Principios físicos del ultrasonido: El movimiento Ondulatorio
El método diagnóstico de la ultrasonografía está basado en la producción de ondas que se transmiten en el cuerpo humano para poder formar imágenes según la velocidad de estas ondas y según su reflexión en las diferentes interfaces constituidas por los tejidos del cuerpo humano.
Por esta razón es menester analizar el movimiento ondulatorio que constituye la piedra angular de la ultrasonografía. Una onda puede considerarse una perturbación que se propaga en un medio desde un punto a otro sin que en dicho medio, en conjunto, exista algún desplazamiento.
Debe mencionarse que las ondas mecánicas, a las que corresponde el ultrasonido pueden tener dos grandes clasificaciones. Las ondas transversales y las ondas longitudinales. Las ondas transversales, se mueven perpendicularmente a la dirección de la onda pero en las llamadas ondas longitudinales, las partículas del medio se desplazan en una forma paralela a la dirección del movimiento.
En la ultrasonografía se trata de ondas mecánicas longitudinales que se desplazan en el mismo sentido de la dirección del movimiento.
Mencionaremos ahora las características de una onda. La ecuación que describe la relación de los componentes de una onda es:
C = f.λ donde:
C es igual a la velocidad del sonido en el medio conductor, en cm /seg.
f = a la frecuencia en ciclos sobre segundo.
λ = a la longitud de onda en cm.
La velocidad del sonido es simplemente la distancia que recorre por segundo. En el caso de la ultrasonografía ya se ha mencionado con anterioridad que la velocidad promedio es de 1540 m/seg. Si nosotros quisiéramos analizar la fórmula en el caso del ultrasonido, considerando que la velocidad promedio es de 1540 m/seg, es decir 154000 cm/seg la longitud de onda de un transductor de 1.0 MHz será de 0.154 cm ó 1.54 mm.
Por definición 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), aunque existen transductores desde 1MHz hasta 20 MHz.
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.
Las ondas sonoras son el ejemplo característico de las ondas longitudinales. Las ondas de sonido pueden viajar a través de cualquier medio material como gases, sólidos o líquidos y con una velocidad que depende de las propiedades del medio en cuestión.
Existen tres tipos de ondas mecánicas longitudinales a los que corresponden diferentes frecuencias.
Las ondas audibles caen en el rango de sensibilidad del oído humano y tienen frecuencias que oscilan entre veinte y veinte mil hertz.
Las ondas infrasónicas son ondas longitudinales con frecuencias por debajo del rango audible por el oído humano y entre ellas se encuentran las ondas de los terremotos.
Las ondas ultrasónicas utilizadas en los equipos de ultrasonido diagnóstico, son ondas longitudinales con frecuencias por arriba del rango audible y pueden ser generadas por cristales de cuarzo sometidos a un campo eléctrico alternante.
Adelantaremos que la ultrasonografía diagnóstica produce ondas mecánicas longitudinales formadas por un movimiento vibratorio de los cristales que componen al transductor.
Ya se ha mencionado con anterioridad que la velocidad del sonido depende del medio en que se transmite. El medio de transmisión está representado por partículas, ya sea átomos o moléculas, con la propiedad de comprimirse y descomprimirse bajo el efecto de las ondas mecánicas, tales como las ondas de ultrasonido. Las ondas mecánicas longitudinales se propagan en el medio transmisor en forma de movimientos de vaivén produciendo zonas de compresión y rarefacción.
Se ha mencionado con anterioridad también, que los equipos de ultrasonografía diagnóstica permiten compensar esta atenuación al amplificar en forma correspondiente los ecos recibidos de las diferentes interfases ubicadas a distintas profundidades.
De esta manera podemos tener una ecogenicidad, es decir, una densidad ultrasonográfica homogénea desde la superficie hasta la profundidad de los tejidos estudiados. También hemos visto que cuando existe alguna entidad patológica que altera la atenuación predecida de antemano, la compensación aplicada a los ecos va a ser errónea y se pueden generar artificios como el reforzamiento posterior que eventualmente puede ser útil en los procesos diagnósticos.
La atenuación se ocasiona por condiciones diversas tales como la absorción, reflexión, dispersión y refracción del sonido.
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).
Reflexión.- La reflexión es el 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 interfases, es decir, en el punto de contacto que existe entre los tejidos con impedancias acústicas diferentes. Recordaremos que 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 interfase 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.
La Ultrasonografía modos a,b y m.
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 basal, en un osciloscopio, que indican los diferentes voltajes producidos por los ecos que retornan de las diferentes interfases.
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. El principal avance de la ultrasonografía se obtuvo con el di- seño 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 escala de grises aunada al modo B, tiempo real, representa el avance técnico que ha ubicado a la ultrasonografía entre los principales métodos diagnósticos en Imagenología.
La adquisición y formación de múltiples imágenes por segundo da el efecto visual de continuidad y de movimiento durante el examen de ultrasonografía. A esto es a lo que se ha llamado tiempo real.
Modo M (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.
Resumen escrito por la Dra Yazmín Solís
