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PRINCIPIOS BASICOS DE ULTRASONOGRAFIA O ECOGRAFIA:

HISTORIA:

  • En 1842 es descrito el efecto Doppler (Christian Andreas Doppler).
  • En 1883 se diseña el silbato de Galton (Francis Galton), para entrenamiento de los perros.
  • En 1912 se usó por primera vez la US en la búsqueda del naufragio del Titanic.
  • En la 2da guerra mundial se desarrolló el SONAR (sound navigation and ranging).
  • En 1947 el Dr. Douglas Howry  fue el primero que lo uso en medicina.
  • En 1951 se diseña el ecógrafo con imagen unidimensional (modo A).
  • En 1957, el ingeniero Tom Brown, construyó el primer ecógrafo bidimensional (modo B).
  • En 1959, Satomura incorporó el uso del Doppler en ecógrafos.
  • En la actualidad hay US con imagen en 3D y 4D.

 

CARACTERISTICAS DEL SONIDO:

Las principales son: la intensidad, el tono, el timbre, la duración, la reflexión y la refracción.

 

Intensidad del sonido: es en términos coloquiales el volumen y depende de la amplitud de la onda, cuya unidad de medida es el  Decibel (dB), clasificándose los sonidos de acuerdo a la intensidad en fuertes y débiles, teniendo más dB los sonidos fuertes, ejemplo:

  • La respiración: 10 dB,
  • El zumbido de un mosquito: 20 dB,
  • El canto de las aves (promedio): 30 dB,
  • Máquina lavadora de ropa doméstica: 75 dB,
  • Pito de un carro (promedio): 85 dB (comienza a sentirse disconfort auditivo, por eso ruidos mayores a 85 dB requiere el uso de tapones auditivos protectores del oído).
  • Guadañadora: 90 dB,
  • Motor de una moto: 95 dB,
  • Taladros: 100 dB (su uso por más de 15 minutos causa trauma acústico),
  • Reproductor de música personal a máximo volumen: 105 dB,
  • Altavoces o Pick-up de las bandas musicales:  110 dB (exposición por más de 1 minuto causa daño),
  • Sirenas de bomberos o ambulancias: 120 dB (se inicia a percibir algiacusia, el cual es un signo de alarma por daño seguro de las células sensitivas del órgano de Corti),
  • El sonido del trueno a normal distancia (promedio): 130 dB,
  • Motor de un avión al despegue o aterrizaje: 140 dB,
  • Pólvora y armas de fuego (promedio): 150 dB, y
  • Motor de cohete espacial: 180 db (que causa perdida de la audición irreversible).

El oído humano capta normalmente sensación auditiva por encima de los 4 dB para las frecuencias centrales del audiograma. En la ecografía el US tienen baja intensidad (volumen) para evitar cambios en el medio que atraviesan.

 

Tono del sonido: en términos coloquiales es que tan chillón o ronco es un sonido, y depende de la frecuencia de la onda, cuya unidad es el Hertz (Hz) donde 1 Hz equivale a un ciclo por segundo.

De acuerdo al tono entonces se clasifican los sonidos en infrasónicos, sónicos y ultrasónicos:

.- Infrasonidos: Son los sonidos con frecuencias por debajo de los 20 Hz, como por ejemplo el sonido de las ondas sísmicas de un terremoto o las erupciones volcánicas, las cuales son audibles por los perros pero no por los humanos. Algunos animales como los elefantes se comunican mediante sonidos con estas frecuencias.

.- Sónicos: son los sonidos audibles por el ser humano y la gama de tonos que puede escuchar una persona dependen de la intensidad del sonido (volumen) pero a alta intensidad una persona joven puede escuchar tonos a partir de los 20 Hz o ciclos por segundo (o sea muy graves) y hasta los 20.000 hz o ciclos por segundo (o sea muy agudos) y en la senectud estos valores descienden normalmente de los 50 a los 8.000 hz, lo cual se denomina presbiacusia; siendo que la mayoría de sonidos útiles tienen un tono entre los 250 y 4.000 Hz como por ejemplo la voz tiene normalmente 1000 Hz o ciclos por segundo de tono. Los sonidos audibles (sónicos) de acuerdo al tono se clasifican en agudos o altos o chillones, tonos medios y tonos  graves o bajos o roncos.

  • Sónicos con tonos graves o frecuencias bajas: son los sonidos con frecuencias de los 20 a los 256 Hz, como por ejemplo la frecuencia del sonido emitido por un motor de un carro que es de 200 Hz.
  • Sónicos con tonos medios o frecuencias medias: son los sonidos con frecuencias de los 256 Hz a los 2.000 Hz (2 KHz), como por ejemplo la frecuencia del sonido emitido por la voz humana que es 1.000 Hz.
  • Sónicos con tonos agudos o frecuencias altas: son los sonidos con frecuencias de los 2.000 Hz (2 KHz) a los 20.000 Hz (20 KHz), como por ejemplo la frecuencia del sonido emitido por el canto de los grillos (4.000 Hz).

.- Ultrasonido: Son los sonidos con frecuencias mayores a los 20.000 Hz (20 KHz), como las ondas de los radares o sonar audibles por ejemplo por los murciélagos y delfines pero no por los humanos. En uso doméstico se usa para repeler los insectos por medio de frecuencias altas que estos animalitos escuchan. Los US usados en las ecografía usan frecuencias entre los 2 MHz (2.000.000 Hz) y los 20 MHz (20 millones de Hz) y en la ecografía a mayor frecuencia mejor calidad de imagen pero menor penetración en la materia.

 

Timbre del sonido: depende de la forma de la onda o sea distingue la fuente, puede tener la misma intensidad, el mismo tono pero el timbre es diferente ejemplo el canto de diferentes aves.

 

Reflexión del sonido: Un haz de sonido cuando interactúa con una interfase en el que no puede trasmitirse ni rodearlo (difracción) se refleja (rebota) con el mismo ángulo con que incidió y esta reflexión del sonido se manifiesta como el “eco”. Entre mayor sea la frecuencia del sonido mayor la reflexión que produce porque no puede rodear el objeto (lo cual si hacen las ondas que tienen baja frecuencia), por eso el ultrasonido produce mucho más ecos que los infrasonidos. También entre mayor sea la diferencia de impedanciometría entre las dos interfases mayor será el eco (aire y sólido o líquido y sólido), por eso el hueso produce más ecos (refleja todos los US) que el musculo.

Tipos de reflexión del ultrasonido: depende de la superficie en que incide el haz de US:

  • Reflexión especular: cuando incide en una superficie lisa (reflejan como un espejo), y es mejor la reflexión entre más perpendicular incida el haz de US.
  • Reflexión en difusión: cuando incide en una superficie irregular o rugosa, porque da lugar a gran cantidad de ecos de pequeña intensidad que se dispersan en todas las direcciones. No importa el ángulo de incidencia sino la frecuencia del US (a mayor frecuencia mayor difusión).

 

Refracción del ultrasonido: Es el fenómeno en que el haz de sonido cambia de dirección y de velocidad o sea es desviado (no reflejado en eco), cuando incide en una interfase de un medio a otro. En el US unos haces son reflejados (sufren reflexión produciendo eco) y otros sufren refracción pasando a la siguiente interfase.

 

Impedanciometría del sonido: Es la resistencia que un medio opone al paso de los ultrasonidos, siendo la impedanciometría el resultado de multiplicar la densidad (D) del medio por la velocidad (V) a la que el ultrasonido lo atraviesa. La velocidad del US en el cuerpo humano es de aproximadamente 1,5 m/seg. Lo que tienen menos impedanciometría (opone menos resistencia al paso del sonido) son de menor a mayor el aire, el agua, el músculo y el hueso.

 

Absorción del ultrasonido: perdida de energía de un haz cuando atraviesa un medio, entre mayor la absorción menor la penetración. Entre mayor frecuencia del US mayor absorción y menor penetración (pero mejor imagen).

 

Atenuación: Es la perdida de energía de un haz de US por la reflexión (especular o difusión),  la refracción y la absorción. Se relaciona con la frecuencia y la profundidad. A mayor frecuencia mayor difusión y mayor absorción y por tanto mayor atenuación. Lógicamente a mayor profundidad (distancia de recorrido) mayor atenuación y por tanto los ecos tienen menor amplitud (intensidad o volumen). Por esto los ecógrafos pueden amplificar (aumentar la intensidad o volumen) en zonas selectivas y esto se llama ganancia.

 

Resolución: Es la capacidad que tiene un ecógrafo para distinguir los ecos que se originan en interfases muy próximas y de densidad muy parecida,  pudiendo ser resolución axial, lateral o dinámica.

  • Resolución axial: capacidad de diferenciar dos interfases (o puntos) próximos en la misma dirección del haz del US, lo cual depende de la longitud de la onda del US o sea de la frecuencia (Hz) porque entre menor sea la frecuencia la longitud de onda es mayor y entonces si la interfase entre las dos puntos es menor que la longitud de onda no lo puede detectar y no se reflejará en cada uno de las interfases, sino en una sola.
  • Resolución lateral: capacidad de diferenciar dos interfases (o puntos) próximos situados perpendiculares a la dirección del haz del US.
  • Resolución dinámica: es la capacidad para reproducir el movimiento de las estructuras y del movimiento del barrido del transductor, y se relaciona con el número de imágenes por minuto.

 

Efecto Doppler: Es la técnica de US que se basa en el principio desarrollado en 1842 por el matemático y físico austriaco Christian Andreas Doppler (1803-1856), llamado en su nombre “efecto Doppler”, que consiste en determinar si una fuente de emisión de ondas (sonido) se está acercando o alejando del observador analizando su tono o sea su frecuencia en Hz, percibiendo las ondas con más frecuencia de la que el sonido posee, cuando se acerca (porque las ondas están más comprimidas porque la fuente emisora de las ondas se acerca percibiéndose más agudo el sonido) y con menos frecuencia de las que el sonido posee, cuando se aleja, (porque están más separadas y por tanto se percibe más grave el sonido) siendo que la frecuencia del sonido es igual en cualquiera de las dos situaciones, ejm: sonido de una sirena cuando se acerca, pasa y luego se aleja de nosotros. Este mecanismo es también aplicado en las puestas que abren automáticamente cuando una persona se acerca y en los radares para medir la velocidad de los vehículos por la policía de carreteras. En otras palabras la frecuencia percibida por un observador es diferente a la emitida por una fuente dependiendo si la fuente se acerca o aleja, o si el observador se acerca o se aleja o si ambos están en movimiento.

 

Ecografía:

La ecografía es una técnica diagnóstica que emplea ondas de ultrasonido y obtiene imágenes anatómicas por la reflexión de las ondas en las distintas estructuras, los ecos son captados en la superficie del cuerpo y trasformados en señales eléctricas para generar una imagen.

 

Mecanismo electrofísico de la técnica de ecografía:  El ecógrafo emite OEM con una frecuencia entre 2 MHz y 20 MHz mediante una “sonda”, haz que viaja entre los tejidos que se estudian, para reflejarse en forma de ecos que son captados por el equipo y transformados en señales eléctricas que se visualizan en la pantalla en diferentes tonos de grises.  El ecógrafo consta de los siguientes elementos básicos:

  • Generador: Genera pulsos de corriente eléctrica que transmite al transductor.
  • Transductor: Es un equipo que convierte un tipo de energía en otro (traduce) lo cual logra porque contiene cristales de cuarzo que son estimulados por los pulsos eléctricos, generando las OEM de ultrasonidos fenómeno denominado piezoeléctrico. Luego los ecos reflejados estimulan nuevamente los cristales y generan OMG que se convierten en pulsos eléctricos; o sea que transforma energía eléctrica en acústica y viceversa. Estos cristales de cuarzo cuando reciben la corriente eléctrica se contraen y se dilatan generando vibraciones o sea OEM acústicas y a la inversa, lo cual hace alternando las dos fases una de emisión de sonidos y luego una de recepción de ecos cuidadosamente sincronizados. Se puede ajustar la intensidad de la señal (volumen – amplitud de onda).  La energía eléctrica se origina por un pequeño motor ubicado dentro del transductor o sonda.
  • Convertidor analógico-digital: Recibe la señal eléctrica de transductor y la convierte en información binaria (unos y ceros), como los computadores.
  • Memoria gráfica: presenta la información en una escala de grises.
  • Monitor: Muestra las imágenes cuando se están realizando la ecografía.

 

Tipos de sondas o transductores:   Existen 4 tipos de transductores o sondas: lineales, sectoriales, convexos e intracavitarios.

  • Sectoriales: Genera un formato de imagen triangular o en abanico, usa frecuencias entre los 3,5 y los 5 MHz, por tanto se usa para estudio de estructuras profundas como cardiaco y abdominal.
  • Convexos: Genera un formato de imagen en trapecio, usa frecuencias entre los 3,5 y los 5 MHz, por tanto se usa también para estudio de estructuras profundas como obstétrica y  abdominal.
  • Intracavitarios: pueden ser lineales o convexos, usa frecuencias entre los 5 y los 7.5 MHz, y se usa para estudio intrarectales e intravaginales.
  • Lineal: Genera un formato de imagen rectangular, usa frecuencias entre los 7,5 y los 20 MHz (usualmente hasta 14 MHz), por tanto se usa para estudio de estructuras superficiales como tiroides, mama, escroto, osteomuscular etc.

 

Modos de ultrasonido o ecografía: La información de los ecos puede representarse mediante sistemas computaciones en 4 modos: Modo A, Modo B, Modo M y Modo B dinámico (tiempo real).

Modo A (amplitud): Fue el primero que se desarrolló y actualmente solo tiene interés histórico, en el cual se utiliza un solo haz de US y los ecos que originan son graficados representando el espectro de la onda del eco o sea la amplitud, la frecuencia y la duración lo cual se hace en ondas espiculadas (como las del espectro electromagnético) lo cual solo nos da información de la ubicación y profundidad de  la estructura estudiada, y para su uso clínico requiere que se conozca el patrón de del espectro del eco que produce una estructura determinada y en caso de identificarse un registro diferente indica la presencia de una anormalidad (fundamentalmente una masa).

Modo B (Brillo): Representa los ecos de acuerdo a su amplitud (intensidad que se mide en dB o sea usa el modo A), en distintos tonos de gris (brillos) desde el negro hasta el blanco, de los cuales existe el modo B simple y el compuesto (modo 2D o dimensional).

  • Modo B simple: En el cual las espículas del modo A son reemplazadas por puntos de la escala de grises de acuerdo a la amplitud o intensidad de la espícula o sea proporcional a la amplitud del eco.
  • Modo B compuesto o modo 2D o bidimensional: Sirve para valorar las características de las estructura estudiada, mostrando la imagen en 2 dimensiones, en el cual se almacenan muchos puntos B simples mientras se mueve el transductor o sea son muchos modos B simples sumados, los cuales están estáticos. Es la que más se usa y la imagen de la estructura estudiada se realiza como si se realizara un corte trasversal a una salchicha y se visualiza la rebanada por la parte lateral de la misma.

Modo M (movimiento): En el cual los puntos del modo B compuesto (bidimensional) se sitúan en eje vertical de un plano cartesiano y en el eje horizontal el tiempo.

Modo B dinámico o en tiempo real: Donde se obtienen una serie de líneas B en una unidad de tiempo de tal suerte que el ojo lo percibe como en movimiento.

Modo B/M: Cuando el ecógrafo permite realizar las dos exploraciones B y M al tiempo visualizando en la pantalla dividida con cada modo.

 

US Doppler: Técnica de US que utiliza el efecto Doppler para obtener información hemocinética, a partir de censar y expresar el espectro de una onda o sea sus características de intensidad (amplitud o volumen) y  tono (frecuencia) que proceden de una fuente (glóbulos rojos) que pasa a través de un vaso o a través de una estructura.

 

US Doppler Dúplex: Técnica de US que además de utilizar el efecto Doppler para conocer el espectro de una onda, también utiliza ecos para visualizar bidimensionalmente la estructura anatómica por donde pasa la fuente de la onda (glóbulos rojos).

 

US Doppler Color: Técnica de US que utilizando el  efecto Doppler lo grafica con una matriz de escala de colores que representan la velocidad (verde turbulencia) y la dirección del flujo de la fuente (glóbulos rojos)  siendo rojo para los que se acercan y azul para los que se alejan, dentro de una imagen bidimensional de la estructura anatómica estudiada.

 

US Doppler de amplitud o potenciado o power Doppler: Técnica US que utilizando el efecto Doppler aumenta la amplitud o sea la intensidad (volumen) de una onda, pero no mide la velocidad ni la dirección del flujo, y se usa para aumentar la sensibilidad cuando el paso de glóbulos rojos es muy escaso. Se caracteriza porque la capa de color es uniforme.

 

Patron ecográfico de una estructura: Un principio básico de ecografía, consiste en que siempre que un haz de US con las mismas características de amplitud, frecuencia y duración interactúe con una misma estructura (tejido) sufrirá la misma cantidad y tipo de reflexión, la misma refracción, la misma absorción y la misma atenuación, dando origen al mismo eco, el cual va a constituir el patrón ecográfico de dicha  estructura. Patrón ecográfico que está constituido por 2 componentes: la ecogenicidad y el aspecto de la estructura en estudio.

Ecogenicidad de la estructura: Es la capacidad que tiene una estructura de producir ecos o sea la capacidad para causar  la reflexión de un haz de US  y se evalúa respecto de las interfaces localizadas alrededor de la estructura que se estudia y puede ser hiperecoica, isoecoica, hipoecoica o anecoica.

  • Hiperecogénica o hiperecoica: genera ecos en gran cantidad e intensidad respecto de la interfase circundante, es intensamente reflectante, de color blanco típica de hueso, calcificación, cicatriz y engrosamientos.
  • Hipoecogénica  o hipoecoica: genera ecos en baja  cantidad e intensidad respecto de la interfase circundante, es poco reflectante, de color gris típica del músculo.
  • Isoecogénica o isoecoica: genera la misma ecogenicidad que la interface circundante.
  • Anecogénica o anecoica: no genera ecos porque no hay interfases en su interior como los líquidos.

Aspecto de la estructura: Es la característica de los ecos (tipos de reflexiones del haz de US sea especular o difuso) que se originan en una estructura de acuerdo a la superficie que exponga al US, o sea no se comparan los ecos con estructuras vecinas, sino con ella misa, y puede ser homogénea o heterogénea.

  • Homogénea: cuando la distribución de los ecos tiende a ser uniforme, todas sus intensidades son similares, y se debe a que el tejido en estudio no tiene interfases reflejantes en su interior.
  • Heterogénea: Cuando genera ecos con intensidades diversas porque existen diferentes interfases en el interior del tejido en estudio.

 

Artefactos o artificios:

Deriva del latín artis que significa “artificial” y actum que significa “efecto” o sea es un efecto artificial en una imagen que no tiene correlación con la anatomía de la estructura evaluada,  pudiendo alterarla induciendo a error o puede facilitar el diagnóstico por lo característico del artificio, pudiéndose clasificar en útiles y nocivos.

.- Artefactos útiles:

  • La sombra acústica posterior.
  • El refuerzo acústico posterior.
  • La cola de cometa.

.- Artefactos nocivos:

  • La reverberación.
  • La refracción.
  • Los reflectores anisotrópicos.
  • El sónico de la velocidad.
  • El de haz ancho.

.- Artefacto feo:

  • El de movimiento.
  • El de ruido eléctrico.

 

Artefacto de sombra acústica posterior: Zonas sin eco (oscura que no detecta ninguna estructura) que aparece detrás de estructuras que reflejan todos los ultrasonidos (estructura hiperecogénica), similar a la sombra de un objeto que está expuesto a los rayos solares, que fisiológicamente se da con el hueso o patológicamente con las calcificaciones o cálculos. Cuando el objeto tiene superficie curvada (diáfisis huesos largos) se da la refracción generando la sombra por ángulo crítico.

Artefacto de refuerzo acústico posterior: Zona con aumento en la cantidad e intensidad de los ecos que se generan luego de atravesar una estructura anecoica porque contiene líquido y que pasa luego a un medio sólido ecogénico, que fisiológicamente se da por ejemplo en la vesícula biliar o en vasos sanguíneos y en forma patológica en los quistes, efusiones etc.

Artefacto de reverberación: Se da cuando un haz de US incide sobre una interfase que separa dos medio de muy diferente impedancia acústica (como gas y sólido) y sus ecos devueltos no son captados totalmente por la sonda (transductor) y por el contrario rebotan en este, luego vuelven a ingresar hasta la misma interfase que los originó y vuelven a reflejarlos y así sucesivamente hasta agotar la energía; y cada nuevo eco recibido (parcialmente) por el transductor es trascrito como una línea situada a mayor profundidad dando imagen de múltiples líneas paralelas. Se presenta fisiológicamente en la interfase entre el gas de la luz del TGI  y el tubo digestivo y en situación patológica en burbujas de gas en un absceso, o en la vía biliar.

Artefacto de cola de cometa: Es un artefacto de reverberación pero que se da cuando el haz de US incide en una interface estrecha y muy ecogénica (como por ejemplo un cuerpo extraño metálico o de vidrio o en el coloide muy denso en un nódulo quístico tiroideo), o por ejemplo un adenomioma de la pared vesical  y entonces como las interfases tienen impedancias muy diferentes se da la reverberación, generando los ecos lineales. También se puede dar cuando incide en pequeñas burbujas de aire localizadas dentro de un medio sólido (por lo mismo la interfase es muy diferente). Se puede confundir con artefacto de reforzamiento acústico posterior, pero se diferencia en que la imagen es de líneas paralelas y el objeto sobre el que incide el haz de US por lo general es hiperecogénica (mientras en el reforzamiento es anecoico).

Artefacto de refracción: Cuando el haz del US se refracta al pasar por la interfase entre dos tejidos que trasmiten el sonido a diferente velocidad (como sucede con los rayos de luz cuando pasan del aire a una superficie de agua) como el caso de la grasa y el músculo, y como consecuencia el eco se capta en una localización diferente a la verdadera. Para evitar este artefacto el ángulo de incidencia del US debe ser lo más perpendicular posible.

Artefacto de anisotropía: Es la propiedad que presentan algunos tejidos (como el tendón) de presentar diferentes ecogenicidad dependiendo del ángulo en que incide el haz de US. Es un artefacto no deseable y que causa falso positivos y negativos.

Artefacto sónico de velocidad: La distancia de las estructuras se determinan en ecografía midiendo el tiempo trascurrido desde que se origina el haz de US hasta que regresa el eco, lo cual tiene estandarizado a una velocidad de 1,5 m/seg, pero en ocasiones esta velocidad se altera por características ecogénicas del tejido por donde el haz y el eco viajan y esto causa que se calcule mal la distancia dando distorsiones de la localización de estructuras, por ejemplo se puede dar en pacientes obesos o muy musculosos o tejidos fibróticos etc.

Artefacto del haz ancho: cuando el objeto estudiado es muy pequeño respecto del ancho del haz de US puede darse que el transductor capte ecos de estructuras vecinas del objeto y las integre o elimine por ejemplo refuerzos o sombras acústicas posteriores.

Artefacto de movimiento: Se da cuando el paciente se mueve.

Ruido eléctrico: cuando hay interferencia eléctrica y las imágenes se distorsionan.

Artefacto en espejo: Es la falsa presencia de un objeto por detrás de una superficie que actúa como espejo cóncavo (como el reflejo en el agua de un árbol). Se da en superficies curvilíneas y entonces no todos los ecos regresan directamente al transductor sino que rebotan en otras estructuras y ahora si llegan al transductor y por eso crean imágenes en otros sitios (se parece al artefacto de la refracción).