Física del ultrasonido

1. Física del ultrasonido

2. Conceptos
SONIDO
• Es la sensación percibida con el órgano del oído producida por la vibración
que se propaga en un medio elástico en forma de ondas.
• El sonido es el resultado de la energía mecánica que viaja a través de la
materia como una onda que produce alternancia de compresión y
rarefacción.
• Los sonidos que oímos corresponden a variaciones de presión que, sobre la
membrana timpánica producen las ondas mecánicas propagadas a través del
aire.

3. Conceptos
• Infrasonido. Ondas sonoras por debajo del espectro audible.
• Ultrasonido. Ondas sonoras por encima del espectro audible.

4. Ultrasonido
• Se basa en la emisión de ondas
de sonido de alta frecuencia.

5. Conceptos
FRECUENCIA.
• La frecuencia consiste en el número de ondas que ocurren en un segundo.
• Una onda completa incluye una cresta y un valle.
• La unidad de medida utilizada es el Hertz (Hz).
1 Hz = 1 onda por segundo.
1KHz = 1000 ondas por segundo.
1MHz = 1 000 000 de ondas por segundo.

6. Conceptos
• Amplitud (A): máxima altura de la onda (decibelios, dB) ▫
• Longitud de onda: distancia que recorre la onda en un ciclo completo
(cm, mm)

8. Compresión y rarefacción
• La compresión en las ondas de sonido es un aumento de la presión y
la densidad del aire, y la rarefacción es la disminución de la presión y
la densidad del aire.

10. Rango audible
• La audición humana es limitada a un rango que se extiende desde 20
hasta 20,000 Hz.
• Frecuencias de sonido utilizadas para aplicaciones diagnósticas
normalmente oscilan entre 2 y 15 MHz.

12. • En la mayoría de las aplicaciones clínicas de ultrasonido, breves
pulsos de energía se transmiten al cuerpo y se propagan a través del
tejido.
• La propagación del sonido es principalmente a lo largo de la dirección
del movimiento de partículas (ondas longitudinales).

13. VELOCIDAD DE PROPAGACIÓN.
• Es la velocidad en la que el sonido viaja a través de un tejido y se considera en
promedio de 1,540 m/s para los tejidos blandos.
• Esta velocidad varía en cada tejido; por ejemplo, en la grasa, las ondas sonoras
se mueven lentamente, mientras que en el aire, la velocidad de propagación es
tan lenta que las estructuras que lo contienen no pueden ser evaluadas por
ultrasonido.

14. • La velocidad de propagación está en gran parte determinada por la
resistencia del medio a la compresión.
• A su vez está influenciado por la densidad del medio y su rigidez o
elasticidad.

16. • Debido a que unos pocos tejidos normales tienen valores de
propagación significativamente diferentes del valor promedio
asumido por el escáner de ultrasonido, la visualización de tales tejidos
puede ser sujeto a errores de medida o artefactos.

17. • Principios acústicos:
• Reflexión
• Refracción
• Atenuación
• Impedancia acústica

18. Reflexión
• Reflexión: es un cambio de dirección del una haz sónico al incidir
sobre una interfase que no penetra
• Cuando se emplea la escala de grises, las reflexiones más intensas o
ecos reflejados se observan en tono blanco (hiperecoicos) y las más
débiles en diversos tonos de gris (hipoecoicos) y cuando no hay
reflexiones en negro (anecoico).

19. Refracción
• Cuando el sonido pasa de un tejido con una velocidad de propagación
acústica a un tejido con una velocidad de sonido mayor o menor,
existe un cambio en la dirección de la onda sonora.
• Este cambio en la dirección de propagación se llama refracción y se
rige por la Ley de Snell

21. Atenuación
• A medida que la energía acústica se mueve a través de un medio
uniforme, la energía se transfiere finalmente al medio de transmisión
como calor.
• Puede ser secundaria a absorción o dispersión.
• La absorción involucra la transformación de la energía mecánica en
calor; mientras que la dispersión consiste en la desviación de la
dirección de propagación de la energía

23. Impedancia acústica
• La impedancia acústica (Z) es una propiedad física del tejido. Describe
cuánta resistencia encuentra un haz de ultrasonido cuando pasa a
través de un tejido.
• Involucra:
• La densidad del tejido (d, en kg / m3).
• La velocidad de la onda de sonido (c, en m / s)

24. Transductor
• Un transductor es cualquier dispositivo que convierte una forma de
energía en otra.
• En ultrasonido el transductor convierte energía eléctrica a energía
mecánica, y viceversa.

25. • Los transductores de ultrasonido
utilizan piezoelectricidad.
• En 1880, Pierre Curie descubre
el efecto piezoeléctrico en
cristales de cuarzo.
• Los materiales tienen la
capacidad única de responder a
la acción de un campo eléctrico
cambiando de forma.

26. • También tienen la propiedad de generar potenciales eléctricos
cuando se comprimen.
• Cuando es estimulado por la aplicación de una diferencia de voltaje a
través de su espesor, el transductor vibra.

28. Semiología ecográfica
• Escala de grises: ECOGENICIDAD
• Hiperecogénico,
hipoecogénico, anecogénico.
Isoecogénico.

32. Modos
• Las señales de ultrasonido se pueden mostrar de varias maneras.
• Modo A(Amplitud)
• Un solo transductor escanea una línea a través del cuerpo con los ecos trazados en la
pantalla en función de la profundidad.
• La información se representa en gráficas
• Modo M(Motion)
• En el ultrasonido en modo M (modo de movimiento), los pulsos se emiten en rápida
sucesión: cada vez se toma una imagen en modo A o en modo B. Con el tiempo, esto es
análogo a grabar un video en ultrasonido.
• Modo B(Brillo)
• En el modo B (modo de brillo), una ecografía, una matriz lineal de transductores escanea
simultáneamente un plano a través del cuerpo que puede verse como una imagen
bidimensional en la pantalla. Más comúnmente conocido como modo 2D ahora.

35. Efecto Doppler
• El efecto Doppler describe el cambio de frecuencia que se produce en
cualquier onda cuando existe movimiento relativo entre la fuente
emisora y el receptor.
• Cuando existe movimiento, al acercarse la fuente emisora las ondas
son percibidas por el receptor con mayor frecuencia.
• Al alejarse se percibirán con menor frecuencia

37. Ultrasonido Doppler
• El principio del ultrasonido Doppler es el análisis del cambio en las
ondas sónicas reflejadas (ecos) por estructuras en movimiento.
• La representación de la velocidad de las células respecto del tiempo
se puede hacer gráficamente en forma de un espectro, en un código
de color o en forma audible

38. Ultrasonido Doppler
• La señal Doppler (espectro
Doppler) obtenida podemos
representarla de 3 modos: como
una señal de audio, como una
señal de color (con el Doppler
color) y como una
representación gráfica (con el
Doppler pulsado).

39. ARTEFACTOS (ARTIFICIOS)
• Existen dos tipos diferentes de artefactos:
• Objetos que se ven en la imagen, pero que no existen.
• Pérdidas de ecos por objetos existentes.

40. ARTEFACTOS
REVERBERACION
• Se produce cuando ecos de
gran amplitud son reflejados
de nuevo a nivel del
transductor y vuelven a entrar
en el paciente.

41. ARTEFACTOS
• COLA DE COMETA
• Ocurre cuando el haz de ultrasonidos
choca contra una interfase estrecha y
muy ecogénica apareciendo detrás de
esta interfase una serie de ecos
lineales.

42. ARTEFACTOS
• Imagen en espejo
• Se produce cuando hay un
cambio de ecogenicidad muy
brusco en un espacio muy
reducido.

43. ARTEFACTOS
• ANISOTROPIA:
variación de la
ecogenicidad de un tejido
dependiendo del ángulo
de incidencia del haz
ultrasónico.

44. • Imagen doble:
• Debido a la refracción, pueden
presentarse objetos reales en
localización falsa. Se minimiza con
un ángulo de incidencia lo más
cercano posible a 90º

45. ARTEFACTOS
SOMBRA ACÚSTICA
Se produce cuando el
ultrasonido choca con una
interfase muy ecogénica y no
puede atravesarla no
detectándose ninguna imagen
detrás de esta interfase tan
ecogénica.

46. ARTEFACTOS
REFUERZO ACUSTICO
Se produce cuando el ultrasonido
atraviesa un medio sin interfases
en su interior y pasa a un medio
sólido ecogénico.

47. Referencias
• Rumack. Ultrasonido Diagnóstico. Quinta Edición. Elsevier. 2018
• Vargas A, Amescua-Guerra LM, Bernal MA, Pineda C, Subdirector V.
Principios físicos básicos del ultrasonido, sonoanatomía del sistema
musculoesquelético y artefactos ecográficos. Acta Ortopédica Mex
[Internet]. 2008;22(6):361. Disponible en: www.medigraphic.com