FÍSICA DE ULTRASONIDO
RAM
1
Efecto piezoelectrico • Esfuerzo mecánico produce una polarización eléctrica • Reversible • Polarización eléctrica produce un esfuerzo mecánico
Naturaleza del ultrasonido • Son ondas lineales de tipo mecánico de una elevada frecuencia que se propagan a través de la materia, por compresiones y rarefacciones (dilataciones) periódicas de los átomos y moléculas del medio a partir de un foco que las genera.
Sonido • Ondas mecánicas • Ultrasonido: ondas por encima audición
• • • •
Menos 16 Hz 16 a 20,000Hz 20,000 a 100,000 Mayor 1010
Infrasonido Audible Ultrasonido Hipersonido
Ultrasonido • • • • • • •
Ondas sonoras lineales de alta frecuencia Avanzan por la materia Compresiones y dilataciones Foco generador Vacio = no propagación
Producción del ultrasonido • • • •
Generador piezoeléctrico Cristales dieléctricos Carentes de centro de simetría Titanato de bario, blenda de zinc, cuarzo, clorato potásico, turmalina, azúcar de caña.
Producción del US • Un esfuerzo mecánico sobre el cristal produce una polarización eléctrica proporcional a dicho esfuerzo • Fenómeno reversible • Si se cargan las caras de la lámina piezoeléctrica estas se dilatan y contraen • Impulso eléctrico 300 a 700v • 1000 por segundo
ONDAS MECANICAS
• SONIDO
SONIDO • “Fenómeno
físico que estimula el sentido del oido”
Audiciรณn
Propiedades • • • • • •
Amplitud Frecuencia Intensidad Velocidad Reflexión Refracción
Frecuencia
HERTZ • • • • •
Heinrich Hertz Alemania Unidad de frecuencia Hercio Símbolo Hz 1 Hz igual 1 ciclo por segundo
Oido Humano
• 15 a 20,000 Hz
Frecuencia
• Ultrasónica: +20.000 Hz • Infrasónica: - 16 Hz • 1’000,000Hz = 1 Megahertz
Gama de frecuencia de animales
El sonido
ncia es el nĂşmero de ciclos (oscilaciones) que una onda sonora efectĂşa en un tiempo dado; se mide en hercios (ciclos por segundo). En este ejemplo escuchamos una misma nota
orporation. Reservados todos los derechos.
Amplitud
Amplitud
a amplitud es la mรกxima distancia que un punto del medio en que se propaga la onda se desplaza de la posiciรณn de equilibrio; esta distancia corresponde al grado de movimiento
Corporation. Reservados todos los derechos.
Velocidad
Transmisiòn del sonido • Necesita materia • Vacío = no transmisión
Velocidad del sonido En la tabla se muestra la velocidad de propagación del sonido en distintos medios a una temperatura determinada. SUSTANCIA
VELOCIDAD DEL SONIDO (m/s)
Aire (0 ºC)
331,6
Aire (20 ºC)
344
Hidrógeno (0 ºC)
1.280
Agua (0 ºC)
1.390
Agua (20 ºC)
1.484
Cobre (20 ºC)
3.580
Acero (20 ºC)
5.050
Vidrio (20 ºC)
5.200
Reflexiรณn
Reflexión • “Propiedad del movimiento ondulatorio por el que una onda retorna a su origen luego de chocar con una superficie”
Difracción • “Fenómeno del movimiento ondulatorio por el que una onda se extiende al pasar por el borde de un objeto o una rendija”
Refracción • “Cambio de direcciòn de la onda al pasar por un medio diferente”
R E F R A C C I Ó N
El eco
Requisitos para el eco • Emisor sonido: Voz • Reflexiòn sonido: Materia Cerros • Receptor: Oído
El ECO
ECOLOCACION
Propied e interacciones del US y del medio • • • • • •
Longitud de onda Frecuencia Intensidad Velocidad Divergencia Reflexión y reflectancia • Refracción • Difracción
• Impedancia acústica • Absorción y coeficiente de abs. • Atenuación • Resolución
Propied e interacciones del US y del medio • Longitud de onda
• Es la distancia entre las crestas de una onda sonora. • Determina la resolución del sistema
Propied e interacciones del US y del medio • Frecuencia
• Dado por el nùmero de ciclos por segundo. • Hertz (Hz) • Kilohertz • Megahertz
Propied e interacciones del US y del medio • Intensidad
• Cantidad de energía sónica que llega por segundo a una superficie de un cm2
Propied e interacciones del US y del medio • Velocidad
• Distancia recorrida en una unidad de tiempo. • m/s • 1540 m/s promedio • 340 m/s gas • 3360 m/s hueso
Propied e interacciones del US y del medio • Divergencia
• La energía se reparte sobre una superficie cada vez mas grande a medida que avanza, disminuyendo así su intensidad.
Propied e interacciones del US y del medio • Reflexión y reflectancia
• Cambio de dirección al incidir en una interfase de dos medios de distinta impedancia y que no penetra. • Cantidad de energía sónica reflejada
Propied e interacciones del US y del medio • Refracción
• Cambio de dirección de un haz que acaba de traspasar una interfase. • Depende de la densidad y velocidad de propagación en ambos medios y del seno del ángulo de incidencia
Propied e interacciones del US y del medio • Difracciòn
• Desviación al rozar los bordes de una interfase.
Propied e interacciones del US y del medio • Resistencia que opone el medio al paso del sonido. • Son similares en todos los tejidos blandos.
• Impedancia acustica
Propied e interacciones del US y del medio • Es la cesión de parte de la energía al medio donde se propaga. • Diatermia ultrasónica • Proporcional a la frecuencia • CA tej bl 0.7 dB/cm MHz
• Absorción y coeficiente de abs.
Propied e interacciones del US y del medio • Disminución de la intensidad del haz sónico a medida que se propaga • Resultante de fenómenos como: Absorción Reflexión Divergencia Refracción
• Atenuación
Propied e interacciones del US y del medio • Menor distancia (en mm) de separación de 2 puntos para ser identificados como separados. • Axial: Depende del tiempo • Lateral: Depende del haz de sonido
• Resolución
Eco superficial lĂnea media
Transductor lineal
Escala de grises • • • •
Permite evaluar tejidos Convertidor de barrido digital Condensación de puntos Ojo discrimina hasta 10 grados gris
Escala de grises • • • • •
Del negro al blanco Numero niveles depende de bits 2bits/pixel = 4 niveles 6bits/pixel = 64 niveles 8bits/pixel = 256 niveles
FISICA DEL ULTRASONIDO ESCALA DE GRISES: REGISTRO DE ECOS CON DIFERENTES TONOS DE GRIS SEGÚN INTENSIDAD DE SEÑAL QUE SIRVE PARA EVALUAR LA TEXTURA ACUSTICA DE LOS TEJIDOS
RAM
68
FISICA DEL ULTRASONIDO ESCALA DE GRISES:
RAM
69
ESCALA DE GRISES
RAM
70
ESCALA DE GRISES
RAM
71
ESCALA DE GRISES
RAM
72
ESCALA DE GRISES
RAM
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FISICA DEL ULTRASONIDO Bases físicas: Son ondas de naturaleza mecánica, que se propagan solo a través de la materia, como vibraciones anterogradas y retrogradas (como un péndulo) en las partículas superficiales y profundas de la materia con distancias recorridas de una millonésima de centímetro. Producción del U.S. Efecto Piezoelectrico: Los cristales dieléctricos (titanato de Bario, cuarzo, blenda de Zinc, etc.) mediante su dilatación y contracción convierten la energía eléctrica en energía mecánica y viceversa. Asi un transductor puede enviar y recibir ondas acústicas. RAM
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FISICA DEL ULTRASONIDO Propiedades e interacciones del U.S. Y el medio 1. Frecuencia 2. Velocidad de propagación 3. Impedancia acústica 4. Longitud de onda 5. Intensidad 6. Divergencia 7. Reflexión y Reflectancia 8. Refracción 9. Difracción 10. Absorción 11. Atenuación RAM 12. Resolución
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FRECUENCIA • Numero de ciclos que ocurren en un segundo • Unidad de medida : un Hertz (Hz) = un ciclo por segundo • Un MHz = 1´000,000 de Hz (mínimo ideal para el diagnostico en medicina). • 15 MHz (máximo ideal para el diagnostico en medicina)
RAM
77
RANGOS SONOROS Infrasonidos
< 20 Hz
Sonidos Audibles
20 - 20,000 Hz
Ultrasonidos
> 20,000 Hz
En Medicina
> 1 MHz (> 1 millรณn Hz รณ ciclos / seg.) RAM
78
EFECTO DOPPLER PRODUCIDO POR UNA FUENTE EN MOVIMIENTO A: la fuente (S) y el receptor (R) están estacionarios, y las frecuencias de las señales de entrada y de salida son idénticas. B: La fuente se está moviendo hacia el receptor, produciendo un cambio hacia arriba en la frecuencia recibida. C: la fuente se está alejando del receptor, produciendo un cambio hacia abajo en le frecuencia recibida.
RAM
79
FRECUENCIA: 3.5 MHz
RAM
80
FRECUENCIA: 5.0 MHz (TV)
RAM
81
FRECUENCIA: 7.5 MHz
RAM
82
FRECUENCIA: 8.5 MHZ
RAM
83
FRECUENCIA: 8.5 MHz
RAM
84
VELOCIDAD DE PROPAGACION • • • •
1. 2. 3.
• •
Distancia recorrida por el haz de sonido en un tiempo dado. Expresión en m/s. Es proporcional a la densidad del medio ,a > densidad > velocidad de propagación. Es inversamente proporcional a la elasticidad del medio, a > elasticidad <velocidad de propagación. Hueso 3,360 m/s. Liquido 1,540 m/s. Gas 340 m/s. El cuerpo humano se comporta como medio liquido. Independiente de la frecuencia. RAM
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VELOCIDAD DE PROPAGACION Velocidad del Sonido
Impedancia Acústica ( Z = PV )
- Aire : 331 m/s
0,0004
- Partes Blandas : 1540 m/s • Grasa • Agua • Sangre • Hígado • Músculo
1,38 1,48 1,61 1,65 1,7
- Hueso : 4,080 m/s
7,8
RAM
86
VELOCIDAD DE PROPAGACION • Conocida la velocidad del ultrasonido y el tiempo que tardan en volver los ecos originados en los tejidos se pueden calcular la profundidad de su origen. • En Abdomen se usa traductores con una frecuencia estándar considerando su velocidad media de 1540 m/s
RAM
87
VELOCIDAD DE PROPAGACION: 3.5 MHz
RAM
88
VELOCIDAD DE PROPAGACION: 3.5MHz
RAM
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VELOCIDAD DE PROPAGACION: 3.5MHz
RAM
90
VELOCIDAD DE PROPAGACION: 3.5MHz
RAM
91
VELOCIDAD DE PROPAGACION: 3.5MHz
RAM
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IMPEDANCIA ACUSTICA Z = PV
P = Densidad del material k/m. V = Velocidad de la onda sonora en m/s.
â&#x20AC;˘ Resistencia que opone el medio al paso del sonido â&#x20AC;˘ Valores de impedancia similares para todos los tejidos blandos
RAM
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VELOCIDAD DE PROPAGACION – IMPEDANCIA ACUSTICA
Velocidad del Sonido
Impedancia Acústica ( Z = PV ) 0,0004
- Aire : 331 m/s
- Partes Blandas : 1540 m/s • Grasa • Agua • Sangre • Hígado • Músculo
1,38 1,48 1,61 1,65 1,7
- Hueso : 4,080 m/s
7,8
RAM
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IMPEDANCIA ACUSTICA
RAM
95
LONGITUD DE ONDA • L = V/F; L = Longitud de onda V = Velocidad en m/s F = Frecuencia en ciclos/s • Para cada frecuencia hay una longitud de onda. • Teniendo en cuenta la velocidad media del sonido del cuerpo humano de 1540 m/s: 1 MHz = 1.54 mm, 2MHz = 0.77 mm, 5 MHz = 0.31 mm, 10 MHz = 0.15 mm. • Distancia entre crestas de presión de la onda • Determina el limite de resolución de un sistema • A > longitud de onda < resolución RAM
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ONDA ACUSTICA Tiempo de 1 ciclo = PerĂodo 1 ciclo por Segundo = 1 Hz 1 Segundo
Tiempo
1 ciclo Distancia de 1 ciclo = longitud de onda (1) Frecuencia = nĂşmero de ciclos por unidades de tiempo RAM
97
LONGITUD DE ONDA: 0.44 mm (para 3.5 MHz)
RAM
98
LONGITUD DE ONDA: 0.31 mm (para 5 MHz. TV)
RAM
99
LONGITUD DE ONDA: 0.21 mm (para 7.5 MHz)
RAM
100
LONGITUD DE ONDA: 0.18 mm (para 8.5 MHz)
RAM
101
INTENSIDAD • Cantidad de energía sonica que llega por segundo a una superficie de un cm2. • En ultra sonografia se utiliza intensidades de 2 a 6 mW/cm2.
RAM
102
DIVERGENCIA • Perdida de energía al propagarse el haz sonoro. • Es inversamente proporcional a la frecuencia. • A > frecuencia < divergencia.
RAM
103
REFLEXION Y REFLECTANCIA • Reflexión es el cambio de dirección de un haz sonico al incidir en una interfase en la que no penetra • A > diferencia de impedancia acústica entre tejidos vecinos que conforman la interfase, > energía reflectada • Reflactancia es la cantidad de energía sonica reflejada
RAM
104
REFLEXION Y REFLECTANCIA
RAM
105
REFLEXION Y REFLECTANCIA: Dif. De Z = 0.17
RAM
106
REFLEXION Y REFLECTANCIA: Dif. De Z = 0.17 â&#x20AC;&#x201C; 0.27
RAM
107
REFLEXION Y REFLECTANCIA: Dif. De Z = 0.10
RAM
108
REFLEXION Y REFLECTANCIA: Dif. De Z = 0.27
RAM
109
REFLEXION Y REFLECTANCIA: Dif. De Z = 0.27
RAM
110
REFLEXION Y REFLECTANCIA: Dif. De Z = 0.22
RAM
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REFRACCION • Cambio de dirección de un haz sonico que acaba de traspasar una interfase. • Depende de la densidad y de la velocidad de propagación en ambos medios. • Pequeña en interfase de tejidos blandos y elevada en interfase de tejido blando – oseo.
RAM
112
REFRACCION
RAM
113
REFRACCION: Dif. De Z = 1.5 y 0.22
RAM
114
REFRACCION: Dif. De Z = 1.7
RAM
115
REFRACCION: Dif. De Z = 1.5
RAM
116
REFRACCION: Dif. De Z = 6.1
RAM
117
DIFRACCION
โ ข Desviaciรณn de un haz de sonido al rozar los bordes de una interfase
RAM
118
ABSORCION
• Cesión de parte de la energía al medio donde se propaga. • Depende del contenido proteico de los tejidos. • Es proporcional a la frecuencia, a > frecuencia >absorción. RAM
119
ABSORCION: 5.0 MHz
RAM
120
ABSORCION: 5.0 MHz
RAM
121
ABSORCION: 3.5 MHz
RAM
122
ATENUACION • Disminución de la intensidad del haz de sonido a medida que se propaga en los tejidos • Resultante de otros fenómenos: absorción, reflexión, divergencia, refracción. • Proporcional a la frecuencia, a > frecuencia > atenuación < penetrabilidad. RAM
123
ATENUACION: 5.0 MHz
RAM
124
ATENUACION: 3.5 MHz
RAM
125
RESOLUCION •
Menor distancia en mm. de separación a la que deben encontrarse dos puntos o estructuras pequeñas que puedan ser identificados como separados. • Dos tipos : 1. Resolución longitudinal (a lo largo del haz). 2. Resolución lateral o transversa (perpendicular al eje de propagación de la onda sonica). • La resolución longitudinal de un sistema es superior a la resolución lateral. 126
GLOSARIO DE TERMINOS
127
• ANECOGENICO o ANECOICO : sin ecos o exento de ecos.Ejemplo: orina,bilis. • ARTEFACTO: imagen que aparece en ultrasonido y que no corresponde ni representa a una estructura anatómica, Ejemplo: la reberverancia. • ATENUACION: disminución de la intensidad de las ondas de ultrasonido cuando pasan a través de tejidos,se produce por absorción, reflexión, refracción y dispersión del haz. RAM
128
• DISPERSION: reflexión y refracción simultanea. • ECOS INTERNOS: reflexiones ultrasónicas procedentes de tejidos de diferente densidad en el interior de un órgano, Ejemplo: absceso, calculo dentro de la vesícula biliar. • EFECTO DOPPLER: cambio en la frecuencia de una onda como consecuencia del movimiento relativo entre el observador y la fuente .El cambio de frecuencia es proporcional a la velocidad del movimiento 129
• GANANCIA: amplificación de las ondas de ultrasonido reflejadas por el aparato de ecografía, los ecos de tejidos mas profundos requieren mas amplificación que los provenientes de tejidos mas superficiales. • HIPERECOGENICO: termino aplicado a tejidos que producen ecos mas brillantes que los tejidos adyacentes, Ejemplo: hueso, cálculos, paredes de la v.biliar,grasa perirenal.
130
HIPOECOGENICO: termino aplicado a tejidos que producen ecos mas apagados que los tejidos adyacentes. Ejemplo: algunos tumores y líquidos. • CORTE LONGITUDINAL: imagen obtenida en sentido vertical a lo largo del eje principal del cuerpo. • CORTE TRANSVERSAL: imagen ultrasónica tomada en ángulo recto al eje principal del cuerpo.Puede tener inclinación cefálica o caudal. 131
• IMPEDANCIA ACUSTICA: resistencia ofrecida por los tejidos al movimiento de partículas causado por las ondas ultrasónicas, Ejemplo: El gas - alta impedancia,por eso es mal conductor del sonido. El liquido - baja impedancia,-buen conductor del sonido. RAM
132
• SOMBRA ACUSTICA: disminución de ecogenicidad en los tejidos situados por detrás de una estructura que atenúa considerablemente la onda de ultrasonido, Ejemplo: quiste dermoide, calcificación de próstata, mioma calcificado
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133
• REFUERZO ACUSTICO: aumento de ecogenicidad de los tejidos situados por detrás de una estructura que no atenúa las ondas de ultrasonido. Ejemplo: quiste vejiga urinaria. • REBERVERANCIA: reflexión de ida y vuelta de las ondas de ultrasonido entre dos superficies fuertemente reflectantes. RAM
134
• VENTANA ACUSTICA: tejido o estructura que apenas obstaculiza las ondas de ultrasonido, que puede usarse para obtener imágenes de una estructura mas profunda. Ejemplo: vejiga-útero, hígadoriñón.
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