Ultrassonografia
A ultrassonografia (BR) ou ecografia (PT) é um método diagnóstico muito recorrente na medicina moderna que utiliza o eco gerado através de ondas ultrassônicas de alta frequência para visualizar, em tempo real, as estruturas internas do organismo. Por meio de uma ultrassonografia com doppler, o médico é capaz de ver o fluxo sangüíneo nos principais vasos.
Esta modalidade de diagnóstico por imagem apresenta características próprias: O método ultrassonográfico baseia-se no fenômeno de interação do som com os tecidos, ou seja, a partir da transmissão da onda sonora pelo meio, observamos as propriedades mecânicas dos tecidos. Assim, torna-se necessário o conhecimento dos fundamentos físicos e tecnológicos envolvidos na formação das imagens, incluindo o modo pelo qual os sinais obtidos por essa técnica são detectados, caracterizados e analisados corretamente, propiciando uma interpretação diagnóstica correta. Além disso, o desenvolvimento contínuo de novas técnicas, a saber: o mapeamento Doppler, os meios de contraste, os sistemas de processamento de imagens em 3D, as imagens de harmônicas e a elastometria, exigem um conhecimento ainda mais amplo dos fenômenos físicos. A ultrassonografia pode contribuir como auxílio no diagnóstico médico e veterinário, sendo sua aplicação mais ampla atualmente em seres humanos. Esta técnica tem sido muito utilizada em obstetrícia, sobretudo na avaliação de aspectos morfofuncionais. Permite ainda a orientação de processos invasivos mesmo antes do nascimento.
Impedância acústica
A propriedade física dos tecidos que possibilita a formação de imagens de ultrassonagrafia é a impedância acústica Z {\displaystyle Z} , expressa por: Z = ρ 0 ∗ c = ρ 0 κ {\displaystyle Z=\rho _{0}*c={\sqrt {\frac {\rho _{0}}{\kappa }}}} , sendo ρ 0 {\displaystyle \rho _{0}} a densidade e κ {\displaystyle \kappa } a compressibilidade do tecido, e c {\displaystyle c} a velocidade do som no tecido. A interação da onda sonora incidente com uma fronteira entre dois tecidos com diferentes impedâncias acústicas, Z 1 {\displaystyle Z_{1}} e Z 2 {\displaystyle Z_{2}} , resulta em uma onda refletida e uma onda transmitida. O coeficiente de reflexão R descreve a fração da intensidade da onda sonora incidente que é refletida. Ele é expresso como:
Obstetrícia e genecologia
A ecografia ginecológica examina os órgãos pélvicos femininos (especificamente o útero, os ovários e as trompas de Falópio), bem como a bexiga urinária, os anexos uterinos e a bolsa de Douglas. Utiliza transdutores concebidos para abordagens pela parede abdominal inferior, curvilíneas e sectoriais, bem como transdutores especiais, como a ecografia transvaginal. A ecografia obstétrica foi originalmente desenvolvida no final dos anos 50 e 60 por Sir Ian Donald e é comummente utilizada durante a gravidez para verificar o desenvolvimento e a apresentação do feto. Pode ser utilizada para identificar muitas condições que podem ser potencialmente prejudiciais para a mãe e/ou para o bebé, possivelmente sem diagnóstico ou com diagnóstico tardio na ausência de ecografia. Atualmente, acredita-se que o diagnóstico tardio acarreta maior risco, se existir, associado à realização de uma ecografia. É desaconselhada a sua utilização para fins não médicos, como vídeos e fotos para "recordações" fetais.
Refração
Refração é o fenômeno de mudança de direção da onda sonora transmitida em uma fronteira entre dois tecidos quando o feixe incidente não é perpendicular a esta fronteira. A frequência da onda incidente não se altera, mas a velocidade do som pode ser diferente nos dois tecidos. O ângulo de refração é dado pela Lei de Snell: θ t θ i = c 2 c 1 {\displaystyle {\frac {\theta _{t}}{\theta _{i}}}={\frac {c_{2}}{c_{1}}}} sendo θ i {\displaystyle \theta _{i}} e θ t {\displaystyle \theta _{t}} os ângulos incidente e transmitido, quando a onda sonora se propaga do meio 1 para o meio 2, com velocidades do som no meio iguais a c 1 {\displaystyle c_{1}} e c 2 {\displaystyle c_{2}} , respectivamente.
Atenuação
Uma onda sonora se propagando em um meio é atenuada. Há uma diminuição na intensidade devido a fatores como viscosidade e condução de calor. A atenuação é causada principalmente pelo espalhamento e absorção nos tecidos (na forma de calor) do feixe incidente. A atenuação aumenta com o aumento da frequência da onda sonora.
Em imageamento por ultrassom, um pulso curto de energia mecânica é enviado para os tecidos. O pulso viaja na velocidade do som, e com as mudanças nas propriedades acústicas dos tecidos, uma fração do pulso é refletido como um eco que volta para a fonte. Armazenando os ecos ao longo do tempo, assim como a intensidade dos mesmos, obtemos informações sobre os tecidos ao longo do caminho. A criação de uma imagem digital a partir das ondas ultrassônicas se dá em 3 etapas: produção da onda sonora, recepção do eco e interpretação do eco recebido.
Produção da onda sonora
A Ultrassom é tipicamente produzido utilizando um transdutor piezoelétrico. O transdutor é o componente do aparelho de ultrassonografia que entra em contato com o paciente e é conectado ao restante do equipamento através de um cabo. Um material piezoelétrico converte uma tensão (ou pressão) em um campo elétrico, e vice versa. Transdutores usados para imageamento utilizam cerâmica piezoelétrica sintética, normalmente titanato zirconato de chumbo (PZT). Uma voltagem oscilando com alta frequência aplicada através do material piezoelétrico cria uma onda sonora com a mesma frequência. Uma pressão oscilante aplicada a um material piezoelétrico cria uma voltagem oscilando através dele. A medida dessa voltagem fornece uma maneira de registrar ondas ultrassônicas. O mesmo material piezoelétrico pode funcionar tanto como fonte quanto como detector!
Recepção dos ecos
O oposto também ocorre, ou seja, ao receber estímulos mecânicos (ondas ultrassônicas), os cristais vibram e geram uma diferença de potencial elétrico, causando impulsos elétricos. Estes constituem um sinal elétrico, que é lido e interpretado pelo computador acoplado ao aparelho de ultrassom (ou "scanner" de ultrassom). O scanner processa esses sinais e os transforma em uma imagem digital. Desse modo, percebe-se que a ultrassonografia é uma técnica baseada na leitura de ecos.@media(max-width:768px){.mw-parser-output .mobile-stack{width:100%!important;float:none!important;margin:10px auto!important;text-align:center!important;box-sizing:border-box!important}.mw-parser-output .mobile-stack .image-container{float:none!important;display:inline-block;padding-bottom:10px}.mw-parser-output .mobile-stack .text-container{margin-left:0!important}}
Formação da imagem
O scanner sonográfico determina três informações de cada eco recebido: Quando o scanner sonográfico determina estas 3 informações, ele pode codificar cada pixel da imagem com a intensidade. Um pulso curto (tipicamente 0.5 μs de duração com uma frequência central de cerca de 5 MHz) é aplicado ao tecido por um transdutor piezoelétrico. O pulso viaja com uma velocidade de cerca de c = 1540 m / s {\displaystyle c=1540m/s} (velocidade média de propagação do som nos tecidos moles). Quando ele se aproxima de uma fronteira entre dois tecidos com impedâncias acústicas diferentes, parte do pulso incidente é refletido como um eco, que pode ser detectado pelo mesmo transdutor piezoelétrico.
Quando a fonte de um ultrassom está se movendo, a frequência da onda observada por um receptor estacionário é diferente da frequência da fonte. Esse fenômeno é chamado efeito Doppler. Quando a fonte está se movendo na direção do receptor, a frequência é maior, e quando a fonte se afasta do receptor, a frequência é menor. Em aplicações médicas de ultrassom, a onda detectada é frequentemente uma reflexão de tecido em movimento, como hemácias no sangue. A diferença entre as frequências contém informações sobre a velocidade do objeto. Essas informações podem ser usadas para criar mapas de fluxo sanguíneo. Na física clássica, em que as velocidades da fonte e do recetor em relação ao meio são inferiores à velocidade das ondas no meio, a relação entre a frequência observada f {\displaystyle f} e a frequência emitida f 0 {\displaystyle f_{\text{0}}} é dada por: f = ( c ± v r c ∓ v s ) f 0 {\displaystyle f=\left({\frac {c\pm v_{\text{r}}}{c\mp v_{\text{s}}}}\right)f_{0}} onde
Doppler Contínuo
Trata-se do sistema mais simples e barato para medir a velocidade do sangue. São necessários dois transdutores: um transmitindo o ultrassom incidente e o outro detectando os ecos contínuos resultantes. A precisão do Doppler contínuo é afetada pelo movimento de outras estruturas no caminho do feixe. Em regiões com múltiplos vasos sanguíneos, uns sobre os outros, ocorre superposição dos ecos, tornando difícil distinguir um sinal específico.
Doppler Pulsado
Este sistema combina a determinação de velocidade do sistema Doppler Contínuo com a determinação da profundidade do imageamento Pulso-Eco. Um transdutor para Doppler Pulsado é usado no formato Pulso-Eco, como no imageamento. A profundidade é selecionada utilizando um circuito eletrônico do tipo gate, que mede o tempo do eco e rejeita todos os sinais fora do intervalo determinado pelo operador. Em alguns sistemas, múltiplos gates fornecem perfis de velocidade através de um vaso. Cada pulso não contém informação suficiente para determinar completamente o deslocamento Doppler, mas apenas uma amostra das frequências alteradas medidas como uma mudança de fase. Objetos estacionários não geram mudança de fase, mas objetos em movimento o fazem. Os ecos repetidos dentro do intervalo ativo são analisados e um sinal Doppler é gradualmente construído.
Power Doppler
A análise por Doppler coloca uma restrição na sensibilidade ao movimento, porque os sinais gerados pelo movimento devem ser extraídos para determinar velocidade e direção a partir das mudanças de fase nos ecos detectados dentro da janela ativa. Power Doppler é um método de processar o sinal que se baseia na amplitude de todos os sinais Doppler, independente da direção do movimento (ou seja, da direção do fluxo). Isso melhora a sensibilidade ao movimento, ao custo da informação da direção do fluxo. Maior sensibilidade permite a detecção e interpretação de fluxos sanguíneos muito sutis e lentos. Aliasing não é um problema porque apenas a amplitude dos sinais é analisada, e não a fase.
