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La física del ultrasonido

Onda: perturbación que se propaga en un medio desde un punto a otro sin que en dicho medio, en conjunto, exista algún desplazamiento.

C = f.λ

C es igual a la velocidad del sonido en el medio conductor, cm /seg.

f = a la frecuencia en ciclos sobre segundo.

λ = a la longitud de onda en cm.

Longitud de onda: distancia que existe entre el inicio de una onda y el inicio de la siguiente en un fenómeno ondulatorio.

Frecuencia: estará establecida por el número de veces que se repite el movimiento ondulatorio por segundo según se describe en la fórmula.

Velocidad del sonido: es simplemente la distancia que recorre por segundo. Velocidad promedio en ultrasonido 1540 m/seg.

El ultrasonido está representado por ondas mecánicas longitudinales con una fre­cuencia mayor de 20 000 ciclos por segundo. La frecuencia en que funcionan los transductores en ultrasonido diagnóstico es usualmente de 2 a 5 MHz (de dos a cinco millones de ciclos por segundo).

Cada ciclo por segundo es llamado hertz o hertzio y un millón de ciclos por segundo representan un megahertz ( MHz). El sonido audible está representado por ondas mecánicas longitudinales con frecuencias de veinte a veinte mil ciclos por segundo. Si hablamos de la ultrasonografía diagnóstica estaremos considerando el movimiento ondulatorio a velocidades del orden de 1 540 m/seg, con frecuencias del orden de 2 a 5 millones de ciclos por segundo (MHz) y longitudes de onda de 1 mm aproximadamente.

Un haz de ultrasonido es semejante a un haz de rayos X en tanto que se trata de ondas que transmiten energía. Una diferencia importante entre ambos fenómenos ondulatorios es que mientras los rayos X se pueden transmitir en el vacío, las ondas de ultrasonido requieren un medio que las transmita.

Las ondas se mueven lentamente en los gases debido a que las moléculas se encuentran muy separadas entre sí y en el caso de los líquidos y los sólidos la compresibilidad es menor ya que las moléculas se encuentran más cercanas.

La velocidad del sonido está en relación a la impedancia acústica del medio transmisor y que obedece a la fórmula Z=ρ.v.

Absorción. Es la conversión de energía sónica en calor. Esto que puede eventualmente ser inconveniente en los exámenes de ultrasonido diagnóstico puede ser utilizado en procedimientos terapéuticos (diatermia). Cabe mencionar en este momento, que no existen efectos biológicos de consideración en los ultrasonidos diagnósticos, secundarios a la absorción.

Reflexión. Cambio de dirección del haz del ultrasonido hacia la fuente que lo produce. De hecho, gracias a esto se pueden formar imágenes ultrasonográficas. Los ecos se reflejan en las interfaces, es decir, en el punto de contacto que existe entre los tejidos con impedancias acústicas diferentes. La impedancia acústica en ultrasonido depende prácticamente en forma directa de la densidad física de los tejidos biológicos estudiados.

Dispersión. Ocurre la dispersión cuando el ultrasonido incide en una interface de forma irregular lo cual ocasiona que el sonido cambie de dirección en varios sentidos. Obviamente, los haces de ultrasonido que generarán alguna imagen son aquellos que regresen hacia el punto de origen, es decir, hacia el transductor.

Refracción. Consiste en el desvío del haz del sonido que pasa de un medio con cierta impedancia acústica a otro de impedancia acústica diferente.

El modo A (modo de amplitud), fue el primer método utilizado para formar imágenes de ultrasonido. Este modo estriba en la representación de deflexiones verticales en relación a una línea ba- sal, en un osciloscopio, que indican los diferentes voltajes producidos por los ecos que retornan de las diferentes interfaces.

Modo B (modo de brillantez).En los intentos de perfeccionar las imágenes obtenidas con el modo A se logró obtener la sustitución de las deflexiones producidas por el voltaje generado por los ecos, por puntos brillantes. La brillantez del punto obtenido tenía relación directa con la amplitud del eco recibido de determinada interfase. Se puede obtener así una imagen del área en estudio y en lugar de orientarse los puntos sobre una línea horizontal y un osciloscopio como en el modo A, los puntos brillantes quedaban colocados en la misma posición y dirección del transductor. Mientras se mueve o se orienta el transductor en la piel del paciente, los puntos agrupados crean una imagen de las interfaces de las estructuras anatómicas.

Modo M o modo de movimiento. Esta modalidad es la combinación del modo B con el tiempo lo que permite obtener trazos que representan la estructura anatómica en estudio. Tiene su utilidad principal en ecocardiografía tanto fetal como del paciente adulto.

Modo B, imagen en tiempo real

El principal avance de la ultrasonografía se obtuvo con el diseño de imágenes en tiempo real, bidimensionales (2D) mediante múltiples pulsos de ultrasonido emitidos en forma de líneas sucesivas dando lugar a la representación bidimensional de los ecos que se obtienen de una estructura anatómica.

La reverberación consiste en que el sonido, al profundizar los tejidos, en vez de una y sólo una reflexión para regresar al transductor (eco), se refleja en una interface profunda y en su trayecto de regreso, sufre otra reflexión hacia la profundidad donde nuevamente se refleja hacia la superficie, llegando con retraso al transductor. Esto es interpretado por el aparato de ultrasonido como un eco procedente de mayor distancia, porque la ubicación de los tejidos se realiza en función del retardo de los ecos.

Artículo escrito por la Dra.  Claudia Aponte Martínez

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