Lista-de-Exercícios-Ultrassonografias_com_respostas_v2

Prévia do material em texto

Lista de exercícios – Princípios de Imagens Médicas 
 
1. O que é ultrassom? Qual a sua faixa de frequências e porque o ele não pode ser detectado pelos 
humanos? 
 
Resposta: Notas de aula (baseado na limitação do ouvido humano a 20KHz e no fato de ser difícil 
gerar ondas mecânicas na ordem de GHz.). 
 
2. Qual o princípio básico da formação de imagens ultrassonográficas? Monte um diagrama de 
blocos contendo as etapas principais e agentes envolvidos neste processo. 
 
Resposta: Notas de aula (baseado no eco de ondas na região do ultrassom). 
 
3. O que é impedância acústica? Como é possível calculá-la e qual a relação entre impedância 
acústica e densidade dos tecidos. Destaque valores comuns de impedância acústica dos tecidos. 
 
Resposta: Notas de aula (baseado nas definições de impedância acústica). 
 
4. Qual a diferença entre fator de reflexão e coeficiente de reflexão? Como eles são calculados? 
Faça o análogo para fator e coeficiente de transmissão. 
 
Resposta: Notas de aula (baseado nas definições de fator e coeficiente de reflexão e transmissão; 
vale lembrar que o fator de reflexão e transmissão considera a energia (pressão) da onda, 
enquanto que o coeficiente de reflexão e transmissão considera a intensidade da onda de 
ultrassom). 
 
5. Explique o princípio de funcionamento de um transdutor para ultrassonografia. O que é um 
transdutor de matriz linear e um de matriz faseada? 
 
Resposta: Notas de aula (transdutores). 
 
6. Durante as aulas de ultrassonografia vimos quatro modos distintos de imagens utilizando 
ultrassom. Descreva as principais características e descreva uma aplicação clínica de cada modo. 
 
Resposta: Notas de aula (Modo A, Modo B, Modo M, US Doppler). 
 
7. Explique porque é utilizado um gel aquoso entre o transdutor e a pele durante a aquisição de 
imagens de ultrassonografia. O que aconteceria se não este não fosse utilizado? Justifique utilizando 
argumentos físicos. 
 
Resposta: O gel aquoso serve para fazer um casamento de impedâncias acústicas entre a fonte 
emissora do ultrassom e a pele. Em geral quando a fonte de ultrassom está no ar, há uma alta 
reflectância de ondas devido à alta diferença de impedâncias entre o ar e a pele. O gel aquoso é 
desenvolvido para ter impedância acústica próxima da pele e a fonte de ultrassom é colocada 
dentro do gel. Se não houvesse o gel, a intensidade do eco do ultrassom seria tão baixo que 
inviabilizaria a formação de imagens com qualidade. 
 
8. Considere um exame de ultrassom sendo realizado em um paciente. O clínico aplica um pulso 
de ultrassom sobre uma camada delgada de tecidos , conforme a figura abaixo. O equipamento possui 
um único transdutor que emite um pulso de ultrassom em 1MHz com intensidade I0. O clínico sabe 
que o gel aquoso utilizado praticamente não absorve ultrassom na frequência utilizada, mesmo assim 
ele observa que entre dois pulsos consecutivos há a detecção de 2 ecos em tempos diferentes. 
 
 
a) Considerando a propagação da onda perpendicular à pele, calcule a intensidade total detectada 
pelo transdutor entre dois pulsos consecutivos. 
 
Resposta: primeiro temos que identificar os pulsos que são detectados: 
 
1 – No primeiro instante a intensidade I0 atravessa do gel para a pele devido ao casamento 
de impedâncias. 
 
 
2 – Em seguida a onda encontra a interface entre a pele e o músculo (meio 1 para o meio 2). 
Parte da onda é refletida e parte dela é transmitida para dentro do músculo, por isso deve-se 
considerar o coeficiente de reflexão R1-2 e o de transmissão T1-2. A intensidade da onda refletida 
pela interface será I0R1-2 e a transmitida será I0T1-2. Para calcular os coeficientes de reflexão e 
de transmissão utilizaremos as impedâncias acústicas dos tecidos. 
 
 
3 – No próximo instante a parte refletida nesta interface atinge o transdutor, de forma que 
o primeiro eco detectado terá intensidade I0R1-2. Concomitante a este momento a parcela da onda 
transmitida para dentro do músculo encontra a interface do músculo com o osso e parte da onda 
é novamente refletida pela interface. A parte transmitida para dentro do osso é desprezada por 
não interferir na formação da imagem ultrassonográfica. O segundo eco leva em consideração a 
transmissão na interface pele-músculo e a reflexão na interface músculoosso, por isso tem 
intensidade I0T1-2R2-3. 
 
 
4 – Por fim o segundo eco encontra a interface entre o músculo e a pele (agora a interface é 
do meio 2 para o meio 1). Novamente parte do eco é refletida e parte é transmitida. A parte 
transmitida será detectada pelo transdutor com intensidade I0T1-2R2-3T2-1. 
 
 
 
O gráfico a seguir mostra o diagrama temporal da detecção dos ecos entre dois pulsos do 
dispositivo. De fato a detecção dos ecos aparece no formato de senóides, por isso o destaque 
abaixo é meramente ilustrativo. 
 
 
 
A partir das definições encontramos os valores de R1-2, T1-2, R2-3, T2-1: 
 
 
𝑹𝟏−𝟐 = 
(𝒁𝟐 − 𝒁𝟏)
𝟐
(𝒁𝟐 + 𝒁𝟏)𝟐
 
 
 
𝑹𝟐−𝟑 = 
(𝒁𝟑 − 𝒁𝟐)
𝟐
(𝒁𝟑 + 𝒁𝟐)𝟐
 
 
𝑻𝟏−𝟐 = 𝑻𝟐−𝟏 = 
𝟒𝒁𝟏𝒁𝟐
(𝒁𝟐 + 𝒁𝟏)𝟐
 
 
 
E por fim a intensidade detectada entre dois pulsos será o somatório da intensidade dos ecos: 
 
𝑰𝒅𝒆𝒕𝒆𝒄𝒕𝒂𝒅𝒐 = 𝑰𝟎[𝑹𝟏−𝟐 + 𝑹𝟐−𝟑𝑻 𝟏−𝟐
𝟐 ] 
 
 
b) Sabendo que a espessura do músculo é de 5mm e que o atraso entre a detecção dos dois primeiros 
ecos é de 1µs, calcule a densidade do músculo sabendo que a sua impedância acústica em 
1MHz é 1.64MRayls. 
 
Agora tá fácil, né. Basta encontrar a velocidade de propagação do eco dentro do músculo e depois 
calcular a densidade do meio. 
 
𝒗 = 
𝟓𝒎𝒎
𝟏µ𝒔
= 𝟓𝒌𝒎/𝒔 
𝒁 = 𝝆𝒗 𝝆 = 
𝒁
𝒗
= 
𝟏. 𝟔𝑴𝑹𝒂𝒚𝒍𝒔
𝟓𝒌𝒎/𝒔
= 𝟑𝟐𝟎𝟎𝟎 𝒌𝒈/𝒎³ 
 
9. Durante um exame de ultrassonografia Doppler de abdome total o feixe de ultrassom (com 
intensidade I na frequência de 1 MHz) incide na pele do paciente a um ângulo de 30 °C em relação ao 
eixo normal. Sabendo que a sequência de tecidos do paciente é: pele, seguida de gordura, seguida de 
músculo, calcule a intensidade de ultrassom que atinge o músculo do paciente. Dados: 
Zpele(1MHz)=1.28MRayls; Zgordura(1MHz)=1.38MRayls; e Zmúsculo(1MHz)=1.64MRayls. 
 
 
Resposta: Esta questão segue de forma similar à 8º. Questão, considerando o ângulo de incidência 
da onda de ultrassom. Aqui a impedância acústica efetiva é calculada como: 
 
𝒁𝒆𝒇𝒆𝒕𝒊𝒗𝒂 = 
𝒁
𝐜𝐨𝐬 𝜽
 
 
E é a impedância efetiva que deve ser usada no cálculo do coeficiente de reflexão e no de 
transmissão. Vale a pena perceber que o ângulo de incidência muda sempre que a onda encontra 
uma interface; por isso, deve-se usar a lei de Snell para ultrassom, a fim de encontrar o ângulo 
de incidência θ correto em cada tecido.