ULTRA- SOM

PRINCÍPIOS DA
ULTRASSONOGRAFIA
Prof. Fernando Ramos Gonçalves-Msc
Índice


Intervalos Sonoros;
Histórico;
–
–

Características do Som;
–
–
–




Ecolocalização em Golfinhos;
Sonar;
Expansão e Contração;
Comprimento, Amplitude, Período e Velocidade;
Freqüência;
Fenômenos Sonoros;
Scanner e Transdutores;
Formação da Imagem;
Aplicações
O que é o Ultra-Som?

Vibração Sonora;
freqüência acima daquelas que podem ser detectadas
pelo ouvido humano (20 mil ciclos por segundo);

Usado clinicamente em
obstetrícia,
odontologia,
ginecologia;

Não emite
biológicos)

radiação
várias especialidades:
fisioterapia,
estética,
ionizante
(causa
efeitos
Ultra-Som X Intervalos Sonoros
20Hz
Infra-Sons
Elefantes
(2 km)
20000Hz
Audição Humana
Ultra-Sons
Cão, morcego
E golfinho
Histórico
Pioneiros
Apito para cães

1794 – Lazzaro Spallanzini
morcegos) - ecolocalização

1880 - Jacques e Pierre Curie (caracterização física
de alguns cristais)
–

(orientação dos
Apito de cachorro (10 a 40 KHz)
O
estudo do ultra-som foi impulsionado com
objetivos militares e industriais
–
1917 - construção do SONAR
Sonar - Sound Navigation And Ranging


Paul Langevin (físico Francês – 1917) - localizar
submarinos alemães
Não foi usado antes do final da primeira guerra
mundial (1914–1918)
Esquema simplificado do sonar – O aparelho emite ultra-sons (em
vermelho) que atingem o objeto (em azul), sendo refletidas sobre a
forma de eco (em verde) e voltando ao aparelho receptor. Com base
no tempo entre a emissão e a recepção, é calculada a distância (r)
Pioneiros



Fim da 2ª Guerra Mundial => Pesquisa em
aplicações médicas
Douglas Howry
W. Roderic Bliss,
1948-1949 - primeiro
sistema com objetivo
médico
1950
primeira
imagem seccional
Imagens em preto e branco e sem gradações
Pioneiros

Kossof
(Austrália)
1971 - introdução da
escala de cinza na
imagem - diversos níveis
de intensidade de ecos
são representados por
diferentes tons de cinza
1980 - 1990
- impulso da ultra-sonografia pelo
desenvolvimento tecnológico, transformando-a em um
importante método de investigação diagnóstica
Características do Som
O que é o Som?

Som = Vibração da matéria;

Transmissão:
Meios materiais
Meios elásticos
Propagação do Som

Objeto vibra = O movimento das
partículas carrega e transmite a
vibração.

Expansão
compressão
e
corresponde à pressão máxima da
propagação sonora

Contração - rarefação e corresponde à
pressão mínima da propagação
sonora.
Esquema de Onda Sonora
Individualmente
as
caracterizadas por:
ondas
sonoras
são

O comprimento de onda , é a menor
distância que vai de uma crista à outra ou de
uma depressão à outra.

A amplitude é a distância que vai de uma
crista ao eixo de propagação da onda. Pode
ser também a distância do ponto máximo da
depressão ao eixo de propagação.

Período é o tempo gasto para que uma
oscilação seja completada. No exemplo da
figura 2, o período é de 1 segundo.

A velocidade de propagação das ondas é
constante para um determinado meio.
Esquema de Onda
Velocidade da propagação do som em
diversos meios
Meio
Velocidade (m/s)
Ar
330
Água doce
1435
Sangue
1560
Músculo
1570
Gordura
1580
No vácuo, onde não existe o indispensável meio material que o transporte, o
som não se propaga.
Freqüência de uma Onda




A freqüência = número de oscilações por segundo;
A unidade é chamada de hertz (Hz).
As ondas tem a mesma freqüência da fonte emissora, independente
do meio em que se propaga;
Período (inverso da freqüência);
F=1/T
T=1/F
Ex: onda de 20 HZ
Esquema de Onda
Fenômenos Sonoros
•Comportamento do som;
Transmitida;
Onda Sonora
Interface:
Refletida;
Refratada...
Reflexão




Quando encontra um meio que não pode ser contornado a onda
"bate e volta“;
Mudança de direção de propagação da energia ;
Retorno da energia incidente em direção à região de onde ela é
oriunda;
O ângulo de incidência tem valor igual ao valor do ângulo de
reflexão;
Ângulo de
Incidência
Ângulo de
Reflexão
Normal
Diagrama simples ilustrando o fenômeno da reflexão.
USO: A reflexão luminosa é a base da construção e utilização dos espelhos.
Reflexão

Reflexão
=>
Reforço,
Reverberação e Eco;

Ouvido humano capaz de
discernir 2 excitações
breves e sucessivas em
um intervalos maior ou
igual a 1/10 segundo;
Reforço

o som refletido chega ao
tímpano antes do décimo de
segundo;

reforça a excitação do
tímpano e reforça a ação do
som direto.
Reverberação

o som breve refletido chega ao ouvido
antes que o tímpano, já excitado pelo
som direto, tenha tempo de se
recuperar da excitação (fase de
persistência auditiva).

Chama-se reverberação o fato de tantas
reflexões chegarem ao ouvinte que ele
não as pode distinguir umas das outras.

É a chamada continuidade sonora e o
que ocorre em auditórios acusticamente
mal planejados.
Eco

reflexão de som que chega ao ouvinte
pouco tempo depois do som direto;

obstáculo necessita estar a mais do
que 17 metros de distância=>
velocidade do som no ar (340 m/s)

Exemplos: eco produzido no fundo de
uma escadaria, por um edifício, ou em
uma sala, pelas paredes;
Note como o cano verde
parece se quebrar dentro
Refração




dos copos
A mudança da direção das ondas, devido a entrada em outro meio;
alteração da direção do feixe transmitido em relação ao feixe incidente;
passagem da onda por meios com diferentes índices de refração;
mudança no comprimento e velocidade, freqüência permanece a
mesma;
Refração do ar para a água
- Falta de ângulo impede a refração e
leva à reflexão
Difração
•A onda tem a capacidade de contornar obstáculos;
•A difração sonora é imensa por ter seu comprimento muito
grande - enorme quando comparado com o comprimento de
onda da luz
Interferência

representa a superposição de duas ou mais
ondas num mesmo ponto;
Interferência Construtiva

caráter de reforço quando as fases
combinam (interferência construtiva).
Interferência construtiva
Exemplo: Quando escutamos música em nosso lar, percebemos que certos
locais no recinto é melhor para se ouvir a música do que outros. Isto é
porque nestes pontos as ondas que saem dos dois alto-falantes sofrem
interferência construtiva
Interferência Destrutiva

caráter de aniquilação, quando as fases não
são as mesmas (interferência destrutiva)
Fig.11 - Interferência destrutiva
Ex: Ao contrário, os locais onde o som está ruim de ouvir é causado pela
interferência destrutiva das ondas.
Impedância



Todo meio material elástico oferece uma certa
"resistência" à transmissão de ondas sonoras;
Mesma impedância => não há reflexão (toda
transmitida);
É a diferença de impedância acústica entre dois
tecidos que define a quantidade de reflexão na
interface, promovendo sua identificação na imagem;
–

Ex: um nódulo no fígado será mais facilmente identificado se
sua impedância acústica for bastante diferente do parênquima
hepático ao redor;
quanto maior a diferença de impedância entre duas
estruturas, maior será a intensidade de reflexão
Impedância
materiais
acústica
de
alguns
(106 Rayls)
Material
Ar
0,0004
Gordura
1,38
Água
1,48
Músculo
1,70
Outros tecidos moles
1,63
Osso
7,80
Ex: a diferença de impedância entre o ar e os tecidos moles, que justifica a necessidade do
gel de acoplamento acústico utilizado para aumentar o contacto entre a pele e o transdutor,
caso contrário o feixe seria refletido.
Efeito Doppler


som é gerado ou refletido por um objeto em
movimento;
Há mudança na percepção do som;
Scanner e Transdutor
Equipamento Scanner
• Processo onde lança ondas de som em um
corpo;
• as reflexões das ondas de som são
capturadas por uma máquina, que as
transforma então em uma imagem que pode
ser lida;
•O Ultra-som é um recurso que não envolve o
uso de radiação ou qualquer tipo de soluções
de contraste que precisam ser engolidos ou
injetados;
• Este é com certeza um método seguro, rápido
e muito efetivo para certos tipos exames
médicos.
Transdutores
FG-32ua (by Pentax ®)
Transdutor Endoscópico
C3-7ED - SonoAce
Transdutor Convexo
EUP-OL334
Transdutor Laparoscópico
EUP-ES322
EUP-ES533
Transdutores Trans-Esofágicos
Transdutores e Elementos
piezoelétricos
Elementos piezoelétricos
Emite eletricidade
Transforma
energia elétrica em
mecânica (onda
sonora)
efeito piezoelétrico inverso
transmissores e receptores simultaneamente.
Transdutores
•Produz e recebe ecos (normalmente 1% da onda emitida);
•Quanto maior a freqüência, menor o comprimento da onda
sonora e melhor a resolução espacial;
•transdutores (de 3,5MHz) : exame de tecidos profundos,
como o abdômen, útero;
• transdutores (maiores que 7,5MHz): exame de tecidos
superficiais, como a mama, tireóide, pele, testículo, etc.
Transdutores
Esquema simplificado de transdutor com
elemento cerâmico único
Transdutores - Funcionamento

Meio homogêneo – propagação em linha reta;

Meio Heterogêneo – as ondas são refletidas a cada densidade diferente,
retornando ecos;

Emissor e receptor;

Ecos provenientes de interfaces perpendiculares às ondas são recebidos;

De acordo com o tempo de emissão e recepção, estabelece-se a
profundidade da imagem;

quanto mais longe está a estrutura da superfície do transdutor, ela
aparecerá em situação mais inferior na tela.
Esquema ilustrativo
de um transdutor.
Formação de imagens por Varredura

Existem vários métodos para se extrair uma
imagem a partir dos ecos:

A-MODE (amplitude mode);
B-MODE (brightness mode);
M-MODE (motion mode).


Informações espaciais
Informações sobre
movimento/velocidade
Muitos equipamentos podem operar com uma combinação dos modos
Modo A – Amplitude

Mais antigo (1930);

fornece informações unidimensionais;

muito utilizado em oftalmologia;

Diagnostica tumores, corpos estranhos e
descolamento da retina;
Modo A – Amplitude


Usa um transdutor que emite um pulso no tecido, o sistema
então, lê e plota ao longo do tempo os sinais que retornam;
Características:



Detecção das reflexões nas interfaces;
Tempo de ida-volta proporcional à profundidade de
cada interface;
Produz uma única imagem de ecos recebidos de
apenas uma posição da sonda;
Modo B - Brilho






mais utilizado;
imagens em duas dimensões;
Os princípios são os mesmos
daqueles do mapeamento A exceto
que o transdutor é movimentado;
estabelece
informação
sobre
a
estrutura interna do corpo;
tem sido usado no diagnóstico do
fígado, mama, coração e feto;
pode detectar gravidez muito cedo, e
pode estabelecer informação sobre
anomalias uterinas.
Ultra-som de mama
Ultra-som no acompanhamento gestacional
Modo M – Movimentação Temporal

gráficos de movimentação temporal;

bastante
empregado
ecocardiografia;

O
modo
M
combina
certas
características do modo A e o modo
B;

O transdutor é mantido estacionário
como no modo A e os ecos aparecem
como pontos no modo B.
em
Ecocardiografia em Modo M ambos ventrículos rodeados
de abundante derrame
pericárdico
As principais peculiaridades
método ultra-sonográfico são:
do
–
é um método não-invasivo ou minimamente invasivo;
–
as imagens seccionais podem ser obtidas em qualquer orientação
espacial;
–
não apresenta efeitos nocivos significativos dentro do uso diagnóstico
na medicina;
–
–
não utiliza radiação ionizante;
a aquisição de imagens é realizada praticamente em tempo real,
permitindo o estudo do movimento de estruturas corporais.
Principais Aplicações
Aplicações no Diagnóstico da Mama

Método de complementação de imagens
mais importante no diagnóstico da mama;

Emprego:
–
–
–
–
Diagnóstico de cistos;
Avaliação de lesões sólidas;
Comprovação de carcinomas;
Marcação pré-operatória;
Ultra-som da mama
Diagnóstico de Cistos





Comprovação ou não da existência do cisto;
Taxa de acertos 100%;
Empregado para a avaliação de achados
palpáveis;
Quando há a evidência de um ou mais
cistos, e desde que não exista nenhuma
outra
imagem
adicional
(micro
calcificações),
geralmente
não
há
necessidade
de
partir
para
um
procedimento cirúrgico;
Evita biopsias desnecessárias em cistos
simples.
Ultra-som da mama com nódulo
Diferenciação entre achados sólidos
(benignos/malignos)


Diferenciação
entre
carcinoma
e
fibroadenoma;
Ultra-som
é
usado
como
método
complementar quando os achados –
geralmente
palpáveis,
não
são
completamente delimitáveis do ponto de
vista mamográfico no tecido denso;
Comprovação de Carcinomas

Carcinomas hipoecóicos, situados em tecido
rico em gordura, a detecção geralmente é
prejudicada - ecos de baixa intensidade
(cinza escuro); (mamografia);

Tecido bastante ecogênico (imagens cinzaclaras), os carcinomas (maioria pouco
ecogênico), são facilmente identificáveis;
Aplicação na Ginecologia
•Verificar o tamanho de útero e os
ovários;
•Avaliar diagnósticos de Patologias
Mamárias;
Ultra-som transvaginal
•Avaliar possíveis existências de
tumores malignos no útero e
ovários;
•Gerenciar infertilidade dos ovários;
Ultra-som endovaginal
Aplicação na Obstetrícia
•Confirmar a gravidez;
•Determinar a idade do feto;;
•Avaliar se há gravidez múltipla;
•Avaliar o bem estar fetal;
•Detectar mal formações fetais;
•Realizar “check up” morfológicos nos
órgãos fetais;
•Determinar com precisão o sexo do feto;
•Ajudar o obstetra na decisão de ter que
fazer um parto mais cedo ou não, quando
a gravidez é de risco
Ultra-som 3D de Gêmeos
Uni vitelinos
Ultra-som fetal
Aplicações : Ultra-Som 2 D

Método Convencional;

O ultra-som é feito inicialmente pelo modo
bidimensional (crescimento e morfologia do
feto);

depois
são
feitas
tridimensionais;

A diferença entre o que é visto num ultra-som
comum e no 3D é a mesma de um desenho
só com o contorno e outro pintado e
finalizado;
as
reconstruções
Aspecto de meningomielocele
Aplicações : Ultra-Som 3 D

inovação do método 2D;

imagens obtêm uma qualidade quase
fotográfica;

ajuda a avaliar tumores e a verificar o
volume dos órgãos;

a possibilidade de olhar o bebê em
360 graus também melhora muito o
vínculo afetivo entre mãe e filho
Aspecto de meningomielocele
Aspecto de meningomielocele ao ultrasom convencional e ultra-som 3D.
Aspecto de meningomielocele
Vantagens do Ultra-som 3D







mais fácil saber o sexo do bebê;
imagens mais reais;
detalhes de malformações;
Identifica se bebês gêmeos estão na mesma
placenta ou não;
posição do feto se o cordão umbilical está em torno
do pescoço;
mais preciso no diagnóstico do câncer de mama em
jovens;
capaz de identificar melhor certas anomalias do
útero.
Limitações Ultra-som 3D

precariedade
da
avaliação
estruturas fetais internas;
das
Aplicações : Ultra-Som 4 D

O ultra-som 4D é a imagem
do 3D gerada em tempo
real;

O 1º equipamento que
realiza Ultra-Som 3D em
tempo real (4D), foi lançado
no mercado internacional
em outubro de 2001;
Medicina Interna

Abdome
–
–
–

Fígado
Vias Biliares
Pâncreas
Tireóide
Ultrasonografia da tireóide
Cardiologia
Doença coronariana;
 Doenças do músculo
cardíaco;
 Doenças do pericárdio;
 Tumores cardíacos;
 Cardiopatia hipertensiva;
Ecocardiografia fetal –
demonstrando aneorisma do átrio
direito - AN
 Doenças cérebro-vasculares

Caracterização do Tecido Ósseo



Diagnóstico de osteoporose;
Mais simples que os métodos de
densitometria óssea por raio X;
A velocidade de propagação das ondas de
ultra-som é medida somente dentro do osso,
sem a contribuição de o tecido mole que o
rodeia.
Oftalmologia



Detecta membranas muito finas;
detecta pequenos tumores mostrando características
internas do tecido.
Consegue captar imagens em tempo real com
movimento das membranas intra-oculares ou tração
vítreo-retiniana.
Ultra-sonografia Oftalmológica no modo B
Ultra-som com Doppler

informações quantitativas e
quanto a seu fluxo sangüíneo;

possui grande número de aplicações das
quais podemos citar a avaliação de:
–
–
–
–
–
qualitativas
doenças venosas tromboembólicas;
lesões ateroscleróticas obstutivas das
artérias;
pacientes pós transplante renal;
infertilidade e desenvolvimento precoce
do embrião ;
fluxo
vascular
em
processos
neoplásicos .
realiza pela cor e por gráficos, a medida do
fluxo das artérias e veias.
Hepatocarcinoma e aspecto característico dos vasos nutridores
Efeitos biológicos do Ultra-som







efeitos fisiológicos do calor:
Aumento no metabolismo;
Vasodilatação;
Diminuição da viscosidade dos líquidos;
Mas o US não produz apenas calor, mas também:
micro-massagem (redução de edema);
Correntes
acústicas
(pode
aumentar
a
permeabilidade nas células);
Ondas estacionárias; aumento das taxas de difusão
de íons através das membranas celulares.
Vantagens

Relativamente barato (U.S convencional);

Rápido;

Imagens em tempo real;

É possível gravar imagens duvidosas para análise
posterior;

Isento de risco (faixa Terapêutica);
Desvantagens

Depende muito da habilidade do operador do
aparelho;

Resolução espacial muito abaixo daquela obtida
com TC e RMN;
Bibliografia

COSTA, MM, DIAS, EN, SILVA, HMS, FIGUEIRA F., ASS. Câncer de Mama para Ginecologistas. Editora Revinter. 1994.

Empresa Siemens, http://www.siemens.com/, acesso em 052007

Ensino de física à distância, Bertulani C. A, http://www.if.ufrj.br/teaching/fis2/ondas2/ondas2.html, acesso em 21/05/2007

Fundação
Odontológica
de
Ribeirão
Preto
FORP
ttp://www.forp.usp.br/restauradora/us01.htm#Intro. Acesso em 28/03/07.

KÖBRUNNER, Sylia H. Heywang, SCHREER, Ingrid, DERSHAW, D. David, FRASSON, Antonio. MAMA Diagnóstico por
Imagem. Rio de Janeiro: Revinter, 1999. 412p

MedSom – Equipamentos médicos. Disponível em: http://www.medson.com.br/. Acesso em 25/04/2007

NEPOMUCENO, L. X., Tecnologia Ultra-Sônica. Editora Edigar Blücher Ltda. 1980

Reseller Web – Mídia de Negócios. Disponível em: http://www.resellerweb.com.br/noticias/artigo.asp?id=90093. Acesso em
06/04/2007

ROCHA,DC, BAUAB, SP. Atlas de Imagem da Mama. Editora Savier. 1995.

Terra Notícias, Disponível em : http://noticias.terra.com.br/ciencia/interna/0,,OI920212-EI238,00.html. Acesso em 02/04
–
USP.
Ultra-som.
Disponível
em