Física del ultrasonido

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Principios de la física de la ultrasonografía diagnóstica.

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Física del ultrasonido

  1. 1. TTECORB SSN MCNCÉSARAUGUSTO MILLÁN SÁNCHEZ
  2. 2.  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
  3. 3.  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
  4. 4. Diagnóstico por Ecografía, Carol M. Rumak M.D., Stephanie R. Wilson , M.D. 3ra Ed; 4
  5. 5.  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
  6. 6. • 20 – 20,000 Hz Audición humana • 2 – 20 MHz Ultrasonido de aplicación diagnóstica Diagnóstico por Ecografía, Carol M. Rumak M.D., Stephanie R. Wilson , M.D. 3ra Ed; 6 1 KHz = 1,000 Hz 1 MHz = 1,000,000 Hz
  7. 7.  La velocidad de la onda de presión a través del tejido está influida por las propiedades físicas del mismo. Diagnóstico por Ecografía, Carol M. Rumak M.D., Stephanie R. Wilson , M.D. 3ra Ed; 4 Resistencia del medio a la compresión Densidad del medio Elasticidad o rigidez
  8. 8.  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 Principios Físicos Básicos del Ultrasonido, Carlos Pineda V., Araceli Bernal G. Rev. chil. reumatol. 2009; 25(2):60-66 Longitud de onda Velocidad de propagación Frecuencia
  9. 9. 0 1000 2000 3000 4000 5000 m/s Velocidad de propagación en los tejidos Aire Grasa Agua Tejidos Blandos Hígado Riñon Sángre Músculo Hueso
  10. 10.  Distancia = Intervalo de tiempo xVelocidad de propagación Diagnóstico por Ecografía, Carol M. Rumak M.D., Stephanie R. Wilson , M.D. 3ra Ed; 6
  11. 11.  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 Diagnóstico por Ecografía, Carol M. Rumak M.D., Stephanie R. Wilson , M.D. 3ra Ed; 6
  12. 12.  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 Principios Físicos Básicos del Ultrasonido, Carlos Pineda V., Araceli Bernal G. Rev. chil. reumatol. 2009; 25(2):60-66
  13. 13.  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 Diagnóstico por Ecografía, Carol M. Rumak M.D., Stephanie R. Wilson , M.D. 3ra Ed; 7
  14. 14.  La energía ultrasónica pierde potencia y su intensidad disminuye progresivamente a medida que inciden estructuras más profundas Principios Físicos Básicos del Ultrasonido, Carlos Pineda V., Araceli Bernal G. Rev. chil. reumatol. 2009; 25(2):60-66 Atenuación Absorción Transformación de energía mecánica en calor Dispersión Desviación de la propagación de la energía Reflexión Pérdida de energía Diagnóstico por Ecografía, Carol M. Rumak M.D., Stephanie R. Wilson , M.D. 3ra Ed; 8
  15. 15. 0 5 10 15 m/s Atenuación de algunos tejidos Agua Sangre Grasa Tejidos blandos Hígado Riñón Músculo (Long) Músculo (Trans) Hueso Aire Diagnóstico por Ecografía, Carol M. Rumak M.D., Stephanie R. Wilson , M.D. 3ra Ed; 9
  16. 16. TRANSMISOR TRANSDUCTOR RECEPTOR PROCESADOR PANTALLA GRABADOR / ARCHIVO Diagnóstico por Ecografía, Carol M. Rumak M.D., Stephanie R. Wilson , M.D. 3ra Ed; 8
  17. 17.  Controla la frecuencia de los pulsos emitidos  FRP  FRECUENCIA DE REPETICION DE PULSOS  Número de veces que los cristales son estimulados por segundo. Principios Físicos Básicos del Ultrasonido, Carlos Pineda V., Araceli Bernal G. Rev. chil. reumatol. 2009; 25(2):60-66 Transmisor Transductor Tejido
  18. 18.  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 Diagnóstico por Ecografía, Carol M. Rumak M.D., Stephanie R. Wilson , M.D. 3ra Ed; 9 Principios Físicos Básicos del Ultrasonido, Carlos Pineda V., Araceli Bernal G. Rev. chil. reumatol. 2009; 25(2):60-66
  19. 19.  Convierte energía eléctrica en energía mecánica y viceversa Diagnóstico por Ecografía, Carol M. Rumak M.D., Stephanie R. Wilson , M.D. 3ra Ed; 9 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
  20. 20.  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 Principios Físicos Básicos del Ultrasonido, Carlos Pineda V., Araceli Bernal G. Rev. chil. reumatol. 2009; 25(2):60-66 Compensación de la ganancia de tiempo
  21. 21. 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 Principios Físicos Básicos del Ultrasonido, Carlos Pineda V., Araceli Bernal G. Rev. chil. reumatol. 2009; 25(2):60-66 Diagnóstico por Ecografía, Carol M. Rumak M.D., Stephanie R. Wilson , M.D. 3ra Ed; 10,11
  22. 22. Modo A Modo M Modo B Diagnóstico por Ecografía, Carol M. Rumak M.D., Stephanie R. Wilson , M.D. 3ra Ed; 10,11 AMERAM v.1.0 2006 F. Sandra Portero, O. Torales Chaparro, M. Martínez Morillo
  23. 23.  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 Principios Físicos Básicos del Ultrasonido, Carlos Pineda V., Araceli Bernal G. Rev. chil. reumatol. 2009; 25(2):60-66
  24. 24.  Produce una presión de movimiento al generar una serie de imágenes en 2-D individuales.  15-60 fotogramas por segundo Diagnóstico por Ecografía, Carol M. Rumak M.D., Stephanie R. Wilson , M.D. 3ra Ed; 12,13
  25. 25. AMERAM v.1.0 2006 F. Sandra Portero, O. Torales Chaparro, M. Martínez Morillo
  26. 26. Lineales Curva En fase Anular
  27. 27.  Zonas pequeñas y vasculares  Elementos individuales colocados en forma lineal y paralela Diagnóstico por Ecografía, Carol M. Rumak M.D., Stephanie R. Wilson , M.D. 3ra Ed; 15
  28. 28.  Configuración curva convexa  Abdomen, obstétricas y pélvicas  Elementos individuales colocados en forma lineal y paralela  Configuración Curva pequeños  Vaginales, transrectales y pediatría. Diagnóstico por Ecografía, Carol M. Rumak M.D., Stephanie R. Wilson , M.D. 3ra Ed; 15
  29. 29.  Sonda más pequeña  Haces sónicos orientados a ángulos variables  Imagen producida Sector Ecografía, Middleton M.D. Kurtz M.D. Hertzberg M.D.. 6
  30. 30.  Configuración curva convexa  Abdomen, obstétricas y pélvicas  Elementos individuales colocados en forma lineal y paralela  Configuración Curva pequeños  Vaginales, transrectales y pediatría. Diagnóstico por Ecografía, Carol M. Rumak M.D., Stephanie R. Wilson , M.D. 3ra Ed; 15
  31. 31.  Vasos sanguíneos, organos superficiales, tiroides ,mama o testiculo 7.5 – 15 MHz  Estructuras profundas de abdomen  2.25 – 3.5 MHz Diagnóstico por Ecografía, Carol M. Rumak M.D., Stephanie R. Wilson , M.D. 3ra Ed; 15
  32. 32.  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
  33. 33.  Combinación espacial  Mejora el contraste  Mejora la detección de interfases  Recude el ruido  Reúne imágenes de diferentes ángulos
  34. 34.  Visualización de las imágenes adquiridas en los 3 planos del espacio (axial, sagital, coronal)  Reconstrucción tridimensional  Medición de volúmenes  Tratamiento de la imagen
  35. 35.  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
  36. 36.  Reverberación  Refracción  Lóbulo lateral  Ring Down
  37. 37.  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. Diagnóstico por Ecografía, Carol M. Rumak M.D., Stephanie R. Wilson , M.D. 3ra Ed; 21
  38. 38. Diagnóstico por Ecografía, Carol M. Rumak M.D., Stephanie R. Wilson , M.D. 3ra Ed; 21 Ecografía De la imagen al diagnóstico, G. Schmidt, Panamericana1ra Ed; 14
  39. 39.  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, Middleton M.D. Kurtz M.D. Hertzberg M.D.. 21
  40. 40. Ecografía, Middleton M.D. Kurtz M.D. Hertzberg M.D.. 22
  41. 41. Ecografía, Middleton M.D. Kurtz M.D. Hertzberg M.D.. 24 Ecografía De la imagen al diagnóstico, G. Schmidt, Panamericana1ra Ed; 9 Diagnóstico por Ecografía, Carol M. Rumak M.D., Stephanie R. Wilson , M.D. 3ra Ed; 22
  42. 42.  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. Diagnóstico por Ecografía, Carol M. Rumak M.D., Stephanie R. Wilson , M.D. 3ra Ed; 23
  43. 43.  La relación entre la frecuencia del ultrasonio de retorno y la velocidad del reflector queda determinada por la ecuación Doppler: Diagnóstico por Ecografía, Carol M. Rumak M.D., Stephanie R. Wilson , M.D. 3ra Ed; 24
  44. 44. Diagnóstico por Ecografía, Carol M. Rumak M.D., Stephanie R. Wilson , M.D. 3ra Ed; 23
  45. 45.  Diagnóstico por Ecografía, Carol M. Rumak M.D., Stephanie R. Wilson , M.D. 3ra Ed; 23
  46. 46.  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 Diagnóstico por Ecografía, Carol M. Rumak M.D., Stephanie R. Wilson , M.D. 3ra Ed; 25
  47. 47.  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
  48. 48.  Detección de flujo  No aporta información relacionada con la dirección o velocidad del flujo  Menos ángulo dependiente  No existe aliasing  Evita el ruido
  49. 49. FRECUENCIA DOPPLER ENSANCHAMIENTO ESPECTRAL ALIASING ANGULO DOPPLER TAMAÑO DEL VOLUMEN DE MUESTRA Diagnóstico por Ecografía, Carol M. Rumak M.D., Stephanie R. Wilson , M.D. 3ra Ed; 30
  50. 50.  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 Diagnóstico por Ecografía, Carol M. Rumak M.D., Stephanie R. Wilson , M.D. 3ra Ed; 30
  51. 51.  Ganancia excesiva en el sistema.  Selección de un volumen de muestra muy amplio o colocar este muy cerca de la pared del vaso. Diagnóstico por Ecografía, Carol M. Rumak M.D., Stephanie R. Wilson , M.D. 3ra Ed; 31
  52. 52.  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. Diagnóstico por Ecografía, Carol M. Rumak M.D., Stephanie R. Wilson , M.D. 3ra Ed; 31
  53. 53. Diagnóstico por Ecografía, Carol M. Rumak M.D., Stephanie R. Wilson , M.D. 3ra Ed; 31

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