Continue navegando
Prévia do material em texto
3. Sons e Ultra-sons ESSUA BQ&BF - MÓDULO DE BIOFÍSICA 1 Índice ESSUA BQ&BF - MÓDULO DE BIOFÍSICA 2 Características das ondas Propriedades das ondas Cultura Geral…. • Vibrações e Ondas • Som e Luz • Características do Som - Audição e Fala • Efeito Doppler • Aplicações Algumas coisas que todos sabemos sobre o som: É produzido por vibrações de um material: cordas (viola, harpa, piano) colunas de ar (flauta) palhetas de instrumento de sopro Propaga-se na forma de ondas. ESSUA BQ&BF - MÓDULO DE BIOFÍSICA 3 3. Sons e Ultra-sons Antes de continuarmos, vamos (re)ver algo sobre: •Vibrações •Ondas ESSUA BQ&BF - MÓDULO DE BIOFÍSICA 4 3. Sons e Ultra-sons 3. Sons e ultra-sons Uma agitação que exista no tempo e também no espaço chama-se onda. Uma onda não existe num sítio, antes estende-se de um sítio até outro. Uma onda é extensa no espaço e no tempo. ESSUA BQ&BF - MÓDULO DE BIOFÍSICA 5 3. Sons e ultra-sons O som e a luz são ambos vibrações que se propagam na forma de ondas. Mas são completamente diferentes na essência: •O som precisa de um meio material para se propagar (não se propaga no vazio). Onda mecânica •A luz propaga-se no vazio (e também num meio material). Onda electromagnética ESSUA BQ&BF - MÓDULO DE BIOFÍSICA 6 B Q & B F -M ó d u lo d e B io fís ic a E S S U A 7 Audição As ondas Rádio são de natureza electromagnética. O ser humano não as ouve. O mecanismo de audição do ser humano passa pela vibração mecânica do tímpano, logo pela interacção com uma perturbação que se desloca, suportada por um meio material: uma onda mecânica, sonora. B Q & B F -M ó d u lo d e B io fís ic a E S S U A 8 B Q & B F -M ó d u lo d e B io fís ic a E S S U A 9 3. Sons e ultra-sons Uma onda pode ser propagativa: a perturbação (que cria a onda) desloca-se de um sítio para outro. ESSUA BQ&BF - MÓDULO DE BIOFÍSICA 10 3. Sons e ultra-sons Mas também pode ser estacionária: a perturbação fica confinada, não parecendo propagar-se. ESSUA BQ&BF - MÓDULO DE BIOFÍSICA 11 Por isso, muitas vezes, nesta situação, continua, erradamente, a fazer-se referência a ondas como se fossem apenas vibrações. Em qualquer dos casos pode sempre ser descrita como um Movimento Oscilatório ESSUA BQ&BF - MÓDULO DE BIOFÍSICA 12 Movimento Oscilatório Harmónico Simples w = 2p f 3. Características das ondas Movimento Oscilatório Harmónico Simples ESSUA BQ&BF - MÓDULO DE BIOFÍSICA 13 Vibrações e ondas no corpo humano http://www.univ- ab.pt/formacao/sehit/curso/vibracoes/uni2/vib_intro.html O que são Vibrações? Vibrações Humanas Efeitos das Vibrações Como reage o Corpo às Vibrações? www.sonometria.pt/vibracoes.html Etc… ESSUA BQ&BF - MÓDULO DE BIOFÍSICA 14 Ondas e Corpo Humano Esquema do Aparelho Fonador 1 - Traqueia 2 - Laringe 3 - Glote (Cordas vocais) 4 - Faringe 5 - Cavidade bucal 6 - Cavidade nasal 7 - Véu palatino ou Palato mole 8 - Maxilares (dentes) 9 - Língua 10 - Lábios 11 - Palato duro (céu da boca) criarmundos.do.sapo.pt/Linguistica/pesquisali... ESSUA BQ&BF - MÓDULO DE BIOFÍSICA 15 3. Sons e ultra-sons ESSUA BQ&BF - MÓDULO DE BIOFÍSICA 16 Ondas estacionárias, e patologias que produzem alterações nas características das ondas produzidas Pontos de referência Diagrama Esquemático do tracto vocal ESSUA BQ&BF - MÓDULO DE BIOFÍSICA 17 Pulmões “cordas” vocais laringe cavidade oral cavidade nasal radiação sonora pela bocatraqueia http://www.voiceproblem.org/anatomy/learning.asp 3. Sons e ultra-sons ESSUA BQ&BF - MÓDULO DE BIOFÍSICA 18 Nas ondas sonoras: • Frequência f < 20 Hz : infra-som 20 Hz f 20 kHz: som (audível) f > 20 kHz : ultra-som • A amplitude está relacionada com a intensidade da onda. No caso das ondas sonoras, quase sempre usa-se a intensidade relativa ou nível sonoro medido em dB (decibell) 3. Sons e ultra-sons ESSUA BQ&BF - MÓDULO DE BIOFÍSICA 19 Intensidade e loudness: • Intensidade é a energia transportada por unidade de tempo e de área • é proporcional ao quadrado da amplitude • Exprime-se em W·m-2 • O ouvido humano detecta sons entre 10-12 W·m-2 e 1 W·m-2 • factor de 1012 !!! • a sensação de intensidade (“loudness”) NÃO é proprocional a I • Para se duplicar a “loudness” de um som, tem de se multiplicar I por 10 Dois sons com a mesma intensidade mas frequências diferentes em geral produzem diferentes sensações de intensidade, devido à loudness. 3. Sons e ultra-sons ESSUA BQ&BF - MÓDULO DE BIOFÍSICA 20 3. Sons e ultra-sons ESSUA BQ&BF - MÓDULO DE BIOFÍSICA 21 As ondas apresentam um comportamento particular, chamado efeito Doppler. No caso das ondas sonoras, este efeito tem várias aplicações importantes em Medicina. 3. Sons e ultra-sons ESSUA BQ&BF - MÓDULO DE BIOFÍSICA 22 F O' vv vv ff f : frequência emitida pela fonte f ‘: frequência ouvida pelo observador vO : velocidade do observador vF : velocidade da fonte Sinal superior : se O e F se aproximam um do outro Sinal inferior : se O e F se afastam um do outro Efeito Doppler Não é válida para ondas electro- magnéticas Efeito Doppler 3.1 - Uma ambulância tem uma sirene que emite uma frequência fixa de 500 Hz, e dirige-se (com velocidade constante de 90 km/h) para a porta das urgências de um hospital, onde a espera uma enfermeira. A enfermeira ouve o som da sirene diminuir de frequência e aumentar de intensidade. A) Verdadeiro ou Falso? Porquê? B) Quando a ambulância inicia a marcha, qual a frequência com que a enfermeira ouve o som? ESSUA BQ&BF - MÓDULO DE BIOFÍSICA 23 3. Sons e ultra-sons Em Medicina, usam-se ondas ultra-sonoras em: •Terapia •Diagnóstico ESSUA BQ&BF - MÓDULO DE BIOFÍSICA 24 Ultra-sons em terapia: • Fisioterapia • Aquecimento localizado de músculo lesionado • Destruição de tecidos (p. ex. tumores) ou objectos (p. ex. pedras nos rins) indesejáveis • Ultra-sons de intensidade elevada (~ 107 W/m2), focados no material indesejado ESSUA BQ&BF - MÓDULO DE BIOFÍSICA 25 Contra-indicação ao uso de ultra-sons de potência terapêutica Fractura não consolidada: não existe ainda uma documentação adequada dos efeitos. Ruptura ou cirurgia recente de tendão ou ligamento: alguns estudos sugerem que ultra-sons podem acelerar o processo de restauração de tendões ou ligamentos lesados. No entanto os dados disponíveis não são suficientes para provar os efeitos benéficos dessas radiações sobre os tendões. Osteoporose: não se tem documentação científica adequada. 3. Sons e ultra-sons Ultra-sons em diagnóstico: ESSUA BQ&BF - MÓDULO DE BIOFÍSICA 26 • Ultra-sons reflectidos por glóbulos vermelhos permitem determinar a velocidade do fluxo sanguíneo • Detecção do movimento do peito de um feto • Monitorar batimento cardíaco de um feto Potencialidades•Não substituem RX •Há tecidos ou fluidos que não são detectáveis por Rx, mas os ultra-sons são reflectidos nas fronteiras entre eles. •É possível ter imagens de ultra-sons em tempo real 3. Sons e ultra-sons Ultra-sons em diagnóstico: características •Baixa intensidade: < 3 104 W/m2 ◦ Sem efeitos adversos ◦ Método não-invasivo •Alta frequência: 1 a 10 MHz (1MHz = 106 Hz) ◦ v 1540 m/s (próximo vel. som na água) ◦ = v / f = 1,5 mm ◦ dimensão do objecto mais pequeno que se consegue detectar ESSUA BQ&BF - MÓDULO DE BIOFÍSICA 27 Porque não usamos frequência maiores, portanto menores, e por conseguinte, objectos mais pequenos já seriam detectáveis? •Quanto maior f, maior a absorção pelo corpo •Perde-se acesso às regiões mais profundas do corpo ESSUA BQ&BF - MÓDULO DE BIOFÍSICA 28 Medical uses of ultrasound Morcegos! Os morcegos orientam-se através de ultrasons Morcegos: Navegam com ultrasons • Os Morcegos emitem gorgeios muito agudos, que são demaisdo altos para que o ouvido humano os ouça. São ultrasons. • Tal como os sons normais, os ultrasons ecoam (reflectem-se) nos objectos/obstáculos que encontram. • O morcego ouve os ecos e interpreta o que os provoca. • Os ultrasons podem também ser utilizados para obter informação do interior do corpo… • Os golfinhos também navegam com • Os submarinos usam um método semelhante chamado sonar • Se um morcego ouve um eco 0,01 s depois de ter emitido um gorjeio, a que distância se encontra o objecto? • Sugestão 1: a velocidade do som no ar é de 330 ms-1 • Sugestão 2: definição de velocidade • Resposta: distância = velocidade x tempo • Em números: distância = 330 x 0,01 = 3,3 m • Mas esta é a distância que o som percorre até ao objecto e de volta ao morcego, portanto, a distância ao objecto é de 1,65 m. Morcegos: Navegam com ultrasons IMAGIOLOGIA de Ultrasons Imagilogia de Ultrasons: O que é que se vê? Imagilogia de Ultrasons: Como funciona? • Um emissor de ultrasom actua como um morcego. • Emite ultrasons e detecta ecos • Mapeia o limite exterior do objecto • Colocam-se muitos emissores em conjunto para obter uma sonda e criar uma imagem. Imagilogia de Ultrasons: Como funciona? Imagilogia de Ultrasons: desenvolvimento de gravidez 18 semanas 24 semanas 8 semanas de gestação Imagilogia de Ultrasons: pé de um feto Varrimento de ultrasom a 2D através do pé de um feto. Podem ver-se alguns ossos do pé. Pode processar-se a imagem num computador para determinar os contornos do pé: rendering de superfície . Aqui foi efectuado rendering da superfície do pé Imagilogia de Ultrasons: mais rendering superficial Imagilogia de Ultrasons: imagiologia do coração Válvulas do coração atrium ventrículo Imagilogia de Ultrasons: beijar! Imagilogia de Ultrasons: Uma vista do interior de um beijo! Doppler com ultrasons Efeito Doppler: variação do comprimento de onda com a velocidade • Usa-se este efeito para determinar a velocidade das células do sangue. Os Ultrasons reflectem nas células sanguíneas e produzem um desvio Doppler. • A sonda de ultrasom emite uma onda ultrasónica • Uma célula de sangue estacionária reflecte a onda com o mesmo comprimento de onda (mesma frequência): não há desvio de Doppler • A sonda de ultrasom emite uma onda ultrasónica • Uma célula de sangue em movimento reflecte a onda com um comprimento de onda maior (menor frequência): há desvio de Doppler • Na verdade há dois desvios Doppler. O primeiro ocorre entre a sonda e a célula em movimento (aqui não se vê) e o segundo ocorre quando a célula de sangue reflecte o ultrasom. • De seguida, a célula de sangue move-se no sentido da sonda e refelecte a onda recebida com um comprimento de onda inferior. Efeito Doppler: fluxo de sangue numa artéria Imagiologia Doppler: combina imagiologia e Doppler • Usa a imagiologia habitual de ultrasom e a imagiologia de Doppler • Usada para produzir imagens do fluxo sanguíneo Imagiologia de Ultrasom: artéria carótida • A imagiologia Doppler visualiza a artéria • Obtem a imagem e traça/mapeia o fluxo sanguíneo • Esta artéria é saudável. O fluxo é laminar e unidireccional, como água num rio grande e calmo • Aqui também é uma artéria carótida. • O fluxo não é unidireccional, é turbulento, como num rio rápido. • Tal deve-se, em geral, a depósitos de gordura nas artérias. Imagiologia de Ultrasom: artéria carótida Imagiologia de Ultrasom: ultrasom Doppler a 4D Ventrículos Atria Esta imagem do coração de um feto é complicada. Mostra o sangue movendo- se entre os ventrículos e as artérias. Segurança em Ultrasons Ultrasom: segurança • Questão: o ultrasom a 2D é utilizado para produzir imagens de fetos há cerca de 50 anos. Considera-se que é completamento seguro e que não causa aquecimento significativo. • Ultrasom a 4D é novo, requer mais energia e, portanto, gera mais aquecimento. Considera-se que é seguro. • O ultrasom é energia e é absorvida pleo feto • Deve ser usado para diagnosticar doenças fetais? • Deve ser utilizado para fazer videos de bébes saudáveis para os pais? Bye! Agradecimentos: • Thanks to GE Healthcare, Prof Jem Hebden and Prof Alf Linney for providing images. • This lesson was developed by Adam Gibson, Jeff Jones, David Sang, Angela Newing, Nicola Hannam and Emily Cook • We have attempted to obtain permission and acknowledge the contributor of every image. If we have inadvertently used images in error, please contact us.
Materiais relacionados
Perguntas relacionadas
