Ultrassonografia - Aula 1

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27/06/2013
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ULTRASSONOGRAFIA
DANIEL DE SOUZA ALVES
alvesdaniel@gmail.com
CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM BIOMECÂNICA
EEFD - UFRJ
INTRODUÇÃO
Introdução
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Métodos de avaliação do complexo músculo tendão
Diagnóstico e 
tratamento de lesões
Tipos de 
treinamento
Envelhecimento
Introdução
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• Arquitetura Muscular 
• Mecânica dos Tendões
• Geometria articular
Comprimento e curvatura do fascículo
Ângulo de penação
Espessura muscular
Deslocamento do tendão
Complacência
Histerese
Tensão-deformação
Braço de força
Força muscular ���� Torque articular
Introdução
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Técnicas de Imagem
Tomografia
Computadorizada (TC) Ressonância Magnética (RM)
Ultrassonografia (US)
in vitro e ex vivo
X
in vivo Maior fidedignidade, situações reais
Introdução
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Ultrassonografia
• Imagem em tempo-real
• Bom contraste entre tecidos
• Não exposição à radiação 
ionizante
• Não invasivo
• Portabilidade
• Fácil manuseio
• Baixo custo relativo
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Introdução
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• Arquitetura Muscular 
• Mecânica dos Tendões
• Geometria articular
Comprimento e curvatura do fascículo
Ângulo de penação
Espessura muscular
Deslocamento do tendão
Complacência
Histerese
Tensão-deformação
Braço de força
Força muscular ���� Torque articular
Introdução
� Ondas de som ou ultrassom: Consistem em uma perturbação mecânica de
um meio (gasoso, líquido ou sólido)
� Velocidade constante (compressibilidade e densidade)
� Molécula � Molécula
Taxa de vibração das moléculas = frequência (hertz ou ciclos/segundo)
� Ultrassom: Frequências de vibração das moléculas acima de 20 kHz (som não
audível)
� Ultrassom clínico: 1 a 20* MHz
pulso curto (zona morta*) e feixe estreito (resolução*) � focalização
Onda ultra-sônica: acima de 20 kHz
geração do pulso
transmissão do pulso
reflexão do pulso (eco)
captação do eco
Introdução Introdução
PULSO-ECO
TEMPO E AMPLITUDE
1540m/s ���� 6,5µs/cm
impedância*
Introdução
PULSO-ECO
TEMPO E AMPLITUDE
TIPOS DE APARELHOS
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Aparelhos de Ultrassom
� A-scan (modo-A)
Mais simples � profundidade e espessura
� A-scan (modo-A)
Mais simples
Aparelhos de Ultrassom
� B-Scan (modo-B)
Imagens bidimensionais
Aparelhos de Ultrassom
� B-Scan (modo-B) – Tempo Real
Brilho (escala de cinza)
Posição (2 dimensões)
Aparelhos de Ultrassom
� M-Scan (modo-M)
Movimento
profundidade x tempo
Aparelhos de Ultrassom Aparelhos de Ultrassom
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� Doppler (efeito Doppler)
Aparelhos de Ultrassom
� Duplex – Tempo real + Doppler (colourflow)
Aparelhos de Ultrassom
� 3-D
Aparelhos de Ultrassom
� Terapêutico
Aparelhos de Ultrassom
Ultrassom Terapêutico
� Energia absorvida � calor
� Coagulação de proteínas – queima focal de volumes
� Falta de parâmetros
Aparelhos de Ultrassom
NATUREZA DO ULTRASSOM*
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Natureza do Ultrassom
� f = 1/T(período) = ciclos/s = Hz*
� c = λ/T = λf (m/s)*
� c = √K /ρ
K = rigidez (força de atração das partículas) = stress/strain
ρ = densidade (kg/m3)
Velocidade de Propagação
MEIO VELOCIDADE (m/s)
AR 330
GORDURA 1440
ÁGUA (20º) 1480
MÚSCULO 1542-1626
SANGUE 1570
OSSO 2700-4100
PRATA 3650
ALUMÍNIO 6260
1540 m/s
*
Velocidade de Propagação Impedância Acústica
� Z = ρc (rayls ou kg.m-2.s-1)
c � velocidade das partículas
Energia, Potência e 
Intensidade
• Energia = joules
• Potência = joules/sec = watts (aquecimento)
• Intensidade = Potência/área (focalização)
• Potência média = energia do pulso x FRP
Percentual de potência transmitida através de duas áreas similares em 
diferentes posições de um feixe focalizado
Slide anterior
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Ondas Pulsáteis x Contínuas*
duty cycle: 1-3
duração: 1-20 µs
duty cycle: 1-1 até 1-4
duração: 2 ms
Ondas Pulsáteis
� Espectro de Frequência*
Ondas Pulsáteis
� Largura da Banda x Pulso*
Ondas Pulsáteis
� Freqüência Fundamental (cruzamentos de zero)
PROPAGAÇÃO NO MEIO
Fenômenos de Propagação
� Propagação no meio
compressão x “rarefação”*
L
T
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Propagação no Meio
Alterações pelo(s) meio(s) que atravessa
� Transmissão;
� Reflexão;
� Refração;
� Espalhamento;
� Absorção.
Transmissão e Reflexão
Transmissão e Reflexão
� Propagação do ultra-som através 
de uma interface entre 2 meios 
gera uma onda refletida e uma 
onda transmitida (Lei de Snell).
� Diferença de impedância acústica 
(Z = ρ.c) gera os coeficientes de 
reflexão e transmissão. 
Transmissão e Reflexão
� Reflexão e Transmissão
Intensidade*:
em que R = coeficiente de intensidade de reflexão
T = (1 –R) = Coeficiente de intensidade de transmissão
Amplitudes:
Refração
Velocidade de Propagação
Meio 1: k1, ρ1 � c1
Meio 1: k2, ρ2 � c2
Se: C1 ≠ C2
θ ≠ 90º *
Refração
Velocidade de Propagação
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Espalhamento
� Superfície áspera;
� Partículas com tamanhos próximos ou
menores do que o comprimento de onda;
� Frequência.
Espalhamento
Espalhamento Absorção
altas frequências x baixas frequências
Atenuação
Redução na intensidade durante a passagem pelo meio.
� Reflexão
� Refração (?)
� Espalhamento
� Absorção
� Divergência do feixe
Atenuação
Dependência da frequência 
Escolha da frequência: Resolução X Penetração
Mudança no espectro de frequência de um 
pulso ultra-sônico devido a atenuação 
dependente da frequência
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TRANSDUTORES
Transdutor
� Conversão de energia elétrica em mecânica e 
mecânica em elétrica
� Transmissor e/ou receptor
� Imersão ou contato
Escolha do transdutor
� Frequência de ressonância
� “Diâmetro”
� Distância focal
� Penetração
� Resolução
Efeito piezoelétrico
Ex.: quartzo, sulfato de lítio, PZT (titanato zirconato de chumbo)
Ressonância Construção do transdutor para
imagens – modo pulsado
Camadas de acoplamento e de retaguarda
Além da camada de retaguarda, camada de acoplamento, isolamento
acústico e elétrico do compartimento envoltório, também é necessário
isolamento acústico entre os elementos.
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Construção do transdutor para
imagens – modo pulsado
Camadas de acoplamento e de retaguarda
Z e α
Camada de acoplamento
� Zm = (Zx . Zt)½
Fase
“Uma senóide é a projeção no eixo y de uma linha de
comprimento constante r em função do ângulo (ângulo de fase)
entre a linha e o eixo x.”
Fenômenos de Propagação
� Interferência de Ondas
Fenômenos de Propagação
� Interferência de Ondas
Transdutor
Modelo EUP-L33, Hitachi Medical Corporation, Tokio, Japão.
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Transdutor
Real-time Scanners
Real-time Scanners
Objetivo:
• Monitorar estruturas móveis (coração, feto, músculo 
esquelético, outros órgãos etc.);
• Prover respostas rápidas a mudanças no plano de varredura.
Varredura automática, com taxa de repetição (freqüência) 
suficiente para que a imagem não fique “tremida”.
Varredura mecânica ou elétrica.
Varredura Mecânica
Transdutor embebido em óleo, com uma membrana de borracha ou plástico
Retangular Setorial Setorial Setorial *
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Padrões de varredura Varredura na água
� Distorção da imagem de tecidos superficiais, devido 
ao contato do transdutor;
� Zona morta. 
Linear Array
Matriz 
Linear de 
512 
elementos
Grupo de 
elementos
Feixe US
Frentes de Onda
Largura do feixe
Linear Array Linear Array
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Linear Array
Foco na transmissão
Atraso do pulso do elemento central em relação aos periféricos � frente de onda 
côncava, convergindo ao foco
Alteração no atraso � alteração no foco
Linear Array
Foco na transmissão
Atraso do pulso do elemento central em relação aos periféricos � frente de onda 
côncava, convergindo ao foco
Alteração no atraso � alteração no foco
Linear Array
Taxa de quadros � reduzida por um fator de 1/Nz
Zona múltipla de focalização
Linear Array
Fig. 7.7 (p. 88)
Sem alteração na PRF
Focalização dinâmica
Phased Array Phased Array
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PROCESSAMENTO DO SINAL
Controles de ganho
� Alteração da amplitude dos sinais exibidos
Alteração da amplitude do sinal 
transmitido
Alteração do ganho do 
receptor
Desvantagem: aumenta a 
exposição do pacienteao ultra-
som.
Desvantagem: amplificação do 
ruído*
Compensação do ganho pelo
tempo
Visualização em função da profundidade
Processamento do sinal
� Amplificação logarítmica:
� Usada para aumentar a amplitude dos sinais de menor
nível e reduzir a dos ecos de alto nível
� Permite a visualização simultânea dos ecos das
fronteiras dos órgãos (refletores fortes) e das suas
estruturas internas (refletores fracos)
� Diferenciação
� Saída proporcional à taxa de variação do sinal de
entrada
Realce da Margem, sem distorção das estruturas internas
(fig 5.18, p. 63)
Processamento do sinal Processamento do sinal
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Processamento do sinal
Tresholding Clipping
Penetração
� Profundidade de penetração: é possível distinguir ecos
através do ruido de fundo
Amplitude dos ecos diminui com a profundidade
+
Aumento do ganho do receptor aumenta o ruído exibido
=
Ponto máximo no qual o sinal é distingüido do ruído
Resolução axial Resolução axial