UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA

UNIDAD IZTAPALAPA

DIVISION DE CIENCIAS BASICAS E INGENIERIA

MANUAL DE PRACTICAS CON ULTRASONIDO MODO A

FLORES LOYA GUADALUPE BEATRIZ

ASESOR: DIPL. ING. ENRIQUE HERNANDEZ MATOS

REPORTE FINAL, SEMINARIO DE PROYECTOS II

MEXICO D. F.

(JULIO 2006)

INTRODUCCION

El sonido es una sucesión de ondas mecánicas debidas a la vibración de

moléculas en un medio elástico. La frecuencia del sonido es la cantidad de veces

que la onda atraviesa un mismo punto en un segundo. Se mide en ciclos por

segundo o Hertz (Hz). [24]

Los seres humanos pueden oír el sonido con frecuencias de 20 a 20,000 Hertz.

Cualquier frecuencia más arriba que éstas, se llama ultrasonido. [15]

Los ultrasonidos utilizados en diagnóstico tienen una frecuencia a partir de los

megahertz. Por ello las frecuencias utilizadas en medicina van de 1 a 10

megahertz (MHz), debido a que a estas altas frecuencias, el sonido tiende a

desplazarse en ondas rectas paralelas entre si, las cuales pueden dirigirse a un

objeto determinado (algo semejante al láser). [10]

Al ser atravesadas por los ultrasonidos, los tejidos presentan una resistencia

denominada impedancia acústica. Sin embargo, el fenómeno más importante y

que constituye la base de la ecografía es la reflexión. [1,2]

2

Los ultrasonidos de obtienen por dos medios:

• Magneto-constricción: es el cambio reversible de longitud que se produce

en una varilla o tubo cuando se introduce en un campo magnético paralelo

a su longitud, haciendo que la varilla vibre longitudinalmente. Las ondas se

emiten por los extremos de las varillas. Este método no se utiliza en

medicina actualmente debido a que las propiedades físicas de la varilla

limitan la frecuencia. [2]

• Efecto piezoeléctrico: efecto descubierto por Pierre y Jacques Curie en

1880, consiste en la producción de potenciales eléctricos por parte de

ciertos cristales cuando estos se comprimen. Si en lugar de comprimir al

cristal se lo somete a la acción de corrientes eléctricas oscilantes dirigidas

al eje eléctrico del cristal, este vibra generando un sonido cuya frecuencia

es igual a la de la corriente eléctrica como consecuencia de las

compresiones y dilataciones periódicas sufridas. El cristal emisor tiene otra

característica que es el efecto de resonancia, es decir, que el cristal vibra

con una frecuencia característica. [2]

3

Ultrasonido Modo A: Cuando la onda del haz ultrasónico pasa a través de objetos

de diversa consistencia y dureza, se ve reflejado como pulsos de diferentes

amplitudes, dependiendo del material del que se trate. La distancia entre estos

puntos (por ejemplo A y B de la figura I.1) puede ser medida exactamente

dividiendo la velocidad del sonido en el tejido (1540 m/s) entre dos veces el tiempo

del recorrido. [4, 5, 11, 15, 23]

Figura I.1, es una fotografía de la pantalla del

osciloscopio de una unidad de ultrasonido modo

A.

Ultrasonido Modo B: La proyección de imagen del ultrasonido Modo B recoge la

misma información que el ultrasonido Modo A, pero agrega un sentido de la

dirección de donde proviene el eco, dentro de un plano de dos dimensiones

(Figura I.2). [15, 22, 23]

Esta imagen llega a ser reconocible, particularmente con práctica; pudiendo

entonces ser evaluada en caso de que existan anormalidades, y ser medida.

4

Figura I.2 Imagen del abdomen de un feto de

20 semanas adquirida mediante una unidad

de ultrasonido modo B. [1]

Ultrasonido Modo M: Una imagen en modo M puede mostrar el movimiento de una

estructura, como una válvula del corazón, pudiendo ser representado de una

manera ondulada (Figura I.3). [15, 22, 23]

Figura I.3. Muestra las válvulas del

corazón, imagen adquirida con un

ultrasonido modo M

5

Ultrasonido 2D – tiempo real: La mayoría de los dispositivos de ultrasonido

modernos son sistemas de obtención de imágenes de 2D - tiempo real. La forma

de obtener imágenes en tiempo real se basa en la proyección de hasta 100

cuadros por segundo (figura I.4). [15]

Figura I.4, esta imagen es parte de un

video de un ultrasonido de un feto de 27

semanas. Imagen adquirida con un equipo

de ultrasonido 2D en tiempo real [7]

Doppler continuo: Emite una señal constante y recibe ecos continuamente (Figura

I.5). Para lograr esto hay dos cristales piezoeléctricos (emisor y receptor) uno al

lado del otro. Tiene el defecto de ser imposible detectar el origen exacto de la

señal (detecta todo movimiento a lo largo del haz de ultrasonido). [24]

Figura I.5. Esta imagen es un ultrasonido del

corazón, realizado con una unidad de

ultrasonido Doppler continuo

Doppler pulsado: A diferencia del anterior tiene un solo cristal que emite

ultrasonidos en ráfaga siendo el eco captado por el mismo cristal, estas emisiones

están separadas por un periodo de latencia denominado "zona de muestreo"

(figura I.6). [1, 24]

incorpora un sistema de compuertas múltiples que

os al m un

mapa de flujo. El número de muestras por haz la resolución del sistema.

El Doppler color codifica la dirección del flujo en dos colores. Por convención el

color rojo es el flujo que se acerca al transductor y el azul aquel que aleja del

Los cambios de tono indican, además, la velocidad circulatoria: los

Figura I.6 Doppler Pulsado: registro de la arteria hepática.

Doppler color: El Doppler color

es capaz de muestrear varios siti ismo tiempo, llegando a conformar

determina

transductor.

tonos brillantes indican alta velocidad, los tonos apagados baja velocidad

circulatoria (Figura I.7). [9, 15, 24]

7

Figura I.7. Imagen Doppler-color, la imagen muestra el trayecto de la vena coronaria en un enfermo cirrótico [9, 21]

Ultrasonido 3D: Proporciona im

(fotografías). El cabezal puede

acomodarlo de diferentes formas p

ágenes en tres dimensiones de manera estática

moverse a lo largo de todo el cuerpo y es posible

ara o

El concentrador de procesamiento también puede ser utilizado para cambiar el

ncho de frecuencia de las ondas de sonido que el scanner emite dentro del

Figura I.8. Imagen de un feto de 25 semanas tomada

btener varias vistas.

a

cuerpo, controlando la profundidad de penetración de las ondas. Al mismo tiempo

permite y rotar las imágenes en pantalla, asegurando una claridad sin precedentes

(Figura I.8). [1, 24]

con ultrasonido 3D.

8

Ultrasonido 4D: P

(movimiento) Figura I.9. [1, 24]

roporciona imágenes en tres dimensiones en tiempo real

Figura I.9, parte de un video, correspondiente a un

embarazo de dos productos, imagen con ultrasonido

EL AMBITO MEDICO

aplic ico

médico. Las innovaciones tecnológicas continuas, incluyendo el Doppler,

aumentaron la posibilidad de estudiar órganos antes desconocidos, haciendo

osibles los diagnósticos diferenciales, mejorando el resultado de la atención

médica global.

Actualmente, las aplicaciones del ultrasonido mejoradas a través del tiempo se

iagnóstico

4D

EL ULTRASONIDO EN

El ultrasonido ha derivado aciones prácticas, entre ellas el diagnóst

p

han desarrollado hasta llegar a ser una de las modalidades de d más

utilizadas, ya que es una herramienta de alta calidad, confiable y costo efectiva.

9

Gracias a sus ventajas esta técnica, se ha convertido en un examen de rutina y de

primera elección por su enorme utilidad diagnóstica, en la atención ambulatoria,

hospitalaria y de urgencia.

s

que ofrece información valiosa sobre cambios estructurales en los distintos

órganos del cuerpo. [19]

Actualmente, el ultrasonido puede demostrarnos anatomía normal; presencia de

tumores y su caracterización en tamaño, localización, consistencia, etc., ademá

10

OBJETIVO

Diseño, elaboración y prueba de tres prácticas de ultrasonido modo A, para

alumnos de la Licenciatura en Ingeniería Biomédica, para que:

• Conozcan los controles, funciones y la técnica para obtener imágenes con

un equipo de ultrasonido Modo A.

• Reconozcan las características principales de los materiales a los cuales se

les puede realizar una prueba ultrasónica.

• Comprendan el fenómeno, propagación de una onda ultrasónica e

impedancia acústica.

• Determinen las limitaciones y/o desventajas de la aplicación de una prueba

ultrasónica con ultrasonido modo A.

Practicas:

1. Mediciones del grosor de reflectores sónicos.

2. Simulación de tumores con materiales de diferentes impedancias acústicas.

3. Simulación de la línea media del cráneo, en posición normal y desplazada.

Conocimientos necesarios:

• Conceptos básicos de instrumentación ultrasónica.

• Fisiología y anatomía generales.

11

PRÁCTICA 1: MEDICIONES DE GROSOR DE REFLECTORES SÓNICOS

DESCRIPCION

Este experimento del laboratorio muestra los principios básicos asociados con la

obtención de las medidas de grosor mediante una unidad de ultrasonido modo A.

Durante este proceso, se enfatiza el concepto de profundidad y mediciones de

grosor de reflectores sónicos [12].

Después de completar el experimento, se debe comprender la operación de una

unidad de ultrasonido en modo A; y desarrollar la habilidad para hacer las

mediciones repetibles y exactas.

MATERIAL Y EQUIPO:

1. Unidad de ultrasonido Modo A

2. Transductor piezoeléctrico de 3.5 MHz.

3. Algunos bloques de acrílico

4. Contenedor de acrílico

5. Esponja

6. Gel de acoplamiento

7. Regla

12

PROCEDIMIENTO RECOMENDADO

1. Conecte un transductor de piezoeléctrico a la unidad de ultrasonido Modo

A. Se debe tener la precaución de que la unidad este apagada, al conectar

y desconectar el transductor.

2. Coloque la esponja y la placa de acrílico dentro del contenedor, sobre dos

soportes de plástico de aproximadamente 3 cm. de alto, como se ilustra en

la figura 1.1 y llénelo con agua.

3. Ponga el transductor dentro del contenedor, en contacto con el agua 2 cm.,

y manipúlelo para obtener el eco de respuesta.

4. Mida el intervalo de tiempo entre los ecos y la amplitud de los mismos (con

la regla), y anótelos en la tabla 1.1. Use la fórmula V = 2(ΔS)/Δt. La

velocidad del sonido en el agua en 1.48 x 105 cm. / s. (ΔS es el intervalo de

distancia entre ecos y Δt el intervalo de tiempo entre los mismos).

13

Figura 1.1: imagen que ilustra la forma en que debe colocarse el

material para práctica 1

Transductor Nivel de agua

Placa de acrílico

Esponja

Soportes

1 2 3

Figura 1.2: imagen que resulta al realizar la práctica 1, expuesta por

el osciloscopio del ultrasonido Modo A,

14

Tabla 1.1

Eco No. Tiempo

transcurrido (μs)

Amplitud del eco (cm.)

Distancia (cm.)

1 8.108 5 0.6

2 2.027 4 1.5

3 100 6 7.4

Resultados obtenidos de la práctica 1.

La figura 1.2, fue obtenida directamente del equipo de ultrasonido modo A, en esta

imagen se aprecian claramente los pulsos, que son formados al paso del haz

ultrasónico por los diferentes materiales, esto se refleja directamente en la

amplitud de dichos pulsos. También es fácil de apreciar la distancia entre ellos.

Estos datos se encuentran en la tabla 1.1.

Nota: Si los medios por donde pasan los pulsos ultrasónicos tienen velocidades de

propagación del ultrasonido similares, entonces si puede suponerse que la

velocidad promedio es la misma y si se pueden realizar mediciones de distancias

confiables, pero en este caso la velocidad de propagación del ultrasonido en el

acrílico es mucho mayor, por lo que se introduce un error en la medición de su

grosor.

15

PRÁCTICA 2: SIMULACIÓN DE TUMORES CON MATERIALES DE

DIFERENTES IMPEDANCIAS ACÚSTICAS

DESCRIPCION

Los fluidos conducen bien las ondas ultrasónicas, por lo que el ultrasonido es una

técnica muy empleada en el diagnóstico de quistes (que están llenos de líquido),

para explorar estructuras que contienen líquido, como la vejiga, o el hígado y las

vías biliares, y para visualizar el feto en el saco amniótico. El aire, hueso y otros

tejidos calcificados absorben casi todo el haz del ultrasonido, por lo que esta

técnica no es útil para determinar el estado de los huesos o pulmones. [16]

Los tumores se clasifican en benignos o malignos, aunque esta distinción no tiene

utilidad universal. La propiedad más importante de un tumor maligno es su

capacidad de invadir tejidos vecinos o distantes. La diseminación a tejidos lejanos,

que suele tener lugar a través de la sangre o de los vasos linfáticos, se denomina

metástasis y es característica del cáncer. Algunos tumores benignos pueden ser

mortales sin producir metástasis. Entre ellos los más importantes son los tumores

cerebrales llamados gliomas, que llegan a crecer lo suficiente como para ejercer

gran presión sobre las estructuras cerebrales vecinas y destruir la función

respiratoria. [3, 17]

16

En esta práctica se simularan dos tumores diferentes, ambos tendrán diferentes

impedancias acústicas. Al término de la misma se notará la importancia de la

amplitud de los pulsos mostrados en la pantalla de la unidad de ultrasonido modo

A, debido a que ésta amplitud se refieren a la impedancia acústica del material al

que se le realiza la prueba de ultrasonido. [6, 8]

Figura 2.1

Figura 2.2

Figuras 2.1 y 2.2. Primeras imágenes obtenidas con ultrasonidos de un quiste ovárico gigante. 2.1: Imagen en modo A. 2.2: Imagen en modo B. [16]

17

MATERIAL Y EQUIPO:

1. Unidad de ultrasonido Modo A

2. Transductor piezoeléctrico de 3.5 MHz.

3. Gel fijador para cabello

4. Fieltro

5. Guata de 3 cm. de ancho

6. Gel de acoplamiento acústico

7. Regla

8. Navaja

PROCEDIMIENTO RECOMENDADO

1. Conecte un transductor de piezoeléctrico a la unidad de ultrasonido Modo

A. Se debe tener la precaución de que la unidad este apagada, al conectar

y desconectar el transductor.

2. Recorte dos cuadros de guata de 10 x 10 cm. estos servirán como

simulación de un tejido vivo.

3. A cada uno de los cuados de guata, cortar un recuadro de 4 x 4 cm. x 1.5

cm. de profundo con la navaja, teniendo cuidado de que el corte no

atraviese la guata (figura 2.3), y cubrirlos con bastante gel de acoplamiento,

18

para que haya una buena transmisión de las ondas ultrasónicas a través de

este material.

4. Recortar 2 cuadros de fieltro de 4 x 4 cm. El fieltro simulará el tumor A, al

colocarlos empalmados, dentro el recuadro de un recorte de guata (figura

2.4); se debe cubrir también con gel de acoplamiento.

5. Para la simulación del tumor B, colocar dentro del recuadro (segundo

recorte de guata) gel fijador para cabello (figura 2.5).

6. Colocar el transductor a un lado de la guata y tomar mediciones, anotarlas

en la tabla 2.1.

Figura 2.3: Recortes de guata para simulación de tejido vivo, tienen un

recuadro de 4 x 4 x 1.5 cm., en el que se colocara fieltro o gel fijador para

cabello, según el tumor a simular.

10 cm

3 cm

10 cm

Guata

19

Figura 2.4: Simulación del tumor A (fieltro) dentro de tejido vivo (guata). Esta

imagen muestra también la ubicación del transductor.

Figura 2.4: Simulación del tumor A (fieltro) dentro de tejido vivo (guata). Esta

imagen muestra también la ubicación del transductor.

Figura 2.5: Simulación del tumor B (gel fijador para cabello) dentro de tejido vivo

(guata). Esta imagen muestra también la ubicación del transductor.

Figura 2.5: Simulación del tumor B (gel fijador para cabello) dentro de tejido vivo

(guata). Esta imagen muestra también la ubicación del transductor.

Guata

Fieltro

Transductor

Guata

Gel fijador

Transductor

20

Figura 2.6: Imagen obtenida con la unidad de

ultrasonido modo A, del tumor A, tumor

simulado con fieltro

La figura 2.6 pertenece a la simulación del tumor A, los primeros pulsos

corresponden a las fibras de las que esta compuesta la guata, y la distancia entre

los siguientes pulsos se refieren al tamaño del tumor.

Figura 2.7 Imagen obtenida con la unidad de

ultrasonido modo A, del tumor B

La figura 2.7 corresponde a la simulación del un tumor B, mediante el uso de gel

fijador para cabello, en esta imagen se aprecia una serie de pulsos al inicio, estos

se deben a que la guata es fibrosa, posteriores a estos podemos encontrar 2

pulsos más, que muestran el tamaño del tumor simulado, el cual fue de 3.5 cm.

21

Tabla 2.1

Amplitud de los pulsos (cm.) Tumor simulado

Distancia entre pulsos (cm.)

Pulso 1 Pulso 2

A – Fieltro 4.0 5 6.5

B – Gel fijador 3.5 4 6.0

Resultados de la práctica 2.

Por medio de la tabla 2.1, se analiza que las amplitudes de los pulsos de las

simulaciones (figuras 2.6 y 2.7), son diferentes, el tumor A tiene una impedancia

acústica mayor que el tumor B, siendo además de tamaños similares

22

PRACTICA 3: SIMULACIÓN DE LÍNEA MEDIA DEL CRÁNEO EN POSICÓN

NORMAL Y DESPLAZADA

DESCRIPCION

Un uso común de una unidad de ultrasonido modo A - modo era la medición de la

línea media craneana, de los pacientes del trauma y del movimiento para las

lesiones totales intracraneales.

Si los pulsos provenientes del ultrasonido, fueran desplazados al lado derecho o al

lado izquierdo sugeriría una alta probabilidad de una lesión total tal como una

hemorragia subdural, epidural o intracraneal. [23]

Las figura 3.1 y 3.2 muestran más claramente lo que significa la línea del cráneo;

la primera corresponde a un diagrama de una sección coronal del cerebro en el

nivel del tercer ventrículo (figura 3.1), en ésta imagen se encuentra sobrepuesto el

haz ultrasónico, cuya señal de respuesta, mediante una unidad de ultrasonido

modo A, es la figura 3.2. La línea media del cráneo corresponde a la separación

de los hemisferios cerebrales.

23

Figura 3.1: sección coronal del cerebro Figura 3.2: imagen en modo A de la sección coronal del cerebro

Figura 3.3 pertenece a un estudio con un ultrasonido modo A de un tumor de cerebro en el lóbulo frontal derecho, se puede ver que el pulso que corresponde a la línea media del cráneo no esta en el centro, sino que esta movido hacia un lado. [23]

24

MATERIAL Y EQUIPO:

1. Unidad de ultrasonido Modo A

2. Transductor piezoeléctrico de 3.5 MHz.

3. Contenedor de acrílico

4. Hoja de acetato

5. Gel de acoplamiento

6. Regla

PROCEDIMIENTO RECOMENDADO

1. Conecte un transductor de piezoeléctrico a la unidad de ultrasonido Modo

A. Se debe tener la precaución de que la unidad este apagada, al conectar

y desconectar el transductor.

2. Sujete la hoja de acetato con cinta adhesiva a un soporte, y colóquela

dentro del contenedor llenado con agua, como ilustra la figura 3.4. Esta hoja

debe estar ubicada al centro del recipiente, para simular un paciente sano.

3. Limpie 2 caras opuestas del contendor con un algodón con agua

4. Ponga gel de acoplamiento al transductor y colóquelo a sobre una cara del

contenedor, y después sobre la otra e invierta la señal.

5. Repita los pasos 2-4, moviendo la hoja de acetato hacia un lado del

contenedor, esto simulara un paciente con lesión cerebral.

25

6. Analice las señales ultrasónicas recibidas por el transductor.

Vista superior Cara del contenedor de acrílico: Simulación de un lado del cráneo

Hoja de acetato: Simulación del la localización de la línea media del cráneo

Transductor

Cara del contenedor de acrílico: Simulación del cráneo

Vista de lado

Hoja de acetato

Palo de madera

Agua

Contenedor de arílico Transductor

Figura 3.4: colocación del material para la practica 3, simulación de la línea media

del cráneo

26

Figura 3.5

Figura 3.6

Las imágenes de las figuras 3.5 y 3.6, corresponderían al resultado de la

simulación, de un estudio de ultrasonido con una unidad en modo A, de un

paciente sano, y a otro con una lesión cerebral respectivamente.

27

COMENTARIO FINAL

Si tuviéramos que resumir en pocas palabras la importancia del ultrasonido modo

A en el diagnóstico, podríamos decir que permitió estudios seccionales de la

anatomía humana inaccesible hasta ese momento (años 60’s), con una notable

mejoría de los resultados de la atención médica global y para cada paciente en

particular.

Los equipos de ultrasonido en modo A, fueron los precursores de la

instrumentación moderna para la visualización de imágenes. Siendo esta técnica

(ultrasonografía) de gran impacto en la sociedad. [14]

Esto significa que en nuestra realidad, de países no industrializados el ultrasonido

es, para la gran mayoría de la población, la única modalidad de imágenes

seccionales disponible para el diagnóstico. Ello indica que la accesibilidad y la

oportunidad de estos exámenes, y no solo de éstos, es clave en un sistema de

atención médica útil para los pacientes.

Actualmente el modo A se utiliza en oftalmología para la medición de distancias a

lo largo del eje óptico con buena resolución. [13]

28

CONCLUSIONES

Con el desarrollo de esta práctica se pudo observar lo siguiente:

• No se sabe la dirección exacta de la que vino el eco.

• No se sabe la forma del objeto que género el eco.

• La prueba de ultrasonido es realizada mediante la emisión de un sonido de

alta frecuencia que nos indica los defectos de nuestro material a través de

la pantalla de un osciloscopio.

• Al efectuar la prueba de ultrasonido a nuestros "objetos de prueba" se pudo

observar físicamente cual es el procedimiento a seguir para la realización

de un estudio de ultrasonido. Así mismo se pudo determinar la distancia a la

cual se encontraban los objetos de prueba.

• Los materiales sometidos a la prueba de ultrasonido deben de ser de forma

regular y de materiales no porosos.

• La prueba de ultrasonido no nos permite localizar defectos de tipo interno

tales como: poros, grietas, depresiones, etc.

• Estas deficiencias se deben a que solo es un haz ultrasónico es que

efectúa el rastreo.

29

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