Fundamentos del Ultrasonido Médico

Definición y Tipos de Onda

• Los ultrasonidos son ondas sonoras de alta frecuencia (superiores a 20 kHz).
• Es una onda longitudinal.
• Se propagan a altas velocidades en los medios.

Tipos de Ultrasonido en Diagnóstico Médico

En medicina diagnóstica se utilizan dos tipos principales de ultrasonidos:

• De onda continua: Vibra de forma continua.
• De onda pulsátil: Se utiliza en casi todos los estudios, incluyendo los modos A, B, M y tiempo real.

Modos de Visualización Ecográfica

Los modos de imagen permiten diferentes tipos de evaluación:

• Modo A (Amplitud): Mide la distancia entre estructuras (muestra ecos en forma de pico).
• Modo B (Brillo): Se observan los tejidos atravesados por el haz ultrasónico, generando una imagen bidimensional.
• Modo M (Movimiento): Se utiliza principalmente para la evaluación cardíaca, mostrando el movimiento de las estructuras a lo largo del tiempo.
• Tiempo Real: Muestra el movimiento continuo de la imagen. Permite congelar las imágenes para su estudio y medición.

Los modos A y B generan imágenes estáticas, mientras que los modos Tiempo Real y M generan imágenes dinámicas.

Principios de Generación y Propagación

Técnica Pulso-Eco

Los estudios se basan en la técnica pulso-eco: se emite un pulso de ultrasonido y la onda reflejada (el eco) es recibida por el mismo transductor después de un tiempo determinado.

Generación de Ultrasonidos: El Efecto Piezoeléctrico

Las ondas ultrasónicas son generadas por un transductor piezoeléctrico. El cristal es el elemento del transductor que convierte la señal eléctrica en ultrasonidos. Los transductores actúan como transmisores y receptores de ultrasonidos.

Para la formación de los ecos, el ecógrafo emite energía eléctrica al transductor. Mediante el efecto piezoeléctrico, el cristal es estimulado por la energía eléctrica, se contrae y se dilata, generando el ultrasonido. Los órganos devuelven la señal al transductor, que convierte la energía acústica en energía eléctrica, obteniendo las imágenes en el monitor.

Ecuación Fundamental de Onda

La relación fundamental de la onda es:

$$\text{Velocidad} = \text{Frecuencia} \times \text{Longitud de Onda}$$

Variables y Relaciones Clave

• La velocidad es una variable dependiente del medio.
• La frecuencia y la longitud de onda tienen relación directa con la resolución de la imagen.
• La amplitud se relaciona con la intensidad.
• La velocidad del ultrasonido depende de la densidad del medio.
• La velocidad del ultrasonido en el hueso es dos veces mayor que en los tejidos blandos.
• La velocidad en los tejidos blandos es cinco veces mayor que en el aire.

Frecuencia, Resolución y Penetración

• El ultrasonido de alta frecuencia tiene mejor resolución espacial que el de baja frecuencia.
• El ultrasonido de alta frecuencia tiene menor poder de penetración.
• Los transductores de alta frecuencia (ej. 15 MHz) se emplean para estructuras pequeñas y superficiales.
• Los transductores de frecuencia baja (ej. 2.5 MHz) se utilizan para exámenes abdominales (mayor penetración).

Efectos al Aumentar la Frecuencia del Ultrasonido

1. Mejora la capacidad para distinguir objetos pequeños.
2. Disminuye la penetración del haz.
3. El haz se hace más colimado y direccional.

Estructura de la Onda

Las ondas tienen dos partes principales: los picos (crestas) y los valles. La distancia entre dos picos o dos valles consecutivos se denomina longitud de onda.

Interacción y Atenuación del Haz Ultrasónico

Atenuación del Haz

La atenuación es la disminución de la intensidad de las ondas ultrasónicas. Las frecuencias más altas se atenúan más fácilmente que las bajas. La atenuación se produce por:

• Absorción: Capacidad de los tejidos para absorber parte de la energía de las ondas ultrasónicas.
• Reflexión: Las ondas ultrasónicas rebotan en las interfaces entre los diferentes tejidos. Ocurre de manera óptima cuando las ondas inciden perpendicularmente.
• Dispersión: Las ondas se descomponen y viajan en diferentes direcciones al propagarse a través del tejido.
• Refracción: Las ondas cambian de dirección debido al cambio en la velocidad de propagación (ocurre cuando la incidencia es en un ángulo no perpendicular).
• Interferencia.
• Difracción.

Ondas Estacionarias

Estas se producen cuando dos ondas viajan en direcciones opuestas entre sí y se superponen.

Estructura y Función del Transductor

El transductor es el componente que transmite los impulsos ultrasónicos y recibe los ecos.

Componentes Principales

• Cable eléctrico.
• Carcasa: Proporciona soporte estructural a los componentes internos.
• Cara (Ventana Acústica): Es la superficie donde se adapta el cristal activo y por donde se transmite el ultrasonido.
• Elemento Activo (Cristal Piezoeléctrico): El grosor del cristal debe ser igual a la mitad o la cuarta parte de la longitud de onda. (Ejemplo: Para un transductor de 2.5 MHz, el grosor es de 0.31 mm).
• Diámetro del cristal: Controla el haz ultrasónico.
• Material de relleno.
• Material amortiguador.
• Capa de emparejamiento.

Propiedades Físicas de la Onda Ultrasónica

Efecto Doppler

El Efecto Doppler es un modo de localización que describe el cambio aparente en la frecuencia de una onda debido al movimiento relativo del reflector.

• Cuando el ultrasonido se transmite hacia un reflector fijo, los ecos serán de la misma frecuencia que la transmitida.
• Si el reflector se acerca al transmisor, la frecuencia reflejada es más alta.
• Si el reflector se aleja, la frecuencia reflejada es más baja.

Propagación de Onda

Describe la transmisión y difusión de las ondas ultrasónicas. Las ondas se propagan como ondas longitudinales en tejidos blandos.

Longitud de Onda ($\lambda$)

• Es la distancia que abarca un ciclo completo.
• Es inversamente proporcional a su frecuencia.
• A mayor frecuencia, menor es la longitud de onda.
• A menor longitud de onda, mejor es la resolución.

Frecuencia ($f$)

• Es el número de oscilaciones de la onda por segundo. Se mide en hercios (Hz).
• El rango audible humano es de 20 Hz a 20.000 Hz (o 20 KHz).
• El ultrasonido es una onda acústica con una frecuencia mayor de 20 KHz y, por lo tanto, imperceptible al ser humano.

Amplitud

• Es la altura de la onda, y se mide en decibelios (dB).

Velocidad de Propagación ($v$)

• Es la velocidad a la que viaja el sonido a través de un medio.
• Está determinada por la densidad y la compresibilidad del medio.

Enfoque

El enfoque permite visualizar la imagen con más claridad y detalle. Las ondas ultrasónicas se enfocan mediante lentes y espejos acústicos.

Amplificación (Ganancia)

Mediante la amplificación (ajuste de Ganancia – Tiempo) se permite visualizar estructuras más profundas, compensando la atenuación.

Clasificación y Aplicaciones de Transductores

Cada transductor se encarga de una profundidad determinada.

Tipos de Transductores

• Transductor Lineal: Las imágenes son rectangulares. Son útiles para estudios de estructuras superficiales (ej. mama y tiroides).
• Transductor Sectorial: Crea imágenes en forma de abanico. Se utiliza en espacios muy pequeños y es útil para exámenes abdominales, ginecológicos y cardiológicos.
• Transductor Convexo: Crea imágenes combinadas (sectorial y lineal). Es útil para la mayoría de las exploraciones corporales, excepto cardiografía especializada.

Elección del Transductor Apropiado

La elección depende de la profundidad y el tipo de examen:

• Ultrasonografía Obstétrica: Se utiliza un transductor lineal o convexo de 3.5 o 5 MHz.
• Ultrasonografía Polivalente (Abdomen y Pelvis): Se utiliza un transductor sectorial convexo de 3.5 MHz, enfocado en una profundidad de 7 a 9 cm.
• Ultrasonografía Pediátrica: Se utiliza un transductor de 5.0 MHz con una profundidad focal de 5 a 7 cm.

Fenómenos de Imagen y Artefactos

Distribución del Haz Ultrasónico

Los tejidos del cuerpo reflejan los ultrasonidos de dos maneras:

1. Actúan como espejos, devolviendo directamente las ondas (reflexión especular).
2. Las dispersan (reflexión difusa).

Fenómenos Acústicos

• Refuerzo Acústico Posterior: Se da cuando los ultrasonidos atraviesan líquidos claros sin gran atenuación. Los ecos del tejido que están detrás del líquido aparecen más brillantes y reforzados.
• Ventana Acústica: Sucede cuando se utiliza un medio líquido (ej. estómago lleno de agua) para desplazar el gas intestinal. Es útil para ver estructuras profundas como el cuerpo y la cola del páncreas.
• Sombra Acústica Posterior: Los materiales densos (como huesos y cálculos biliares) producen sombras situadas por detrás, ya que las ondas ultrasónicas no pueden atravesarlos.

Artefactos

Un artefacto es una imagen que no muestra la realidad de la parte examinada, resultando en una deformación o atenuación de la imagen.

• El gas refleja fuertemente los ultrasonidos y oscurece los tejidos situados detrás, debido al efecto de refracción y reflexión de sombra.

Foco y Resolución

• A mayor frecuencia del ultrasonido, mejor es la resolución y menor es la penetración de los ultrasonidos.
• Lo ideal es que el foco del transductor sea variable, ya que los órganos se encuentran a diferentes profundidades. Si la distancia focal es fija, se debe utilizar el transductor adecuado para la profundidad de interés.

Etiquetas: doppler, Ecografía, física, ultrasonido