Els Ultrasons en Medicina: Propagació, Absorció i Aplicacions

Ones mecàniques

El so i l’ultrasò són ones mecàniques que necessiten un medi material i són longitudinals; és a dir, es propaguen en la mateixa direcció que vibren.

Variables que defineixen l’ona

Longitud d’ona: distancia entre dos màxim i dos mínims (lambda). Període: temps transcorregut perquè es manifestin dos màxims o mínims determinat en un punt (t). Freqüència: nombre d’ones en un segon. Amplitud: màxim o mínim valor que agafa l’ona (A). Velocitat de transmissió (v) de pressió: les substàncies més fàcilment comprimibles com els gasos provoquen que la velocitat de transmissió sigui menor. Els equips d’ecografia es calibren amb una velocitat d’ona mitjana de 1540m/s. Longitud d’ona i freqüència de ona de pressió (so i ultraso) es relacionen amb la velocitat de transmissió. El so audible és de 20Hz a 20Khz i ultrasons >20Khz. Per detectar una estructura és precisa que la longitud d’ona sigui aproximadament la meitat de la grandària de l’objecte per quan es produeixi la reflexió.

Rangs sonors

La intensitat de l’ona sonora i ultraso és igual a l’energia portada per l’ona i dividida entre superfície i temps. Al igual que amb el moviment harmònic simple, la intensitat depèn de la freqüència i amplitud al quadrat; I o P = constant per f al quadrat per A al quadrat.

So

La intensitat mínima audible depèn de la freqüència lumbral, és menor per la freqüència de 2 a 4Khz i correspon amb una diferencia de precisió d’uns micropascals que és igual a 2·10-5N/m2. Per poder controlar el rang de sonoritats, s’estableix una escala logarítmica, ja que els valors audibles varien en un interval ampli. Les unitats de la intensitat de la escala logarítmica (Db) i definim un decibel = 10·log I/10-12. Les corbes de Fletcher-Mauson o isofòniques, estableixen la relació entre intensitat i freqüència dels dB.

Absorció amb la distància

És l’absorció del so en un medi I=I0 ·e-K·X. Quan el K (coeficient d’absorció) depèn de la freqüència de la vibració que produeix el so, de manera que a major freqüència de ultraso, major coeficient d’absorció +k + f corbes amb pendent més negativa.

Ara bé, si un material absorbeix més no arriben a alta profunditat. La freqüència determina la profunditat. Més freqüència longitud d’ona més petita, per tant, més distancia disminuirà la intensitat a una quarta part.

Impedància acústica

En la interfase z= densitat · velocitat ona més Z més resistència al pas del so. La reflexió és el retorn de part de l’ona després d’haver interactuat amb el teixit, és la clau per generar la imatge en ultrasons. La reflexió s’intensifica en la interfase de dos teixits. La quantitat de reflexió (reflactància) o intensitat eco és proporcional a la diferencia d’impedància de els dues fases. Exemples: interfase en teixit tou i aire una reflexió de un 99%, genera molta senyal, el gel conductor també fa que disminueixi la reflexió + diferencia longitud ona + impedància a major eco més senyal ecogràfica 8+blanc) i menys profunditat.

Propagació d’ultrasons en medis homogenis i heterogenis: reflexió

Eco; és valora el temps de retorn que serà proporcional a la profunditat de l’objecte i valorant la intensitat de retorn. És correlaciona amb el tipus de teixit, de manera que una interfase (estructura) que genera poc eco s’anomena hipoecogènica-hipoecoïc i és correspont al negre (aire) però també gris foscos; una interfase que genera molt eco és hiperecogènica-hiperecoïca i correspont al blanc(os), una interfase que fa que quan dos teixits tenen igual impedància o molt semblant a la quantitat eco és isoecoïca i és correspont al gris uniforme (testicles i per últim interfase que no hi ha eco: anecoica (negre: bufeta/orina. Si z1=z2 no hi ha eco diferent.

Absorció

Atenuació en travessar un medi.

Refracció

Desviament de l’ona en canviar de teixit i difracció (producció de noves ones en les vores del teixit). Els artefactes apareixen en refracció i difracció.

Interferència

Formació de noves ones quan en un punt qualsevol i al mateix instant arriben diverses ones. El transductor emet un instant d’ultrasons i després es posa a escoltar pulsos d’ultrasons.

Transductor

Els cristals vibren per la electricitat. Necessiten cables, aïllant acústic, connectat a un lloc que es vegi la senyal, cristall, gel i material amortiguador. Freqüència de pulsos + període de repetició de pols (temps entre emissió ultrasons).

Control ecogràfic

Freese imatge: congela la imatge en una seqüència d’imatges. També es pot posar en modo aire (avança entre les imatges guardades). Gain button: compensa els ecos de diferents profunditats per aconseguir imatges d’igual intensitat ecogràfica independentment de la profunditat (tecla de ganància). Zoom: només funciona durant l’adquisició de la imatge/senyal. Una imatge congelada no s’aplica aquest zoom, ja que aquí perd qualitat. Depth buttons: permet augmentar/disminuir la profunditat què és visualitza (tecla de profunditat).

Ús de diagnòstic i terapèutics en ultrasons: tiroides i mama (s’observa la morfologia, la grandària i la irrigació sanguínia), renal i urològica (proves amb la bufeta distesa plena d’aigua), obstrètrica i ginecològica (seguiment de l’embaràs), guia en intervencions quirúrgiques (per obtenir una biòpsia), observar músculs i tendons, ecocardiograma (per escoltar el cor, alteracions en vàlvules), vascular (observa la morfologia dels vasos sanguinis) i abdominal distribució de budells, estructures de l’abdomen i embaràs.

Ús terapèutic

S’utilitza en fisioteràpia, el seu efecte és anàlgesic, descontracturant i antiinflamatori. Produeix això per dos motius (augment de la temperatura local i per la pressió-descompressió.

Modes d’operació de l’ecografia

Amplitud: situa la sonda fixa i es mesuren les distàncies de manera precisa. Brillo: és el més freqüent. L’eco és transformat en tonalitats de grisos de manera que quan més amplitud d’eco més blanc. El moviment del transductor en un pla dóna una imatge en 2D. A més, sobre la imatge es poden mesurar distàncies. Moviment: es selecciona una de les direccions del pla en mode brillo i s’analitza un punt en moviment, per exemple, vàlvula cardíaca. Doppler: efecte doppler: quan un focus emissor s’acosta a l’observador genera una ona de més freqüència i si s’allunya de menys freqüència s’observa. Aquest fenomen serveix per valorar moviment d’estructures com ara vàlvules, corrent sanguini. Freqüència: s’allunya més freqüència greu. S’apropa més freqüència agut.

Tipus de doppler: Doppler color: s’associen a cada freqüència un color. El conveni és blau, la freqüència és + s’apropa i en el color vermell hi ha menys freqüència i s’allunya. Doppler potència o angio: és una variant del doppler color. El color no s’associa amb la velocitat del moviment, sinó a la senyal, és a dir, el color més intens hi haurà més hematies.

Resolució

Axial (separa estructures en profunditat) lateral (són capaços de diferenciar-se perquè estan al mateix pla però de manera separada) temporal (són capaços de diferenciar el moviment de les estructures en el temps, capaços de separar seqüències en curts períodes de temps), contrast: és la capacitat de diferenciar diferents tonalitats de grisos +gris+contrast+diferencia amplitud eco.

Artefactes

Ombra acústica: es produeix després d’una estructura hiperecogènica com ara les calcificacions. Reforç posterior: després d’un mes líquid es generen ecos en els vores de l’estructura, per tant, sortirien brillants en els vores. Cues de cometa: es produeix quan l’ona rebota entre dos estructures que reflecteixen el que s’anomena reverberacions. Aliasing: també s’anomena fals especte doppler; la determinació de la velocitat del fluxe sanguini és incorrecta, el vermell li poso al blau i viceversa. Això ocorre quan la velocitat de captació de senyal eco és menor que la velocitat de la sang en el vas sanguini. Per evitar-ho cal augmentar la freqüència de polsos en l’ecografia.

Transductor piezoelèctric

Es basa en el fenomen de la piezoelectricitat. És un dispositiu capaç de transformar/convertir una determinada manifestació d’energia d’entrada en una altra diferent de la sortida, però de valors molt petits en termes relatius amb respecte a un generador. Lineal: imatge forma rectangular, explora superficials múscul, tendons, mama freqüència 7’5 a 13MHz. Sectorial: imatge triangular/ventall, explora cardíaques i abdominals f 3.5 a 5 Convexos convexa en forma ventall explora abdominal, urologia i obtrètica f 3.5 a 5 i intracavitatories lineal o convexa intravaginals/intrarectals f 5-7.5