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UFBA INSTITUTO DE CINCIAS DA SADE Depto de Biofuno ICS003 - Biofsica III Medicina

Bioacstica, ultrassom e ECO

Contedo 1. Fsica das ondas sonoras 2. Qualidade fisiolgica do som 3. Efeitos sonoros 4. Biofsica da audio 5. Biofsica da fonao 6. Ultrassom 7. Aplicaes do ultrassom 8. A ecocardiografia 9. Tipos de ECO 10. ECO-Doppler

Fsica do som Produo e anlise dos sons Acstica

O que o som? Ondas longitudinais de compresso e descompresso Propagao em meio elstico

Ondas sonoras so mecnicas, longitudinais e tridimensionais; Ondas sonoras no se propagam no vcuo

Fsica do som Comprimento, amplitude, velocidade, freqncia Caractersticas que influenciam no som

Fsica do somAltura Graves e agudos Baixa e alta frequncia Ouvimos de 20Hz a 20.000Hz

Grave

Agudo

Fsica do somIntensidade Fortes ou fracos Percepo depende da frequncia Proporcional amplitude Decai com distncia

Fsica do som

Fsica do somIntensidade Intensidade auditiva ou nvel sonoro (): A unidade de nvel sonoro, para a equao dada, o decibel (dB). Nvel sonoro = Bel 1 dB = 0,10 B I1 intensidade do som mais forte I0 intensidade do limiar sonoro humano Um ambiente com: 40dB calmo; 60dB barulhento mais de 80dB j constitui poluio sonora.

Fsica do somTimbre Diferena entre sons de mesmas intensidade e altura Depende dos sons secundrios (harmnicos)

Material da fonte sonora

Fonao A Laringe como Fonte Sonora Controle da passagem de ar atravs das pregas Semelhana com instrumentos de sopro Aumento da presso subgltica - supera resistncia da obstruo Vibrao das pregas vocais - aduo Fluxo areo X resistncia dos ligamentos e msculos

Ciclos de abertura e fechamento

Fonao

Fatores que interferem: presso superior e inferior das cordas vocais

elasticidade das cordas vocaistenso das cordas vocais

Fonao Cavidade ressonantesBoca, nariz, faringe, fossas nasais, craniana, etc Timbre muda com ressonadores

Massa das cordas vocaisTestosterona Crescimento

Fonao Timbre da voz depende de todas as caractersticas fsicas Frequncia fundamental (F0): massa, comprim. e tenso Massa, comprimento e tenso = diferentes configuraes Explica porque nossa voz gravada parece diferente Faixa total de freq. da fala - 60 a 500 Hz Variao da F0 produz a modulao da voz ou entonao

Fsica do somRessonncia Um sistema elstico vibra com a onda sonora Se mesma frequencia, intensidades se somam Freqncia de vibrao intrnseca de cada material

Audio

Aparelho para captao e encaminhamento do som Funcionamento depende da ressonncia

Diviso antomo-funcional Orelhas externa, mdia e interna

Audio

Orelha externa Capta as ondas sonoras Direciona para a membrana timpnica Amplifica (at 20db)

Audio

Desafio mecnico: energia sonora, que se propaga no ar, seja suficiente para movimentar os lquidos da cclea Permitir a excitao das terminaes nervosas A amplificao total varia de 27 a 30 dB Relao entre a rea da Membrana Timpnica e a da Janela Oval (55 mm2 e 3,2 mm2 = 17 vezes = 27 dB)

Orelha mdia Transmisso;

Amplificao; Equalizao de presses; Proteo da orelha interna

Audio

A orelha interna formada pelo sistema vestibular e a cclea

O sistema vestibular composto por trs canais semi-circulares dispostos cada um em uma direo. A cclea o rgo mais importante da audio

Audio

rgo de Corti: onde esto as clulas ciliadas Responsveis pela transduo sonora

Oscilao mecnica estimula

Audio

Cclea com 35mm de extenso

A cada mm varia 0,2 de oitava pice = freqncias graves Base = freqncias agudas Acima de 20kHz = ultrassom Abaixo de 20Hz - infrassom

Fsica do somRefrao propriedade de contornar obstculos

altera caminho da onda, porque muda velocidade

Fsica do som Reflexo (eco) Mudana da direo de propagao (< 180) da onda sonora Eco: ocorre quando t 0,1s. O observador ouve separadamente o som direto e o som refletido. Emissor e superfcie refletora devem estar a 17m separados

Ultrassom e aplicaesEcolocalizao A tecnologia imitando a natureza Distncia e velocidade

Ultrassom e aplicaes Efeito doppler mudana aparente de freqncia causada por movimento relativo do emissor (E) ou do receptor (R) R e E se aproximam maior nmero de ciclos passam pelo receptor e o som fica mais agudo R e E se afastam, menor nmero de ciclos passam pelo receptor e o som fica mais grave

Ultrassom e aplicaesDefinio Sons com freqncia superior a 20 kHz Freqncias utilizadas: 2 a 10 MHz (diagnstico) Inaudvel pela maioria dos seres vivos

Ultrassom diagnstico Mtodo diagnstico que aproveita o eco produzido pelo som para ver em tempo real as reflexes produzidas pelas estruturas e rgos do organismo

Ultrassom diagnstico

O equipamento Gerao e recepo transdutor. Amplificao e compensao.

Imagem processador de vdeo. Registro da imagem

Ultrassom diagnstico Reflexo difusa: Espalhamento do feixe de ondas = deficincia resoluo Intensidade da reflexo depende da diferena de impedncia (vel x densidade). Principais interfaces:

- gordura-msculo- msculo-fscia - tendo-peristeo

- ligamento -peristeo

Ultrassom diagnsticoResoluo axial Permite distinguir objetos prximos localizados no eixo de propagao das ondas. O Eco se forma sempre que a estrutura alvo tem do tamanho do comprimento de onda do ultra-som Depende do comprimento de ondaFREQNCIA(MHz) COMPRIMENTO DE ONDA(mm) 0,96 0,77 0,68 0,44 0,31

1,62,0 2,25 3,5 5

Ultrassom diagnsticoDoppler na clnica No invasivo Medir velocidades

O que se movimenta dentro de ns? Que diagnstico podemos fazer? Fluxo sanguneo

Batimento cardaco fetal Correntes fluviais, submarinos

Ecocardiografia

Ecocardiografia (ECO): tcnica que usa ultrassons para formar imagem do corao Ultrassom emitido refletido e captado Transduo em imagem Avalia formato e movimento Exame no-invasivo No h preparao prvia

Ecocardiografia 1953, Sucia - Tcnica criada por I. Edler

1971 Aperfeioamento e aplicao em massa da tcnica Harvey Feigenbaum divulgao e criao da ASE (American Society of Ecocardiography)

Ecocardiografia Aplicao de gel na superfcie da rea facilitao da transmisso

Transdutor transforma eco (energia mecnica) em sinal eltrico Efeito piezoeltrico

Ecocardiografia Efeito piezoeltrico Surgimento de campo eltrico em certos cristais no-condutores

Presso polariza alguns cristais, como o quartzo Campo eltrico resultante detectado como voltagem Efeito oposto tambm ocorre Ou seja, mesmo princpio para a produo do ultrassom

Ecocardiografia Componentes principais Gerador de pulso gera carga de alta voltagem para energizar os cristais Transdutor converte energia eltrica em energia mecnica (ultrassom) Receptor detecta e amplifica sinais fracos Monitor mostra o resultado de diversos modos ECG eletrodo para integrao de resultados

Ecocardiografia

A amplitude do sinal eltrico diretamente proporcional intensidade do eco

Ecocardiografia

Modelos usados na clnica 1. ECO convencional ECO 2D Modo M (motion) 2. ECO Doppler Onda contnua Pulso Fluxo colorido Todos do mesmo princpio do ultrassom Diferena na coleta e anlise dos dados

Ecocardiografia

Tcnica usada para ver estruturas Imagens paradas ou movimentos em tempo real Ultrassom transmitido em linhas de scaneamento (90 120) Arco de cerca de 90 A viso 2D aparece em formato de cone no monitor Foto ou Filmagem

Ecocardiografia

Ecocardiografia

Ecocardiografia

Ecocardiografia

No uma imagem direta Diagrama da posio das estruturas Mostra mudanas nas posies durante ciclo cardaco Permite avaliar dimenses e padres de movimentos Correlaciona com resultados de ECG e fonocardiograma

Avaliao de vlvula mitral

Ecocardiografia

Avaliao de vlvula artica

Avaliao ventricular

Ecocardiografia ECO Doppler tcnica para detectar direo e velocidade de fluxos sanguineos no corao Pulso: para baixas velocidades (fluxo na

vlvula mitral) Contnuo: para altas velocidades (estenose artica) Colorido: cores diferentes designam direo do fluxo.Vermelho = aproximao; azul = afastamento; mosaico = turrbilhonamento

Ecocardiografia

Ultrassom teraputico Efeitos biolgicos Os efeitos podem ser: Trmicos ou No-trmicos As freqncias utilizadas so entre 0,5 a 2 MHz, habitualmente.

Absorbncia

TECIDOGordura Gordura-msculo Msculo Nervo Lngua Miocrdio

Freq. (MHz)

Coef. Abs.

0,8 0,8 0,8 0,98 0,98 0,98

0,1 0,14 0,19 0,2 0,25 (0,57) 0,35

Ultrassom teraputico Efeitos no-trmicos Micromassagem Aumento da permeabilidade da membrana celular.

Alterao do calibre de arterolas. Cavitao e efeito pressrico

Processos inflamatrios crnicos. Determinadas contuses

Ultrassom teraputico Contra indicaes Relativas Fratura no consolidada. Absolutas Uso de marcapasso. Gravidez. Tumores. Trombose. Infeces. Tendncia hemorragia. Epfises sseas em processo de crescimento.

Ruptura ou cirurgia recente de tendo ou ligamento. Osteoporose. Implantes plsticos ou metlicos.

Tratamento com radiao ionizante. Doenas cardacas graves.

fimNormal