Princípios Básicos de Ultrassonografia

Princípios Básicos de Ultrassonografia

A ultrassonografia encontra seus primórdios no estudo sobre as ondas sonoras. O primeiro passo foi dado em 1793, quando o naturalista Italiano Lazzaro Spallanzani publicou seus estudos sobre a capacidade de ecolocalização de morcegos.

Em 1880 e 1881, Pierre Currie descreveu a propriedade de conversão de energia elétrica em energia mecânica (e vice-versa) dos cristais piezoelétrico

s. Esses cristais até hoje são utilizados para a confecção dos probes dos aparelhos de ultrassom. Geralmente são feitos de titanato de bário ou de zirconato de chumbo.

Em 1950, Inge Edler e Hellmuth Hertz, fizeram a primeira aplicação da ultrassonografia a fim de obtenção de imagens humanas. Trata-se da visualização em modo monodimensional da valvula mitral (fig.1)

Na década de 1970, com os avanços tecnológicos, surgiram os primeiros aparelhos de ultrassonografia bidimensional.

Na década de 1990, a ultrassonografia passou a ser aplicada na sala de emergência. Foi descrito o FAST (focused assessment sonography for trauma), posteriormente protocolado pelo American College of Emergency Physicians. Outro passo importante foi dado em 1998 por Daniel Lichtenstein, que iniciou seus estudos sobre ultrassonografia pulmonar.

Em 2002 o ultrassom passau a ser aplicado em contexto de terapia intensiva, com estudos sobre disfunção de ventrículo direito (VD) em pacientes com síndrome de desconforto respiratório agudo (SDRA).

Em 2007, começaram a se estruturar os primeiros cursos de ultrassonografia voltados para a educação de médicos intensivistas. Hoje, diversas instituições possuem cursos que são considerados de renome e atraem a atenção de médicos por todo o mundo: WINFOCUS, Chest, Universidade de Queens, ESICM, Erasmus Hospital, etc.

Efeito Piezoelétrico

Os cristais piezoeletricos são a essência de funcionam

ento de um aparelho de ultrassonografia. Eles se localizam internamente e na extremidade distal dos probes. Quando são expostos a uma corrente elétrica, o cristal piezoelétrico se polariza e se deforma. Considerando que a corrente elétrica é alternada, essa de

formação ocorre de maneira repetida e muito rápida (milhões de ciclos por segundo). A vibração do cristal produz ondas sonoras de compressão e de rarefação que são transmitidas para os tecidos orgânicos.

Parte da onda de ultrassom é refletida pelos tecidos e retorna para o probe. Dessa vez, o cristal piezoelétrico sofre uma nova deformação, agora, mecânica, causada pelo impacto da onda sonora refletida. Ao ser deformado, o cristal se polariza e gera uma corrente elétrica. Essa corrente elétrica varia de intensidade a depender da intensidade da deformação do cristal.

Por fim, o aparelho de ultrassom consegue transformar diversas intensidades de corrente elétrica em uma imagem gráfica de diferentes tonalidades de cinza, que é exposta na tela do dispositivo.

Interessante notar que a emissão das ondas de ultrassom não é contínua. Inicialmente, expomos o cristal a uma corrente elétrica, ele emite vibrações, essas vibrações viajam pelos tecidos humanos e, posteriormente, retornam para o cristal. Isso significa que há um período no qual o cristal permanece sem emitir ondas sonoras pois está no momento de captar as ondas refletidas. Esse intervalo de tempo é chamado de “tempo morto”. (fig2)

Anatomia de um Probe

Note na próxima figura, que a estrutura de um probe é desenvolvida com o objetivo de otimizar a transferência de energia para os tecidos humanos e garantir, portanto, que o retorno da energia sonora seja o mais potente possível. (fig3)

Definições físicas

O som é uma vibração que se propaga através de um meio, em ondas longitudinais de compressão e de rarefação.

A onda sonora pode ser representada por meio de uma curva sinusoidal, onde as cristas representam as regiões de compressão e os vales, as regiões de rarefação. (fig4)

Quanto maior a amplitude de movimento das partículas do meio, maior será a energia do som. Além disso, a distância entre duas cristas é denominada comprimento de onda. Importante frisar que a estrutura de uma onda sonora é baseada em movimentos repetidos de compressão e de rarefação. O tempo que demora para uma partícula do meio iniciar seu deslocamento indo até região de compressão e retornar para a região de rarefação é denominado período. O número de repetições que uma partícula do meio consegue desempenhar em um segundo é chamado de frequência de vibração e é medido em Hertz (Hz)

A frequência do som audível ao ouvido humano se situa na faixa entre 20 e 20.000 Hz.  O ultrassom terapêutico, utilizado para procedimentos como a nefrolitrotripsia por ondas de choque, tem a frequencia de cerca de 200.000 Hz. Para o ultrassom diagnóstico e foco de nosso estudo, essa frequencia se situa entre 2 e 20 milhões de Hz, ou 2 e 20 megahertz (MHz). (fig5)

Podemos estabelecer uma correlação entre a velocidade de propagação do som por um meio, com a sua frequência e comprimento de onda através da seguinte fórmula:

A velocidade com a qual o som percorre os diversos tecidos do corpo humano é variável e depende das características estruturais de cada um deles. É como se o som percorresse diferentes meios, com diferentes velocidades de condução. Em termos práticos, a média da velocidade do som no corpo humano é de 1.540 metros por segundo.

A facilidade com a qual um meio conduz o som é chamado de impedância acústica. O ar é um dos meios com a menor impedância. Isso se traduz na prática como uma importante limitação do método. Por exemplo, a avaliação de órgãos aerados, como o pulmão, é baseada mais em artefatos de técnica do que na própria avaliação direta do parênquima. Além disso, a presença de enfisema subcutâneo é capaz de tornar o exame ultrassonográfico inviável pelo simples fato de impedir a propagação do ultrassom para tecidos mais profundos.

Princípios de Funcionamento

Baseando-se na fórmula , para a mesma velocidade média de condução do ultrassom, quanto menor a frequência de vibração, maior o comprimento de onda emitido pelo probe.

Isso torna-se importante uma vez que quanto maior o comprimento de onda, maior é a profundidade que o ultrassom é capaz de atingir nos tecidos humanos. Ou seja, a fim de avaliar estrutras profundas, como órgãos abdominais, devemos utilizar os probes com a menor frequência de vibração. Infelizmente, quando priorizamos a obtenção de uma imagem de maior profundidade, perdemos em qualidade da definição da imagem.

O contrário também é verdadeiro. Quanto maior a frequência de vibração do probe, menor é o comprimento de onda, menor a profundidade e melhor a definição da imagem.

Nesse sentido, vamos compreender três tipos de probe: linear, convexo e setorial.

O probe linear é capaz de fornecer as maiores frequências de vibração (5 a 11MHz). Suas principais indicações de uso são para a avaliação de estruturas superficiais como vasos sanguíneos, pleura e nervo ótico. A imagem projetada no display tem formado retangular.

O probe convexo fornece as menores frequências de vibração (3 a 6MHz). Seu formato curvo permite a visualização de estruturas profundas. Seu uso é preconizado para avaliação de estruturas abdominais, além de avaliação de derrame pleural e incursão diafragmática. O formato da imagem é em “leque”.

O probe setorial é o indicado para a realização de ecocardiografia. Sua forma permite que a  interface se encaixe entre as costelas do paciente de modo que as estruturas ósseas não prejudiquem a obtenção da imagem cardíaca. Sua frequência de vibração é intermediária entre os dois probes anteriores (5 a 8MHz). A imagem projetada é triangular (fig.6)



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