ultrasonido medico
¿Qué es el ultrasonido?
El ultrasonido no es muy diferente de las ondas de sonido con las que estamos familiarizados, excepto que no podemos escuchar su "sonido". Cuando la frecuencia de las ondas de sonido supera los 20 kHz, que está más allá del rango que las personas normales pueden percibir, este tipo de ondas de sonido se denomina ultrasonido. De manera similar, si la frecuencia de una onda de sonido es más baja que el rango que los humanos pueden escuchar, es una onda de infrasonido. Entonces, en otras propiedades físicas, las ondas ultrasónicas son básicamente lo mismo que las ondas de sonido. La onda de ultrasonido/sonido es un tipo de onda mecánica, onda longitudinal y onda de presión. Se propaga por la vibración de las partículas, y la vibración de las partículas continuará generando áreas de presión relativamente alta y baja (como se muestra en la figura a continuación), y su dirección de vibración es consistente con la dirección de propagación, por lo que la propagación de ondas ultrasónicas requiere un medio. Bajo diferentes medios, la velocidad de las ondas ultrasónicas es diferente. Por ejemplo, la velocidad en el aire es de aproximadamente 340 metros por segundo, en el cuerpo humano es de aproximadamente 1540 metros por segundo y la velocidad en el vacío es 0. El ultrasonido tiene una amplia gama de aplicaciones, especialmente en el campo médico. Como método no radiactivo, la ecografía puede ayudar a los médicos a realizar un mejor diagnóstico de los pacientes. Más adelante se ampliará en detalle.
Cómo generar ultrasonido
La generación de ondas ultrasónicas y la generación de ondas sonoras se basan en el mismo principio. Para las ondas sonoras, solemos usar el teléfono como ejemplo. Al hablar, el sonido (energía mecánica) se convierte en señales eléctricas (energía eléctrica) que viajan al otro extremo, y luego al escuchar, las señales eléctricas se convierten nuevamente en sonido. Esto es exactamente lo mismo que el proceso de generación y recepción de ondas ultrasónicas, y su principio es el efecto piezoeléctrico. El efecto piezoeléctrico consiste en que ciertos materiales, como el cuarzo, generarán cierto grado de voltaje en su superficie cuando se somete a presión mecánica; y si aplicamos un voltaje a su superficie, generará un cierto grado de deformación mecánica. Luego, a través de un control preciso de la señal eléctrica, podemos generar y recibir ondas ultrasónicas. En la actualidad, PZT es el material más común utilizado en instrumentos ultrasónicos. En el funcionamiento normal del instrumento, las ondas ultrasónicas suelen aparecer en forma de pulsos en lugar de ondas continuas, por lo que, en general, el PZT recibe la señal del pulso eléctrico, genera una onda ultrasónica y luego comienza a monitorear y la recepción devuelve uno. después de otro. Las señales ultrasónicas se convierten en señales eléctricas correspondientes para un mayor procesamiento de datos, y el ciclo se repite hasta que se completa el escaneo.
Propagación de ultrasonidos en el cuerpo humano.
Como se mencionó anteriormente, la velocidad de las ondas ultrasónicas en el cuerpo humano es de aproximadamente 1540 metros por segundo, que en realidad es un valor promedio y también es la velocidad de calibración utilizada por los instrumentos ultrasónicos en la mayoría de los casos. Como se mencionará más adelante, las imágenes por ultrasonido se basan en la estimación de la velocidad del ultrasonido y su precisión tendrá un impacto directo en la calidad de la imagen. Entonces, para diferentes órganos y tejidos, la velocidad de transmisión es diferente. Por ejemplo, son unos 1510 metros por segundo en el cerebro, unos 1560 metros por segundo en el hígado y el riñón, 1570 metros por segundo en los músculos, etc. No son muy diferentes de la media. Sin embargo, la velocidad ultrasónica en la grasa es solo de unos 1440 metros por segundo. Esta diferencia de velocidad hace que la calidad de la imagen ultrasónica disminuya significativamente para pacientes obesos, por lo que en este caso, el instrumento recalibrará o ajustará dinámicamente la velocidad.
Dado que el ultrasonido es un tipo de onda, también producirá fenómenos físicos relacionados con las ondas en varios tejidos y órganos durante la propagación del cuerpo humano. Estos fenómenos son la base para la formación de imágenes con ultrasonido. Principalmente transmisión, reflexión, dispersión y refracción. Cuando el PZT emite ondas ultrasónicas y encuentra órganos/tejidos humanos, parte de las ondas puede penetrar y continuar propagándose profundamente en el cuerpo humano a lo largo de la dirección original, que es la transmisión y la energía de las ondas se absorberá parcialmente en el proceso; la parte restante de las ondas regresa en la dirección opuesta y es recibida por el PZT, esta parte es la onda reflejada, y la señal de estas ondas reflejadas es la principal materia prima para la formación de imágenes; la energía de las ondas dispersas suele ser muy pequeña y las ondas refractadas interferirán con la imagen. Básicamente, la capacidad del ultrasonido para transmitir y la capacidad de los órganos/tejidos para absorber el ultrasonido determina qué tan profundo puede "ver" el ultrasonido. Debido a que cuanto menor sea la frecuencia, mayor será la penetración del ultrasonido, por lo que cuando los médicos necesitan ver más profundamente, a menudo se utilizará un detector (transductor) de menor frecuencia, pero la baja frecuencia generalmente hace que la calidad de la imagen se degrade. Esta es una compensación que debe hacerse y se discutirá en detalle más adelante cuando hablemos de detectores.
Introducción a la ecografía médica
Con la profundización de las necesidades médicas y de investigación, las imágenes de ultrasonido han cambiado de solo 1D a 3D/4D. Los instrumentos de ultrasonido ahora pueden admitir una variedad de modos de imágenes para satisfacer las necesidades de diferentes pacientes y médicos. A continuación se presentan varios modos de imagen convencionales.
Modo A: Es el llamado 1D, que es el modo más simple. El detector emite una onda de ondas ultrasónicas en una determinada dirección, y el instrumento presenta la ecuación entre la señal reflejada y la profundidad, y la imagen es similar a la señal que solemos ver en un osciloscopio. El modo A era el modo principal de los primeros instrumentos de ultrasonido y ahora se usa menos, pero también se puede usar para guiar ondas de alta energía para tratar tumores durante la cirugía.
Modo B: B es brillo aquí. En este modo, el detector escanea un área y genera una imagen 2D en escala de grises. Este es uno de los modos más utilizados. Cuanto más claro es el color (blanco), más fuerte es la señal reflejada, generalmente la superficie del órgano/tejido, y cuanto más oscuro es el color (negro), más débil es la señal reflejada.
Modo M: M es movimiento aquí. En el modo de movimiento, el instrumento realiza escaneos e imágenes rápidos en modo B, para que el médico pueda ver el movimiento del órgano, lo cual es especialmente importante para el diagnóstico relacionado con el corazón.
Modo Doppler: modo Doppler, llamado así por el uso del fenómeno Doppler para medir la velocidad de los objetos en movimiento. En el modo Doppler, los médicos pueden controlar el flujo y la dirección de la sangre para identificar posibles lesiones en los vasos sanguíneos.
Doppler color: este modo puede entenderse simplemente como modo B/modo M más Doppler, es decir, sobre la base de imágenes en escala de grises 2D, el modo doppler y la calibración del color se utilizan para mostrar la posición, el flujo sanguíneo, la velocidad del flujo y dirección de los vasos sanguíneos.
3D/4D: el modo 3D es una imagen 3D que puede presentar órganos/tejidos. En cuanto a 4D, es una imagen 3D en tiempo real. Si bien muchos instrumentos de ultrasonido avanzados implementan modos 3D y 4D, generalmente no se usan mucho.
