Princípios Físicos da USG

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

2. 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

3. 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

4. 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

5. 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 propagaçãono meio (c): f x  - Intensidade: força exercida pela onda sobre o meio de propagação (potência / área)

7. 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)

8. 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

9. 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

10. 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

11. 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)

12. 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

13. 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)

14. 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

15. 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

16. 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

17. 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

18. 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

19. Time gain compensation • De estruturas mais superficiais a mais profundas

20. 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

21. 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

22. 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

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

24. 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

25. Reforço posterior (cisto de mama)

26. Sombra acústica (colelitíase)

27. 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

28. Efeitos Biológicos • Efeitos: # Calor # Cavitação # Alterações celulares

29. 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?

30. OBRIGADO !!!