En este artículo, se explican
los principios físicos básicos del ultrasonido de una manera que permita al
usuario de esta tecnología, comprender lo que se puede y no se puede hacer. Es
importante comprender los principios generales, aun cuando, no se haya estudiado
profundamente como y porque funciona. Para aquellos que necesitan saber más
sobre los orígenes de la tecnología del ultrasonido, nos referiremos a nuestra
base de datos de preguntas y respuestas, así como, la posibilidad de plantear
preguntas directamente.
El ultrasonido en su forma más
simple es sonido. Sin embargo, su tono es muy alto y por encima de la capacidad
del oído humano. También es muy bajo en cuanto a su volumen. El ultrasonido para
aplicaciones médicas es utilizado en fisioterapia y en diagnósticos. En nuestro
caso, se trata únicamente de diagnóstico. Para darle una idea de que valores se
utilizan para nuestros propósitos, el oído humano llega hasta aproximadamente 20
Khz. Nosotros trabajamos con hondas sonoras desde 2 Mhz
( 2 millones de ciclos ) y 10
Mhz y hasta más. Todas las técnicas fundamentalmente realizan lo
siguiente: proporcionan una onda sonora al cuerpo y luego escuchan el eco que
regresa. Estos ecos son procesados y pasados a un monitor o convertidos y
procesados hacia un alto parlante.
Esta
es la tecnología básica. Sin embargo, existe más y aquellos que empiezan a
trabajar con equipos se enfrentan a varias designaciones técnicas de lo que el
equipo puede hacer. Por consiguiente, vamos a explicar algo más sobre como se
hace y porqué para entender como utilizarlo.
Las ondas sonoras requieren de
un vehículo de propagación. Recordemos las clases de física en nuestras escuelas
cuando se demostraba que un alto parlante no produce sonido si localizado en un
vacío. Por consiguiente, en nuestro caso, el sonido entra en nuestro cuerpo.
Aquí tenemos músculo, hueso, aire, sangre, etc. Para nuestro trabajo requerimos
de tejido blando o líquidos, a través de los cuales, el sonido puede viajar.
Estos hechos, desde ahora nos
demuestran, algunas razones por las cuales, algunas veces no logramos obtener
imágenes claras: por ejemplo, cuando se presenta aire en el estómago o en los
pulmones. Huesos y pelo en la superficie de la piel. Pero, aun cuando logremos
una imagen debemos recordar que el reflejo de la sangre y la sangre fluye están
causados por glóbulos rojos dentro de la sangre. Está claro que pacientes de
leucemia evidencian malas imagines en comparación a pacientes sanos. Un ejemplo
similar se encuentra con pacientes deshidratados. Para aplicaciones veterinarias
específicas, hasta la temperatura del cuerpo es un parámetro importante
( evaluación de la calidad de la carne ).
Para resumir, podemos decir lo
siguiente:
1. Cada material o
tejido cuenta con una velocidad específica para el pase de las ondas de sonido y
por consiguiente, tienen su impedancia acústica específica.
2. Cada material
tiene su densidad acústica específica.
Definición:
La velocidad de propagación de
una honda de sonido a través de un medio, está determinada por el porcentaje en
el que las ondas de presión mecánica son transferidas de una molécula a la otra.
Regla general: cuando las
moléculas están cercanas entre sí, su velocidad para conducir aumenta y la
velocidad también aumenta.
Ahora regresamos a la
ultrasonografía y ecografía. Como explicábamos
anteriormente, enviamos una onda sonora hacia el tejido y recibimos un eco. Esto
requiere cierta explicación: solamente si existe un cambio en el tejido en el
camino de propagación del sonido, una porción de aquel sonido se reflejará y la
otra parte continuará en el nuevo medio. La porción que regresa a su punto de
transmisión es callado eco. Luego de haber leído lo anterior queda claro que el
sonido también pierde intensidad durante su propagación. Esto se denomina
atenuación. Existen dos tipos: re-dirección y absorción. En la re-dirección no
existe pérdida real de energía, pero existe cambio de dirección (ángulo de
divergencia, reflexión, dispersión ).
Absorción: reducción de
intensidad de la onda de ultrasonido ( expresada en
mW/cm2 ), dependiendo en cuanto (
dB ) por centímetro de propagación (
cm ) y dependiendo en la frecuencia de la onda de
sonido ( Mhz ).
Esto implica que altas
frecuencias proporcionan más atenuación que más bajas frecuencias y en otras
palabras: Más bajas frecuencias pueden devolver un eco de mayores profundidades
que más altas frecuencias.. Recuerden que nuestra
parte receptora tiene límites técnicos para detectar ondas sonoras que regresan
de ruido en general originado de la electrónica, etc. En la práctica, esto
significa que una onda sonora de 5 Mhz cuenta con
una atenuación doble si se le compara con una onda sonora de 3
Mhz. Aun más altas frecuencias no tienen mayor
atenuación lineal. Para el uso diario del diagnóstico, esto significa que las
áreas más profundas deben de ser visualizadas con frecuencias tan bajas como sea
posible y visualizaciones más cercanas a la piel se observan mejor con
frecuencias más altas.
A continuación, vamos a
demostrar que estas no son las únicas consideraciones, pero que otros parámetros
de ultra sonido son también importantes.
Resolución:
En primer lugar ofreceremos una explicación simple sobre la resolución y luego
presentaremos de que manera nos afecta en nuestro trabajo diario. Detalles sobre
esto están explicados en otro artículo relacionado con “
Artefactos e interpretación incorrecta”.
Definición:
La resolución en
Ultrasonido es la habilidad de distinguir las diferentes partículas que reflejan
el ultrasonido. En otras palabras: diferentes tejidos localizados cerca
proporcionan reflexiones individuales y deseamos desplegarlas también
independientemente de cada una.
El Ultrasonido es una onda de
energía que cuenta con 3 resoluciones espaciales: X, Y y
Z;
Por ejemplo, X es de la
izquierda a la derecha, Y es de adelante hacia atrás, mientras que Z es la
resolución alineado con el eje de propagación.
La resolución
( axial) “ Z” depende de la frecuencia de la onda
sonora.
Las resoluciones
“ X” ( lateral) e “Y” ( transversal) están
influenciadas por la distancia que existe con el objeto, la forma y el diámetro
del objeto y la forma del transmisor / receptor que hace el “ ultrasonido”.
Recuerden que estos parámetros
están siendo dados por la física y por consiguiente, muchas tecnologías
combinadas son utilizadas para obtener formas de ondas que pueden ser utilizadas
para nuestros propósitos.
Luego de leer lo anterior, se
pueden comprender algunas de las bases de lo que el Ultrasonido realiza. Por
consiguiente, ahora revisaremos como se hace el ultrasonido y que tipos de
transductores son importantes para nuestro trabajo diario.
El material que transforma los
impulsos electrónicos en ondas de ultrasonido cuenta con un comportamiento
piezo eléctrico. Esto funciona de dos maneras:
Cuando un impulso electrónico es aplicado a los cables conectores del material,
este cambia en tamaño y este cambio se convierte en una onda sonora. También,
cuando la presión sobre el material es modificada, el voltaje sobre los cables
conectores también se modificará. Un aparato que funcione tanto como trasmisor,
como para receptor, se llama, transductor. Las secciones individuales que
pueden transmitir y recibir, se llaman, elementos. El bloque completo que
nosotros, como usuarios., mantenemos en nuestras manos se llama transductor. En
el transductor contamos con la parte frontal, la cual contiene el
“ array” ( el cual,
cuenta con muchos elementos individuales ), conectores de los cables y algunas
veces también componentes electrónicos. Aclaremos un asunto: todas estas partes
son altamente sensibles al maltrato y otros daños. Cada elemento puede tener un
tamaño de menos de 0.1 mm y la distancia entre cada
elemento algunas veces es inferior a los 5 micrones. La cobertura externa de
goma tiene dos funciones principales: es un adaptador de lente acústico e
impedancia acústica. También sirve como aislamiento electrónico que separa la
electrónica interna del exterior. Por consiguiente, el usuario nunca se le
permite continuar trabajando con transductores dañados.
Por consiguiente, este
comportamiento físico permite transmitir el ultrasonido y convertir ondas
sonoras que se reciben a señales electrónicas. Las dimensiones y forma de los
elementos individuales determina la sensibilidad y
también la frecuencia en la que opera. ( sin embargo,
otros componentes también están involucrados en esto ).
La base del ultrasonido se
refiere a la propagación del sonido y su comportamiento físico. Pero para
nosotros, como usuarios, observamos el sistema en su conjunto: transductor,
unidad básica, monitor. Todas estas cosas cuentan en algún lugar con resolución.
Por ejemplo, el “ bloque” electrónico, el cual, (
entre otras cosas ) convierte el eco que regresa en señal de video y también el
ancho de banda del monitor de video cuenta con una resolución específica. (
específicamente regresaremos al monitor porque
modificando el brillo y el contraste podemos cambiar totalmente la apariencia
).
De manera sencilla: ahora
existen 3 tipos básicos de transductores ( frecuentemente
llamados sondas ) que están disponibles en el mercado.
Sectoriales mecánico
Transductor lineal
Transductor convexo
Cada uno cuenta con sus propias
ventajas relacionadas con donde y cuando deben ser utilizados. También queda
claro que varias aplicaciones pueden realizarse con diferentes técnicas.
-
Sectorial Mecánico: Amplio
recorrido del cristal para una mejor resolución. Ventana pequeña para
visualización entre las costillas. Angulo de escaneo
ancho. Mejor para transductores rectales o vaginales.
-
Lineal: Amplio plano de
contacto, ideal para pequeñas estructuras con 7.5 Mhz.
Todos los transductores más solicitados transrectales
veterinarios son de esta categoría.
-
Convexo: Amplio campo a
distancia con un tamaño de ventana idóneo. Foco electrónico para una mejor
resolución a profundidad.
Anteriormente, introdujimos
otro concepto muy importante que es: enfoque. Ahora explicaremos la manera por
la cual, observamos una línea de eco en la pantalla y el concepto de enfoque.
Supongamos que colocamos un
transductor en el cuerpo, luego, sacamos ondas de ultrasonido hacia fuera y
esperamos por ecos de regreso. En el momento en el que empezamos a
“ escuchar” el eco, este se despliega en la parte
superior de la imagen de ultrasonido. Cuanto más tarde el eco regresa al
transductor más abajo se despliega. Recuerde que se requiere de tiempo para que
las ondas de ultrasonido viajen hacia los tejidos. Fuertes reflexiones son
desplegadas como color blanco y ecos débiles se despliegan como casi el color
negro. Niveles intermedios son visualizados con el color gris. La proporción en
que los ecos son convertidos en voltajes son de 1 a 10.000. Esto representa
mucho más de lo que los monitores pueden desplegar. Dentro de la electrónica,
por consiguiente, los ecos son comprimidos, mayormente en una forma no lineal.
Este proceso se denomina “ pre
procesamiento”. Justamente antes de que vaya al monitor los niveles son
nuevamente convertidos debido a que los monitores tienen diferente sensibilidad.
Esto se denomina “ post procesamiento” ( algunas
veces llamado correción gama ). Muchos sistemas
pueden variar estas conversiones a través de una pantalla de menú.
La otra cosa que ya comentamos
es que los ecos fuertes se visualizan con el color blanco y los ecos débiles se
presentan en gris oscuro o negro. Nuestro ojo humano es más sensible hacia los
niveles de gris oscuro que los matices de blanco y además, los ecos más débiles
son los más interesantes. Esto es acrecentado especialmente en el
“ pre procesamiento”.
Los ecos que se acercan al
transductor son amplificados y luego digitalizados (
actualmente se dispone también de nuevas y más costosas técnicas ). De
manera similar a amplificadores de audio, se cuenta con botones de ganancia. El
concepto de ganancia total queda claro. Los bajos y altos pueden ser
comprendidos en esta comparación como la ganancia para el primer eco y la
ganancia para los ecos más profundos.
Internamente, se cuenta con compensaciones para cada tipo diferente de
transductores y por la pérdida de fuerza debido a la propagación en el tiempo
( recuerdan la historia de dB/cm/Mhz
).
Para nosotros, como usuarios, los ajustes en las ganancias son muy importantes.
Para cada imagen que deseamos lograr debemos de realizar los ajustes requeridos.
Cada imagen requiere de partes blancas y negras.
También el otro error bastante
lógico y muy común se relaciona con los ajustes de brillo y contraste los cuales
algunas veces n o son corregidos al modificarse las condiciones de luz en las
que estamos trabajando. Recuerden que el monitor cuenta con un rango dinámico
relativamente pequeño para el despliegue de rangos de grises, por consiguiente,
los ajustes correctos son importantes.
Para completar esta breve y
corta introducción de líneas de eco: en el transductor existen muchos elementos
localizados al lado del otro ( exceptuando los
transductores sectoriales: aquí la posición de los elementos cambia ).
Los elementos están
posicionados en una línea, reconocido como “array”.
Para hacer una línea de eco
utilizamos grupos de elementos. Cada elemento es pulsado con diferente retrazo
de tiempo. Debido a esto la sumatoria del ultrasonido es más pequeña en una
profundidad pre determinada. Recuerdan a Pitágoras y
la explicación sobre el tiempo de propagación?
Esta técnica de retrasos de
tiempo para elementos individuales que generan un paquete de ultrasonido, se
puede realizar, obviamente, solamente cuando se envía una onda sonora. Esto se
reconoce como foco de transmisión. La mayoría de los sistemas evidencian esta
área con un punto o flecha al lado de la pantalla. Modificando esto para mejorar
los resultados, cada vez que se cambia la profundidad de visualización se aplica
el foco automático.
Ahora bien, la magia de cómo es
posible contar con dos o hasta cuatro puntos de focalización: se realizan cuatro
barridos, cada uno con diferente punto de focalización y luego se junta en la
pantalla. Luego mostramos la sección correspondiente que cuenta con las mejores
líneas de eco. El precio que pagamos por esto: la cantidad total de cuadros es
reducida por dos o hasta cuatro. La cantidad de imágenes completas por segundo.
( utilizando el grupo completo de elementos ) se
denomina, un cuadro. Este valor se desplega en la
pantalla del monitor ( por ejemplo, 25 cuadros, o 15
cuadros ).
La otra parte en la que nos
encontramos con focalización es en la parte receptora. Por consiguiente, cuando
el eco regresa a los elementos. Recordemos que aquellos ecos que regresan
retardados están relacionados con cambios en los tejidos/ bordes a mayor
profundidad.
Para cada momento luego que el
sonido es transmitido nosotros conocemos la profundidad representada. Por
consiguiente, la misma Técnica de los retrasos de cada elemento individualmente,
es utilizada. Dependiendo en la tecnología aplicada en el sistema y su
complejidad ( por consiguiente, precio ) existen por
ejemplo, 4 áreas de focalización o cada 5 milímetros de profundidad de barrido o
cada dos pixels de la imagen.
Luego de haber leído lo
anterior, algunas palabras que ahora reconocemos en nuestro trabajo diario:
-
Por que necesitamos
gel de ultrasonido. Para que sirve.
Recuerde que trabajamos con
reflexiones, etc. El gel de ultrasonido es un
liquido de acople acústico. Anteriormente, dijimos que el aire presenta una alta
resistencia al ultrasonido. Por consiguiente, el gel
se aplica entre los cristales y el cuerpo para evitar la presencia de aire.
-
La utilización de
separadores y cojinete de gel. Contamos con dos
razones.
En primer lugar, por la misma
razón por la que utilizamos el gel; cuando la piel
presenta una fuerte curvatura, no se puede obtener un nivel de contacto
satisfactorio, el separador compensa por las áreas de curvatura así como el
barrido en el músculo dorsal o patas del caballo.
En segundo lugar, los
separadores se utilizan para áreas de escaneo muy
próximas al transductor ( superficial ). El área de
interés que pretendemos analizar se coloca más lejos y por consiguiente, vuelve
a encontrarse en el área óptima de focalización del transductor.
Fuente:
www.ecografiavet.com
Fuente: MEVEPA
www.mevepa.cl
Autorizada la reproducción por Gustavo
Contreras
