de tiempo
Se cuantifica en ciclos por segundo o Hertz
u  Hertz = 1 ciclo/segundo
Determinada por la fuente emisora del sonido y por el medio a través
del cual está viajando
Las frecuencias que se utilizan en medicina para fines de diagnóstico
clínico están comprendidas entre 2-30 MHz
Obstetricia y Ginecología à 2-9 MHz
Trans-vaginal à 3,8.7,5 MHz
Trans-abdominal à 3,5 MHz
Velocidad de propagación
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Varía dependiendo del tipo y características del material
por el que atraviese
Determinado por Densidad y Compresibilidad
Producto entre la frecuencia y la longitud de onda (λ)
v=fxλ
Interacción con los tejidos
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Cuando la energía acústica interactúa con los tejidos corporales, las
moléculas tisulares son estimuladas y la energía se transmite de una
molécula a otra adyacente en la misma dirección
Estas ondas sonoras corresponden básicamente a la rarefacción y
compresión periódica del medio en el cual se desplazan
Longitud de onda
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Distancia longitudinal que recorre 1 onda en 1 ciclo
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De una compresión a la siguiente (centímetros)
λ =v/f
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Cuando una onda de US atraviesa un tejido suceden una serie de
hechos; entre ellos, la reflexión o rebote de los haces ultrasónicos
hacia el transductor, que es llamado «eco»
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Una reflexión ocurre en el límite o interfase entre dos materiales y
provee evidencia de que un material es diferente a otro, esta
propiedad es conocida como: «impedancia acústica» (Z)
El contacto de dos materiales con diferente impedancia acústica da
lugar a una interfase entre ellos
Z=vxd
Impedancia acústica
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Cuando dos materiales tienen la misma impedancia à No se
producen ecos
Si la diferencia en la impedancia acústica es:
Pequeña à se producirá un eco débil
Amplia à se producirá un eco fuerte
Muy grande à se reflejará todo el haz de ultrasonido
Escala de grises:
Anecoicos
Hipoecoicos
Hiperecoicos
Ángulo de incidencia o isonación
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La intensidad con la que un haz de ultrasonido se refleja dependerá
también del ángulo de incidencia o insonación
La reflexión es máxima cuando la onda sonora incide de forma
perpendicular a la interfase entre dos tejidos
Si el haz ultrasónico se aleja sólo unos cuantos grados de la
perpendicular, el sonido reflejado no regresará al centro de la fuente
emisora y será tan sólo detectado parcialmente, o bien, no será
detectado por la fuente receptora
Atenuación
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Mientras las ondas ultrasónicas se propagan a través de las diferentes
interfases tisulares, la energía ultrasónica pierde potencia y su
intensidad disminuye progresivamente a medida que inciden
estructuras más profundas
Absorción à transformación de la energía mecánica en calor
Dispersión à desviación de la dirección de propagación de la energía
Líquidos à no atenuadores
Hueso à atenuador mediante absorción y dispersión de la energía
Aire à absorbe de forma potente y dispersa la energía en todas las direcciones
Frecuencia de repetición de pulsos
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Corresponde a la frecuencia con la que el generador produce pulsos
eléctricos en un segundo
Mejor conocida por sus siglas en inglés «PRF»
PRF à determina el intervalo de tiempo entre las dos fases: emisión
y recepción de los ultrasonidos
El PRF depende entonces de la profundidad de la imagen y suele
variar entre 1,000 - 10,000 KHz
Cada uno de los pulsos recibidos y digitalizados pasan a la memoria
gráfica, se ordenan, se procesan y son presentados en forma de
puntos brillantes en el monitor; en éste se emiten secuencias de al
menos 20 barridos tomográficos por segundo para ser visualizados en
tiempo real
Transductores
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Dispositivo capaz de transformar o convertir un determinado tipo de
energía de entrada en otra de diferente a la salida
La energía ultrasónica se genera en el transductor que contiene a los
cristales piezoeléctricos
Éstos poseen la capacidad de transformar la energía eléctrica en
sonido y viceversa, de tal manera que el transductor actúa como
emisor y receptor de ultrasonidos
Existen varios tipos de transductores que difieren tan sólo en la
manera en que están dispuestos sus componentes
Creación de la imagen
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Imágenes ecográficas à están formadas por una matriz de elementos
fotográficos.
Las imágenes en escala de grises están generadas por la
visualización de los ecos, regresando al transductor como elementos
fotográficos (pixeles)
Su brillo dependerá de la intensidad del eco que es captado por el
transductor en su viaje de retorno
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El circuito receptor puede determinar la amplitud de la onda sonora de
retorno y el tiempo de transmisión total, ya que rastrea tanto cuando
se transmite como cuando retorna.
Conociendo el tiempo del recorrido se puede calcular la profundidad
del tejido refractante usando la constante de 1,540 metros/segundo
como velocidad del sonido
La amplitud de la onda sonora de retorno determina la gama o
tonalidad de gris que deberá asignarse
Modalidades e Ecografía
Modo A (Amplitud)
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Se empleó inicialmente para distinguir entre estructuras quísticas y
sólidas
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Permite medir distancias
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Hoy en día es excepcionalmente empleado
Modo M (Movimiento)
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Se emplea para las estructuras en movimiento como el corazón; se
realiza una representación gráfica de la señal
La amplitud es el eje vertical
El tiempo y la profundidad son el eje horizontal
Modo B (Brillo)
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Representación pictórica de la suma de los ecos en diferentes
direcciones (axial, lateral), favoreciendo que el equipo reconozca la
posición espacial y la dirección del haz
Ésta es la modalidad empleada en todos los equipos de ecografía en
tiempo real y se trata de una imagen bidimensional estática
Modo B dinámico à se obtiene en varias imágenes por segundo
(aproximadamente 28 imágenes/seg). Es el modo ultrasonográfico
más utilizado en medicina
Doppler
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El principio básico de la ecografía Doppler radica en la observación de
cómo la frecuencia de un haz ultrasónico se altera cuando en su paso
se encuentra con un objeto en movimiento
En la práctica clínica, el doppler se utiliza para evaluar el flujo
sanguíneo por medio de la medición del movimiento de los glóbulos
rojos. Éstos actúan como pequeños reflectores que devuelven el
sonido a modo de un eco
Continuo
Espectral
Pulsado
Coloro
Doppler
Poder (“Power
Doppler”)
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Doppler continuo (CW): El transductor emite y recibe la señal al
mismo tiempo, adquiriendo todos los flujos y movimeintos a lo largo
del haz, sin determinar la posición o profuundidad del vaso. La ventaja
es que no tiene límite de velocidad para su medición, es decir, permite
evaluar velocidades muy alta, como ocurre en las cavidades cardiacas
Doppler pulsado: Se envían pulsos de onda de ultrasonido que
interrogan el vaso, esperando que la información regrese antes de
enviar el próximo pulso. Esto permite la discriminación espacial,
interrogrando en forma preciso el vaso a estudiar
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Doppler espectral
Doppler color
Doppler poder (Power doppler)
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Doppler espectral: Consiste en una curva de velocidad vs tiempo,
que representa la variación de la velocidad de flujo de los glóbulos
rojos a lo largo del ciclo cardiaca. El tiempo es representado en ele
eje horizontal y la velocidad en el vertical
La dirección del flujo se muesra por el signo de la velocidad. Los
valores positivos se acercan al transductor y los negativos se alejan
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Doppler color: Codifica la velocidad media del flujo sanguíneo en
colores, de acuerdo a una determiana escala, superponiéndola a la
imagen modo B (bidimensional en blanco y negro). La zona de
muestreo está determinada por el ROI (caja de color)
El color muestra la dirección del flujo. El del margen superior de la
columna siempre representa el flujo hacia el transductor y el contrario
el flujo que se aleja del transductor. mientras mayor sea la velocidad,
el color es mas brillante
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“Doppler power”: Representa la potencia o intensidad del espectro
del flujo, no la velocidad como los otros modos. Este parámetro se
obtiene de la misma curva espectral
Cuanto mayor sea el número de glóbulos rojo moviéndose, mayor va
a ser la información. La ventajas son que tiene una sensibilidad entre
3 y 5 veces el doppler color, no presenta liasing y es independiente
del ángulo de incidencia
Conclusiones
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Los principios físicos y las técnicas de manejo son esenciales para
comprender la naturaleza de los ultrasonidos y sus aplicaciones
clínicas y para adquirir imágenes diagnósticas de alta calidad
Una comprensión de las bases físicas que gobiernan el ultrasonido es
muy conveniente para que el médico pueda obtener excelentes
resultados de esta técnica no invasiva de imagen
Bibliografía
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Carlos Pineda Villaseñor, Mónica Macías Palacios, Araceli Bernal González.
Principios físicos básicos del ultrasonido. Instituto Nacional de Rehabilitación.
Vol. 1, Núm. 1 Mayo-Agosto 2012 pp 25-34
Gonzalo García de Casasola, Juan Torres Macho. Manual de Ecografía
Clínica. Servicio de Medicina Interna Hospital Infanta Cristina. Madrid
Carlos Pineda V., Araceli Bernal G., Rolando Espinosa M., Cristina Hernández
D., Norma Marín A., Angélica H. Peña A., Pedro J. Rodríguez H., Carla
Solano A. Principios Físicos Básicos del Ultrasonido. Rev. chil. reumatol.
2009; 25(2):60-66
Ultrasound in Obstetrics and Gynecology. Peter W. Callen. Elsevier, España
2009
Dr. Daniel Cafici. Doppler en Obstetricia. Revista Chilena de Ultrasonografía.
Volumen 12, Nº1, 2009
Dra. Paola Paolinelli G. Physical principles and clinical indications for doppler
ultrasound. Rev. Médica Clíica las Condes 2013; 24(1) 139-148
SEMINARIO 1: Principios físicos del
ultrasonido
Dr. Felipe Osorio Espinoza, Dr. Juan Guillermo Rodriguez,
Dra. Daniela Cisternas, Dr. Leonardo Zuñiga
CERPO
Centro de Referencia Perinatal Oriente
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