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Física do Ultrassom -método de diagnóstico que se baseia no eco emitido pelo ultrassom ao encontrar tecidos ou estruturas do organismo cujas reflexões são visibilizadas por meio de computação gráfica em tempo real; -é a única modalidade de diagnóstico por imagem que não utiliza a radiação eletromagnética. -Para a realização do exame ultrassonográfico de qualidade, é necessário conhecer a anatomia topográfica, o aspecto ultrassonográfico das estruturas e a interação do som com os tecidos analisados; - experiência do ultrassonografista é de suma importância para acurácia do exame, bem como a escolha correta do transdutor e a interpretação dos artefatos de imagem ● Princípios físicos das ondas de ultrassom - são: frequência, comprimento de onda, velocidade de propagação, período, amplitude, intensidade -som: é uma onda longitudinal, pois se propaga na mesma direção da vibração responsável por produzi-lo. Além disso, é uma onda mecânica , pois precisa de um meio para se propagarem, sendo assim, só é capaz de propagar-se em meios físicos como ar, água, tecidos, metal etc (ao contrário das ondas de luz e de rádio), e sendo uma onda, o som apresenta propriedades; se propaga em ondas, conduzindo informações de um local a outro e transmite energia ao alternar regiões de baixa pressão (rarefação) e alta pressão (compressão); ondas são uma série de compressões e expansões mecânicas na direção do trajeto da onda > Portanto são ondas longitudinais que viajam pelo meio (tecido) vibrando a matéria e carregando a energia produzida com a colisão das moléculas/partículas gerando calor; 1. frequência (Hz)- é o número de vezes que uma onda (ciclo) é repetida por segundo, ou seja, indica o numero de vibrações por segundo efetuado por cada partícula do tecido; Uma onda, ou um ciclo, ocorre quando a pressão começa em um valor normal, aumenta para um valor de alta pressão, diminui (abaixo do valor normal) para um valor de baixa pressão e, em seguida, retorna ao normal; Um ciclo pode também ser definido como a combinação de compressão e rarefação sucessiva ; quanto maior a frequencia menor o comprimento de onda e melhor é a resolução da imagem expressa em hertz (Hz), onde 1 Hz equivale a um ciclo por segundo. Nem todos os sons são audíveis, os seres humanos conseguem escutar sons cujas frequências estejam entre 20 Hz e 20.000 Hz > esse intervalo de frequências é conhecido como espectro audível. Sons de frequência inferior a 20 Hz são conhecidos como infrassons enquanto os sons de frequência superior a 20.000 Hz (0,02 MHz) são chamados ultrassons ; 2. comprimento de onda - é a distância percorrida por uma onda sonora em um ciclo ; Na ultrassonografia, o comprimento de onda é expresso em milímetros (mm). importante para a resolução da imagem; representado por lambda (y invertido). 3. velocidade ( mm/μs - milimetro por microsegundo) - é a taxa na qual o som se propaga por um meio; relacionada com o meio em que a onda se propaga ; determinada pela densidade física (massa por unidade de volume) e a rigidez (dureza) do meio de transmissão (tecido); dessa forma a velocidade de propagação do som é diferente nos diversos tecidos; Como regra geral, a velocidade é maior em sólidos, menor em líquidos, e ainda mais baixa em gases; Em sólidos, as moléculas estão mais próximas, de modo que as ondas sonoras são transmitidas mais rápido; em gases, as moléculas estão distantes, e as ondas sonoras se propagam de forma mais lenta. Do ponto de vista médico, a propagação das ondas sonoras é mais rápida em ossos e mais lenta nos pulmões preenchidos por ar; velocidade está relacionada com a frequência e o comprimento de uma onda sonora pela seguinte equação: https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/ondas-2.htm https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/ultrassons-suas-aplicacoes.htm Para uma velocidade constante, a frequência e o comprimento de onda possuem uma relação inversa de modo que com o aumento da frequência, o comprimento de onda diminui, e viceversa. Nos tecidos moles, a velocidade média do som é 1,54 mm/μs (1.540 m/s) > importante porque os equipamentos de ultrassom usam essa velocidade constante para todos os cálculos; os equipamentos ultrassonográficos são calibrados para a velocidade 1.540m/s, uma vez que a ultrassonografia é indicada para a avaliação de tecidos moles; 4. Período (P) - é o tempo necessário para que um ciclo completo ocorra ; descrito como o inverso da frequência (1/f); unidade é dada em (µs); 5. Amplitude (A) : corresponde ao valor máximo atingido por uma variável sonora ao longo de um ciclo; define a sua intensidade, ou a quantidade de energia que essa onda carrega consigo; 6. Intensidade : é a medida da força de uma onda sonora; diz respeito à quantidade de energia que a onda sonora transmite; Essa intensidade está relacionada à amplitude da onda sonora: quanto maior a sua amplitude, maior será sua intensidade; medida em decibels: unidade é watt por centímetro quadrado (W/ cm2 ); ● criação de uma imagem digital a partirdas ondas ultrassônicas se dá em 3 etapas: PRODUÇÃO DA ONDA SONORA, RECEPÇÃO DO ECO E INTERPRETAÇÃO DO ECO RECEBIDO. ● Interação da onda de ultrassom com a matéria - como se forma o eco ? - entender o princípio da formação do eco é importante já que os ecos contêm a informação diagnóstica sobre as estruturas que estão sendo observadas; -Tanto a interface que causa a reflexão do eco quanto o ângulo em que a onda sonora atinge o refletor, ou ângulo de incidência, devem ser considerados. 1. IMPEDÂNCIA ACÚSTICA DE UM TECIDO - é o produto da densidade física do tecido e a velocidade do som através dele, ou seja, é a capacidade do tecido de impedir a transmissão de som gerando ecos. Quanto maior a densidade do tecido, maior a impedância; Como a velocidade do som nos tecidos moles é relativamente constante, a densidade tecidual é o determinante primário da impedância, pois a diferença de densidade varia com cada tipo de tecido se sabe que a onda que é emitida precisa atravessar vários tecidos do animal e as diferenças de impedância acústica entre um tecido e outro determinam quanto da onda sonora é refletido (eco) e quanto é transmitido ao segundo tecido; amplitude do eco de retorno é proporcional à diferença de impedância acústica. Quando dois tecidos apresentam a mesma impedância acústica, não há formação de eco. Se existir uma grande diferença na impedância acústica entre dois tecidos, então quase todo o som será refletido em um eco. Z2 é a impedância acústica do segundo tecido, e Z1 é a impedância acústica do primeiro tecido. a maior diferença na impedância acústica ocorre nas interfaces com o osso e o gás. Quase todo o som é refletido nas interfaces tecidos moles/gás e tecidos moles/osso. a reflexão quase total do som cria um vazio acústico, ou sombra, posterior à interface tecidual. por isso que Sem a colocação de gel de acoplamento acústico entre o paciente e o transdutor, a interface do tecido mole/gás, criada pelo gás aprisionado entre a pele e o transdutor, impediria a formação da imagem em virtude da reflexão de todo o som incidente; ângulo de incidência é aquele em que a onda sonora encontra um meio. Se o ângulo de incidência for perpendicular (90 graus) ao refletor, a porção refletida do som se propagará na direção oposta (180 graus) à da onda sonora inicial, enquanto a porção transmitida continuará na mesma direção da onda sonora inicial. Se o ângulo de incidência não for perpendicular, então o ângulo de reflexão será igual ao ângulo de incidência. Se uma onda sonora atingir um refletor a mais de 3 graus da perpendicular, então o som refletido, provavelmente, não alcançará o transdutor; O ângulo de transmissão da onda sonora não perpendicular depende da impedância acústica relativa dos dois meios. Qualquer onda sonora que não for refletida em direção ao transdutor não será registrada . Um fato importante é que a quantidade de som refletido e transmitido depende da diferença na impedância acústica dos dois meios. Conforme um feixe de ultrassom se propaga através de um meio ele é atenuado, ou seja, perde a intensidade. A distância percorrida e a frequência da onda sonora determinam quanto o feixe de ultrassom será atenuado. A atenuação é de aproximadamente 0,5 decibéis (dB)/cm por MHz em uma distância de ida e volta. 4 Se um refletor estiver a 3 cm do transdutor, a distância percorrida, de ida e de volta, é de 6 cm, e, assim, a atenuação do feixe sonoro é de 3 dB/MHz. Ondas sonoras de alta frequência são mais atenuadas do que as ondas sonoras de baixa frequência. A atenuação da onda sonora envolve três componentes: absorção, reflexão e dispersão. 1-3 A conversão da energia mecânica de ondas sonoras em calor é chamada de absorção. 1,3 A absorção é o componente dominante da atenuação do som nos tecidos moles. 1,3 A conversão de ondas sonoras em calor ocorre, principalmente, pelas forças de atrito. 3,4 Nos equipamentos de ultrassom diagnóstico, a quantidade relativa de som absorvido é muito baixa, e a mudança de temperatura é insignificante e imperceptível. A reflexão do feixe sonoro contribui para a atenuação. Conforme a onda sonora encontra interfaces teciduais de diferentes impedâncias acústicas, um reflexo é gerado. Apenas reflexos que retornam ao transdutor são usados para a formação da imagem. O escaneamento das estruturas, a partir de diferentes ângulos, pode aumentar a qualidade da imagem, se mais ecos retornarem ao transdutor, vindos de diferentes direções. A dispersão ocorre quando as ondas sonoras encontram superfícies pequenas e irregulares. Isto é observado, principalmente, no interior do parênquima dos órgãos e é responsável pela ecotextura dos órgãos internos. 1,3 Conforme a frequência de um feixe sonoro aumenta, a incidência de dispersão aumenta. ● Modo de Exibição dos ecos -Os ecos podem aparecer de diversas formas no aparelho de ultrassonografia. ecos são demonstrados como picos de voltagemsobre um traço linear. - 1. Modo A(Amplitude) - método unidimensional; baseia-se na visibilização da amplitude do eco em um osciloscópio, onde o sistema de coordenadas é utilizado medindo-se as distâncias percorridas pelo som. Por meio deste, é possível fazer mensurações precisas de comprimento ou profundidade das estruturas, e, por essa razão, ele possui maior aplicabilidade em oftalmologia; intensidade de cada eco é indicada por uma variação na amplitude do pico, representado em função de uma escala de profundidade; indicado para exames oftalmológicos, ajudando a determinar o tamanho e padrões de crescimento do olho, detectar a presença de tumores ou outras patologias. porém, Na medicina veterinária, teve sua aplicabilidade restrita a centro de pesquisas, onde tem sido empregado em exames de biometria ocular 2. Modo B (Bidimensional) - modo brilho; Esse método fornece uma imagem em duas dimensões, uma imagem dinâmica ou em tempo real 2D. Imagens de melhor qualidade são obtidas a partir de estruturas relativamente estáticas (músculos, tendões) com índice de imagem mais baixas. Os ecos de retorno são digitalizados e convertidos em várias intensidades de brilho, em duas dimensões, na forma de uma escala de cinza, e são exibidos no monitor ultrassonográfico ; Os retornos dos ecos fortes são muito brilhantes/brancos, e os ecos pobres são acinzentados ou pretos. a imagem de retorno é continuamente atualizada pelo computador. Uma escala presente no monitor indica a profundidade do tecido examinado do paciente baseia-se na emissão de ondas sonoras de alta frequência, mediante a estimulação elétrica de cristais piezoelétricos presentes na sonda ou no transdutor. As ondas sonoras são emitidas em forma longitudinal, e ao se chocarem com uma interface, geram um eco, refletido ao transdutor e transmitido em forma de pontos brilhosos (Modo-B) ao monitor. A tonalidade desses pontos está relacionada com a densidade dos tecidos que atravessa e com a profundidade a que chega a onda sonora. Assim, estruturas que não refletem o som aparecem na tela em cor negra (imagens anecoicas ou anecogênicas), tais como folículos ovarianos, vesículas embrionárias e a bexiga (usada como ponto de referência para a visualização do trato reprodutor). Estruturas de menor densidade refletem menos som e geram imagens mais escuras (hipoecoicas ou hipoecogênicas). Pelo contrário, tecidos densos têm maior capacidade de transmitir ecos (ecogênicas) e se mostram de cor branca no monitor (imagens hiperecoicas ou hiperecogênicas), tais como a superfície dos ossos pélvicos. A imagem é produzida em tempo real, resultado da contínua transmissão e recepção das ondas sonoras produz uma imagem bidimensional através da combinação dos sinais do modo A em várias direções. Seu princípio se baseia em que cada eco devolvido é exibido na tela como um ponto. Assim, quanto mais brilhante for o ponto, maior será a intensidade dos ecos devolvidos. cada linha da imagem corresponde ao eco gerado por um único pulso de ultrassom Várias linhas finas formam uma imagem completa, e, assim, as imagens do modo B parecem ser um corte de tecido. 3. modo M (movimento) - registra uma fina secção de uma imagem ultrassonográfica em um determinado período de tempo; A partir de uma imagem em modo B, a região a ser avaliada pelo modo M é escolhida, esta é geralmente representada na tela como uma linha. Uma vez que o cursor do modo M está sobre a localização desejada, este modo M é ativado. Em uma imagem em modo M, a profundidade é mostrada no eixo vertical, e o tempo é colocado no eixo horizontal. O brilho dos pontos é proporcional à força dos ecos, como no modo B. Ao manter o transdutor fixo, o examinador pode avaliar como as estruturas se movem ao longo do tempo. possui algumas características do modo A e algumas do modo B, como os ecos coletados em apenas uma direção e apresentados na direção horizontal do monitor e o brilho da linha mostrada modulado de acordo com a amplitude do sinal recebido, respectivamente. Este modo é utilizado para obter imagens de alta resolução, sendo indicado principalmente para avaliar estruturas de órgãos em movimento, como as cardíacas, por exemplo. A imagem em modo M é mais comumente usada em ecocardiografia para avaliação quantitativa da função dos ventrículos e das válvulas cardíacas; permitem o estudo do movimento de estruturas em relação ao tempo na forma gráfica. Esse método é utilizado na Eco-Doppler-cardiografia e na avaliação da viabilidade fetal ● Transdutores - é um dispositivo que converte uma forma de energia em outra, que no caso do ultrassom eles convertem a corrente elétrica/impulso elétrico em ondas sonoras e vice-versa e Esta conversão é realizada em um cristal piezelétrico. -transdutores ultrassônicos convertem energia elétrica em energia mecânica e vice-versa. Esses transdutores são feitos de materiais piezoelétricos. -O cristal, para ser usado como transdutor, deve ser cortado de forma que um campo elétrico alternado, quando nele aplicado, produza variações em sua espessura. Dessavariação resulta um movimento nas faces do cristal, originando as ondas sonoras. -Quando uma carga elétrica é aplicada a um cristal piezelétrico, o material se deforma e cria uma onda sonora. Por outro lado, quando as ondas sonoras são aplicadas aos cristais piezelétricos, eles produzem um sinal elétrico (impulsos elétricos). - Portanto, o mesmo cristal é utilizado para enviar e receber as ondas sonoras, mas esses dois processos não podem ocorrer ao mesmo tempo > Um transdutor de ultrassom típico emite ondas sonoras em menos de 1% do tempo, e as recebe em mais de 99% do tempo -Existem formatos e tamanhos e a escolha de um transdutor depende de suas propriedades físicas e das características da região anatômica a ser estudada. 1. Transdutores eletrônicos ou transdutores matriciais - compostos por diversos pequenos cristais em várias disposições; esses cristais podem ser organizados em linha reta ou em retângulo ( transdutor linear ), em linha curva ( transdutor convexo ), ou em forma de anel concêntrico ( transdutor anelar ). Os elementos que compõem esses transdutores são acionados eletronicamente em diferentes sequências para criar imagens de formatos diferentes, ou para focar o feixe sonoro em profundidades específicas; Dois formatos básicos de imagens ultrassonográficas são encontrados > Imagens obtidas de forma setorial apresentam formato de fatia de torta (transdutor convexo), enquanto as imagens obtidas de forma linear são retangulares (transdutor linear); exames mais específicos, necessitam de transdutores também mais específicos - exemplo transdutores transesofágico e transretal por exemplo; Imagens setoriais são frequentemente produzidas por transdutores com pequena superfície de contato, enquanto os transdutores lineares geralmente têm superfícies de contato maiores. Para obtenção de imagens do tórax, os transdutores setoriais são preferíveis já que as imagens devem ser adquiridas entre os espaços intercostais. Para avaliação do abdome, o uso de transdutores setoriais ou lineares é, na maioria das vezes, determinado pela preferência pessoal do ultrassonografista. Na maioria dos casos, mais do que um transdutor é utilizado durante um exame; - superfície de contato de um transdutor é a área do transdutor que faz contato com o paciente - foot print -aparelhos de ultrassom diagnóstico operam em modo pulsado para obtenção das imagens > ou seja, significa que o aparelho de ultrassom envia apenas alguns ciclos de ondas sonoras para o tecido e, então, passa o resto do tempo recebendo os ecos que retornam; frequência de repetição de pulso (PRF) > é o número de vezes que este padrão de envio e recebimento é repetido dentro de 1 segundo; O comprimento do espaço de um pulso de ultrassom é chamado de comprimento espacial do pulso (SPL). Se uma onda sonora possui um comprimento de onda de 0,5 mm e três pulsos são enviados de cada vez, o comprimento espacial do pulso é de 1,5 mm > esse comprimento espacial de pulso é importante para a resolução axial; - resolução > é a capacidade de um aparelho de ultrassom de distinguir os ecos com base no espaço, no tempo e na força; Quanto melhor a resolução, maior a probabilidade de uma anormalidade ser identificada. Conforme a frequência de uma onda de ultrassom aumenta, a resolução também aumenta. Um transdutor com maior frequência possível deve ser usado para obter imagens de melhor resolução possível; A resolução axial é a resolução de dois refletores separados dispostos na direção na qual a onda sonora está se propagando. 6 Ela é igual à metade do comprimento espacial do pulso. Como mencionado anteriormente, comprimento espacial do pulso corresponde à extensão do espaço pelo qual trafega o pulso de uma onda sonora. Quando dois refletores estão separados por uma distância maior do que metade do comprimento espacial do pulso, os ecos destes dois refletores não se sobrepõem ao retornarem ao transdutor, sendo interpretados como ecos separados (Fig. 3-4). Se a distância entre os refletores é inferior à metade do comprimento espacial do pulso, os ecos se sobrepõem e são interpretados como um único eco. Uma vez que os transdutores com maior frequência apresentam umcomprimento espacial do pulso menor, sua resolução axial é melhor ● Formação da imagem de ultrassom -como se sabe toda substância (no caso aqui os tecidos) é constituída por pequenas partículas, as quais estão unidas por forças elásticas, podendo se mover em relação às suas posições de equilíbrio. Quando uma partícula é impulsionada ( quem gera isso é o impulso elétrico do transdutor ) ela começa a vibrar e passa sua energia para as partículas adjacentes. Deste modo, a energia se propaga de uma partícula para as outras partículas da substância. O número de vibrações na unidade de tempo (freqüência) nos informa se esse som gerado é infra-som, som audível ou ultra-som. Como aqui estamos falando de ultrassom que é uma onda mecânica e longitudinal, as particulas do meio vibram na mesma direção da propagação da onda; -As ondas de ultrassom são geradaspelo efeito piezoelétrico em um meio adequado, como, por exemplo, um cristal especialmente fabricado, feito de zirconato de chumbo (Piezoeletricidade é a propriedade que possuem certos cristais de se expandir ou contrair quando aplicamos aos mesmos tensões ou voltagens alternadas). Quando um impulso elétrico é aplicado ao cristal, o efeito piezoelétrico resulta em deformação do cristal. O cristal então vibra, e ondas de ultrassom são geradas. O cristal atua tanto como um emissor (1% do tempo), emitindo ondas de ultrassom para dentro do paciente, quanto como receptor (99% do tempo), recebendo ecos. Quando recebe ecos de ultrassom, o cristal deformado produz impulsos elétricos proporcionais à intensidade dos ecos. Esses impulsos são mostrados como vários tons de cinza no monitor. -Quanto mais intenso o eco, maior o brilho do ponto na imagem da tela. -O tempo entre a emissão e o retorno dos ecos refletidos depende da distância percorrida. O aparelho de ultrassom calcula a posição da fonte de reflexão dos ecos e esta é apresentada em um local específico do monitor. -A imagem é atualizada constantemente, o que permite uma exibição dinâmica. - Os cristais de transdutor são usualmente feitos para vibrar a uma frequência predeterminada (específica). -Alguns transdutores possuem diversos cristais diferentes colocados sobre eles (multipropósito) ou permitem variação do impulso elétrico direcionado ao cristal (multifrequência). -resumo: baseia-se no efeito piezoelétrico, mecanismo no qual é possível a transformação de uma energia em outra. No equipamento de ultrassonografia, os cristais de efeito piezoelétricos estão presentes nos transdutores. Ao fornecer corrente elétrica ao aparelho de ultrassom, cria-se uma diferença de potencial elétrico (voltagem) nos cristais, que respondem com vibrações. Estas são transformadas em ondas mecânicas/sonoras que se direcionam ao corpo do paciente e sofrem reflexão com os tecidos (gera vibrações que gera o eco). As ondas refletidas (ecos) chegam ao transdutor e fazem suas partículas vibrarem convertendo as ondas mecanicas em energia elétrica/impulsos elétricos que geram sinais que podem ser amplificados e mostrados em um osciloscópio ou registrador na tela do computador, ou seja, são exibidos como pontos na tela em tons de cinza. Quanto mais forte for o eco de retorno, mais brilhante será o ponto na imagem na tela, e quanto menor a reflexão, mais negro é o ponto de luz no monitor; ● Terminologia -termos empregados para descrever a aparência dos órgãos estão relacionados com intensidade, atenuação e textura da imagem dos ecos teciduais -áreas de alta intensidade de ecos são denominadas hiperecoicas/hiperecogênicas (imagem branca) ; -as de baixa intensidade de ecos são chamadas hipoecoicas / hipoecogênicas (imagem cinza). -áreas que não produzem nenhum tipo de eco são denominadas anecoicas/anecogênicas (área negra no monitor). -Considera-se uma imagem isosecoica/ isoecogênica quando a ecogenicidade tecidual é a mesma das estruturas adjacentes -estruturas que não refletem o som aparecem na tela em cor negra (imagens anecoicas ou anecogênicas), tais como folículos ovarianos, vesículas embrionárias e a bexiga (usada como ponto de referência para a visualização do trato reprodutor). Estruturas de menor densidade refletem menos som e geram imagens mais escuras (hipoecoicas ou hipoecogênicas). Pelo contrário, tecidos densos têm maior capacidade de transmitir ecos (ecogênicas) e se mostram de cor branca no monitor (imagens hiperecoicas ou hiperecogênicas), tais como a superfície dos ossos pélvicos - Ecogenicidade é um termo usado em radiologia para descrever o quanto um material ( tecido , órgão , líquido etc.) permite a passagem ou reflete as ondas de ultrassom (US), comparativamente a outros tecidos e órgãos próximos https://pt.wikipedia.org/wiki/Radiologia https://pt.wikipedia.org/wiki/Tecido https://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%93rg%C3%A3o_(anatomia) https://pt.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADquido https://pt.wikipedia.org/wiki/Ondas_sonoras https://pt.wikipedia.org/wiki/Ultrassom
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