Física del ultrasonido

TTECORB SSN MCNCÉSARAUGUSTO MILLÁN SÁNCHEZ

 Se basa en la emisión y recepción de ondas
de ultrasonido, y las imágenes se obtienen
mediante el procesamiento electrónico de los
haces ultrasónicos (ecos) reflejados por las
diferentes interfaces tisulares y estructuras
corporales.
Principios Físicos Básicos del Ultrasonido, Carlos Pineda V., Araceli Bernal G. Rev. chil. reumatol. 2009; 25(2):60-66

 Sonido
 Es el resultado de la energía mecánica que viaja a
través de la materia en forma de onda
produciendo compresión y rarefacción alternas.
Diagnóstico por Ecografía, Carol M. Rumak M.D., Stephanie R. Wilson , M.D. 3ra Ed; 10

 El US se define entonces como una serie de ondas
mecánicas, generalmente longitudinales, originadas por la
vibración de un cuerpo elástico y propagadas por un medio
material cuya frecuencia supera la del sonido audible por el
humano.
* Principios Físicos Básicos del Ultrasonido, Carlos Pineda V., Araceli Bernal G. Rev. chil. reumatol. 2009; 25(2):60-66

• 20 – 20,000 Hz
Audición humana
• 2 – 20 MHz
Ultrasonido de aplicación diagnóstica
1 KHz = 1,000 Hz
1 MHz = 1,000,000 Hz

 La velocidad de la onda de presión a través
del tejido está influida por las propiedades
físicas del mismo.
Resistencia del
medio a la
compresión
Densidad del
medio
Elasticidad o
rigidez

 Velocidad de propagación
 Es la velocidad en la que el sonido viaja a través de
un medio y varía dependiendo del tipo y
características del mismo.
1.540 m/sec
Longitud de onda
Velocidad de propagación
Frecuencia

0 1000 2000 3000 4000 5000
m/s
Velocidad de propagación en los tejidos
Aire
Grasa
Agua
Tejidos Blandos
Hígado
Riñon
Sángre
Músculo
Hueso

 Distancia = Intervalo de tiempo xVelocidad
de propagación

 Los pulsos sónicos transmitidos en los tejidos
 Reflejar, dispersar, refractar o absorber.
Ecografía, William D. Middleton M.D., Alfred B. Kurtz , M.D. ; 4
Impedancia acústica
Densidad
Velocidad de propagación

 Ocurre en el límite o interfase
entre dos materiales y provee
la evidencia de que un material
es diferente a otro.
 El contacto de dos materiales
con diferente impedancia
acústica da lugar a una
interfase entre ellos

 Cambio en la dirección del
sonido cuando pasa de un
tejido a unaV
determinada, a otro de
mayor o menorV.
 Ley de Snell
 Causa de registro erróneo

 La energía ultrasónica pierde potencia y su intensidad
disminuye progresivamente a medida que inciden
estructuras más profundas
Atenuación
Absorción
Transformación de
energía mecánica en calor
Dispersión
Desviación de la
propagación de la energía
Reflexión Pérdida de energía

0 5 10 15
m/s
Atenuación de algunos tejidos
Agua
Sangre
Grasa
Tejidos blandos
Hígado
Riñón
Músculo (Long)
Músculo (Trans)
Hueso
Aire

TRANSMISOR
TRANSDUCTOR
RECEPTOR
PROCESADOR
PANTALLA
GRABADOR / ARCHIVO

 Controla la frecuencia de los pulsos emitidos
 FRP
 FRECUENCIA DE REPETICION DE PULSOS
 Número de veces que los cristales son
estimulados por segundo.
Transmisor Transductor
Tejido

 Convierte energía eléctrica en energía mecánica y
viceversa
 Piezoelectricidad
 Responder a la acción de un campo eléctrico con un
cambio de forma.
 Genera potenciales eléctricos cuando se comprimen.
 Circonita de plomo con titanio

 Convierte energía
eléctrica en energía
mecánica y viceversa
Ecografía, Middleton M.D. Kurtz M.D. Hertzberg M.D.. 3
Campo
cercano
Campo
alejado
Zona
focalResolución
Axial
• Depende de la longitud de pulso
sónico generado
Resolución
lateral
• Depende del diámetro en el plano
del pulso
Resolución
de
elevación

 Detecta y amplifica las
señales
 Compensa las diferencias
de potencia de eco.  CGT
 Compresión del amplio de
rango (rango dinámico de
hasta 120dB
Diagnóstico por Ecografía, Carol M. Rumak M.D., Stephanie R. Wilson , M.D. 3ra Ed; 10,11
Compensación de la
ganancia de tiempo

ModoA
• Osciloscopio
• ƒCapta sólo el eco
inicial, el retraso en
la llegada y su
intensidad
• ƒValora puntos en
una gráfica lineal
• ƒNOVALORA
MORFOLOGIA
Modo M
• Evalúa los patrones
de movimientos de
reflectores
específicos
• Determina las
relaciones
anatómicas a partir
de movimientos
característicos
Modo B
• Imagen en 2-D, en
escala de grises y en
tiempo real
• Valora:
• Ecoestructura
• Tamaño
• Forma

Modo A Modo M Modo B
AMERAM v.1.0 2006 F. Sandra Portero, O. Torales Chaparro, M. Martínez Morillo

 Las imágenes en escala de grises están generadas por la
visualización de los ecos, regresando al transductor como
elementos fotográficos (píxeles).
 Determinar la amplitud de la onda sonora de retorno y el tiempo
de transmisión total.
 La amplitud de la onda sonora de retorno determina la gama o
tonalidad de gris que deberá asignarse. Los ecos muy débiles dan
una sombra cercana al negro dentro de la escala de
grises, mientras que ecos potentes dan una sombra cercana al
blanco

 Produce una presión
de movimiento al
generar una serie de
imágenes en 2-D
individuales.
 15-60 fotogramas
por segundo

AMERAM v.1.0 2006 F. Sandra Portero, O. Torales Chaparro, M. Martínez Morillo

 Zonas pequeñas y vasculares
 Elementos individuales colocados en forma
lineal y paralela

 Configuración curva convexa
 Abdomen, obstétricas y pélvicas
 Elementos individuales colocados en forma
lineal y paralela
 Configuración Curva pequeños
 Vaginales, transrectales y pediatría.

 Sonda más pequeña
 Haces sónicos orientados a ángulos variables
 Imagen producida Sector

 Vasos sanguíneos, organos
superficiales, tiroides ,mama o testiculo 7.5
– 15 MHz
 Estructuras profundas de abdomen  2.25 –
3.5 MHz

 Imagen armónica
 Reduce los efectos de las
aberraciones en fase
 El componente de presión
de la onda vaya mas rapido
que el componente de
refracción

 Combinación espacial
 Mejora el contraste
 Mejora la detección de
interfases
 Recude el ruido
 Reúne imágenes de
diferentes ángulos

 Visualización de las imágenes adquiridas en los 3 planos del
espacio (axial, sagital, coronal)
 Reconstrucción tridimensional
 Medición de volúmenes
 Tratamiento de la imagen

 Resolución espacial
▪ Capacidad para diferenciar dos estructuras muy
próximas como objetos separados
 Resolución temporal
 Contraste
Diagnóstico por Ecografía, Carol M. Rumak M.D., Stephanie R. Wilson , M.D. 3ra Ed; 19-20

 Reverberación
 Refracción
 Lóbulo lateral
 Ring Down

 Aparece cuando la señal de ultrasonido se
refleja de forma repetida entre interfases
muy reflectoras cerca del transductor
 Se puede eliminar cambiando el ángulo o la
ubicación del transductor.

Ecografía De la imagen al diagnóstico, G. Schmidt, Panamericana1ra Ed; 14

 Aparece cuando la señal de ultrasonido pasa
en dirección oblicua a través de la interfase de
dos sustancias que transmiten el sonido a
diferentes velocidades
 Resulta en una duplicación de las estructuras

Ecografía De la imagen al diagnóstico, G. Schmidt, Panamericana1ra Ed; 9

 Cuando un sonido de AF alcanza una interfase estacionaria, el
US reflejado tiene la misma frecuencia o longitud de onda que
el sonido transmitido.
 Si la interfase reflectante se mueve respecto al haz de sonido
emitido por el transductor, se produce un cambio en la
frecuencia del sonido dispersado por el objeto en movimiento.
 Este cambio de frecuencia es directamente proporcional a la
velocidad con que la IR se mueve respecto al transductor.

 La relación entre la frecuencia del ultrasonio de retorno y la
velocidad del reflector queda determinada por la ecuación
Doppler:



 Señal Audible
 Espectro de frecuencia
 Cambios en la velocidad y dirección de flujo
 Anchura de la onda espectral
 Flujo en color
 Presencia y dirección de movimiento

 Las señales retro-dispersas de los
hematíes se representan en color como
una función de su movimiento hacia o
lejos del transductor.
 Estimación semicuantitativa del flujo
 Representa chorros estenóticos y zonas
de turbulencia
 Visualización de la luz del vaso.
 Depende del ángulo
 Aliasing
 Ruido

 Detección de flujo
 No aporta información
relacionada con la dirección o
velocidad del flujo
 Menos ángulo dependiente
 No existe aliasing
 Evita el ruido

FRECUENCIA
DOPPLER
ENSANCHAMIENTO
ESPECTRAL
ALIASING
ANGULO DOPPLER
TAMAÑO DEL
VOLUMEN DE
MUESTRA

 Los hematíes actúan como dispersores puntuales de
los ultrasonidos mas que como reflectores
especulares. Por lo que hay que aumentar la
frecuencia del transductor para mejorar la sensibilidad
Doppler, equilibrándolo con la atenuación de los
tejidos y la penetración del haz de US.
 Generalmente se requieren frecuencias Doppler de
entre 3 y 3,5 MHz para vasos abdominales

 Ganancia excesiva en el sistema.
 Selección de un volumen de muestra muy
amplio o colocar este muy cerca de la pared
del vaso.

 Surge por la ambigüedad en la medición de las
desviaciones alar de la Frecuencia Doppler.
 Si la FRP es menor del doble de la desviación
máxima de la frecuencia producida por el
movimiento del objetivo, se produce aliasing.
 Es posible reducirlo aumentando la FRP y el
ángulo Doppler.

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