Fundamentos Físicos y Aplicaciones Clínicas de la Ecografía

Ondas mecánicas y sus características

Las ondas mecánicas se originan por una perturbación en un medio elástico, donde las moléculas oscilan y propagan energía sin transportar materia. El sonido y el ultrasonido son ejemplos de ondas mecánicas que requieren un medio físico (sólido, líquido o gas) para desplazarse.

• Frecuencia: Es el número de vibraciones por segundo y se mide en hercios (Hz). Define al ultrasonido y determina su absorción; a mayor frecuencia, la absorción es más rápida y la penetración en el tejido es menor.
• Intensidad (Amplitud): Es la cantidad de energía o potencia que transporta la onda por unidad de superficie, medida en decibelios (dB). Al atravesar tejidos, la onda pierde intensidad debido a la interacción con las estructuras, fenómeno conocido como atenuación.
• Longitud de onda: Es la distancia entre dos crestas consecutivas de la onda. Determina la resolución de la imagen; para detectar estructuras pequeñas se requieren longitudes de onda menores a la mitad del tamaño de dicha estructura.

Transductor y efecto piezoeléctrico

El transductor es la pieza clave del ecógrafo que transforma una forma de energía en otra. Contiene diversos cristales piezoeléctricos (como el cuarzo) conectados electrónicamente, capaces de generar energía eléctrica al ser sometidos a tensiones mecánicas y viceversa.

• Efecto piezoeléctrico indirecto: Ocurre durante la fase de emisión, cuando los cristales reciben corriente eléctrica de la red y vibran, convirtiéndola en pulsos sonoros.
• Efecto piezoeléctrico directo: Sucede en la fase de recepción, cuando los ecos que regresan del tejido deforman mecánicamente los cristales, transformando esa energía sonora en impulsos eléctricos.

Tipos de sondas (transductores)

Existen tres tipos principales de sondas según el formato de imagen y la profundidad de estudio:

• Lineales: Producen imágenes rectangulares y trabajan a altas frecuencias (7,5 a 13 MHz). Son ideales para exploraciones poco profundas como músculos, tendones, tiroides y mama.
• Cónvex: Tienen una forma curva que ofrece un campo de visión amplio en abanico. Trabajan a frecuencias bajas (3,5 a 5 MHz) para explorar estructuras profundas en el abdomen o en obstetricia.
• Sectoriales: Generan una imagen triangular con un haz radial que parte de un solo punto. Se utilizan principalmente para estudios cardíacos y abdominales con abordaje intercostal, permitiendo ver estructuras profundas a través de ventanas pequeñas.

Señal eléctrica y rangos sonoros

La señal eléctrica en ecografía es el impulso generado por los cristales del transductor al recibir los ecos del cuerpo; esta señal es posteriormente amplificada y procesada por la unidad de control para formar la imagen en el monitor.

En cuanto a los rangos sonoros, se clasifican según su frecuencia:

• Infrasonidos: Frecuencias inferiores a las audibles por el ser humano.
• Sonido audible: Rango que va desde los 20 Hz hasta los 20 kHz.
• Ultrasonidos: Frecuencias por encima de los 20 kHz. En el ámbito médico diagnóstico, se utilizan habitualmente entre 1 y 14 MHz.

Propagación del ultrasonido en el tejido

La propagación de la onda no es uniforme y cambia según el tejido que atraviesa.

• Medio homogéneo: La onda se propaga y atenúa basándose únicamente en las características fijas de ese medio único.
• Medio no homogéneo: Como el cuerpo humano, está organizado en planos de tejidos con distintas propiedades acústicas. La obtención de imágenes depende de la existencia de interfases (líneas de separación entre tejidos) que generen reflexión o ecos.
• Factores que determinan la propagación: Incluyen la velocidad, la impedancia acústica, la reflexión, la refracción (cambio de dirección por cambio de velocidad), la absorción y la atenuación.

Impedancia acústica (Z)

Es la resistencia que opone un medio al paso de los ultrasonidos. Se calcula multiplicando la densidad del medio por la velocidad del sonido en el mismo (D x V). La intensidad del eco resultante es mayor cuanto más grande sea la diferencia de impedancia entre dos tejidos contiguos. En el cuerpo, el hueso tiene la mayor impedancia, seguido del músculo, el agua y el aire.

Escala de grises (Ecogenicidad)

La intensidad con la que una estructura refleja el sonido se traduce en diferentes niveles de gris en pantalla:

• Anecoicos: No generan ecos y aparecen en color negro; es típico de estructuras con líquido como la vejiga o vasos sanguíneos.
• Hipoecoicos: Presentan un nivel de eco bajo y se ven gris oscuro (ej. tumores sólidos o glándulas).
• Hiperecoicos: Reflejan el sonido con gran intensidad y aparecen blancos (ej. hueso o calcificaciones).
• Isoecoicos: Tienen la misma ecogenicidad que el tejido circundante, lo que dificulta su distinción.

Equipos y aplicaciones diagnósticas

La mayoría de la información se obtiene con equipos 2D en modo brillo (B) en tiempo real. También existen equipos 3D para mejor percepción espacial y 4D (secuencia 3D en movimiento), muy usados en obstetricia.

Las aplicaciones principales incluyen:

• Abdominal y Renal: Órganos internos, vejiga y próstata.
• Vascular: Morfología de vasos y velocidades de flujo mediante efecto Doppler.
• Muscular: Tendones, músculos y ligamentos.
• Obstétrica y Ginecológica: Seguimiento del embarazo y estudio del útero y ovarios.
• Intervencionista: Guía para biopsias, punciones y drenajes.

Usos terapéuticos y diagnósticos

La ecografía es una técnica inocua, económica y bien tolerada por el paciente.

• Uso terapéutico: Se basa en los efectos térmicos (aumento de temperatura por absorción) y mecánicos (compresión/descompresión) de las ondas. Se emplea en fisioterapia para lograr efectos analgésicos y antiinflamatorios, o en la sonoforesis para facilitar la absorción de fármacos.
• Aplicaciones diagnósticas: Abarca múltiples áreas como la vascular (morfología de vasos y flujos), abdominal (hígado, páncreas), muscular (tendones y ligamentos) y obstétrica. También destaca la ecografía intervencionista para guiar biopsias o realizar la amniocentesis.

Modos de operación

Existen diferentes formas de representar la información recibida por el transductor:

• Modo A (Amplitud): Representa la distancia de los objetos según el haz; actualmente su uso es muy limitado (oftalmología y neurología).
• Modo B (Brillo): Es la base de la ecografía actual; permite el estudio morfológico en tiempo real al registrar numerosas imágenes estáticas.
• Modo M (Movimiento): Muestra los movimientos de una estructura a lo largo del tiempo, esencial en ecocardiografías.
• Modo Doppler: Se utiliza para localizar y medir el movimiento y la velocidad de la sangre en los vasos.

Características y resolución de la imagen

La interpretación depende de entender cómo interactúa el haz con los tejidos:

• Ecogenicidad: Define el nivel de gris en pantalla. Las estructuras anecoicas (líquidos) se ven negras, mientras que las hiperecoicas (hueso, calcio) se ven blancas.
• Anisotropía: Es la propiedad de ciertos tejidos, como los tendones, de cambiar su ecogenicidad según el ángulo de incidencia del haz.
• Resolución: La capacidad de distinguir ecos cercanos se divide en axial (en la dirección del haz), lateral (perpendicular al haz), temporal (movimiento) y de contraste (rango de grises).
• Herramientas avanzadas: Incluyen la imagen armónica (recoge ecos del doble de la frecuencia emitida para limpiar la imagen), la elastografía (mide la elasticidad del tejido) y el uso de ecopotenciadores (microburbujas de contraste).

Ecografía 2D, 3D y 4D

• 2D: Es la imagen estándar de trabajo en modo brillo y tiempo real.
• 3D: Mejora la percepción espacial de las estructuras.
• 4D: Consiste en una secuencia de imágenes 3D en movimiento, muy utilizada en obstetricia para fines no siempre diagnósticos.

Artefactos en ecografía

Son imágenes que no corresponden a estructuras anatómicas reales, pero que pueden ayudar al diagnóstico.

• Comunes: Reverberación (líneas paralelas por rebote de ecos), cola de cometa (reverberación corta por metal o vidrio), sombra acústica (zona negra tras estructuras calcificadas) y refuerzo posterior (brillo tras estructuras líquidas).
• Doppler: Destaca el Aliasing (inversión de color errónea cuando la velocidad de la sangre supera el límite del equipo) y el Blooming (el color se "sale" del vaso debido a una ganancia excesiva).

Uso eficiente de recursos

Para garantizar la calidad diagnóstica, el operador debe estandarizar las exploraciones, ajustar correctamente la frecuencia del transductor, usar una cantidad adecuada de gel y optimizar parámetros como la ganancia y el foco.