Princípios Físicos da USG Bernardo F.S Fernandes Medicina Fetal HUPE - 2010

Introdução Som: vibração/onda mecânica que se propaga em um meio físico no sentido longitudinal Comportamento periódico Ouvido humano: 20 – 20.000Hz Ultrassom diagnóstico: 2,5 – 20 MHz

Introdução Séc. XVIII: Spallanzani observou algoritmos de vôo de morcegos Séc XIX: propriedade piezoelétrica de alguns cristais (Pierre Curie) Década de 40: início do uso na medicina Anos 50: modo B Anos 70: início do uso em obstetrícia / transdutores intraluminais

O Aparelho Transdutores (3,5 – 14 MHz): composto por material piezoelétrico. Emissão e captação das ondas Processador central: Processa impulsos elétricos provenientes do transdutor Monitor: transforma sinais elétricos em pontos luminosos, formando a imagem ultrassonográfica

A onda sonora Propagação ondulatória Características: - Freqüência (f): medida em Hz. Nº de ciclos em 1 segundo - Comprimento de onda (): medida entre início e fim de um ciclo - Amplitude (A): valor máximo de pressão atingido em um ciclo - Período (P): tempo necessário para que um ciclo ocorra (inverso da freqüência) - Velocidade de propagação no meio (c): f x  - Intensidade: força exercida pela onda sobre o meio de propagação (potência / área)

A onda sonora Variáveis que influenciam a propagação: Meio (densidade, compressibilidade) Impedância acústica: resistência do meio à propagação do som. É o produto da densidade do meio pela velocidade de propagação nesse meio Pressão exercida pelo meio Temperatura (influência mínima)

A onda sonora Quanto maior a dureza de um tecido, maior a velocidade de propagação - Ar: 330m/s - Água: 1495m/s - Tecidos moles: 1540m/s (média) - Osso: 4080m/s

A onda sonora Quanto maior a amplitude da onda (pressão), maior será a intensidade e maior a ecogenicidade da imagem ultrassônica As diferentes impedâncias acústicas dos tecidos são determinantes para a formação das imagens, pois as variações de velocidade de propagação determinam as diferentes ecogenicidades da imagem

O Transdutor Responsável pela produção/emissão dos ecos e captação dos ecos que retornam dos tecidos – formação da imagem Composto por cristais piezoelétricos: materiais capazes de produzir voltagem (diferença de potencial elétrico) a partir de um estímulo mecânico (onda sonora) Efeito piezoelétrico invertido: transformação de energia elétrica em ondas mecânicas (ultrassônicas). Quartzo, cristais cerâmicos sintéticos

O Transdutor A transformação de energia sonora em elétrica é a base para a formação da imagem ultrassonográfica Passa a maior parte do tempo captando os ecos sonoros (período em microssegundos). Pulso é gerado muito mais rapidamente Variam quanto ao tipo de varredura, utilidade e freqüência # Setorial: imagem cônica # Convexa: tb cônica, mas com maior contato com o tecido – USG obstétrico # Linear: imagem retangular. Altas freqüências (tecidos superficiais)

O Transdutor Quanto maior a freqüência emitida, melhor a resolução das imagens e maior a absorção do feixe sonoro pelos tecidos Freqüências altas são utilizadas para observar estruturas mais superficiais Estruturas profundas devem ser estudadas com transdutores que emitam pulsos de menor freqüência (menor absorção do feixe sonoro por tecidos mais superficiais) Tendência: transdutores de freqüência variável

O Transdutor USG transvaginal: 5 – 7,5 MHz USG abdominal: 3 – 5 MHz O feixe sonoro possui 2 zonas (convergente e divergente). O encontro das 2 zonas é denominada zona focal, onde a imagem tem melhor nitidez. O ajuste é realizado com auxílio do aparelho (profundidade de foco)

Atenuação Diminuição da intensidade da onda sonora ao atravessar os tecidos Decorre de 3 fatores: # Divergência: espalhamento do feixe pela área # Absorção: transferência de energia do feixe para os tecidos. Proporcional à freqüência e rigidez dos tecidos (sombra!) # Deflexão: alteração da direção do feixe (reflexão ou refração). Ocorre quando se atravessa meios de impedâncias diferentes (interfaces) ex. útero visto atrás da bexiga. O ar reflete muito, atrapalhando o exame

Atenuação Espalhamento ou dispersão (scattering): ocorre quando as superfícies refletoras são menores que o comprimento da onda. Ocorrem então múltiplas reflexões em diversos sentidos (ex. sinusóides hepáticos) O posicionamento perpendicular do transdutor em relação à interface faz com que os ecos sejam refletidos de forma especular, melhorando a captação e a qualidade da imagem

Atenuação O grau de transmissão e reflexão dos feixes depende basicamente da diferença de impedância (Z) entre os meios (coeficiente) Z = densidade do tecido X velocidade acústica O uso do gel acoplador é baseado nessa observação, pois uma interface ar-tecido representaria um coeficiente de impedância muito grande, refletindo quase todo o som. O uso do gel diminui o coeficiente, permitindo a penetração da onda nos tecidos

Amplificação Ganho – uso na prática Aumento das voltagens gerados pelo transdutor Controlado pelo examinador Altera a escala de cinzas na imagem ultrassonográfica Pouco ganho: perda da ecogenicidade Muito ganho: saturação da ecogenicidade, com perda da discriminação das imagens

Amplificação Amplificação diferencial (TGC): mecanismo de compensação de ecos provenientes de estruturas mais profundas, para melhor visualização das mesmas Responsável por homogeneizar as imagens Diferenciar de sombra e reforço acústico

Time gain compensation De estruturas mais superficiais a mais profundas

Formação da Imagem Os ecos são captados pelo transdutor e codificados através das seguintes características: # intensidade # direção # tempo Modos de construção da imagem: # Modo A: amplitude – unidimensional. Ecos no trajeto de uma linha. Utilizado em sonares marítimos (reflexão dos sons) # Modo B: brilho – bidimensional. Atribui diferentes intensidades de brilho a diferentes ecos, dependendo da amplitude. IMAGEM !!! # Modo M: movimento – representa o deslocamento do modo A ao longo da tela do monitor. Ex. atividade cardíaca

Formação da Imagem Resolução: depende do nº de pontos que formam a imagem (pixels) # Variáveis: - freqüência do feixe sonoro - duração dos pulsos - espessura do feixe emitido # Determina a capacidade de perceber detalhes

Formação da Imagem Tipos de resolução: # Temporal: capacidade de distinguir eventos separados no tempo. Obtido automaticamente.Não costuma ser percebido # Axial: distinção de 2 pontos no plano longitudinal. Aumenta com a freqüência e diminui com a profundidade # Lateral: distinção de 2 pontos no plano perpendicular. Aumenta com a redução do diâmetro do feixe # Por contraste: escala de tons de cinza. Quanto maior a quantidade de tons, melhor a qualidade

Artefatos Definição: erros na apresentação da imagem (forma, tamanho e/ou brilho) Podem atrapalhar ou ajudar (!) o examinador Distinção essencial

Artefatos Reverberação: passagem do eco de estrutura sólida para líquida, originando reflexos contínuos e imagem ecogênica. Aparece próximo a estruturas com conteúdo líquido Atenuado com a diminuição do ganho no local Sombra acústica causada por gases intestinais. Causada por grande diferença de impedância Sombra acústica posterior em cálculos e calcificações Reforço acústico posterior em coleções líquidas e cistos

Reforço posterior (cisto de mama)

Sombra acústica (colelitíase)

Artefatos Ruídos eletrônicos: intrínsecos ou extrínsecos Defeitos no transdutor: quebra, penetração inadequada, erros na calibração de medida, erros no conversor de varredura (linhas pretas na tela) Defeitos na técnica: uso inadequado do gel, acoplamento incompleto do transdutor na pele, uso errôneo do TGC, transdutor ou freqüência inadequados, inaptidão técnica

Efeitos Biológicos Efeitos: # Calor # Cavitação # Alterações celulares

Efeitos Biológicos Uso médico não apresenta risco evidente, nas doses utilizadas neste contexto Potência-limite: 100mW/cm². USG usa 10mW/cm² (no máximo) Doppler: 400mW/cm². Não usar no 1º trimestre?

OBRIGADO !!!