Fundamentos Físicos y Aplicaciones del Ultrasonido en Diagnóstico por Imagen

Fundamentos Físicos y Creación de Ultrasonidos

Naturaleza del Sonido

El sonido es una onda mecánica que se desplaza a velocidad constante (en el aire, aproximadamente a 350 m/s). La amplitud de onda se corresponde con el volumen o intensidad y se mide en decibelios (dB). Su longitud de onda determina su energía y su frecuencia, que son las oscilaciones por segundo medidas en Hercios (Hz).

• El umbral de audición humana se sitúa entre los 20 Hz y los 20.000 Hz.
• Por debajo de 20 Hz se denominan infrasonidos.
• Por encima de 20.000 Hz se denominan ultrasonidos.

Formación de Ultrasonidos

En la Naturaleza

Muchos animales emplean los ultrasonidos para la ecolocalización, tanto para la localización de presas como para determinar su posición espacial (ejemplos: murciélagos, ballenas, delfines).

Aplicaciones Creadas por el Ser Humano

A partir de medios mecánicos se pueden producir ultrasonidos para localización, como el SONAR o el RADAR. En medicina, su aplicación principal es la ecografía.

Efecto Piezoeléctrico

Es la propiedad de ciertos materiales para producir electricidad cuando se someten a presión y, a la inversa, vibran (generan presión) cuando reciben una corriente eléctrica. Este efecto se aprovecha para crear ultrasonidos de forma artificial con fines diagnósticos y terapéuticos.

Interacción de los Ultrasonidos con los Tejidos

Impedancia Acústica

La impedancia es la capacidad de la materia para oponerse al paso del sonido. Cuanta mayor impedancia, mayor es la cantidad de sonido reflejado (eco).

Interfases y Atenuación del Sonido

En un organismo, los tejidos blandos presentan distintas impedancias. Esto provoca la generación de interfases, que son los espacios entre tejidos visibles en la ecografía. La onda sonora se va atenuando a medida que atraviesa y se refleja en estos tejidos, produciendo diferentes ecos. La onda continúa hasta atenuarse completamente y desaparecer.

Factores de la Atenuación

La atenuación es la pérdida progresiva de amplitud e intensidad de una onda (sonido) al atravesar un medio. Depende de varios factores:

Tipo de Medio

• Los tejidos blandos atenúan menos la onda que el hueso.
• Las bolsas de aire y gases reflejan la onda completamente.

Frecuencia de la Onda

Es directamente proporcional: el sonido se atenúa más cuanto mayor sea su frecuencia.

Profundidad de Exploración

Es directamente proporcional: cuanto mayor sea la profundidad, mayor será la atenuación.

Transductores o Sondas

Un transductor es un equipo capaz de transformar un tipo de energía en otro. En el contexto de la ecografía, también reciben el nombre de sondas.

Estos equipos contienen una serie de cristales piezoeléctricos de naturaleza cerámica, principalmente derivados del cuarzo. La disposición de estos cristales determina la frecuencia del ultrasonido que pueden producir, así como la profundidad máxima de exploración.

Punto Focal y Campos de Trabajo

Todas las ondas tienen una profundidad óptima de exploración llamada punto focal.

• La región superior a este punto se denomina campo de trabajo proximal.
• La región inferior se denomina campo de trabajo distal.

Tipos de Sondas según Disposición de los Cristales

Sondas Lineales

Tienen los cristales formando una sola línea y ofrecen imágenes rectangulares. Alcanzan poca profundidad.

Sondas Sectoriales

Los cristales se colocan formando una matriz; sus imágenes son trapezoidales, mostrando buenas imágenes en el campo distal.

Sondas Convexas

Los cristales se disponen en varias filas curvas. Crean imágenes triangulares de calidad en ambos campos de trabajo.

Los tres tipos pueden presentarse en diferentes formas según el uso y la región a explorar (ejemplos: endocavitaria, transfontanelar, oculares).

Mesa de Control y Dispositivos de Salida

Controles del Sistema

La mesa de control presenta un panel con botones y reguladores para configurar la exploración:

• Encendido y apagado.
• Teclado.
• Ganancia: Fija la amplitud de onda del ultrasonido.
• Foco: Marca la posición del punto focal.
• Persistencia: Marca la profundidad de exploración junto con la frecuencia.
• Rango dinámico: Determina el contraste y la diferenciación entre estructuras.
• Otras funciones: Zoom, Frecuencia, Toma de medidas, Paso a modo Doppler, Congelar imagen.

Dispositivos de Salida

La imagen ecográfica se muestra en el monitor conectado al transductor y la consola de mandos. También puede proyectarse en pantallas secundarias. Las imágenes pueden imprimirse tanto en 2D como en 3D y almacenarse en dispositivos USB para que el paciente disponga de ellas.