Física do Ultrassom

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Física do Ultrassom 
Som: é uma onda mecânica e sua propagação se dá pela vibração das partículas do meio no qual 
se alastra. A energia sonora só se propaga se tiver matéria e o meio líquido é o melhor para a 
propagação da onda sonora (de forma longitudinal) pois não há resistência como no meio sólido. 
Ultrassom: é o termo que se aplica à onda sonora cuja frequência é superior àquela percebida 
pelo ouvido humano, ou seja, acima de 20KHz. No ultrassom não há transporte de matéria ou 
deslocamento de partículas, apenas áreas de rarefação do meio. 
 
 
 
Elementos de uma onda sonora: 
 Crista: ponto mais alto / Vale: ponto mais baixo 
 Comprimento de onda (LAMBDA): distância entre uma crista e outra – quanto menor o 
comprimento de onda, melhor a resolução da imagem visualizada e menor o poder de 
penetração. 
 Amplitude: altura da onda. Determina a intensidade de energia que atravessa o tecido. Quanto 
maior a distância, a tendência é que a onda perca energia para o ambiente no qual ela está se 
propagando (atenuação) – quanto maior a distância e a frequência maior a atenuação. 
 Ciclo: movimento completo de um ponto qualquer da onda saindo de sua posição original e 
voltando a ela. 
 Frequência: número de ciclos pela unidade de tempo (1 segundo) – quando maior a frequência, 
melhor a resolução da imagem e menor a profundidade (poder de penetração) alcançada. 
o A unidade de medida de frequência é o hertz (Hz) 
 1Hz = 1 ciclo/segundo 
 1 quilohertz (1kHz) = 1.000 ciclos (ondas sonoras) /segundo 
 1 megahertz (1MHz) = 1.000.000 ciclos/segundo 
 Velocidade de propagação: é a função do meio que ela percorre. Distância percorrida pela onda 
sônica por unidade de tempo – é constante e não depende da frequência. Diferentes materiais 
temos diferentes velocidades de propagação. A maioria dos aparelhos são calibrados para 
velocidade média de 1540m/s 
 
OBS: O comprimento de onda e a frequência são inversamente relacionados se a velocidade do 
som no meio for mantida constante (1540 m/s). 
Ultrassonografia: 
É o resultado da leitura dos ecos gerados pelas reflexões do ultrassom nos diversos meios ao 
longo de seu caminho – interação das ondas sonoras com os tecidos. O equipamento de 
ultrassonografia realiza essa leitura e produz uma imagem no monitor e para a obtenção de 
imagem utiliza-se frequências de 3 a 10Mhz. 
Vantagens: Não utiliza radiação ionizante, não é invasivo, atraumático, avaliação em tempo real, 
não apresenta efeitos nocivos significativos, a aquisição de imagens ocorre quase que em tempo 
real. 
Desvantagens: limitação de estudar órgãos internos ou ossos, interpretação dos fenômenos 
(imagem) depende da interação das ondas sonoras e os tecidos, interpretação da imagem 
depende da experiência do operador. 
Transdutor, sonda ou probe: é a parte da unidade de ultrassom 
que entra em contato com o paciente e é conectado ao 
equipamento de ultrassom (gerador e monitor) através de um 
cabo flexível. Este dispositivo precisa entrar em contato direto 
com a estrutura a ser avaliada (pele ou diretamente ao órgão). 
 Transdutor linear: A varredura é linear (tem a forma de um 
retângulo) e a frequência varia de 5 a 11 MHz. Exige uma 
superfície de contato maior e é utilizado em exames de 
estruturas superficiais como mamas, tireóide e exames vasculares periféricos. O campo de 
visão é diretamente proporcional à largura do transdutor. 
 Transdutor Convexo: A varredura é setorial (tem a forma de um leque), com um Ângulo em 
torno de 60º e a frequência varia entre 3 a 6 MHz. É utilizado em exames abdominais e 
obstétricos por alcançar regiões mais profundas e ter mais campo de visão. 
 
Impedância acústica: é a resistência do tecido ao movimento das partículas causado pelo 
ultrassom. Cada meio possuirá sua própria impedância (água, gases, partes moles etc). 
o Osso – alta impedância / ar ou gases – baixa impedância (alta reflexão das ondas sonoras). 
 
 
 
Termos utilizados no exame ultrassonográfico: 
 Ecogenicidade: refere-se à capacidade de diferentes estruturas em refletir as ondas de 
ultrassom, gerando ECOS.- Doenças difusas podem alterar a ecogenicidade do órgão. 
 O parênquima dos órgãos e dos tecidos são visualizados em vários graus de tons de cinza, 
que são relativamente constantes de animal para animal. 
 Anecogênica: estrutura que é aquela que é livre de ecos, ou seja, não possui nenhuma 
diferença de meio dentro de si (vasos sanguíneos, urina normal, bile). 
 Outra característica de estruturas anecóicas é o reforço acústico posterior, que é decorrente 
da baixa atenuação dessas estruturas ao feixe sonoro. 
 Hipoecogênica: tecidos que criam ecos menos brilhantes do que os tecidos adjacentes 
(linfonodos, órgãos parenquimatosos, músculos) são classificados como hipoecóicos. Ocorre 
uma reflexão das ondas de ultrassom. 
 Hiperecogênica: tecidos que criam ecos mais brilhantes (refletem intensamente a onda 
sonora) do que os tecidos adjacentes (osso, gordura, parede vesicular). 
 Isoecóicas: estruturas diferentes que apresentam a mesma ecogenicidade, quando 
comparadas entre si. 
 Janela acústica: Modo pelo qual o ultrassonografista consegue driblar os impedimentos 
naturais à passagem do feixe sonoro impedância do ar, osso...) – mudança do decúbito do 
paciente, angulação do feixe (ex: bexiga repleta para avaliação de próstata em machos e 
útero em fêmeas). 
OBS1: A intensidade do brilho no monitor é proporcional à intensidade do eco, sendo que este 
depende da diferença entre as impedâncias de dois meios. 
OBS2: Quanto maior o eco, mais branca aparecerá a imagem. Assim, quando o ultrassom 
estiver na transição entre dois meios com impedâncias muito distintas uma da outra, o eco 
gerado será bem intenso e a imagem produzida será intensa também (branca). 
Imagem ultrassonográfica: 
Formação da imagem: a amplitude do eco retornado é determinada pela diferença absoluta na 
impedância acústica de um tecido comparado ao outro. Ao chegar no aparelho, o eco vira impulso 
elétrico e é apresentado sob a forma de pontos de luz sobre um fundo escuro. A intensidade do 
ponto de luz será proporcional à amplitude do eco retornado, formando a imagem. 
A resolução da imagem é diretamente proporcional a frequência – alta frequência = imagem de 
alta definição. A seleção da frequência depende da estrutura a ser avaliada. O foco depende do 
transdutor e da frequência. 
Modos de exibição de imagem do ultrassom: 
Modo A – modo amplitude: 
 Mais antigo (1930) e mais simples (os sinais elétricos são registrados como picos em um 
gráfico. Uso na Avaliação ocular. 
 Identificação da magnitude da amplitude da onda retornada em um osciloscópio, em que o 
sistema de coordenadas é utilizado medindo-se as distâncias percorridas pelo som. O eixo 
vertical (Y) da apresentação mostra a amplitude do eco e o horizontal (X) mostra a 
profundidade. 
 Fornece informações unidimensionais (detecção em uma linha). 
 Visualização da amplitude do eco em um osciloscópio. 
 Tempo de ida-volta proporcional à profundidade de cada interface. 
 Aplicações na oftalmologia. 
 Diagnostica tumores, corpos estranhos e descolamento de retina. 
 
Modo B – modo brilho 
 Os ecos de retornos são digitalizados e convertidos em várias unidades de brilho na forma de 
uma escala de cinza. Quanto maior o tempo gasto para receber o eco de uma interface, mais 
longe da superfície da imagem ele a coloca (estruturas profundas – inferior da tela). 
 Imagens em duas dimensões. 
 Estabelece estruturas internas do corpo. 
 As imagens em tempo real fornecem informações anatômicas e funcionais. 
 Tem sido utilizado no diagnóstico de vários órgãos (fígado, coração, mama e feto). 
Pele Tecido conjuntivo Tecido glandular Tecido adiposo Cisto 
 
 
 
Modo M – movimentação temporal 
 Esse modo é utilizado para imagens de estruturas em movimento;os sinais elétricos 
refletidos pelas estruturas em movimento são convertidos em ondas exibidas continuamente 
ao longo de um eixo vertical. 
 Representação gráfica de estruturas em movimento. Um ponto luminoso proveniente de um 
eco sofre deslocamento durante certo período de tempo, criando, com isso, uma reta na qual 
linhas paralelas correm na tela em função do tempo. Quando um feixe sonoro atravessa uma 
estrutura fixa e interage com ela, a linha permanece reta, mas ao atravessar uma estrutura 
em movimento, surge uma curva correspondente ao deslocamento dessa estrutura. 
 O modo M é usado principalmente para avaliação dos batimentos cardíacos fetais e em 
imagens cardíacas, principalmente em doenças valvares. 
 
 
 
Modo Doppler 
 Este tipo de ultrassonografia é utilizado para avaliar o fluxo sanguíneo. 
 A ultrassonografia Doppler usar o efeito Doppler (alteração da frequência do som pela 
reflexão a partir de um objeto em movimento). Os objetos em movimento são as hemácias 
no sangue. 
 Informações sobre a direção e a velocidade do fluxo sanguíneo podem ser determinadas pela 
análise das alterações na frequência das ondas de som. 
 Se uma onda de som refletida tem frequência menor do que a onda de som transmitida, o 
fluxo do som está para longe do transdutor. 
 Se uma onda de som refletida tiver uma frequência mais elevada do que a onda de som 
transmitida, o fluxo está na direção do transdutor. 
 A magnitude da alteração da frequência é proporcional à velocidade do fluxo de sangue. 
 Alterações na frequência de ondas de som refletidas são convertidas em imagens mostrando 
a direção e a velocidade do fluxo de sangue. 
 Permite quantificar a velocidade do movimento relativo entre a fonte de um fenômeno 
periódico, como uma onda eletromagnética ou onda sonora e o observador. 
 O comprimento de onda observado é maior ou menor, conforme sua fonte se aproxime ou se 
afasta. 
OBS: No caso de aproximação, a frequência aparente da onda recebida fica maior que a 
frequência emitida, enquanto que, no caso de distanciamento, a frequência diminui. 
 
Aplicabilidade: 
o Direção do fluxo 
o Velocidade do fluxo 
Vantagens: técnica não invasiva, portátil, não usa contrastes, sem contraindicações, avaliação 
da hemodinâmica em tempo real, mensuração de índices hemodinâmicos, útil para avaliar a 
vascularização dos tumores e órgãos, a função cardíaca (como para ecocardiografia), para 
detectar oclusões, estenose dos vasos sanguíneos e coágulos nos vasos sanguíneos (ex: na 
trombose venosa profunda). 
Modo de exibição do sinal doppler: 
I. Doppler espectral: 
 Exibe informações do fluxo sanguíneo como um gráfico com a velocidade no eixo vertical e 
o tempo no eixo horizontal. 
 É possível medir velocidades específicas se o ângulo do Doppler (o ângulo entre a direção 
do feixe de ultrassom e a direção do fluxo sanguíneo) puder ser determinado. 
 As medições da velocidade e aparência do traçado do Doppler espectral podem indicar a 
gravidade da estenose vascular. 
II. Doppler colorido 
Interação do som com o tecido: 
i. Atenuação: debilidade, produzida nas ondas de ultrassonografia a medida que se propagam nos 
tecidos. É o progressivo enfraquecimento das ondas sonoras ao longo de sua passagem pelos 
tecidos até seu limite de penetração. Quanto maior a distância percorrida maior será a atenuação. 
ii. Absorção: ocorre pela transformação da energia acústica em calor. No ultrassom diagnóstico, 
a intensidade da onda é tão baixa que a quantidade absorvida na forma de calor é ínfima. 
iii. Reflexão: Refere-se a pequenas porções da onda sonora que batem em superfícies refletoras 
e retornam ao transdutor. A reflexão depende da diferença da impedância acústica entre dois 
meios, sendo assim, quanto maior a diferença, mais intensa a reflexão das ondas. 
iv. Espalhamento: O comprimento de onda do feixe sonoro é maior que as partículas que 
compõe o meio, produzindo em consequência, uma série de pequenas reflexões a partir de 
cada partícula e em várias direções. 
v. Refração: é o fenômeno que ocorre quando o feixe sonoro não incide perpendicularmente a 
interface das estruturas e há diferença da velocidade do som entre elas. 
 
Artefatos: 
Os artefatos são fenômenos de exibição que não representam as estruturas reais. Eles são 
resultantes da exibição de ecos que retornam erroneamente ao transdutor ou da ausência dos 
mesmos. 
A maioria dessas distorções pode ser entendida pela apreciação da forma da fonte sonora, da 
interação do som com os tecidos e disseminação espacial dos artefatos. 
Origem dos artefatos: 
 Fatores operacionais: Relacionados com a presença de ar entre a superfície da pele e o 
transdutor ou sujidades da pele, os quais refletem o som, dificultando ou impossibilitando a 
obtenção da imagem. 
 Artefatos de técnica: Variam de acordo com o tipo de transdutor utilizado. A manipulação do 
técnico no aparelho de ultrassom, assim como sua experiência, interfere na qualidade da 
imagem ultrassonográfica e interpretação. 
Embora os artefatos são fenômenos que não representam as estruturas e tornam difícil distinguir 
um tecido normal de uma alteração patológica, alguns artefatos produzidos sob condições 
técnicas específicas podem ser úteis para o diagnóstico. 
Tipos de artefato: 
 Sombra acústica: A interação do feixe de som com um limite acústico altamente refletivo 
como osso, cálculo ou gás resulta no sombreamento acústico, ocorrendo de forma mais 
pronunciada e evidente quando se faz uso de transdutores de alta frequência. Ocorre um alto 
grau de reflexão que, atenuando marcadamente o feixe sonoro, bloqueia a sua passagem para 
uma camada mais profunda de tecido. 
 Reforço acústico: Representa um aumento localizado da amplitude do eco que ocorre distal a 
uma estrutura de baixa atenuação- ondas sonoras atravessam tecidos muito homogêneos que 
acarretam menor atenuação que os tecidos adjacentes ou com menor velocidade de 
propagação do som em relação aos tecidos moles. Em uma avaliação ultrassonográfica, o 
reforço aparece como uma área de claridade intensificada; isso normalmente é visualizado 
distal a vesícula biliar, e ocasionalmente, distal a vesícula urinária. 
 Imagem em espelho: Ocorre na junção de tecidos com uma interface altamente refletora. Os 
ecos voltam ao transdutor e são refletidos de volta para o tecido. Nesse momento, quando o 
aparelho interpreta os ecos, estes estão duas vezes mais distantes na exposição se 
comparados à imagem original. O resultado é a exibição em forma de imagem em espelho 
 Reverberação: Produção de ecos falsos, é causada por dois ou mais refletores no caminho do 
som. Ex: ecos internos criados por segmentos intestinais localizados superficialmente e 
preenchidos por gás, interface resultante da pele com o transdutor, ausência do gel, etc. 
 Sombreamento lateral ou alteração de contorno: ocorre na margem de uma superfície 
curvilínea, na qual o feixe é refratado ou refletido, não retornando mais ao transdutor e 
ocasionando, assim, a imagem de ecos retornados com menos intensidade na interface entre o 
fluido e o tecido. 
 
 
 
 
Sombra acústica Reforço acústico Imagem em espelho Reverberação