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Avances tecnológicos e historia del Ultrasonido

El ultrasonido (US) no es un invento, sino un evento físico natural que puede ser provocado por el hombre. Siempre estuvo presente, sólo faltaban ojos observadores y mentes brillantes de personas en diferentes ramas de las ciencias para guiar su utilización, como ocurrió en el área de la medicina en donde produjo un gran impacto en el proceso diagnóstico. Su aplicación es el resultado de una serie de acontecimientos a lo largo de la historia, unidos a la perspicacia médica, curiosidad y habilidades de pioneros y sus continuadores en el campo de la investigación.

Actualmente, las aplicaciones del US mejoradas a través del tiempo se han desarrollado hasta llegar a ser una de las modalidades de diagnóstico más utilizadas, ya que es una herramienta de alta calidad, confiable y costo efectivo.

Historia del Ultrasonido

1880   Lippmann y Voigt experimentaron efecto piezoeléctrico

1883   Galton investigó los límites de la audición humana

1933   Firestone aplico los ultrasonidos a la industria y a la inspección de materiales

1942   Dussik, consigue diagnosticar masas tumorales en cerebro

1950   El Ultrasonido es aceptado x sociedades médicas como instrumento en distintas áreas. Se publica el primer artículo en revista médica Lancet 1958, donde se descubrió la experiencia en un grupo de 100 pacientes normales y con patología abdominal.

1960   Aparece modo B de exploración bidimensional

1970   Se introduce “scan converter”, con el cual se logran las primeras imágenes de la anatomía en escala de grises

1973   Inicia el uso del Ultrasonido diagnostico en México por médicos oftalmólogos

1980   Aparecen las 1eros transductores y sistemas de ecografía en 3 dimensiones (1)

1982   Aloka anunció el desarrollo del Doppler a Color en imagen bidimensional. Un año más tarde introdujo al mercado el primer Equipo de Doppler a Color que permitió visualizar en tiempo real y a color el flujo sanguíneo.

1988   L. De Flaviss detalló las características de la sinovitis y tenosinovitis en la mano de pacientes con artritis reumatoide, incluyendo la primera publicación de ultrasonido en la detección de erosiones reumatoides.

Características Generales

El ultrasonido es una onda acústica que se transmite a través de un medio físico cuya frecuencia está por encima del límite perceptible por el oído humano (aproximadamente 20KHz). Los ultrasonidos se propagan en forma de ondas longitudinales cuya dirección de propagación coincide con la de vibración (2)

Para una mejor comprensión del concepto de ultrasonido debemos definir primero algunos conceptos

Sonido, es la sensación producida en el órgano del oído por una onda mecánica originada de la vibración de un cuerpo elástico y propagada por un medio material. Las ondas de sonido son formas de transmisión de la energía y requieren de materia para su transmisión.

Frecuencia, la frecuencia de una onda de US consiste en el número de ciclos o de cambios de presión que ocurren en un segundo. La frecuencia la cuantificamos en ciclos por segundo o hercios.

Velocidad de propagación, es la velocidad en la que el sonido viaja a través de un tejido y se considera en promedio de 1,540 m/s para los tejidos blandos y varía dependiendo del tipo y características del material por el que atraviese.

Interacción con los tejidos, Cuando la energía acústica interactúa con los tejidos corporales, las moléculas tisulares son estimuladas y la energía se transmite de una molécula a otra adyacente. La energía acústica se mueve a través de los tejidos mediante ondas longitudinales y las moléculas del medio de transmisión oscilan en la misma dirección.

Ángulo de incidencia, La intensidad con la que un haz de ultrasonido se refleja dependerá también del ángulo de incidencia o insonación (de manera similar a como lo hace la luz en un espejo). La reflexión es máxima cuando la onda sonora incide de forma perpendicular a la interfase entre dos tejidos

Atenuación, Mientras las ondas ultrasónicas se propagan a través de las diferentes interfases tisulares, la energía ultrasónica pierde potencia y su intensidad disminuye progresivamente a medida que inciden estructuras más profundas.

Resolución,  Es la habilidad de distinguir las diferentes partículas que reflejan el ultrasonido. Los diferentes tejidos localizados cerca proporcionan reflexiones individuales. La resolución se refiere a la nitidez y al detalle de la imagen. (3)

El ultrasonido utiliza la técnica del eco pulsado; esto es, pulsar eléctricamente un cristal y emitir un haz ultrasónico.

La energía ultrasónica se genera en el transductor, que contiene a los cristales piezoeléctricos, éstos poseen la capacidad de transformar la energía eléctrica en sonido y viceversa, de tal manera que el transductor o sonda actúa como emisor y receptor de ultrasonidos. (4)

La característica de cristales que desarrollan una carga eléctrica cuando se les aplica una presión mecánica o un voltaje. Cuando las caras del cristal se mueven  la una respecto de la otra; y si una de las caras es presionada contra la superficie de una medio, se producirán ondas ultrasónicas que entrarán al medio y viajarán a través de él. Un cristal vibra en varias direcciones o maneras dependiendo de sus cortes. De esta forma penetra a los tejidos y, dependiendo de la presencia de interfaces, retorna hacia los cristales de emisión, lo que en este momento están en reposo, los estimula y convierte la energía mecánica en impulso electrónico, el que es trasmitido por el cable del transductor al software del equipo, para ser analizado. Del resultado, se genera en la pantalla un punto blanco o gris, dependiendo de la mayor o menor amplitud de la onda sónica de retorno, en relación a la emitida, la disposición de esos puntos más o menos brillantes forma nla imagen bidimensional que observamos en la pantalla del equipo. (5)

Además es importante saber que para aplicaciones de escaneo se necesita un agente acoplador de la señal (GEL), dado que de esta manera la pérdida de la misma es mínima, la atenuación en aire es importante y por ello se utilizan los gel, también hay varios tipos, aunque normalmente uno puede servir para muchas aplicaciones, es recomendable que se tome en cuenta el tipo de piel y de paciente, por la sensibilidad que se pudiera tener, hay ocasiones que es mejor utilizar gel tibio, otras frío, muchas ocasiones para pacientes con hipersensibilidad, puede utilizarse gel tibio. (5)

Una vez almacenada la imagen, ésta puede tratarse de diversas formas:

1.-Translación.- Moverse a través de vistas en 2D de un volumen.

2.-Rotación.- Rotar los planos para mejorar la orientación

3.-Modo multiplanar. Combina las 2 anteriores, para mostrar una estructura en 3 planos (visión frontal, sagital y coronal)

4.-Punto de correlación.- Aparece un punto en imagen que permite correlacionar los 3 planos ortogonales.

5.-Dirección de representación.- Permite desplazar en cortes los 3 planos espaciales en todas las direcciones.

6.-Algoritmos de representación.- Permite combinar una imagen 2D con una 3D por ejemplo, y de esta forma afinar el volumen de datos y extraer más información

7.-Umbral.- Aumento o disminución de la amplitud de onda sónica de forma que pueden eliminarse ecos no deseados. Mejora la calidad de imagen.

8.-Corte mágico.- Permite realizar cortes tridimensionales dentro de la imagen adquirida, dejando solo la estructura que desea mostrarse.

9.-VOCAL (virtual organ computer aided analysis). Método de representación y cálculo automático de volúmenes

10.-Modo inverso.- Visualiza estructuras hipoecoicas complejas. Se muestra nítidamente una estructura llena de líquido.

11.-Flujo B. Detecta células sanguíneas en movimiento con una tecnología no Doppler.

12.-Modo VCI.- Evalúa los márgenes de las regiones y las estructuras internas.

13.-TUI (Tomographic Ultrasound Imaging) Corta automática la RDI la RDI produciendo una vista simultánea de múltiples cortes de un conjunto de datos volumétricos, y proporciona una serie de imágenes similares a las obtenidas en la tomografía computarizada, permite seleccionar el grosor del corte. (6)

De esta forma surge el ultrasonido Doppler, el cual es el análisis del cambio de las ondas sónicas reflejadas por estructuras en movimiento, que son en general células sanguíneas. Siendo la representación de la velocidad de las células respecto del tiempo se puede hacer gráficamente en forma de un espectro ya sea en un código de color o en forma audible. Siendo de esta forma una herramienta para la detección de malformaciones vasculares o cardiacas cuando se utiliza para la evaluación fetoplacentaria. (7), sin embargo, ha sido utilizada este tipo de ultrasonidos en otras áreas.

El ultrasonido Doppler carotideo es el estudio más utilizado para el diagnóstico de la enfermedad obstructiva carotidea y para el riesgo de un evento cerebrovascular. Siendo las condiciones hemodinámicas de la bifurcación carotidea, en esta región es la más común de aterogenesis y por lo tanto es la sección más valorada por este medio. La arteria carotidea interna puede ser valorada con la arteria oftálmica ipsilateral observable por medio del US Doppler orbitario. (8)

Actualmente se han realizado ultrasonido Doppler para establecer el valor predictivo para desarrollar deterioro neurológico de origen isquémico (DNI) por medio del Doppler transcraneal en pacientes con hemorragia subaracnoidea (HSA), en este estudio en España, se analizaron 122 pacientes de las cuales el 53% eran mujeres, encontrando que durante los primeros 3 días, hay un aumento en la velocidad media de las arterias cerebrales medias de 21 cm/s/h, el cual se asoció a vasoespasmo sintomático, por lo que se determinó que el ultrasonido Doppler es una herramienta útil para la detección de aquellos pacientes con HSA en riesgo de desarrollar DNI. (9)

Posteriormente con la ecografía en 3D en movimiento es una ecografía en 3 dimensiones con el añadido de la cuarta dimensión, se aporta más detalles sobre el estado del feto y se le puede observar su actividad motriz. (10)

La ecografía 3D y 4D han supuesto una nueva revolución en el diagnóstico de las malformaciones de superficie, especialmente las más complejas, las craneofaciales. Estos defectos se asocian con una frecuencia que oscila entre un 25 y 66% a otras malformaciones menores o mayores, o forman parte de síndromes polimalformativos. Así se ha realizado diagnósticos de labio paladar hendido, encefalocele frontal, craneosinostosis, malformaciones de orejas, teratomas orofaciales, coclopia y proboscis, defectos del tubo neural, defectos del cierre de pared entre otros. (11)

De la misma forma se han detectado marcadores genéticos ultrasonográficos como nuevo método, el cual ha demostrado una alta eficacia en la detección patologías malformativas. Los marcadores se dividen en: (12)

Primer Trimestre

Mayores o estructurales (• Higroma quístico e hidropesía).

  • Potenciales (translucidez de la nuca, retraso en el crecimiento temprano y alteraciones en la frecuencia cardiaca fetal y hueso nasal.

Segundo Trimestre

  • Mayores o estructurales (Higroma quístico e hidropesía
  • Potenciales (Engrosamiento de la nuca, intestino ecógeno, extremidades acortadas, pielectasia, foco intracardiaco ecógeno, dilatación ventricular limítrofe, quiste del plexo coroide, clinodactilia y ángulo pélvico ampliado, disminución o ausencia del hueso nasal).

En la trisomía 21 estos son los marcadores que se han observado:

  • Dilatación ventricular leve
  • Atresia duodenal
  • Atresia esofágica
  • Defectos cardíacos
  • Focos intracardiacos ecógenos
  • Higroma quístico
  • Hidropesía
  • Intestino ecógeno
  • Fémur o húmero corto
  • Anormalidades renales
  • Quistes del plexo coroide

Otro avance en el área de ultrasonografía es la ecoendoscopia, el cual es un procedimiento que combina la endoscopia convencional con la ecografía, es por lo tanto un procedimiento que brinda una inigualable información, el cual este conformado por un endoscopio flexible y una sonda procesador de ultrasonido que transmite múltiples imágenes por segundo, lo que permite reproducir en tiempo real las estructuras viscerales y sus movimientos. , de esta forma al tener la posibilidad de obtener un diagnóstico pretratamiento preciso y de una manera definitiva, la ecoendoscopia juega un papel determinante en las diversas enfermedades en desde está indicada. Su baja morbimortalidad global, su alta sensibilidad, especificidad y precisión diagnóstica hacen que la ecoendoscopia sea un recurso tecnológico fundamental para el médico actual. (13)

Dando pie a realizar procedimientos terapéuticos guiados por ultrasonido endoscópico practicados en la actualidad, como lo son colecciones pancreáticas y peridigestivos, drenaje de pseudoquistes, el bloqueo o neurólisis del plexo celiaco y la colocación de marcadores radiopacos para la radioterapia dirigida. El drenaje de vías biliares guiado por ultrasonido endoscópico en casos de falla en la canulación de la vía biliar cada vez se acepta más como un procedimiento alternativo válido en casos específicos. (14)

Conclusiones

Los primeros aparatos utilizados para practicar el ultrasonido eran estáticos, producían una imagen fija, similar a la obtenida en radiología convencional. Lo que llevó a clasificar el ultrasonido como una rama de la radiología, lo cual ha producido muchos errores y deficiencias, ya que las dos especialidades son totalmente distintas; la principal diferencia, y a partir de la cual se abre una gran brecha, radica en que el ultrasonido utiliza ondas mecánicas y la radiología usa ondas electromagnéticas.

Así el ultrasonido, es una técnica diagnóstica, que al igual que la radiología convencional, nació asociada a la práctica hospitalaria y dominada por los radiólogos, pero progresivamente diferentes especialidades han comenzado a utilizarla de forma independiente. Ejemplo de esto serían los cardiólogos, ginecólogos, gastroenterólogos, angiólogos, urólogos, cirujanos, reumatólogos, médicos deportivos y otros especialistas que poco a poco la han ido introduciendo en su actividad diaria.

El avance científico ha impulsado importantemente el desarrollo de la medicina y gracias a los nuevos equipos de cómputo ha sido posible obtener mejoras significativas en los equipos, como es el ultrasonido en Doppler color, Doppler de poder, bidimensional, tridimensional, etc., con lo cual la calidad de las imágenes ha mejorado consistentemente, así como su validez como herramienta diagnóstica.

Los equipos actuales son cada vez más pequeños y livianos, tal que permiten realizar el estudio en consultorios y en la cama del paciente, además las nuevas sondas hacen posible que se pueda penetrar incluso vasos de pequeño calibre. Actualmente son totalmente digitales con imágenes mucho más nítidas.

La implementación de un sistema ultrasónico depende de la complejidad del problema. En general la dificultad para su implementación consiste en tener suficientes conocimientos sobre las bases del ultrasonido, materiales adecuados para la implementación y suficiente tiempo para hacer múltiples pruebas.

Bibliografía

  1. Historia del Ultrasonido. Delia, Ortega. 2, 2004, Vol. 10. 89-92.
  2. http://www.ate.uniovi.es/8695/documentos/TRABAJOS%202008/avances/viernes%2023-01-09/830/g2%20ULTRASONIDOS%20EN%20MEDICINA.pdf.
  3. Principios físicos básicos del ultrasonido. Carlos Pineda Villaseñor, Mónica Macías Palacios. 1, 2012, Vol. 1. 25-34.
  4. Principios físicos básicos del ultrasonido, sonoanatomía del sistema musculo esqueletico y artefactos. Angélica Vargas, Luis M Amescua-Guerra. 6, s.l. : Acta Ortopédica Mexicana, 2008, Vol. 22. 361-373.
  5. Avances en ecografia en obstetricia y ginecologia. Huaman-Guerrero, Moises. s.l. : Revista Peruana de Ginecologia y Obstetricia, 2009, Vol. 55. 161-162.
  6. Ultrasonidos ¿A donde vamos? Un esfuerzo por observar la vida intrautero mas claramente. JC, Castillo Farfan. 4, s.l. : Prog Obstet Ginecol , 2007, Vol. 50. 216-223.
  7. Principios fisicos, metodologia, consistencia y seguridad del ultrasonido doppler en la evaluación fetoplacentaria. Medina Castro, Moreno Alvarez. 10, s.l. : Ginecol Obstret Mex, 2007, Vol. 75. 621-629.
  8. Utilidad del ultrasonido Doppler orbitario en pacientes con enfermedades crónicas degenerativas. Vargas Garcia, Cano Muñoz. México : Anales de Radiologia , 2011, Vol. 4. 233-246.
  9. Ultrasonografia Doppler transcraneal urgente: Utilidad predictiva del vasoespasmo sintomatico en hemorragia subaracnoidea espontanea en pacientes con buena situacion neurologica. . Muñoz, Sanchez MA. España : Revista Medicina Intensiva, 2012, Vol. 23.
  10. Ecografia 4D para el diagnóstico de malformaciones congénitas. Cuadros M, Llanos A. 7, s.l. : Prog Obstet Ginecol, 2010, Vol. 53. 267-272.
  11. Nuevas aplicaciones en el diagnostico ecografico en 3D-4D en malformaciones fetales. Bonilla-Musoles. 10, s.l. : Prog Obstet Ginecol , 2008, Vol. 51. 610-18.
  12. Marcadores Ultrasonograficos para enfermedades geneticas. Gonzalez L, Fernandez D. s.l. : r, 2009, Vol. 12. 30-34.
  13. Ultrasonido endoscópico. A, Membrillo. 2, s.l. : Rev Gastroenterol Mex, 2006, Vol. 71.
  14. Ultrasonido endoscópico intervencionista. JG, Mora Levy. 5, s.l. : Revista de Gastroenterologia en México, 2010, Vol. 1. 152-155.

Resumen escrito por la Dra. A. Mallely Cortés Ortega

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