Física ultrasonido
Física del ultrasonido
Todas las aplicaciones diagnósticas de los ultrasonidos están basadas en la detección y representación de la energía acústica reflejada por interfaces en el interior del organismo. Estas interacciones proporcionan la información necesaria para generar imágenes del organismo de alta resolución en escala de grises, así como para representar información relacionada con el flujo sanguíneo. Son estas propiedades tan peculiares del ultrasonido por lo que se ha convertido en un método de obtención de imágenes relevante y versátil.
Principios físicos de los ultrasonidos
La obtención del beneficio máximo de esta compleja tecnología requiere una combinación de habilidad, con conocimiento de los principios físicos que dotan a los ultrasonidos de sus propiedades diagnósticas peculiares, por lo que debemos tener en cuenta varias definiciones básicas para el entendimiento de esta técnica de imagenología.
El sonido es el resultado de la energía mecánica que viaja a través de la materia en forma de onda produciendo compresión y rarefacción alternas. Las ondas de presión se propagan por desplazamiento físico limitado del material a través del que se transmite el sonido, los cambios de presión en el tiempo definen las unidades básicas para medir el sonido, la distancia entre puntos correspondientes en la curva tiempo-presión se define como longitud de onda, el número de ciclos completos por unidad de tiempo es la frecuencia del sonido.
La frecuencia y el periodo tienen una relación inversa, la unidad de frecuencia acústica es el hertzio, la audición humana se limita al rango de 20Hz y 20.000 Hz. el ultrasonido se diferencia del sonido audible solo por su frecuencia y es entre 500 y 100 veces mayor que el sonido que podemos oír en condiciones normales.
Propagación del sonido en el organismo
La mayoría de las aplicaciones clínicas de los ultrasonidos emplean descargas breves o pulsos de energía que se transmiten al cuerpo, donde se propagan a través del tejido. Las ondas de presión acústica pueden viajar en una dirección perpendicular a la dirección de las partículas desplazadas, pero en los tejidos y en los fluidos la propagación del sonido se realiza en la dirección del movimiento de las partículas.
La velocidad a la que se desplaza la onda de presión a través del tejido es muy variable y está influida por las propiedades físicas del tejido, por lo tanto, la velocidad de propagación está determinada de forma relevante por la resistencia del medio a la compresión, esta viene determinada por la densidad del medio y por su rigidez o elasticidad. Se supone que la velocidad de propagación del sonido en el organismo es de 1540 m/s, la cual es el promedio de las determinaciones obtenidas en tejidos normales.
Impedancia acústica y reflexión
Los ecógrafos diagnósticos se basan en la detección y representación del sonido reflejado o ecos. El grado de reflexión o retro dispersión está determinado por la diferencia en las impedancias acústicas de los materiales que forman parte de la interface. La impedancia acústica está determinada por el producto de la densidad del medio que propaga el sonido por la velocidad de propagación del sonido en dicho medio.
La reflexión de los ultrasonidos cuando se encuentran una interfaz acústica está determinada por el tamaño y las propiedades de la interfaz. Si la interfaz es grande y relativamente lisa, refleja el sonido igual que el espejo refleja la luz. Estas interfaces se denominan reflectores especulares porque se comportan como espejos para el sonido. Entre los ejemplos más relevantes están el diafragma, la pared de la vejiga urinaria llena de orina y la banda endometrial.
La mayoría de los ecos en el organismo no surgen de reflectores especulares, sino que proceden de interfaces mucho menores en el interior de órganos sólidos.
Fenómenos adicionales: refracción, atenuación e instrumental
Otro fenómeno que puede suceder cuando el sonido pasa de un tejido con una velocidad de propagación acústica determinada a otro con una velocidad mayor o menor es un cambio en la dirección de la onda del sonido. Este cambio en la dirección de propagación se denomina refracción y está determinado por la ley de Snell. La refracción es una de las causas de registro erróneo de una estructura en una imagen ecográfica.
La atenuación es el resultado de los efectos combinados de absorción, dispersión y reflexión en los tejidos.
El instrumental necesario para la realización de ecografías incluye un transmisor o pulsador para llevar energía al transductor, el transductor propiamente dicho, un receptor y procesador para detectar y amplificar la energía retro dispersada y manipular las señales reflejadas para su representación gráfica, una pantalla que representa la imagen o los datos, y un método para grabar, imprimir o archivar la imagen.
Errores de imagen y artefactos
En ecografía, la calidad de la información obtenida viene determinada por la capacidad del operador para identificar y evitar los artefactos y errores. La mayoría de los artefactos de imagen están causados por errores en la técnica de exploración o uso incorrecto del instrumental, por lo que son evitables. Los artefactos pueden señalar la presencia de estructuras que no están presentes, provocando un diagnóstico equivocado, o pueden ocultar hallazgos relevantes.
Numerosos artefactos indican la presencia de estructuras que en realidad no están presentes. Entre estos destacan la reverberancia, refracción y escoramiento.
La formación de sombras se debe a una reducción pronunciada de la intensidad del ultrasonido en profundidad a un reflector o amortiguador potente.
Artículo escrito por la Dra. Alior Vargas
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