4

4.- Caracterización, y visualización

CARACTERÍSTICAS DE ULTRASONIDOS PARA SU USO EN MEDICINA

• Minimamente invasivo
• Fácil y rápida adquisición
• Repetitividad y Reproductibilidad
• No tiene efectos secundarios relevantes
• Bajo coste
• Alta innovación tecnológica
• Muy accesible
• Prototipos portátiles
• Imágenes estáticas, e imágenes dinámicas con movimiento
• Multitud de tipos de estudios en cada área de aplicación

EFECTOS BIOLÓGICOS DE LOS ULTRASONIDOS:

Ya en 1.920 se demostró en unos estudios cómo morían peces por los ultrasonidos: los ultrasonidos pueden modificar de alguna manera la materia, mediante dos mecanismos:

Mecanismo térmico: Por el calor que produce la absorción de la energía del ultrasonido. Este efecto es totalmente despreciable, pues el calor se disipa rápidamente por convección, conducción y radiación, sin que se aprecie un aumento significativo de la temperatura.

Mecanismo de "cavitación": Este es un fenómeno poco conocido que se caracteriza por el aumento de la presión y la temperatura de las burbujas o cavidades con gas y líquido, debido a resonancia, con alteración de la tensión superficial. Según sea dicha resonancia, se habla de cavitación transitoria o de cavitación estable.

Los ultrasonidos diagnósticos han sido considerados durante muchos años como una técnica no invasora. El análisis cromosómico tras la exposición a las ondas ultrasónicas continuas ha conducido a resultados dispares sobre si realmente se provoca daño o no. Hasta ahora no ha sido documentado ningún efecto negativo de los ultrasonidos pulsados sobre las células humanas. Es un haz de ultrasonidos pulsados el que se ha utilizado en la mayoría de los proyectos diagnósticos (las técnicas Doppler utilizan el ultrasonido de forma continua), Un transductor que emita un sonido pulsado está activo menos del 0,1 % del tiempo, el resto del tiempo se emplea en la recepción de ecos. (en un examen de 15 minutos el tiempo de exploración es de 0,9 segundos).

ZONAS A VISUALIZAR

La ultrasonografía es sólo una de las muchas modalidades de representación de imágenes. Es crucial para el médico que envía al paciente, comprender las ventajas y limitaciones, de modo que pueda hacer un diagnóstico mediante el empleo de técnicas más eficientes.

Los resultados más satisfactorios de la ultrasonografía se consiguen en la evaluación de los órganos de tejido blando no gaseosos y de las estructuras que contienen líquidos. Esto excluye el tracto gastrointestinal ya que el aire impide el paso del sonido a las profundidades deseadas; el hueso actúa de forma similar. El bario es un fuerte reflector del sonido por lo que debe considerarse cuidadosamente la secuencia del exámen diagnóstico.

Velocidad del sonido en algunos materiales biológicos
Material	Velocidad del sonido (m/s)	Impedancia (Rayl x 10 -6)
Aire	330	0.0004
Grasa	1450	1.38
Agua	1480	1.48
Tejidos blandos (de media)	1540	1.63
Cerebro	1540	NA
Higado	1550	1.65
Riñón	1560	1.62
Sangre	1570	1.61
Músculo	1580	1.7
Cristalino del ojo	1620	NA
Cavidad Craneal	4080	7.8

VENTAJAS DE SU USO EN MEDICINA

Las ventajas de los ultrasonidos: la capacidad para valorar la textura y el tamaño de los órganos es inestimable aunque no proporciona una indicación de la función. La exploración puede ser practicada en multitud de planos. Esto puede ser útil para seguir el curso de las estructuras tubulares o para visualizar zonas ocultas por incisiones, estomas, y curas suprayacentes; el examen se adapta a las necesidades de cada paciente. La ausencia de exposición a las radiaciones ionizantes y el no requerimiento de sedación son ventajas evidentes especialmente deseables en el curso de las exploraciones de seguimiento.

MÉTODOS DE VISUALIZACIÓN

De todos los posibles tipos de ultrasonidos los que más se vienen utilizando son los baja intensidad, ya que estos no tienen carácter destructivo y, por consiguiente, no producen cambios permanentes en las propiedades de los tejidos por donde se propagan. Entre todos los sistemas biomédicos en que se utilizan los ultrasonidos los equipos de exploración son los que más habitualmente se usan.

Al aplicarse ultrasonidos de baja intensidad, los sistemas están basados en técnicas que permitan medir la atenuación y la velocidad de propagación en los medios por donde se propagan. Estas técnicas son, también, habituales en los sistemas de control de calidad de los materiales. Los equipos basados en la detección, presentación y medida de las ondas ultrasónicas reflejadas, en las superficies de las distintas estructuras se les denomina ecógrafos; la mayoría de los equipos de diagnóstico son ecógrafos. También existen equipos en los que para la construcción de imágenes se basan en las ondas transmitidas.

Antes de la introducción de la ultrasonografía, el estudio de los órganos y tejidos internos era posible a través de evaluaciones postmortem, métodos quirúrgicos y, en el caso de los órganos reproductivos por la palpación rectal. Desde 1980, cuando los franceses Palmer y Driancourt usaron la técnica ecográfica para diagnóstico de preñez en yeguas se ha avanzado mucho en el mejoramiento de los equipos, así como en los usos que se le ha dado a la ultrasonografía. La ecografía es una técnica no invasiva que permite la visualización de los órganos internos de las diferentes especies domésticas, e incluso del hombre. Tiene la ventaja de no ser perturbadora de las funciones, y sin el riesgo de exposición a radiación de rayos X, permite un uso frecuente, no sólo en órganos reproductivos aislados, sino también del seguimiento de eventos reproductivos completos.

-FUNDAMENTOS DE LA TÉCNICA
Como el sonar de un submarino, el diagnóstico ultrasónico está basado en la propagación de una onda de sonido a través de un medio fluido o semifluido (tejidos blandos del cuerpo) y el registro del “eco” o rebote del sonido para producir una imagen visual. Recibe el nombre de ultrasonido debido a la ultra-alta frecuencia de las ondas de sonido emitidas por el equipo.

-TEJIDOS ECOGÉNICOS Y NO ECOGÉNICOS
Los líquidos no reflejan las ondas de sonido (son no ecogénicos o anecoicos), y se observan en la pantalla como imágenes oscuras o negras. En contraste, las estructuras más densas, como los huesos o cervix, son ecogénicas o ecoicas, porque reflejan una gran proporción de las ondas de sonido dirigidas a ellas, observándose en la pantalla de un color gris claro a blanco. Los equipos usados mayormente son de modo B y tiempo real. Modo B se refiere a la modalidad de diferentes grados de brillantez. Imágenes de tiempo real son las que presentan en movimiento continuo en el monitor. El dispositivo para la emisión y recepción de los ecos es el transductor. Se emplean dos métodos de aproximación ultrasónica: la vía transcutánea o transabdominal y la vía transrectal. El uso en animales mayores es comúnmente por vía rectal, debido a la estrecha proximidad de la pared rectal y el tracto reproductivo. El transductor está constituído por uno o más cristales piezoeléctricos que convierten la energía eléctrica en mecánica, emitiendo las ondas de ultrasonido. La ordenación de los mismos los clasifica en Lineales y Sectoriales. Existen de diferentes frecuencias: 3.5, 5.0 y 7.5 MHz.

-APLICACIONES
Evaluaciones ginecológicas, detección de estro y tiempo de ovulación, diagnóstico de gestación, determinación del sexo del feto, patologías uterinas y ováricas, recolección de óvulos por aspiración folicular (vía transvaginal). En las evaluaciones ginecológicas se pueden observar los diferentes órganos del tracto genital reproductivo como son la vagina, cervix, cuernos uterinos y ovarios. El diagnóstico de gestación se puede realizar a partir de los 20 días postservicio por el hallazgo de líquido dentro del útero, pero es sólo a partir de los 30 días, cuando es posible detectar el latido cardíaco del feto, el momento en que se puede hacer un diagnóstico definitivo de preñez. La determinación del sexo del feto se recomienda hacerla entre 49 y 52 días postservicio, buscando el tubérculo genital como una estructura hiperecoica. En el macho se visualiza cerca al cordón umbilical, y en la hembra persiste craneal a la cola. Otro momento puede ser entre los 75 a 110 días de gestación, debiéndose buscar en el macho un esbozo escrotal, y en la hembra la glándula mamaria en formación. Dentro de las patologías uterinas y ováricas, se considera la muerte embrionaria y fetal, maceración fetal, piometra, fallas de ovulación, quistes foliculares y tumores ováricos. La recolección de óvulos por aspiración folicular se realiza vía transvaginal, necesitándose una unidad lineal con transductor microconvexo de 6.5 MHz, la cual debe poseer un canal de biopsia para insertar la aguja de aspiración. Otro factor en consideración es que el animal debe ser sometido a sedación y anestesia epidural.

-MÉTODOS DIAGNÓSTIOS DE ECO PULSADO:

Un pulso de ultrasonido se refleja cuando atraviesa la interfase entre dos medios que tienen diferencias en las impedancias características, y el tiempo que transcurre entre la transmisión del pulso y la recepción del eco dependen de la velocidad de propagación y de la trayectoria. La velocidad de propagación en los diferentes tejidos blandos es similar y se establece como una constante. En estas técnicas, los ultrasonidos son generados en pulsos de unos pocos microsegundos de duración, con una cadencia de entre 500 y 1.000 pulsos/seg. Las principales son:

1. Modo A. Es el modo de visualización más antiguo y más sencillo. El haz de ultrasonidos es dirigido en una única dirección dentro del cuerpo. El receptor detecta la envolvente de los ecos y realiza el acondicionamiento sobre ésta, tras lo cual es visualizada en un osciloscopio como un desplazamiento vertical a lo largo de un eje horizontal. El valor de desplazamiento vertical es una medida de la amplitud del eco, de ahí el término modo A (de amplitud). La posición del eco a lo largo del eje horizontal es una medida del tiempo que tarda el eco en regresar desde que se transmitió el pulso y, por tanto, una medida de la profundidad a que se encuentra la interfase que creo el eco, calculada a través de la expresión x = c t ½ donde c es la velocidad de fase y t es el retardo.

La ventaja del modo A es que proporciona información sobre la posición de las irregularidades del tejido de forma rápida con un equipo sencillo. La desventaja es que es unidimensional. Suele utilizarse para realizar medidas exactas de dimensiones, como el tamaño del ojo en oftalmología.

2. Modo B. La potencia del eco no modula la señal de la pantalla en amplitud, sino en brillo (de ahí que se llame modo B). La pantalla muestra una línea sobre el eje, cuyo brillo en cada punto, es decir, en cada instante, depende de la potencia de la señal recibida. Un eco recibido en cierto instante de tiempo se verá como un punto brillante en la abscisa correspondiente a dicho instante en el eje de tiempos. Esto libera el eje vertical de la pantalla, que puede ser utilizado para mostrar otra información. El eje a lo largo de la dirección del haz sigue correspondiendo a la profundidad de penetración en distancia, pero el eje perpendicular al haz también mostrará distancias, haciendo coincidir la dirección del haz en la pantalla con la dirección real del haz de ultrasonidos dentro del cuerpo. El transductor controlado manualmente, se va moviendo para barrer un plano del cuerpo, mientras unos sensores de posición detectan el ángulo y el desplazamiento del haz de ultrasonidos con respecto a una referencia. Se dibuja en la pantalla el haz con ese ángulo y ese mismo desplazamiento, obteniéndose así una imagen 2D del plano barrido. Estos dispositivos han dejado de usarse en favor del modo B en tiempo real.

3. Modo B en tiempo real. En esta configuración, el haz de ultrasonidos efectúa periódicamente un barrido del plano en exploración, movido por medios mecánicos o electrónicos, modificando tan sólo el ángulo de orientación del transductor. Un barrido completo a lo largo de un plano sobre una imagen consiste en varias líneas espaciadas regularmente, que parten desde la posición de la sonda hacia diferentes orientaciones, barriendo una determinada región. Para rellenar los huecos que puedan quedar entre líneas adyacentes de la imagen, se utiliza la interpolación y la combinación de barridos sucesivos. El término tiempo real hace referencia a la capacidad de generar imágenes 2D a tasas superiores a cinco imágenes por segundo. Debido a la alta velocidad del sonido en los tejidos es posible en la práctica alcanzar tasas de hasta 40 imágenes por segundo con un dispositivo de este tipo. La región del plano de exploración barrida y visualizada por la sonda se denomina campo de visión. El campo de visión viene determinado por la profundidad de penetración de los ultrasonidos y por el número de líneas de imagen y el espaciado entre ellas. La profundidad de penetración, el número de líneas en cada imagen y la tasa de imágenes por segundo están relacionadas entre sí. El producto de estos tres términos es constante. Por tanto, visualizar un mayor número de líneas supone reducir la tasa de imágenes por segundo para la misma profundidad de penetración.

4. Modo M. Se pretende representar la posición de un objeto en función del tiempo. Los haces de ultrasonido se orientan en una única dirección. Los ecos recibidos se muestran en pantalla como líneas moduladas en brillo frente al tiempo. Las líneas correspondientes a pulsos consecutivos, se visualizan una junto a otra formando una imagen 2D que muestra cómo van variando las posiciones de las interfases con el tiempo. El término M hace referencia a movimiento, ya que es lo que se pretende representar en este modo.

5. El "efecto Doppler" permite el estudio de órganos en movimiento al percibirse una señal sonora producto de la diferente frecuencia entre el haz sonoro emitido y el reflejado. Cuando el haz ultrasonográfico rebota en una superficie inmóvil, la frecuencia del haz reflejado es la misma que la del haz transmitido; pero si la superficie de rebote se mueve, el ultrasonido reflejado tendrá diferente frecuencia que el emitido ("efecto Doppler"), la cual puede amplificarse y recibirse cono señal sónica en un amplificador, o registrarse en un analizador de frecuencia.

Ruido característico SPECKLE : composición ondulatoria de la dispersión y reflexión.
• Si aumenta la Frecuencia aumenta la Resolución ( disminuye la longitud de onda lo que implica disminuya la Dispersión y la Difracción)
pero también aumenta la Atenuación lo que conlleva menor penetración

• Soluciones Propuestas
– Transductores específicos para cada aplicación
– Controles regulables de ganancia
– Transductores multibanda + Fusión