PRINCIPIOS FÍSICOS DEL ULTRASONIDO

El ultrasonido se define como una serie de ondas electromecánicas, generalmente longitudinales originadas por la vibración de un cuerpo elástico (cristal piezoeléctrico) y propagadas por un medio material (tejidos y órganos corporales) con frecuencia que supera la del sonido audible por el humano: 20 000 ciclos/segundo ó 20 kilohercios (20 KHz) y el ultrasonido se encuentra por arriba, siendo el rango habitual de 2 a 28 MHz, y en algunas ocasiones hasta de 50 MHz. La frecuencia de éste consiste en el número de ciclos o cambios de presión que ocurren por segundo la cual se cuantifica en ciclos por segundo o hertz. La velocidad de propagación es la velocidad en la que el sonido viaja a través de un medio, siendo típica en promedio de 1,540 m/seg para los tejidos blandos, pero varía dependiendo del tipo y características que éste atraviese, siendo la densidad y la comprensibilidad los factores que la determinan, que se presentan cuando la energía acústica interactúa con los tejidos corporales haciendo que las moléculas de estos se alteren levemente y la energía se transmita de una a otra molécula adyacente por medio de ondas longitudinales oscilando las moléculas en la misma dirección de la onda, considerando que entre mayor sea la primera y menor la segunda, el sonido viaja a mayor velocidad así como la velocidad es inversamente proporcional a la comprensibilidad con base en que las moléculas en los tejidos más comprensibles están muy separadas por lo que su transmisión es más lenta.

Cuando una onda de ultrasonido atraviesa un tejido acontece la reflexión o rebote los haces ultrasónicos hacia un transductor (eco). El ángulo de incidencia es la angulación de como incide la onda en las interfases, que si es de 90º se produce reflexión perpendicular, y si es < de 90º, la onda se desvía en un ángulo igual al de incidencia, pero en dirección opuesta, dando una imagen débil y oscura. En la reflexión, una parte de la onda no pasa al otro medio sufriendo un cambio en su dirección y lo otra parte de ésta, si pasa al otro medio, pero también tiene un cambio de dirección que se le llama refracción, que basa los ecos. Existen tres tipos de reflexión: especular, que es en superficie lisas de mayor longitud a la onda, como vainas fasciales, diafragma y paredes de vasos principales donde retorna de forma organizada; la segunda, es en superficies rugosas, siendo el regreso en todas direcciones, y por último, la de tipo “scattering”, donde la onda es de mayor longitud que la superficie y se comporta en su reflexión como la anterior, en varias direcciones. Una reflexión ocurre en el límite o interfase entre dos materiales y determina la diferencia entre uno y otro, propiedad que es conocida como impedancia acústica siendo producto de la densidad y la velocidad de propagación. El contacto de dos materiales con impedancia acústica diferente da lugar a una interferencia entre ellos. Así es que tenemos que la impedancia es igual al producto de la densidad de un medio por la velocidad del sonido en dicho medio. Cuando dos materiales tienen la misma impedancia acústica, su límite no produce eco; si es pequeña, el eco es débil, y si es amplia, es un eco fuerte, si es muy grande, se refleja en el haz del ultrasonido.

En escala de grises, son hipercoicos cuando son intensos y son de tono blanco, como son los cálculos, la grasa y tejidos densos; débiles, en tono gris, son hipoecoicos como pueden ser músculos y órganos; sin reflexión, en negro, denominado anecoico, como la vejiga, vesícula y los quistes, así como isocoico, que es propio del tejido. Pueden existir artefactos, que son ecos presentes pero que no pertenecen a la estructura estudiada, que pueden ser: de resolución (axial y lateral), de atenuación (refuerzo acústico posterior y sombra acústica posterior) y de propagación (reverberación y de refracción).

La atenuación es la condición de que la energía ultrasónica al propagarse a través de las interfases de los tejidos, pierde potencia y su intensidad disminuye progresivamente de acuerdo a la profundidad, la cual puede ser secundaria a absorción o dispersión. La primera involucra la transformación de la energía mecánica en calor, mientras que la segunda consiste en la desviación de la dirección de propagación de dicha energía. La absorción es en forma general considerada en tejidos humanos de 10 dB/cm, lo que significa que se pierde dicha cantidad por cada cm de profundidad, por lo que acontece lo siguiente: a > frecuencia, > atenuación; a > atenuación, < penetración, así como que a > frecuencia, > absorción y < profundidad, por lo que se utilizan equipos de 8 a 50mHz en ultrasonido de especialidad como el ocular, y a < frecuencia, < absorción y > profundidad, como equipos de 3 a 12mHz para ultrasonido general. Los líquidos son considerados como no atenuadores, el hueso como importante atenuador que absorbe y dispersa, y el aire lo hace pero dispersa en todas direcciones.

La frecuencia de repetición de pulsos (PFR) es dada por el número de veces que los cristales del transductor son estimulados por segundo, por tanto, determina el intervalo de tiempo entre las dos fases: emisión y recepción del ultrasonido, siendo dicha frecuencia dependiente de la profundidad, que puede variar de 1 a 10 kHz. Por ejemplo, si la PFR es de 5 kHz y el tiempo entre los pulsos es de 0,2 ms, tomaría 0,1 ms para alcanzar la meta y 0,1 ms para volver al transductor; esto significa que el pulso se desplazaría 15,4 cm antes de que se emita el siguiente pulso (1,540 m/seg x 0,1 ms = 0,154 m en 0,1 ms = 15,4 cm)

El transductor es un dispositivo que transforma el efecto de una causa física de cualquier índole en otro tipo señal, siendo la más habitual la de tipo eléctrica. La circonita de plomo con titanio es una cerámica usada como cristal piezoeléctrico y constituye el alma de dicho transductor. Existen cuatro tipos básicos de transductores: sectorial, anular, de arreglo radial y lineales, siendo constituidos por 64 a 256 cristales habitualmente dispuestos de forma rectangular, situándose uno frente al otro.

Las modalidades de ecografía son:

A, o de amplitud.

M, para estructuras en movimiento.

B, representación pictórica en tiempo real.

La resolución es la forma o capacidad de distinguir dos objetos como independientes, siendo de tres tipos: a) axial, en el plano axial, b) lateral, en plano perpendicular al axial, y c) elevacional, en el plano del mismo nombre.

La profundidad de campo debe ser de 2 a 3 cm por detrás de estructura a estudiar; si es excesiva, las estructuras serían muy pequeñas que puede servir para una proyección panorámica para ver estructuras adyacentes a la estudiada; por su parte, si es muy superficial a la estructura a estudiar, no se verá en su totalidad, pero es útil para estudio de estructuras nerviosas y vainas. El foco por su parte, debe ser dirigido de 0,5 a 1 cm por debajo de dicha estructura.

La ganancia modifica balance de grises y compensa la atenuación.

El ultrasonido es una técnica dependiente del operador y tiene una prolongada curva de aprendizaje, con amplio conocimiento de la anatomía normal así como de la patología en cuestión.

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