Física ultrasonido

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  1. 1. Principios fsicos bsicos de ultrasonido Dr. David Monterrosas Ustaran R1RX
  2. 2. Introduccin Tcnica de imagen basada en la emisin y recepcin de ondas sonoras, cuya frecuencia est por encima de la capacidad del odo humano para percibirlas.
  3. 3. Definiciones Sonido: Sensacin percibida por el odo producida por la vibracin que se propaga en un medio elstico en forma de ondas.
  4. 4. Definiciones Ultrasonido: Serie de ondas mecnicas generalmente longitudinales, originadas por la vibracin de un cuerpo elstico (cristal piezo - elctrico) y propagadas por un medio material (tejidos corporales), cuya frecuencia supera a la del sonido audible por el humano: 20,000 ciclos/segundo o 20 kilohercios (20 KHz).
  5. 5. Frecuencia Nmero de ciclos o de cambios de presin que ocurren en un segundo. Se cuantica en ciclos por segundo o hercios. Determinada por la fuente emisora del sonido y por el medio a travs del cual est viajando. Frecuencias para nes de diagnstico clnico estn comprendidas en el rango de 2-30 MHz. Las frecuencias altas se usan para estructuras superciales.
  6. 6. Velocidad de propagacin Velocidad en la que el sonido viaja a travs de un tejido. Se considera en promedio de 1,540 m/s para los tejidos blandos. Los factores que determinan la velocidad del sonido a travs de una sustancia son la densidad (cantidad de molculas) y la compresibilidad (distancia de las molculas). La velocidad es inversamente proporcional a la compresibilidad.
  7. 7. Velocidad de propagacin La energa acstica se mueve a travs de los tejidos mediante ondas longitudinales.
  8. 8. La distancia de una compresin a la siguiente (distancia entre picos de la onda sinusal) constituye la longitud de onda, la cual se obtiene al dividir la velocidad de propagacin entre la frecuencia. El nmero de veces que se comprime una molcula es la frecuencia (f) y se expresa en ciclos por segundo o hercios.
  9. 9. Definiciones Eco: La reexin o rebote de los haces ultrasnicos hacia el transductor. Una reexin ocurre en el lmite o interfase entre dos materiales y provee la evidencia de que un material es diferente a otro. Esta propiedad es conocida como impedancia acstica (Z = VD) y es el producto de la densidad y velocidad de propagacin. A menor diferencia en la impedancia acstica menor es el eco.
  10. 10. Definiciones Cuando se emplea la escala de grises, las reexiones ms intensas o ecos reejados se observan en tono blanco (hiperecoicos) y las ms dbiles en diversos tonos de gris (hipoecoicos) y cuando no hay reexiones en negro (anecoico).
  11. 11. ngulo de incidencia La intensidad con la que un haz de ultrasonido se reeja depender tambin del ngulo de incidencia o insonacin (de manera similar a como lo hace la luz en un espejo). La reexin es mxima cuando la onda sonora incide de forma perpendicular a la interfase entre dos tejidos.
  12. 12. Atenuacin Mientras las ondas ultrasnicas se propagan a travs de las diferentes interfases tisulares, la energa ultrasnica pierde potencia y su intensidad disminuye progresivamente. La absorcin involucra la transformacin de la energa mecnica en calor. La dispersin consiste en la desviacin de la direccin de propagacin de la energa.
  13. 13. Atenuacin Los lquidos son considerados como no atenuadores; el hueso es un importante atenuador mediante absorcin y dispersin de la energa, mientras que el aire absorbe de forma potente y dispersa la energa en todas las direcciones.
  14. 14. Frecuencia de repeticin de pulsos La energa elctrica que llega al transductor estimula los cristales piezoelctricos all contenidos y stos emiten pulsos de ultrasonidos, de tal forma que el transductor no emite ultrasonidos de forma continua sino que genera grupos o ciclos de ultrasonidos a manera de pulsos. Lo que el transductor hace es alternar dos fases: emisin de ultrasonidos y recepcin de ecos.
  15. 15. Frecuencia de repeticin de pulsos La frecuencia con la que el generador produce pulsos elctricos en un segundo se llama frecuencia de repeticin de pulsos y es igual al nmero de veces que los cristales del transductor son estimulados por segundo. El PRF depende entonces de la profundidad de la imagen y suele variar entre 1,000 y 10,000 KHz.
  16. 16. Resolucin Es la habilidad de distinguir las diferentes partculas que reejan el ultrasonido. Depende de dos caractersticas inherentes a la agudeza visual: el detalle y el contraste.
  17. 17. Resolucin Resolucin lineal determina qu tan lejanos se ven dos cuerpos reejados y debe ser tal que se puedan discriminar como puntos separados. Resolucin de contraste determina la diferencia de amplitud que deben tener dos ecos antes de ser asignados a diferentes niveles de gris.
  18. 18. Escala de grises Las estructuras corporales estn formadas por distintos tejidos, lo que da lugar a mltiples interfases que originan, en imagen digital, la escala de grises. El elemento orgnico que mejor transmite los ultrasonidos es el agua, por lo que sta produce una imagen ultrasonogrca anecoica (negra). Los tejidos muy celulares son hipoecoicos, dado su alto contenido de agua, mientras que los tejidos brosos son hiperecoicos, debido al mayor nmero de interfases presentes en ellos.
  19. 19. Traductores Un transductor es un dispositivo capaz de transformar o convertir un determinado tipo de energa de entrada en otra de diferente a la salida. La circonita de plomo con titanio es una cermica usada frecuentemente como cristal piezoelctrico. Sectoriales tienen una ventana pequea con ngulo ancho de escaneo (costillas). Convexos tienen un amplio campo a distancia, con un tamao de ventana adecuado. Lineales se caracterizan por tener un amplio plano de contacto (pp).
  20. 20. Creacin de la imagen Transmisor > Pulso elctrico a cristal piezoelctrico > Vibracin > Propagacin > Reexin > Vibracin del cristal > Transformacin a corriente > Amplicacin y procesamiento > Imgenes.
  21. 21. Creacin de la imagen La amplitud de la onda sonora de retorno determina la gama o tonalidad de gris que deber asignarse. Los ecos muy dbiles dan una sombra cercana al negro dentro de la escala de grises, mientras que los ecos potentes dan una sombra cercana al blanco.
  22. 22. Modalidades de ecogrfia Tres modos bsicos: A: Amplitud. En desuso. M: Movimiento. Amplitud es eje vertical. El tiempo y la profundidad son el eje horizontal. B: Representacin pictrica. Las estructuras con mayor reejo son mas brillantes.
  23. 23. Doppler El principio bsico radica en la observacin de cmo la frecuencia de un haz ultrasnico se altera cuando a su paso se encuentra con un objeto en movimiento (eritrocitos o ujo sanguneo). La frecuencia aumenta cuando el emisor y reector se acercan, y disminuye cuando stos se alejan.
  24. 24. Doppler La informacin obtenida mediante la tcnica de Doppler puede presentarse de dos formas diferentes: Doppler color se muestran las estructuras en movimiento en una gama de color. Se representan tanto la velocidad como la direccin del ujo sanguneo. Tradicionalmente el ujo que se acerca a la sonda se colorea en rojo (arterial) y el que se aleja en azul (venoso). La intensidad del color traduce el grado de cambio de frecuencia y la magnitud de la velocidad del ujo. El Doppler de poder, muestra tan slo la magnitud del ujo y es mucho ms sensible a los ujos lentos. El Doppler de poder es ms sensible para detectar los ecos en zonas de baja perfusin.
  25. 25. Doppler Otros: Doppler pulsado: un elemento transductor que emite y recibe sonido. Esto permite calcular la profundidad, que viene dada por el tiempo que tarda el eco en volver. El Doppler Duplex consiste en una combinacin de imgenes en tiempo real con la velocidad y correccin de ngulos del sistema Doppler.
  26. 26. Orientacin de las imgenes Las estructuras ubicadas supercialmente en proximidad al transductor se muestran en la parte superior de la pantalla y las estructuras ms profundas se presentarn en el fondo. Cuando se examina una estructura en sentido longitudinal el segmento corporal proximal o ceflico se presenta a la izquierda de la pantalla y el segmento distal o caudal a la derecha de la pantalla. En la exploracin ecogrca en sentido transversal, la localizacin izquierda y derecha de la pantalla debe corresponder a la situacin anatmica.
  27. 27. Bibliografa Christopher R. B. Merritt. Fsica de los ultrasonidos". En: Carol M. Rumack. Diagnstico por ecografa. 3 edicin. Pag. 3 34. Carlos Pineda Villaseor. Principios bsicos del ultrasonido". Investigacin en discapacidad, volumen 1, nmero 1 (2012), pag. 25 - 34.