Índice
FÍSICA DOS ULTRA-SONS
Rolando Pinho, Eduardo Pereira
1
EQUIPAMENTO E ARTEFACTOS
Pedro Barreiro, Antonieta Santos
8
FÍGADO
Castro Poças, Rolando Pinho, Eduardo Pereira
17
VESÍCULA E VIAS BILIARES
Pedro Bastos, Ana Caldeira, Eduardo Pereira, Pedro Barreiro, Teresa Pais
30
PÂNCREAS
Francisco Portela
49
BAÇO
61
Sílvia Leite, Rolando Pinho, Eduardo Pereira
GRANDES VASOS ABDOMINAIS
José Manuel Pontes
67
PAREDE DIGESTIVA
Sílvia Leite, Eduardo Pereira
76
RIM E VIAS EXCRETORAS PROXIMAIS - BEXIGA
Ana Caldeira, Rolando Pinho, Eduardo Pereira, Pedro Barreiro, Teresa Pais
93
7º Curso Teórico-Prático de Ultra-sonografia Clínica para Gastrenterologistas - Física dos Ultra-sons
FÍSICA DOS ULTRA-SONS
A correcta interpretação e compreensão das imagens ultrasonográficas baseia-se no conhecimento das propriedades das ondas de
som. As ondas de som consistem num distúrbio mecânico de um meio, seja
um gás, um sólido ou um líquido, sob a forma de uma onda de pressão que
alterna áreas de compressão e rarefacção. As alterações na pressão,
registadas ao longo do tempo, formam as unidades básicas de medição do
som. A figura 1 representa graficamente a propagação de uma onda de som
ao longo do tempo.
Figura 1
Como se observa na figura 1, o som atravessa o meio através de
ondas de compressão e rarefacção. Como as moléculas dos meios sólidos
estão ligadas umas às outras, o excesso de pressão resulta numa onda de
pressão que se desloca ao longo do sólido. O conjunto de uma onda de
compressão e uma onda de rarefacção constitui um ciclo. A distância entre
uma onda de compressão e a onda de rarefacção seguinte denomina-se
comprimento de onda. O tempo necessário para completar um ciclo é
chamado período. A frequência é o número de ciclos por unidade de tempo.
Se representarmos o período em segundos (T), a frequência calcula-se pela
fórmula: f = 1/T. A unidade é o Hertz (1 Hertz = 1 ciclo / segundo).
O som audível ao ouvido humano tem frequências entre os 60 e os
20000 Hz. Alguns animais, como os elefantes, ouvem sons com menos de 60
Hz (infra-sons) e outros, como os morcegos, ouvem sons com mais de
20000 Hz (ultra-sons). Os ecógrafos usam habitualmente ultra-sons com
frequências de 1.5-15 MHz.
O som atravessa os meios através de ondas longitudinais de
compressão e rarefacção. Uma onda longitudinal produz-se quando, no caso
da ecografia, o cristal piezoeléctrico produz uma vibração alternadamente
para trás e para diante. Esta vibração propaga-se ao longo do meio através
da oscilação das suas partículas na direcção da onda de propagação. As
partículas não se movem com a onda.
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As técnicas ecográficas usam pulsos breves de energia acústica que
se propagam ao longo dos tecidos. A velocidade de propagação da onda
varia de acordo com as propriedades físicas dos tecidos, conforme a sua
resistência à compressão. A magnitude da resistência depende da densidade
e da rigidez dos tecidos (ver tabela 1).
Tabela 1
Material
Velocidade (m/seg)
Ar
330
Gordura
1460
Água (50º)
1540
Tecidos moles
1540
Cérebro
1541
Fígado
1555
Rim
1561
Sangue
1570
Músculos
1600
Crâneo
4080
A velocidade é inversamente proporcional à compressibilidade dos
tecidos. Assim, o som desloca-se mais rapidamente nos meios menos
compressíveis. A velocidade de propagação dos sons resulta do produto da
frequência pelo comprimento de onda (V = f x λ). Da fórmula resulta que a
frequência e o comprimento de onda variam inversamente. Os ecógrafos
assumem uma velocidade média de propagação do som de 1540 m/seg.
Como os sons se propagam com velocidades ligeiramente diferentes nalguns
tecidos normais, esta assumpção poderá resultar nalguns erros em medições
ou artefactos.
A propagação do som nos tecidos é influenciada por vários
fenómenos. Podemos dividí-los em fenómenos que resultam na atenuação
do som (fénomenos de absorção ou de refracção) e fenómenos que resultam
em reflexão do som de novo para o ecógrafo (a dispersão e a reflexão em
espelho do som).
Estes fenómenos estão representados na figura 2.
a
b
c
d
Figura 2
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Ocorre absorção (figura 2a) quando parte da energia acústica é
transformada em calor nos tecidos propagando-se apenas a restante. Ocorre
refracção (figura 2b) quando a onda de som embate obliquamente numa
superfície, é desviado do seu eixo original e não volta a ser captada pela
sonda. Estes 2 fenómenos resultam em perda da energia acústica. Na figura
2c está representada a dispersão (scatter). Trata-se de um fenómeno que
ocorre quando a onda acústica atinge meios não homogéneos ou pequenas
partículas e é dispersada em várias direcções. As várias ondas acústicas
resultantes têm pouca energia e o seu ângulo depende pouco do ângulo da
onda acústica incidente. Na figura 2d está representada a reflexão em
espelho (specular). Este fenómeno ocorre quando a onda acústica atinge
uma interface entre 2 meios com impedância diferente. Nestas
circunstâncias, grande parte da onda é reflectida num ângulo igual ao ângulo
de incidência. A quantidade reflectida depende da diferença entre a
impedância dos 2 meios.
A impedância (Z) calcula-se multiplicando a densidade do meio (ρ)
pela velocidade do som nesse meio (V) [Z = ρ x V]. Interfaces com grande
diferença de impedância (como o osso e ar) reflectem grande parte da
energia acústica, enquanto que interfaces com pequenas diferenças (como o
músculo e a gordura) permitem que grande parte da energia se propague.
Nos ecógrafos, o ultra-som é gerado em cristais piezoeléctricos
localizados na sonda. A constituição da sonda de ecografia está
representada esquematicamente na figura 3.
Figura 3 - A) Cristais piezoeléctricos; B) Cobertura isoladora; C) Material de suporte; D)
Fios para cada elemento piezoeléctrico; E) Revestimento de plástico; F) Cabo coaxial.
Os cristais piezoeléctricos funcionam tanto como emissores de ultrasons como receptores dos ultra-sons reflectidos (ecos). Quando expostos a
correntes eléctricas, os cristais expandem e encolhem alternadamente,
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consoante a polaridade da corrente aplicada (figura 4). Este fenómeno gera
ondas de compressão e rarefacção (ondas de som) que se propagam aos
tecidos. O comprimento de onda é proporcional à espessura do cristal. O
cristal tem, também, a propriedade de converter novamente os sons
reflectidos em potenciais eléctricos.
Figura 4
Na interpretação do som reflectido (eco), duas características são
importantes: 1) O tempo que o eco demora a ser recebido, que será traduzida
pela localização da respectiva interface reflectora na imagem. 2) A
intensidade do eco que depende da diferença de impedância entre os 2
meios que o originaram e que será traduzida por uma maior amplitude da
curva ou maior brilho consoante se trata de ecografia modo A ou B (ver
adiante).
Como é óbvio, a intensidade do eco recebido vai também depender da
distância do objecto reflector em relação à sonda. Assim os ecos mais
distantes terão intensidade menor, prejudicando a observação de estruturas
mais profundas. Para compensar, o ecógrafo pode aumentar a amplitude dos
ecos mais distantes (ver figura 5). Chama-se a este processo, compensação
dos ganhos dependente do tempo (time gain compensation).
Figura 5 - O retorno dos ecos provenientes de diferentes profundidades (A) irão ser
atenuados (B) devido à tenuação. O ganho do receptor pode ser aumentada durante o tempo
que os ecos são recebidos (C) usando os controles de ganho (D) para produzir sinais de
amplitude similar (E).
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Existem vários modos de representar a imagem resultante do eco
obtido.
1) Modo A
No modo A (Amplitude), os ecos são representados por um traçado
num osciloscópio ao longo de um eixo longitudinal, em que a amplitude das
deflecções representa a intensidade do eco recebido e a localização no eixo
horizontal, o tempo que o eco demorou a ser recebido. Ver figura 6.
Figura 6
2) Modo B
No modo B (Brightness), a amplitude dos ecos recebidos é convertida
numa escala de cinzentos, conforme demonstrado na figura 7. A composição
de ecos recebidos em várias direcções, convertidos numa escala de
cinzentos, permite a obtenção de uma imagem bidimensional, em que os
pontos mais claros traduzem ecos mais intensos.
Figura 7
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3) Modo M
No modo M (Motion) o mesmo eixo acústico é mostrado graficamente
ao longo do tempo, também convertido numa escala de cinzentos (ver figura
8). Este método é usado para observar orgãos com movimento rápido como
as válvulas cardíacas.
Figura 8
O efeito doppler
O efeito doppler baseia-se na alteração das características das ondas
de som quando os objectos que as emitem estão em movimento (no caso da
ecografia, das ondas reflectidas quando o objecto reflector está em
movimento).
Como se pode ver nas figuras 9 e 10, quando o objecto se afasta, o
comprimento de onda do som aumenta (e a frequência consequentemente
diminui); quando o objecto se aproxima o comprimento de onda diminui (e a
frequência aumenta).
A sonda de ecografia é capaz de distinguir estas variações nas
características do eco e, assim, fornecer informação sobre o fluxo de sangue.
Figura 9
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Figura 10
Existem vários tipos de sistemas doppler:
1) Doppler contínuo – existem dois transdutores, um emissor e um
receptor o que permite a avaliação contínua do efeito doppler.
2) Doppler pulsado – o mesmo transdutor funciona como emissor e
como receptor, o que poderá trazer limitações na avaliação de fluxos muito
rápidos.
3) Sistema duplex – permite a aquisição do sinal doppler e do sinal
ecográfico simultâneamente. Tem a vantagem de poder dirigir o sinal doppler
às estruturas identificadas na imagem ecográfica.
4) Sistema doppler a cores – O sinal doppler e o sinal ecográfico são
adquiridos simultaneamente. O sinal doppler é filtrado electronicamente e
transformado num sistema de cores (azul quando se aproxima da sonda e
vermelho quando se afasta).
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