Ultrasonido y ecografía: reflexión, refracción, transductores y efecto Doppler

Reflexión, refracción y diferencia entre ambas

Reflexión y refracción: En la reflexión, la onda se sigue propagando en el mismo medio, reorientando su dirección al encontrarse con una interfaz. En la refracción, la onda atraviesa la interfaz y pasa a propagarse en otro medio, cambiando su velocidad y dirección. En ambos fenómenos se produce un cambio en la dirección de propagación.

Polarización de una onda

Polarización: Se produce cuando la oscilación de la onda queda restringida a una dirección determinada del espacio al pasar por un polarizador. Esto es especialmente relevante para ondas transversales como las electromagnéticas; las ondas sonoras en fluidos son mayormente longitudinales y no se polarizan de la misma manera.

Sonido

Sonido: Es una vibración mecánica de un cuerpo que se propaga en forma de ondas a través de un medio elástico. Se origina a partir de variaciones de presión. El rango auditivo humano aproximado va desde los 20 Hz hasta los 20 000 Hz; por encima de ese rango hablamos de ultrasonidos, que se usan en ecografía.

Tono

Tono: Propiedad de los sonidos que permite ordenarlos de graves a agudos. Graves: frecuencias bajas. Agudos: frecuencias altas.

Efecto Doppler

Efecto Doppler: Es la variación de la frecuencia percibida por un receptor cuando la fuente emisora y/o el receptor se mueven uno respecto al otro. En ultrasonografía se utiliza para calcular la velocidad y la dirección del movimiento de fluidos corporales (por ejemplo, flujo sanguíneo) a partir del cambio de frecuencia de los ecos.

Ecografía

Ecografía: Técnica de localización y visualización de estructuras basada en la emisión y recepción de ultrasonidos. Ventajas:

• Permite definir estructuras del cuerpo humano.
• No emplea radiaciones ionizantes.
• No tiene efectos secundarios conocidos en los rangos de uso diagnóstico.
• La exploración es en tiempo real.
• Se pueden elegir varios planos de exploración.

Atenuación

Atenuación: Fenómeno que se produce al atravesar un medio cuando la onda acústica pierde energía y, por tanto, disminuye su intensidad. La atenuación aumenta con la distancia recorrida y con la frecuencia.

Factores que condicionan la velocidad de la onda

Factores principales:

• Densidad: En general, a mayor densidad del medio, la velocidad del sonido tiende a disminuir, aunque la velocidad depende de la relación entre elasticidad y densidad (v ≈ sqrt(elasticidad/densidad)). En el cuerpo humano la menor densidad corresponde al aire, seguida de tejidos grasos, tejidos blandos y hueso.
• Elasticidad: Capacidad del medio para recuperar su forma y tamaño tras aplicarle una fuerza. A mayor elasticidad (módulo elástico), mayor velocidad de propagación.
• Compresibilidad: Variación del volumen al aplicar presión; a mayor compresibilidad, menor velocidad.

Efecto piezoeléctrico: directo e inverso

Efecto piezoeléctrico directo: Cuando se aplica una presión mecánica sobre ciertos cristales (como el cuarzo), éstos generan una diferencia de potencial eléctrico.

Efecto piezoeléctrico inverso (o indirecto): Cuando se aplica una tensión eléctrica variable a un cristal piezoeléctrico, éste se deforma mecánicamente y genera vibraciones que producen ultrasonidos. Este principio es la base de los transductores de ultrasonido.

Transductor

Transductor: Aparato que convierte una forma de energía o señal en otra. En ecografía, el transductor convierte energía eléctrica en ondas ultrasónicas (emisión) y los ecos acústicos en señales eléctricas (recepción).

Tipos de imagen y sondas

Tipos de formación de imagen según la geometría del transductor:

• Sonda sectorial (o sector): Los ultrasonidos emergen desde un mismo punto formando un haz radial; permite obtener imágenes con buen campo profundo y es útil en espacios intercostales reducidos.
• Sonda lineal: Los elementos emisores están dispuestos en línea, formando una imagen rectangular; ofrece gran resolución superficial, ideal para estructuras superficiales.
• Sonda convexa (cónvex): Los elementos están dispuestos en una curva convexa; proporciona un buen compromiso entre campo superficial y profundidad de exploración.

También existe un tipo especial: las sondas transvaginales, diseñadas para exploraciones ginecológicas y pélvicas con alta resolución superficial.

Ventajas de las sondas

• Sectorial: buen campo profundo y permite exploración entre costillas; ideal cuando el acceso es limitado.
• Lineal: gran resolución con buen campo superficial; adecuada para musculoesquelético, tiroides, mama y partes blandas.
• Cónvex: buena resolución con un amplio campo superficial y capacidad de exploración profunda; útil en ecografía abdominal.

Aplicaciones de la sonda lineal

Usos: La sonda lineal se utiliza para exploraciones musculares, de órganos pequeños, de mama y de partes blandas, entre otras aplicaciones que requieren alta resolución superficial.

Concepto de impedancia acústica

Impedancia acústica: Es la resistencia que ofrece un medio al paso de una onda sonora. La impedancia es alta en sólidos y menor en líquidos, tejidos blandos y gases. Para mejorar la transmisión del ultrasonido entre la piel y el transductor se aplica gel, ya que una fina capa de aire entre ambos produciría una reflexión casi del 100% y evitaría la transmisión de la energía acústica.