Princípios Princípios Físicos da USGFísicos da USG

Bernardo F.S FernandesBernardo F.S Fernandes

Medicina FetalMedicina Fetal

HUPE - 2010HUPE - 2010

IntroduçãoIntrodução

SomSom: vibração/onda mecânica que : vibração/onda mecânica que se propaga em um se propaga em um meio físicomeio físico no no sentido longitudinalsentido longitudinal

Comportamento periódicoComportamento periódico Ouvido humano: 20 – 20.000HzOuvido humano: 20 – 20.000Hz Ultrassom diagnóstico: 2,5 – 20 Ultrassom diagnóstico: 2,5 – 20

MHzMHz

IntroduçãoIntrodução

Séc. XVIII: Spallanzani observou Séc. XVIII: Spallanzani observou algoritmos de vôo de morcegosalgoritmos de vôo de morcegos

Séc XIX: propriedade piezoelétrica de Séc XIX: propriedade piezoelétrica de alguns cristais (Pierre Curie)alguns cristais (Pierre Curie)

Década de 40: início do uso na Década de 40: início do uso na medicinamedicina

Anos 50: modo BAnos 50: modo B Anos 70: início do uso em obstetrícia / Anos 70: início do uso em obstetrícia /

transdutores intraluminaistransdutores intraluminais

O AparelhoO Aparelho

Transdutores (3,5 – 14 MHz): Transdutores (3,5 – 14 MHz): composto por material piezoelétrico. composto por material piezoelétrico. Emissão e captação das ondasEmissão e captação das ondas

Processador central: Processa Processador central: Processa impulsos elétricos provenientes do impulsos elétricos provenientes do transdutortransdutor

Monitor: transforma sinais elétricos Monitor: transforma sinais elétricos em pontos luminosos, formando a em pontos luminosos, formando a imagem ultrassonográfica imagem ultrassonográfica

A onda sonoraA onda sonora Propagação ondulatóriaPropagação ondulatória Características:Características:- - FreqüênciaFreqüência (f): medida em Hz. Nº de ciclos (f): medida em Hz. Nº de ciclos

em 1 segundoem 1 segundo- - Comprimento de ondaComprimento de onda ( (): medida entre ): medida entre

início e fim de um cicloinício e fim de um ciclo- - AmplitudeAmplitude (A): valor máximo de pressão (A): valor máximo de pressão

atingido em um cicloatingido em um ciclo- - PeríodoPeríodo (P): tempo necessário para que um (P): tempo necessário para que um

ciclo ocorra (inverso da freqüência)ciclo ocorra (inverso da freqüência)- - Velocidade de propagaçãoVelocidade de propagação no meio no meio (c): f x (c): f x - - IntensidadeIntensidade: força exercida pela onda sobre o : força exercida pela onda sobre o

meio de propagação (potência / área)meio de propagação (potência / área)

A onda sonoraA onda sonora

Variáveis que influenciam a Variáveis que influenciam a propagaçãopropagação: :

- MeioMeio (densidade, compressibilidade) (densidade, compressibilidade)- Impedância acústicaImpedância acústica: resistência do meio à : resistência do meio à

propagação do som. É o produto da propagação do som. É o produto da densidade do meio pela velocidade de densidade do meio pela velocidade de propagação nesse meiopropagação nesse meio

- PressãoPressão exercida pelo meio exercida pelo meio- TemperaturaTemperatura (influência mínima) (influência mínima)

A onda sonoraA onda sonora

Quanto maior a Quanto maior a durezadureza de um de um tecido, maior a velocidade de tecido, maior a velocidade de propagaçãopropagação

- Ar: 330m/s- Ar: 330m/s

- Água: 1495m/s- Água: 1495m/s

- Tecidos moles: 1540m/s (média)- Tecidos moles: 1540m/s (média)

- Osso: 4080m/s- Osso: 4080m/s

A onda sonoraA onda sonora

Quanto maior a amplitude da onda Quanto maior a amplitude da onda (pressão), maior será a intensidade e (pressão), maior será a intensidade e maior a ecogenicidade da imagem maior a ecogenicidade da imagem ultrassônicaultrassônica

As diferentes impedâncias acústicas dos As diferentes impedâncias acústicas dos tecidos são determinantes para a tecidos são determinantes para a formação das imagens, pois as variações formação das imagens, pois as variações de velocidade de propagação determinam de velocidade de propagação determinam as diferentes ecogenicidades da imagemas diferentes ecogenicidades da imagem

O TransdutorO Transdutor Responsável pela produção/emissão dos Responsável pela produção/emissão dos

ecos e captação dos ecos que retornam dos ecos e captação dos ecos que retornam dos tecidos – formação da imagemtecidos – formação da imagem

Composto por cristais piezoelétricos: Composto por cristais piezoelétricos: materiais capazes de produzir voltagem materiais capazes de produzir voltagem (diferença de potencial (diferença de potencial elétricoelétrico) a partir de ) a partir de um um estímulo mecânicoestímulo mecânico (onda sonora) (onda sonora)

Efeito piezoelétrico invertido: transformação Efeito piezoelétrico invertido: transformação de energia elétrica em ondas mecânicas de energia elétrica em ondas mecânicas (ultrassônicas). Quartzo, cristais cerâmicos (ultrassônicas). Quartzo, cristais cerâmicos sintéticossintéticos

O TransdutorO Transdutor A transformação de energia sonora em elétrica é A transformação de energia sonora em elétrica é

a base para a formação da imagem a base para a formação da imagem ultrassonográficaultrassonográfica

Passa a maior parte do tempo captando os ecos Passa a maior parte do tempo captando os ecos sonoros (período em microssegundos). Pulso é sonoros (período em microssegundos). Pulso é gerado muito mais rapidamentegerado muito mais rapidamente

Variam quanto ao tipo de Variam quanto ao tipo de varreduravarredura, utilidade e , utilidade e freqüênciafreqüência

# Setorial: imagem cônica# Setorial: imagem cônica# Convexa: tb cônica, mas com maior contato com # Convexa: tb cônica, mas com maior contato com

o tecido – USG obstétricoo tecido – USG obstétrico# Linear: imagem retangular. Altas freqüências # Linear: imagem retangular. Altas freqüências

(tecidos superficiais)(tecidos superficiais)

O TransdutorO Transdutor Quanto maior a freqüência emitida, melhor a Quanto maior a freqüência emitida, melhor a

resolução das imagens e maior a absorção do resolução das imagens e maior a absorção do feixe sonoro pelos tecidosfeixe sonoro pelos tecidos

Freqüências altas são utilizadas para observar Freqüências altas são utilizadas para observar estruturas mais superficiaisestruturas mais superficiais

Estruturas profundas devem ser estudadas com Estruturas profundas devem ser estudadas com transdutores que emitam pulsos de menor transdutores que emitam pulsos de menor freqüência (menor absorção do feixe sonoro freqüência (menor absorção do feixe sonoro por tecidos mais superficiais)por tecidos mais superficiais)

Tendência: transdutores de freqüência variávelTendência: transdutores de freqüência variável

O TransdutorO Transdutor

USG transvaginal: 5 – 7,5 MHzUSG transvaginal: 5 – 7,5 MHz USG abdominal: 3 – 5 MHzUSG abdominal: 3 – 5 MHz

O feixe sonoro possui 2 zonas O feixe sonoro possui 2 zonas (convergente e divergente). O encontro (convergente e divergente). O encontro das 2 zonas é denominada zona focal, das 2 zonas é denominada zona focal, onde a imagem tem melhor nitidez. O onde a imagem tem melhor nitidez. O ajuste é realizado com auxílio do ajuste é realizado com auxílio do aparelho (profundidade de foco)aparelho (profundidade de foco)

AtenuaçãoAtenuação Diminuição da intensidade da onda sonora ao Diminuição da intensidade da onda sonora ao

atravessar os tecidosatravessar os tecidos

Decorre de 3 fatores:Decorre de 3 fatores: # Divergência: espalhamento do feixe pela # Divergência: espalhamento do feixe pela

áreaárea # Absorção: transferência de energia do feixe # Absorção: transferência de energia do feixe

para os tecidos. Proporcional à freqüência e para os tecidos. Proporcional à freqüência e rigidez dos tecidos (sombra!)rigidez dos tecidos (sombra!)

# Deflexão: alteração da direção do feixe # Deflexão: alteração da direção do feixe (reflexão ou refração). Ocorre quando se (reflexão ou refração). Ocorre quando se atravessa meios de impedâncias diferentes atravessa meios de impedâncias diferentes (interfaces) ex. útero visto atrás da bexiga. O (interfaces) ex. útero visto atrás da bexiga. O ar reflete muito, atrapalhando o examear reflete muito, atrapalhando o exame

AtenuaçãoAtenuação Espalhamento ou dispersão (Espalhamento ou dispersão (scatteringscattering): ):

ocorre quando as superfícies refletoras ocorre quando as superfícies refletoras são menores que o comprimento da onda. são menores que o comprimento da onda. Ocorrem então múltiplas reflexões em Ocorrem então múltiplas reflexões em diversos sentidos (ex. sinusóides diversos sentidos (ex. sinusóides hepáticos)hepáticos)

O posicionamento perpendicular do O posicionamento perpendicular do transdutor em relação à interface faz com transdutor em relação à interface faz com que os ecos sejam refletidos de forma que os ecos sejam refletidos de forma especular, melhorando a captação e a especular, melhorando a captação e a qualidade da imagemqualidade da imagem

AtenuaçãoAtenuação O grau de transmissão e reflexão dos feixes O grau de transmissão e reflexão dos feixes

depende basicamente da diferença de depende basicamente da diferença de impedância (Z)impedância (Z) entre os meios (coeficiente) entre os meios (coeficiente)

Z = densidade do tecido X velocidade acústica Z = densidade do tecido X velocidade acústica

O uso do gel acoplador é baseado nessa O uso do gel acoplador é baseado nessa observação, pois uma interface ar-tecido observação, pois uma interface ar-tecido representaria um coeficiente de impedância muito representaria um coeficiente de impedância muito grande, refletindo quase todo o som. O uso do gel grande, refletindo quase todo o som. O uso do gel diminui o coeficiente, permitindo a penetração da diminui o coeficiente, permitindo a penetração da onda nos tecidosonda nos tecidos

AmplificaçãoAmplificação

Ganho – uso na práticaGanho – uso na prática Aumento das voltagens gerados pelo Aumento das voltagens gerados pelo

transdutortransdutor Controlado pelo examinadorControlado pelo examinador Altera a escala de cinzas na imagem Altera a escala de cinzas na imagem

ultrassonográficaultrassonográfica Pouco ganho: perda da ecogenicidadePouco ganho: perda da ecogenicidade Muito ganho: saturação da ecogenicidade, Muito ganho: saturação da ecogenicidade,

com perda da discriminação das imagenscom perda da discriminação das imagens

AmplificaçãoAmplificação

Amplificação diferencial (TGC)Amplificação diferencial (TGC): : mecanismo de compensação de ecos mecanismo de compensação de ecos provenientes de estruturas mais profundas, provenientes de estruturas mais profundas, para melhor visualização das mesmaspara melhor visualização das mesmas

Responsável por homogeneizar as imagensResponsável por homogeneizar as imagens

Diferenciar de sombra e reforço acústicoDiferenciar de sombra e reforço acústico

Time gain compensationTime gain compensation

De estruturas mais superficiais a De estruturas mais superficiais a mais profundasmais profundas

Formação da ImagemFormação da Imagem Os ecos são captados pelo transdutor e codificados Os ecos são captados pelo transdutor e codificados

através das seguintes características:através das seguintes características: # intensidade# intensidade # direção# direção # tempo# tempo

Modos de construção da imagem:Modos de construção da imagem: # Modo A: amplitude – unidimensional. Ecos no trajeto de # Modo A: amplitude – unidimensional. Ecos no trajeto de

uma linha. Utilizado em sonares marítimos (reflexão dos uma linha. Utilizado em sonares marítimos (reflexão dos sons)sons)

# Modo B: brilho – bidimensional. Atribui diferentes # Modo B: brilho – bidimensional. Atribui diferentes intensidades de brilho a diferentes ecos, dependendo da intensidades de brilho a diferentes ecos, dependendo da amplitude. IMAGEM !!!amplitude. IMAGEM !!!

# Modo M: movimento – representa o deslocamento do # Modo M: movimento – representa o deslocamento do modo A ao longo da tela do monitor. Ex. atividade modo A ao longo da tela do monitor. Ex. atividade cardíacacardíaca

Formação da ImagemFormação da Imagem

Resolução: depende do nº de pontos Resolução: depende do nº de pontos que formam a imagem (que formam a imagem (pixelspixels))

# Variáveis:# Variáveis: - freqüência do feixe sonoro- freqüência do feixe sonoro - duração dos pulsos- duração dos pulsos - espessura do feixe emitido- espessura do feixe emitido # Determina a capacidade de # Determina a capacidade de

perceber detalhesperceber detalhes

Formação da ImagemFormação da Imagem Tipos de resolução: Tipos de resolução:

# # TemporalTemporal: capacidade de distinguir eventos : capacidade de distinguir eventos separados no tempo. Obtido separados no tempo. Obtido automaticamente.Não costuma ser percebidoautomaticamente.Não costuma ser percebido

# # AxialAxial: distinção de 2 pontos no plano : distinção de 2 pontos no plano longitudinal. Aumenta com a freqüência e diminui longitudinal. Aumenta com a freqüência e diminui com a profundidade com a profundidade

# # LateralLateral: distinção de 2 pontos no plano : distinção de 2 pontos no plano perpendicular. Aumenta com a redução do perpendicular. Aumenta com a redução do diâmetro do feixediâmetro do feixe

# # Por contrastePor contraste: escala de tons de cinza. Quanto : escala de tons de cinza. Quanto maior a quantidade de tons, melhor a qualidademaior a quantidade de tons, melhor a qualidade

ArtefatosArtefatos

Definição: erros na apresentação da Definição: erros na apresentação da imagem (forma, tamanho e/ou imagem (forma, tamanho e/ou brilho)brilho)

Podem atrapalhar ou ajudar (!) o Podem atrapalhar ou ajudar (!) o examinadorexaminador

Distinção essencialDistinção essencial

ArtefatosArtefatos ReverberaçãoReverberação: passagem do eco de estrutura : passagem do eco de estrutura

sólida para líquida, originando reflexos contínuos e sólida para líquida, originando reflexos contínuos e imagem ecogênica. Aparece próximo a estruturas imagem ecogênica. Aparece próximo a estruturas com conteúdo líquidocom conteúdo líquido

Atenuado com a diminuição do ganho no localAtenuado com a diminuição do ganho no local

Sombra acústica causada por gases intestinais. Sombra acústica causada por gases intestinais. Causada por grande diferença de impedânciaCausada por grande diferença de impedância

Sombra acústica posterior em cálculos e Sombra acústica posterior em cálculos e calcificaçõescalcificações

Reforço acústico posterior em coleções líquidas e Reforço acústico posterior em coleções líquidas e cistoscistos

Reforço posterior (cisto de mama)

Sombra acústica (colelitíase)

ArtefatosArtefatos Ruídos eletrônicosRuídos eletrônicos: intrínsecos ou : intrínsecos ou

extrínsecosextrínsecos Defeitos no transdutorDefeitos no transdutor: quebra, : quebra,

penetração inadequada, erros na penetração inadequada, erros na calibração de medida, erros no conversor calibração de medida, erros no conversor de varredura (linhas pretas na tela)de varredura (linhas pretas na tela)

Defeitos na técnicaDefeitos na técnica: uso inadequado do : uso inadequado do gel, acoplamento incompleto do gel, acoplamento incompleto do transdutor na pele, uso errôneo do TGC, transdutor na pele, uso errôneo do TGC, transdutor ou freqüência inadequados, transdutor ou freqüência inadequados, inaptidão técnicainaptidão técnica

Efeitos BiológicosEfeitos Biológicos

Efeitos:Efeitos:

# Calor# Calor

# Cavitação# Cavitação

# Alterações celulares# Alterações celulares

Efeitos BiológicosEfeitos Biológicos

Uso médico não apresenta risco Uso médico não apresenta risco evidente, nas doses utilizadas neste evidente, nas doses utilizadas neste contextocontexto

Potência-limite: 100mW/cmPotência-limite: 100mW/cm². ². USG usa USG usa 10mW/cm10mW/cm² ² (no máximo)(no máximo)

Doppler: 400mW/cm². Não usar no 1º Doppler: 400mW/cm². Não usar no 1º trimestre?trimestre?

OBRIGADO !OBRIGADO !!!!!