A ultrassonografia ou ecografia e um metodo diagnostico muito recorrente na medicina moderna que utiliza o eco gerado atraves de ondas ultrassonicas de alta frequencia para visualizar, em tempo real, as estruturas internas do organismo. Por meio de uma ultrassonografia com doppler, o medico e capaz de ver o fluxo sanguineo nos principais vasos.

Fornece diagnostico de imagens que complementa aquele feito com raios-X, medicina nuclear e ressonancia magnetica. Ultrassom nao fornece a qualidade de imagem desses outros metodos, e e suscetivel a artefatos, mas possui grandes vantagens em relacao aos demais exames radiologicos:

• Nao e um exame caro;
• E um exame presente em diversas clinicas e centros hospitalares;
• E de rapida execucao;
• E realizado em tempo real;
• Permite maior contato entre o paciente e o radiologista;
• Pode ser feito com um instrumento ao lado da cama do paciente;
• E seguro, pois nao utiliza radiacao.

Pelo fato de transmitir as imagens em tempo real, tal tecnica e muito importante para o estudo do funcionamento dos orgaos. ^{[ 1 ]}

No entanto, apresenta algumas desvantagens, pois e incapaz de reproduzir imagens que possibilitem o estudo de estruturas muito internas como as protegidas por ossos.

Ultrassom representa a faixa de frequencias acima de 20kHz. Os aparelhos de ultrassom utilizam, em geral, uma frequencia a qual varia entre 2 MHz e 10 MHz. Aplicacoes especializadas de ultrassom usam ate 50 MHz (20 MHz no caso da ultrassonografia dermatologica). Tais ondas ultrassonicas sao emitidas atraves de um transdutor, o qual contem um cristal piezoeletrico. O transdutor tambem recebe os ecos gerados, transformando-os em sinais, que serao interpretados por um computador, para, em seguida, serem exibidos na forma de uma imagem no display.

A sonda funciona, assim, como emissor/receptor. Quanto maior a frequencia, maior a resolucao obtida e mais precisao se tem na visualizacao das estruturas superficiais. Conforme a densidade e a composicao das interfaces, a atenuacao e mudanca de fase dos sinais emitidos variam, sendo possivel a traducao em uma escala de cinza, que formara a imagem dos orgaos internos.

O preciso Efeito Doppler da ultrassonografia permite, tambem, conhecer o sentido e a velocidade do fluxo sanguineo.

A ultrassonografia e um dos metodos de diagnostico por imagem mais versateis e ubiquos, de aplicacao relativamente simples. Por nao utilizar radiacao ionizante, como na radiografia e na tomografia computadorizada , e um metodo relativamente inocuo, pouco dispendioso e ideal para avaliar a evolucao fetal. Nas ultimas duas decadas do seculo XX , o desenvolvimento tecnologico transformou esse metodo em um instrumento poderoso de investigacao medica dirigida, exigindo treinamento constante e uma conduta participativa do examinador. ^{[ 2 ]}

A ultrassonografia e considerada uma modalidade de imageamento segura, contudo as ondas de ultrassom podem produzir efeitos biologicos ^{[ 3 ]} no corpo. Estas ondas depositam energia nos tecidos conforme se propagam, energia essa que gera um aumento de temperatura nesses tecidos. Em alguns casos, esse aquecimento acaba produzindo pequenos bolsoes de gas nos fluidos ou tecidos (cavitacao), que podem colapsar gerando danos aos tecidos ou liberando radicais livres, que podem causar danos quimicos a moleculas biologicas importantes, como o DNA.

Caracteristicas [ editar | editar codigo-fonte ]

Esta modalidade de diagnostico por imagem apresenta caracteristicas proprias:

• E um metodo nao invasivo ou minimamente invasivo.
• Apresenta a anatomia em imagens seccionais ou bidimensionais, que podem se adquiridas em qualquer orientacao espacial. Ultimamente a ecografia tridimensional esta em desenvolvimento mas ainda nao e um verdadeiro tridimensional mas sim a reconstrucao informatica em tres dimensoes das imagens previamente adquiridas em bidimensional. ^{[ 4 ]} (A versao 4D e interpretada como a aquisicao 3D em tempo real).
• Nao possui efeitos nocivos significativos dentro das especificacoes de uso diagnostico na medicina.
• Nao utiliza radiacao ionizante.
• Possibilita o estudo nao invasivo da hemodinamica corporal atraves do efeito Doppler .
• Permite a aquisicao de imagens dinamicas, em tempo real, possibilitando estudos do movimento das estruturas corporais.

O metodo ultrassonografico baseia-se no fenomeno de interacao do som com os tecidos , ou seja, a partir da transmissao da onda sonora pelo meio, observamos as propriedades mecanicas dos tecidos. Assim, torna-se necessario o conhecimento dos fundamentos fisicos e tecnologicos envolvidos na formacao das imagens, incluindo o modo pelo qual os sinais obtidos por essa tecnica sao detectados, caracterizados e analisados corretamente, propiciando uma interpretacao diagnostica correta.

Alem disso, o desenvolvimento continuo de novas tecnicas, a saber: o mapeamento Doppler, os meios de contraste, os sistemas de processamento de imagens em 3D , as imagens de harmonicas e a elastometria , exigem um conhecimento ainda mais amplo dos fenomenos fisicos.

A ultrassonografia pode contribuir como auxilio no diagnostico medico e veterinario, sendo sua aplicacao mais ampla atualmente em seres humanos. Esta tecnica tem sido muito utilizada em obstetricia, sobretudo na avaliacao de aspectos morfofuncionais. Permite ainda a orientacao de processos invasivos mesmo antes do nascimento.

A ultrassonografia interage e auxilia a todas as demais especialidades medicas e cada vez mais se afirma como um dos pilares do diagnostico medico na atualidade.

Impedancia acustica [ editar | editar codigo-fonte ]

A propriedade fisica dos tecidos que possibilita a formacao de imagens de ultrassonagrafia e a impedancia acustica ^{[ 5 ]} ${\displaystyle Z}$, expressa por:

${\displaystyle Z=\rho _{0}*c={\sqrt {\frac {\rho _{0}}{\kappa }}}}$ , sendo ${\displaystyle \rho _{0}}$ a densidade e ${\displaystyle \kappa }$ a compressibilidade do tecido, e ${\displaystyle c}$ a velocidade do som no tecido.

A interacao da onda sonora incidente com uma fronteira entre dois tecidos com diferentes impedancias acusticas, ${\displaystyle Z_{1}}$e ${\displaystyle Z_{2}}$, resulta em uma onda refletida e uma onda transmitida. O coeficiente de reflexao R descreve a fracao da intensidade da onda sonora incidente que e refletida. Ele e expresso como:

${\displaystyle R={\biggl (}{\frac {Z_{2}-Z_{1}}{Z_{2}+Z_{1}}}{\biggl )}^{2}}$

O coeficiente de transmissao T e definido como a fracao da intensidade da onda sonora que e transmitida atraves dessa fronteira. Por conservacao de energia:

${\displaystyle T=1-R}$

As intensidades refletida e transmitida sao o produto da intensidade incidente pelo coeficiente de reflexao e transmissao, respectivamente .

Se a impedancia acustica dos dois meios for a mesma , ${\displaystyle Z_{1}=Z_{2}}$, nao ha onda refletida e a onda inteira e transmitida. Se ${\displaystyle Z_{1}<<Z_{2}}$ (por exemplo, som indo do ar para a agua), quase todo o som e refletido. E por esse motivo que um gel de acoplamento acustico deve ser usado entre o transdutor e a pele para eliminar bolsoes de ar.

Refracao [ editar | editar codigo-fonte ]

Refracao e o fenomeno de mudanca de direcao da onda sonora transmitida em uma fronteira entre dois tecidos quando o feixe incidente nao e perpendicular a esta fronteira. A frequencia da onda incidente nao se altera, mas a velocidade do som pode ser diferente nos dois tecidos. O angulo de refracao e dado pela Lei de Snell :

${\displaystyle {\frac {\theta _{t}}{\theta _{i}}}={\frac {c_{2}}{c_{1}}}}$

sendo ${\displaystyle \theta _{i}}$ e ${\displaystyle \theta _{t}}$ os angulos incidente e transmitido, quando a onda sonora se propaga do meio 1 para o meio 2, com velocidades do som no meio iguais a ${\displaystyle c_{1}}$e ${\displaystyle c_{2}}$, respectivamente.

A ocorrencia de refracao em ultrassonografia resulta em artefatos, ^{[ 6 ]} como o da imagem ao lado. O feixe de ultrassom incidente sofre refracao e encontra duas estruturas. Ao construir a imagem, o objeto no caminho do feixe refratado estara posicionado no lugar incorreto, pois o display do ultrassom assume que o feixe se propaga por um caminho reto.

Nao ocorre refracao quando a velocidade do som e a mesma nos dois tecidos, ou quando a incidencia e perpendicular.

Atenuacao [ editar | editar codigo-fonte ]

Uma onda sonora se propagando em um meio e atenuada. ^{[ 7 ]} Ha uma diminuicao na intensidade devido a fatores como viscosidade e conducao de calor. A atenuacao e causada principalmente pelo espalhamento e absorcao nos tecidos (na forma de calor) do feixe incidente. A atenuacao aumenta com o aumento da frequencia da onda sonora.

Processo de formacao da imagem [ editar | editar codigo-fonte ]

Em imageamento por ultrassom, um pulso curto de energia mecanica e enviado para os tecidos. O pulso viaja na velocidade do som, e com as mudancas nas propriedades acusticas dos tecidos, uma fracao do pulso e refletido como um eco que volta para a fonte. Armazenando os ecos ao longo do tempo, assim como a intensidade dos mesmos, obtemos informacoes sobre os tecidos ao longo do caminho.

A criacao de uma imagem digital a partir das ondas ultrassonicas se da em 3 etapas: producao da onda sonora, recepcao do eco e interpretacao do eco recebido.

Producao da onda sonora [ editar | editar codigo-fonte ]

A Ultrassom e tipicamente produzido utilizando um transdutor piezoeletrico. O transdutor e o componente do aparelho de ultrassonografia que entra em contato com o paciente e e conectado ao restante do equipamento atraves de um cabo.

Um material piezoeletrico converte uma tensao (ou pressao) em um campo eletrico, e vice versa. Transdutores usados para imageamento utilizam ceramica piezoeletrica sintetica, normalmente titanato zirconato de chumbo (PZT).

Uma voltagem oscilando com alta frequencia aplicada atraves do material piezoeletrico cria uma onda sonora com a mesma frequencia. Uma pressao oscilante aplicada a um material piezoeletrico cria uma voltagem oscilando atraves dele. A medida dessa voltagem fornece uma maneira de registrar ondas ultrassonicas. O mesmo material piezoeletrico pode funcionar tanto como fonte quanto como detector!

O som e direcionado pelo formato do transdutor ou por sistemas mais complexos de controle. Ha um intervalo de alguns milissegundos entre a producao de cada pulso de ondas ultrassonicas. Durante esses intervalos, ha a captacao das ondas que sao refletidas.

A direcao do feixe e rapidamente alterada para cobrir uma regiao do corpo em forma de leque. Isso pode ser feito com um arranjo de transdutores que sao pulsados sequencialmente, ou com um arranjo faseado de transdutores que sao pulsados juntos.

Arranjos de transdutores [ editar | editar codigo-fonte ]

A maioria dos sistemas de ultrassom utiliza transdutores com varios elementos ^{[ 8 ]} piezoeletricos retangulares individuais. Dois modos de ativacao sao utilizados para produzir um feixe:

• Transdutores com arranjo linear contem tipicamente de 256 a 512 elementos. O feixe de ultrassom e produzido ativando-se um pequeno grupo de aproximadamente 20 elementos adjacentes. Um novo feixe e produzido ativando-se um outro grupo de elementos adjacentes, deslocado de alguns elementos em relacao ao anterior. Cada grupo de elementos age como um elemento transdutor maior nesse caso. Para a formacao da imagem em tempo real, e necessario gerar feixes atraves do arranjo de transdutores varias vezes por segundo. O numero de elemento ativados simultaneamente esta relacionado com a resolucao: quanto menor for esse numero, melhor e a resolucao, mas ha um aumento na divergencia do feixe, diminuindo a qualidade da imagem.
• Transdutores com arranjo faseado sao compostos de 64 a 128 elementos. Todos os elementos sao ativados quase simultaneamente para produzir o feixe. Usando diferencas de fase (menores que um microssegundo) na ativacao do elementos ao longo do transdutor, o feixe de ultrassom pode ser apontado para diferentes direcoes. Alterando-se as diferencas de fase pode-se varrer um setor em forma de leque, sem que seja necessario mover o transdutor.

O som e parcialmente refletido (gera o eco) pelas interfaces formadas pelos diferentes tecidos do corpo. Portanto, o som e refletido por qualquer lugar em que a densidade do corpo mude.

A frequencia do ultrassom nao e afetada pelas mudancas na velocidade do som conforme o feixe acustico se propaga atraves dos diferentes meios. Ja o comprimento de onda do som sim, e afetado pela velocidade de propagacao, ou seja, depende do meio pelo qual a onda se propaga. Quanto maior for a frequencia emitida pelo transdutor, maior sera a resolucao da imagem. Contudo, se a frequencia for muito alta, o campo de visualizacao fica restringido a alguns centimetros de profundidade (pois, como citado acima, a onda sonora e mais atenuada quanto maior for sua frequencia). Desse modo, a frequencia a ser utilizada depende da estrutura a ser analisada.

Existem varios tipos de transdutores. Entre eles estao: o convexo, com a frequencia variando entre 3 a 6 MHz (utilizado para exames obstetricos); o linear, com a frequencia variando entre 5 a 11 MHz (utilizado para exames superficiais como mama e tireoides); convexo endocavitario, com a frequencia variando entre 5 a 11 MHz (utilizado para exames de prostata e genitalia interna feminina). ^{[ 9 ]}

Recepcao dos ecos [ editar | editar codigo-fonte ]

O oposto tambem ocorre, ou seja, ao receber estimulos mecanicos (ondas ultrassonicas), os cristais vibram e geram uma diferenca de potencial eletrico, causando impulsos eletricos. Estes constituem um sinal eletrico, que e lido e interpretado pelo computador acoplado ao aparelho de ultrassom (ou "scanner" de ultrassom). O scanner processa esses sinais e os transforma em uma imagem digital. Desse modo, percebe-se que a ultrassonografia e uma tecnica baseada na leitura de ecos.

Formacao da imagem [ editar | editar codigo-fonte ]

O scanner sonografico determina tres informacoes de cada eco recebido:

1. Quanto tempo levou desde a transmissao ate a recepcao do eco.
2. A partir do intervalo de tempo, calcula a distancia (profundidade) onde o eco se formou, possibilitando uma imagem nitida do eco na dada profundidade.
3. Qual a intensidade do eco.

Quando o scanner sonografico determina estas 3 informacoes, ele pode codificar cada pixel da imagem com a intensidade.

Um pulso curto (tipicamente 0.5 μs de duracao com uma frequencia central de cerca de 5 MHz) e aplicado ao tecido por um transdutor piezoeletrico. O pulso viaja com uma velocidade de cerca de ${\displaystyle c=1540m/s}$ (velocidade media de propagacao do som nos tecidos moles). Quando ele se aproxima de uma fronteira entre dois tecidos com impedancias acusticas diferentes, parte do pulso incidente e refletido como um eco, que pode ser detectado pelo mesmo transdutor piezoeletrico.

Quanto maior o tempo entre a geracao e a deteccao do pulso, mais longe a fronteira refletiva. Fronteiras multiplas produzem multiplos ecos, com cada eco correspondendo a uma distancia diferente da fonte a fronteira.

A transformacao do sinal recebido numa imagem pode ser explicada usando uma planilha como analogia. Imagine o transdutor localizado na primeira linha, ocupando varias colunas. Ele envia impulsos para baixo, em cada coluna da planilha. Entao espera para ver quanto tempo cada impulso leva para retornar (eco). Quanto mais demorar, mais o sinal se desloca para baixo na coluna correspondente.

Um plot da intensidade do eco versus o tempo e chamado um scan A. Para formar uma imagem bidimensional, e necessario scanear em muitas direcoes (colunas da planilha) diferentes. Em um scan B, o brilho da tela corresponde a intensidade do eco, plotado versus posicao no corpo no plano do escaneamento. O transdutor do scan B envia um feixe estreito dentro do corpo. A intensidade do eco determina a cor que a celula vai ter (branco para um eco forte, preto para um muito fraco, e graduacoes de cinza para as intensidades intermedias). Quando ocorre a transicao entre dois meios com grande diferenca de impedancias, maior sera a intensidade do eco e, desse modo, mais intensa (branca) sera a imagem gerada.

Outros metodos de imagem de ultrassom incluem movimento ou modo M, que pode ser usado para observar o batimento do coracao como uma funcao do tempo.

Modo de operacao Pulso-Eco [ editar | editar codigo-fonte ]

Nesse modo de operacao, o transdutor produz intermitentemente o feixe de ultrassom. A maior parte do tempo e ocupada captando os ecos. O intervalo de tempo entre a producao do feixe e a deteccao do eco esta relacionado a profundidade. O numero de vezes por segundo que o transdutor gera um pulso e conhecido como Frequencia de Repeticao de Pulso (PRF). Para imageamento, a PRF geralmente varia entre 2000 a 4000 pulsos por segundo.

Um aumento na PRF resulta em uma diminuicao no tempo de captacao dos ecos. A PRF maxima e determinada pelo tempo necessario para os ecos das estruturas mais distantes alcancarem o transdutor. Se um segundo pulso ocorrer antes da deteccao do eco mais distante, estes ecos mais distantes podem ser confundidos com os ecos mais proximos do segundo pulso, dando origem a um artefato.

Feixes de ultrassom com frequencia mais alta tem uma menor profundidade de penetracao (pois, novamente, a onda sonora e mais atenuada quanto maior for sua frequencia), permitindo PRFs maiores. Feixes de ultrassom com frequencias mais baixas, por sua vez, exigem PRFs menores, porque ocorrem ecos em estruturas mais profundas.

O Ciclo de Trabalho (do ingles, Duty Cycle ) em Ultrassonografia e a fracao de tempo em que o transdutor esta produzindo ondas sonoras. Matematicamente ele e igual a duracao do pulso multiplicado pela PRF. Para imageamento em tempo real, o Ciclo de Trabalho esta tipicamente entre 0,2% e 0,4%,ou seja, mais que 99,5% do tempo de escaneamento e ocupado captando os ecos.

Efeito Doppler em Imageamento por Ultrassom [ editar | editar codigo-fonte ]

Quando a fonte de um ultrassom esta se movendo, a frequencia da onda observada por um receptor estacionario e diferente da frequencia da fonte. Esse fenomeno e chamado efeito Doppler. Quando a fonte esta se movendo na direcao do receptor, a frequencia e maior, e quando a fonte se afasta do receptor, a frequencia e menor.

Em aplicacoes medicas de ultrassom, a onda detectada e frequentemente uma reflexao de tecido em movimento, como hemacias no sangue. A diferenca entre as frequencias contem informacoes sobre a velocidade do objeto. Essas informacoes podem ser usadas para criar mapas de fluxo sanguineo.

Doppler Continuo [ editar | editar codigo-fonte ]

Trata-se do sistema mais simples e barato para medir a velocidade do sangue. Sao necessarios dois transdutores: um transmitindo o ultrassom incidente e o outro detectando os ecos continuos resultantes. A precisao do Doppler continuo e afetada pelo movimento de outras estruturas no caminho do feixe. Em regioes com multiplos vasos sanguineos, uns sobre os outros, ocorre superposicao dos ecos, tornando dificil distinguir um sinal especifico.

Doppler Pulsado [ editar | editar codigo-fonte ]

Este sistema combina a determinacao de velocidade do sistema Doppler Continuo com a determinacao da profundidade do imageamento Pulso-Eco.

Um transdutor para Doppler Pulsado e usado no formato Pulso-Eco, como no imageamento. A profundidade e selecionada utilizando um circuito eletronico do tipo gate, que mede o tempo do eco e rejeita todos os sinais fora do intervalo determinado pelo operador. Em alguns sistemas, multiplos gates fornecem perfis de velocidade atraves de um vaso.

Cada pulso nao contem informacao suficiente para determinar completamente o deslocamento Doppler, mas apenas uma amostra das frequencias alteradas medidas como uma mudanca de fase. Objetos estacionarios nao geram mudanca de fase, mas objetos em movimento o fazem. Os ecos repetidos dentro do intervalo ativo sao analisados e um sinal Doppler e gradualmente construido.

Quando os deslocamentos de frequencia de Doppler excedem metade da PRF, ocorre aliasing, causando um erro significativo na estimativa de velocidade do sangue.

Power Doppler [ editar | editar codigo-fonte ]

A analise por Doppler coloca uma restricao na sensibilidade ao movimento, porque os sinais gerados pelo movimento devem ser extraidos para determinar velocidade e direcao a partir das mudancas de fase nos ecos detectados dentro da janela ativa.

Power Doppler e um metodo de processar o sinal que se baseia na amplitude de todos os sinais Doppler, independente da direcao do movimento (ou seja, da direcao do fluxo). Isso melhora a sensibilidade ao movimento, ao custo da informacao da direcao do fluxo. Maior sensibilidade permite a deteccao e interpretacao de fluxos sanguineos muito sutis e lentos.

Aliasing nao e um problema porque apenas a amplitude dos sinais e analisada, e nao a fase.

Veja tambem [ editar | editar codigo-fonte ]

• Efeito Doppler
• Cavitacao ultrassonica
• Diagnostico por imagem
• Normatizacao de equipamentos medico-hospitalares

Referencias [ editar | editar codigo-fonte ]