Historia de los ultrasonidos

En el ańo 1870, Galton investigó los límites de la audición humana, fijando la frecuencia máxima a la que podía oír una persona. Llegó a la conclusión de que los sonidos con frecuencias inaudibles por el ser humano, presentaban fenómenos de propagación similares al resto de las ondas sonoras, aunque con una absorción mucho mayor por parte del aire.

A partir de entonces, se empezó a investigar en temas relacionados con la generación de los ultrasonidos.

Las primeras fuentes artificiales de ultrasonidos aparecieron en la década de 1880. Los hermanos Jacques y Pierre Curie fueron los primeros en descubrir el efecto piezoeléctrico, o cambio de la distribución de las cargas eléctricas de ciertos materiales cristalinos tras un impacto mecánico. En esta misma década; Lippmann y Voigt experimentaron con el llamado efecto piezoeléctrico inverso, aplicable realmente a la generación de los ultrasonidos. Otro pionero fue Roentgen que participó en los primeros experimentos con ultrasonidos y publicó varios trabajos en los que describía sus experiencias con sonidos de alta frecuencia.

A lo largo del siglo XX, se han producido grandes avances en el estudio de los ultrasonidos, especialmente en lo relacionado con las aplicaciones: acústicas, subacuáticas, medicina, industria, etc. Concretamente, Langevin lo empleó durante la primera Guerra Mundial para sondeos subacuáticos, realizando un sencillo procesado de las ondas y sus ecos. Richardson y Fessenden, en la década de los ańos 10 idearon un método para localizar icebergs, con un procedimiento similar al utilizado hoy en día (método de impulsos). Mulhauser y Firestones entre 1933 y 1942 aplicaron los ultrasonidos a la industria y a la inspección de materiales.

 

CONCEPTO DE ULTRASONIDOS

Es cualquier sonido por encima de lo audible por el ser humano.

Los sonidos se clasifican en función del oído humano en Infrasonido, Sonido Audible y Ultrasonido. De esta manera tenemos:

INFRASONIDO: Todo sonido por debajo de lo audible por el oído humano, es decir, por debajo de los 20 hertzios (Hz)

SONIDO AUDIBLE: Todo sonido audible que se encuentra dentro de lo audible por el oído humano, es decir, entre 20 y 20000 Hz

ULTRASONIDO: Todo sonido que se encuentra por encima de lo audible por el oído humano, es decir, por encima de los 20000 Hz

No obstante, en la naturaleza existen muchos ejemplos de especies que se pueden transmitir y recibir por ultrasonidos. Los murciélagos y algunos insectos tienen órganos sensoriales ultrasónicos muy desarrollados que funcionan aproximadamente a 120 Khz. Sin embargo, no existen fuentes de ultrasonidos naturales conocidas con el rango de frecuencia empleado en la ecografía diagnóstica médica o con fines terapéuticos, que es de 1 a 15 Mhz.

Así sabemos que existen dos utilidades sanitarias para los ultrasonidos que son:

ULTRASONOTERAPIA: Terapia por ultrasonidos.

ULTRASONODIAGNOSTICO: Diagnóstico por ultrasonidos. Esta es la llamada ecografía.

FISICA DE LOS ULTRASONIDOS

Todas las aplicaciones diagnósticas de los ultrasonidos están basadas en la detección y representación de la energía acústica reflejada por interfases 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. Las propiedades peculiares de imagen de los ultrasonidos los han convertido en un método de obtención de imágenes relevante y versátil. Por desgracia, el uso de material de ecografía moderno y caro no garantiza la obtención de estudios de alta calidad con valor diagnóstico. 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. El usuario debe conocer los fundamentos de las interacciones de la energía acústica con los tejidos, así como los métodos y el instrumental empleados para producir y optimizar la representación de los ultrasonidos. Con este conocimiento el usuario puede recopilar la máxima información en cada exploración y evitar problemas y errores diagnósticos provocados por la omisión de información o por la interpretación equivocada de los artefactos.

La ecografía convencional y la ecografía doppler están basadas en la dispersión de la energía sónica por interfases formadas por materiales de propiedades diferentes mediante interacciones gobernadas por la física acústica. Para generar imágenes con ultrasonidos se emplea la amplitud de la energía reflejada y las desviaciones de la frecuencia en los ultrasonidos de retrodispersion proporciona información sobre objetivos en movimiento como la sangre. Para producir, detectar y procesar los datos de ecografía hay que controlar numerosos variables, muchas de ellas bajo control directo del operador. Para ello, el operador debe conocer los métodos empleados para generar datos de ecografía y la teoría y manejo del instrumental que detecta, representa y almacena la información acústica generada durante las exploraciones clínicas.

 

ACÚSTICA BÁSICA

LONGITUD DE ONDA Y FRECUENCIA

El sonido es el resultado de la 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 trasmite el sonido.

Los cambios de presión en el tiempo definen las unidades básicas para medir el sonido:

La distancia entre puntos correspondientes en la misma fase en la curva tiempo presión se define como longitud de onda.

El tiempo para completar un ciclo se denomina período, el número de ciclos completos por unidad de tiempo es la frecuencia de sonido. La frecuencia y el período mantienen una relación inversa.

En la naturaleza las frecuencias acústicas se encuentran en un rango entre menos de 1 Hz y más de 100.000 Hz (100kHz). La audición humana se limita a la parte inferior de este rango, entre 20Hz y 20.000Hz. El ultrasonido se diferencia del sonido audible solo por su frecuencia y es entre 500 y 1000 veces mayor que es sonido que podemos oír en condiciones normales. La frecuencia de los sonidos empleados en aplicaciones diagnósticas oscilan entre 2 y 15 MHz, aunque están investigándose frecuencias hasta de 50 y 60 MHz para ciertas aplicaciones de imagen especializadas. Por lo general, las frecuencias utilizadas para la imagen por ultrasonidos son mayores que las empleadas para el doppler. Con independencia de la frecuencia, se aplican los mismos principios de la acústica.

PROPAGACIÓN DE SONIDO

La mayoría de las aplicaciones clínicas de los ultrasonidos emplean descargas breves o pulsos de energía que se transmiten al cuerpo, donde se propaga a través del tejido. Las ondas de presión acústica pueden viajar en una dirección perpendicular a la dirección de las partículas desplazadas (ondas transversales), pero en el tejido y en los fluidos, la propagación del sonido se realiza en dirección del movimiento de las partículas (ondas longitudinales). La velocidad a la que se desplaza la onda de presión a través del tejido es muy variable y esta influenciada por las propiedades físicas del tejido. La velocidad de propagación esta 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. La velocidad de propagación aumenta al aumentar la rigidez y disminuye al aumentar la densidad. La velocidad de propagación en el organismo puede considerarse constante para un tejido determinado y no se modifica por la frecuencia o la longitud de onda del sonido. En el cuadro de velocidades de propagación típicas de diferentes materiales. Se supone que la velocidad de propagación del sonido en el organismo es de 1540 m/s. esta cifra es el promedio de las determinaciones obtenidas en tejidos normales. Aunque se trata de un valor representativo de la mayoría de los tejidos blandos, algunos tejidos, como el pulmón con aire y la grasa, tienen una velocidad de propagación sustancialmente menor, y otros, como el hueso, una velocidad superior. Debido a que algunos tejidos normales tienen velocidad de propagación bastante diferente del valor promedio, la representación de estos tejidos puede estar sujeta a errores o artefactos de medición

MEDICIÓN DE LA DISTANCIA

La velocidad de propagación es un valor particularmente importante en ecografía clínica y resulta crítico para determinar la distancia entre una interfase reflectante y el transductor. Gran parte de la información utilizada para generar una imagen ecográfica esta basada en una medición exacta del tiempo. Si se trasmite un pulso de ultrasonidos al organismo y se mide el tiempo. Si se trasmite un pulso de ultrasonidos al organismo y se mide el tiempo hasta que  la vuelve el eco, resulta sencillo calcular la profundidad de la interfase que genera el eco, siempre que conozcamos la velocidad de propagación del sonido en ese tejido. Por ejemplo, si el intervalo de tiempo para la trasmisión de un pulso hasta que vuelve el eco es de 0,145ms y la velocidad del sonido es de 1540m/s, la distancia que ha recorrido el sonido debe ser de 22,33cm à (1540m/s x 100cm/m x 0,000145s = 22,33cm). Dado que el tiempo medido comprende el tiempo que tarda el sonido en llegar a la interfase y en volver por el mismo camino hasta el transductor, la distancia desde el transductor hasta la interfase reflectante es 22,33cm/2 = 11,165cm. Por este motivo, la precisión de esta medición esta influida por el grado de correlación entre la velocidad del sonido supuesta y la real en dicho tejido.

IMPEDANCIA ACÚSTICA

Los ecógrafos diagnósticos modernos se basan en la detección y representación del sonido reflejado o ecos. También es posible obtener imágenes basadas en la transmisión de los ultrasonidos, pero no se emplea en la clínica por el momento. Para producir un eco debe existir una interfase reflectante. El sonido que atraviesa un medio completamente homogéneo no encuentra interfase s que reflejen el sonido, por lo que el medio será anecoico o quístito. En la unión entre tejidos o materiales con diferentes propiedades físicas existen interfases acústicas. Estas interfases son responsables de la reflexión de una proporción variable de la energía sónica incidente. Así, cuando los ultrasonidos atraviesan de un tejido a otro o encuentran la pared de un vaso o células sanguíneas circulantes, se refleja parte de la energía acústica incidente.

El grado de reflexión o retrodispersión (dispersión de retorno) esta determinado por la diferencia en las impedancias acústicas de los materiales que forman la interfase. La impedancia acústica Z, viene determinada por el producto de la densidad, del medio que propaga el sonido por la velocidad de propagación del sonido en dicho medio. Las interfases con gran diferencia de impedancia acústica, como la del tejido con el aire y el hueso, reflejan casi toda la energía incidente, mientras que las interfases entre tejidos con menor diferencia de impedancia acústica, como la interfase entre el músculo y la grasa, reflejan sólo una parte de la energía incidente, permitiendo el paso del resto. Igual que sucede con la velocidad de propagación, la impedancia acústica esta determinada por las propiedades de los tejidos implicados y es independiente de la frecuencia.

REFRACCIÓN

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 de sonido. Este cambio en la dirección de propagación se denomina refracción.

La refracción es importante porque es una de las causas de registro erróneo de una estructura de imagen ecográfica. Cuando un aparato de ultrasonidos detecta un eco asume que el origen del eco está en línea directa con el traductor. Si el sonido ha sufrido refracción, el eco detectado y representado en la imagen podría proceder de una profundidad o localización diferente de la que se muestra en la pantalla. Si se sospecha este fenómeno, el aumento del ángulo barrido para que sea perpendicular a la interfase reduce al mínimo el artefacto.

 

ATENUACIÓN

Conforme la energía acústica atraviesa un medio uniforme se produce trabajo y finalmente se transfiere energía al medio transmisor en forma de calor. La capacidad para realizar trabajo esta determinada por la magnitud de la energía acústica producida. La potencia acústica, expresada en Vatios, describe la magnitud de la energía acústica producida por unidad de tiempo. Aunque la medición de la potencia nos da una idea de la energía relacionada con el tiempo, no tiene en cuenta la distribución espacial de la energía. Para describir la distribución espacial de la potencia se emplea la intensidad, la cual se calcula dividiendo la potencia por el área en la que se distribuye la potencia.

La atenuación de la energía sónica conforme atraviesa el tejido tiene gran importancia clínica porque influye en la profundidad del tejido a la que puede obtenerse información útil. Esto afecta a la selección del traductor y a varios ajustes del instrumental controlados por el operador, como la compensación de la ganancia de tiempo (o profundidad), atenuaron de la potencia de salida y niveles de ganancia del sistema.

La atenuación se mide en unidades relativas. Por lo general se usan los decibelios para comprobar niveles diferentes de potencia o intensidad de los ultrasonidos.

El sonido pierde energía conforme atraviesa el tejido y las ondas de presión pierden amplitud conforme se alejan de su fuente. La transferencia de energía al tejido debida al calor (absorción) y la perdida de energía por reflexión y dispersión contribuyen a la atenuación del sonido. Por tanto, la atenuación es el resultado de los efectos combinados de absorción, dispersión y reflexión. La atenuación depende de la frecuencia de insolación así como de la naturaleza del medio de atenuación. Las frecuencias altas se atenúan mas rápidamente que  las frecuencias bajas y la frecuencia del transductor es el determinante principal de la profundidad útil a la que puede obtenerse información con los ultrasonidos. La atenuación determina la eficiencia con la que los ultrasonidos penetran en un tejido específico y varía considerablemente en los tejidos normales.

ULTRASONIDO

La ecografía o ultrasonido es una moderna técnica de diagnóstico por imagen que utiliza la propiedad de los ultrasonidos de producir ecos cuando encuentra un tejido distinto a su paso por el organismo.

En los últimos ańos las técnicas de ultrasonidos han evolucionado de forma espectacular gracias a los progresos combinados obtenidos con los captadores, el comando electrónico y el tratamiento de la seńal. Los últimos adelantos están ligados a la aparición de aparatos en tiempo real, a la focalización electrónica y al empleo de memorias de imagen de gran dinámica. Estas mejoras han transformado los primeros ecógrafos en útiles de trabajo prácticos, muy efectivos, en los cuales la formación de imágenes depende de cada vez menos del manipulador.

El desarrollo paralelo de la técnica doppler permitió a partir de entonces explorar la gran mayoría de órganos y estructuras con la exploración funcional cardiovascular. Se ha mostrado inocuidad total de los ultrasonidos, a las potencias acústicas utilizadas para el diagnóstico, y que la relación información costo de los aparatos de ecografía y doppler es la más ventajosa entre los aparatos por la imagen empleados en medicina.

La ecografía se desarrolló primero en el terreno donde la exploración tradicional utilizaba técnicas traumáticas o de irradiación. Este fue el caso de la ecografía obstetricia y abdominal, así como el de ecocardiografía. La puesta a punto de los captadores de alta frecuencia ha permitido rápidamente aplicar los ultrasonidos en pediatría y para la exploración de órganos superficiales como la mama, el tiroides, los testículos o los músculos, la última evolución a consistido en el desarrollo de los captadores para la endosonografía (esófago, recto, vagina) y para su utilización preoperatorio.

En la actualidad, pocas estructuras u órganos escapan a la exploración por ultrasonidos. No obstante, hay que recordar que el aire y el calcio óseo constituyen barreras para la impedancia acústica, que reflejan casi totalmente la energía ultrasonora incidente y, por tanto no permiten el estudio de las estructuras que están por detrás de ellas (sombra acústica). Sólo utilizando ventanas acústicas favorables, el ecografista asegura un examen completo y de calidad.

La ecografía del sistema musculotendinoso se ha beneficiado de los recientes procesos de la técnica ultrasonora y, en particular, del desarrollo de captadores de focalización electrónica de alta frecuencia.

Las indicaciones de esta técnica son múltiples y siguen creciendo día a día. Se considera un método en expansión inocuo, atraumático y sin radiaciones ionizantes, cuyo uso generalizado la hace absolutamente imprescindible de la medicina actual.

La ecografía abdominal es una técnica que se  ha desarrollado mucho en los últimos ańos, siendo una técnica de diagnóstico por imagen inocua, fácil de realizar, repetitiva, barata y que permite el estudio de los órganos abdominales de una manera rápida y precisa.

 

ULTRASONIDO OBSTETRICO
El ultrasonido obstetrico es el procedimiento de apoyo clínico que nos permite, mejor que ningún otro, conocer la anatomía y el bienestar del feto a lo largo de su desarrollo.

Para obtener el máximo rendimiento de este procedimiento, no sólo se requieren equipos de avanzada tecnología, sino también que el medico posea los conocimientos de embriología, anatomía y fisiología fetal indispensables para una adecuada adquisición e interpretación de las imágenes necesarias para un correcto diagnóstico.
Los avances en este campo se producen con tanta rapidez y han alcanzado niveles de desarrollo tan asombrosos, que exigen permanente dedicación y estudio por parte del especialista.
Es por esto que el ultrasonografista no puede ser un aficionado. Es un asunto de ética. No debemos olvidar,  que la eficacia del examen ultrasonográfico depende tanto de la calidad del equipo como de la capacidad o conocimientos del medico.
La controversia entre el examen sonográfico de rutina versus la ecografía selectiva durante el embarazo, ha quedado atrás definitivamente. El embarazo, por sí solo, tiene indicación de evaluación ultrasonográfica. Toda embarazada, aún aquella de bajo riesgo, amerita un examen lo más completo y esmerado posible, que permita una evaluación minuciosa de su hijo en gestación. Es éste, precisamente, el objetivo del exámen ecográfico rutinario y periódico durante el embarazo y es, por consiguiente, una de las metas a la que debe aspirar todo aquel que desee otorgar una atención perinatal de excelencia.
los objetivos principales del ultrasonido obstétrico son:

– diagnosticar la edad gestacional,
– diagnosticar la normalidad anatómica del feto y placenta,
– diagnosticar la normalidad del desarrollo ponderal fetal,
– evaluar el perfil biofísico fetal (PBF), y
– pesquisar cualquiera anomalía anatómica del feto.

En condiciones ideales, recomendaría efectuar rutinariamente cuatro examenes ecograficos en el embarazo normal de bajo riesgo.

– El primero, entre las 6 y las 8 semanas
– El segundo, entre las 11 y las 14 semanas
– El tercero, entre las 22 y las 26 semanas.
– El cuarto, entre las 32 y las 34 semanas.

En la obstetricia si bien es cierto que el diagnóstico presuntivo de RCIU debe ser primariamente clínico, pero no es menos cierto que la ultrasonografía es fundamental para su confirmación.
En efecto, el examen ultrasonográfico en el primer trimestre, permite efectuar el diagnóstico certero de la edad gestacional. Este dato es imprescindible para evaluar la normalidad o anormalidad del desarrollo ponderal del feto. La medición de diferentes segmentos corporales no sólo permite efectuar una estimación de su peso y talla, sino además, permite establecer la proporcionalidad entre los diferentes segmentos fetales. De esta manera, es posible diferenciar entre un feto simétricamente pequeño para su edad gestacional, probablemente sin deterioro nutricional, de un feto asimétrico pequeño para su edad gestacional secundario a un Retardo de Crecimiento Intra Uterino por insuficiencia placentaria.
Los parámetros utilizados para efectuar la estimación ecográfica del peso fetal son:

  1. a) Diámetros cefálicos: diámetro biparietal (DBP), diámetro fronto-occipital (DFO) y perímetro cefálico (PC)
    b) Diámetros abdominales: diámetro ántero-posterior (DAAP), diámetro transverso (DAT) y perímetro abdominal (PA).
    c) Longitud del fémur (LF).

Limitaciones de las imágenes por ultrasonido obstétrico

El ultrasonido obstétrico no puede identificar todas las anormalidades del feto. Por ende, cuando existen sospechas de una posible anormalidad a nivel clínico o de laboratorio, una mujer embarazada puede tener que someterse a pruebas no radiológicas tales como amniocentesis  o a un muestreo de la vellosidad coriónica para determinar la salud del bebé, o puede que sea derivada por su médico a un perinatólogo.

Otras indicaciones para realizar ultrasonido obstetrico al igual que las mencionadas anteirormente son:

Estimación de la edad gestacional en pacientes con datos clínicos inciertos, Evaluación del crecimiento fetal, Sangrado vaginal de etiología indeterminada en el embarazo, Evaluación de la incompetencia cervical o amenaza de parto pretérmino (cervicometría), Dolor abdominal y pélvico, Determinación de la presentación fetal, Sospecha de embarazo múltiple, Guía en procedimientos invasivos (amniocentesis, cordocentesis, etc.), Sospecha de anomalía uterina o masa pélvica, Sospecha de mola hidatiforme, Adyuvante para cerclaje cervical y legrado obstétrico, Sospecha de embarazo ectópico, Sospecha de muerte fetal,  Evaluación del perfil biofísico fetal, Sospecha de abruptio de placenta,  Adyudante para la versión externa en fetos con presentaciones distócicas, Estimación del peso fetal o del ILA en sospecha de ruptura de membranas ovulares, Tamizaje de aneuploidias en pacientes de alto riesgo o con tamizaje sérico anormal, Seguimiento y observación de anomalía fetal identificada, Seguimiento y observación de localización o inserción placentaria anormal.

Indicaciones de realizar ultrasonido en el primer trimestre de embarazo:

Confirmar presencia de embarazo intrauterino o de embarazo ectópico, Para valorar viabilidad fetal (confirmar actividad cardiaca), Para estimar la edad gestacional, Para confirmar y evaluar embarazo gemelar, Para evaluar el dolor pélvico, Para evaluar las causas de sangrado vaginal (amenazas de aborto, abortos retenidos, embarazos anembrionados, enfermedad trofoblástica gestacional, etc.), Adyuvante en procedimientos invasivos (biopsia de vellosidades coriales, retiro de DIU, transferencia de embriones), Como tamizaje de aneuploidias y malformaciones congénitas (ecografía semanas 11-14), Para evaluar la pelvis materna: masas anexiales o anomalías uterinas.

LOS ERRORES MAS FRECUENTES EN LA REALIZACION DEL ESTUDIO DE ULTRASONIDO OBSTETRICO SON LOS SIGUIENTE:

Examen ecográfico incompleto, Error en los reportes o filmaciones realizadas, No contar con un consentimiento informado para ecografía, Error en la interpretación de los hallazgos ecográficos, Error al no comparar los hallazgos ecográficos con estudios previos, Error al comunicar los resultados al médico tratante o al paciente, Enfoque ecográfico inadecuado para una condición específica, Caídas o traumatismos de la camilla de atención, Complicaciones de las intervenciones (amniocentesis) guiadas por ultrasonido, Complicaciones por el equipo de ultrasonido (sangrado genital), Error al no recomendar otros exámenes complementarios al estudio, Error al examinar los pacientes o al realizar la historia clínica, Abusos (sexual, físico, mental) por parte del ultrasonografista a los pacientes, y el Exceso de pacientes .

Las recomedaciones que un servidor sugiere son para realizar adecuadamente un estudio ultrasonográfico son:

En primer lugar realizar el estudio ultrasonográfico en un ambiente y lugar adecuado.

Realizar los reportes el estudio realizado con el cuidado necesario para asi no cometer errores al transcribir por ejemplo fecha probable de parto, edad gestacional, presentación, posición placentaria, etc.

Tener cuidado con lo que se le comenta al paciente mientras se le realiza su estudio y que esto concuerde con lo que se escribe en el reporte.

Contar con material adecuado para una correcta atención al paciente.

Tomarse el tiempo necesario sin prisas para valorar a cada paciente correctamente.

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