PRINCIPIOS FÍSICOS

   La ecografía es una técnica diagnóstico que emplea el ultrasonido para definir los órganos del cuerpo humano. Cada uno de los tejidos del cuerpo humano proporciona unas determinadas propiedades acústicas en virtud de lo cual la ecografía genera unas imágenes que representan al órgano. Para familiarizarse con el lenguaje utilizado en la ecografía es necesario conocer algunos principios físicos básicos.

    El sonido es una forma de energía mecánica que se propaga a través de la materia en forma de ondas. Estas ondas presentan algunas características básicas (figura 1):

• Ciclo: es el fragmento de onda comprendido entre entre dos puntos iguales de su trazo.
• Longitud de onda (L): definida como la distancia en que la onda realiza un ciclo completo.
• Frecuencia (f): es el número de ciclos por unidad de tiempo (segundo). Se expresa en hertzios (Hz) o en múltiplos [ 1 Hz = 1 ciclo por segundo; 1 kilohertzio (kHz) = 1000 Hz; 1 megahertzio (Mhz) = 1.000.000 Hz].
• Amplitud (A): es la altura máxima que alcanza luna onda. Está relacionada con la intensidad del sonido y se mide en decibelios (dB).

    La longitud de onda (l) y la frecuencia (f) se relacionan con la velocidad (v) del sonido por la siguiente formula: l = v/f. Por tanto, para una misma velocidad del sonido, la longitud de onda es inversamente proporcional a la frecuencia. 

                 Figura 1. Onda sonora y sus características.

ULTRASONIDOS

    El oído humano tiene capacidad para escuchar sonidos con una frecuencia máxima de 20.000 Hz. Los sonidos con una frecuencia superior se denominan ultrasonidos y no son detectados por el hombre aunque si por otros animales (figura 2). Los ultrasonidos que emiten las ondas de los ecógrafos tienen una frecuencia comprendida entre 2 y 10 millones de Hz (Mhz).

              Figura 2. Capacidad de audición del hombre y otros animales.

     La velocidad de propagación del sonido en un medio varía según la mayor o menor proximidad entre sus moléculas (densidad). La resistencia que ofrece un medio al paso de los ultrasonidos se define como impedancia y se calcula multiplicando la velocidad del sonido en ese medio por su densidad.

     El limite o zona d contacto entre dos medios que trasmiten el sonido a distinta velocidad se denomina interfase. Como puede observarse en la tabla 1, hay una gran diferencia de densidad entre el aire o el hueso y el resto de los tejidos del organismo. 

Tabla 1. Valores de densidad y velocidad de propagación del sonido en los distintos tejidos.

Tejido	Velocidad (m/s)	Densidad (g/ cm2)
Grasa	1470	0,97
Músculo	1568	1,04
Hígado	1540	1,05
Cerebro	1530	1,02
Hueso	3600	1,7
Agua	1492	0,99
Aire	332	0,001

     La ecografía se basa en el estudio de las ondas reflejadas (”ecos”). Los pulsos de ultrasonidos dirigidos al interior del cuerpo humano atraviesan distintos medios con distintas impedancias (piel, grasa, hígado, vasos sanguíneos, etc.) y en cada cambio de medio se crea una interfase en la que rebotan los ultrasonidos. Estos ecos no tienen las mismas características que la onda original ya que al reflejarse cambian de amplitud, frecuencia y velocidad

     La superficie reflectante es el plano de separación de dos medios físicos con diferente impedancia acústica, la cual está determinada por la densidad de los medios. Esto se conoce como superficie o interfase reflectante. Cuando el sonido atraviesa un medio físico y choca con una interfase reflectante, una parte del sonido la atravesará y otra se reflejará, lo que constituirá el eco de esa interfase reflectante. Cuando mayor sea la diferencia de impedancia entre dos medios, mayor será la amplitud de los ecos reflejados y menor será la capacidad de los ultrasonidos para atravesarlos (figura 3). El aire y el hueso al tener una impedancia muy distinta al resto de los tejidos generan interfases reflectantes que impiden el paso de los ultrasonidos y difitrecultan la obtención de las imágenes ecoráficas. Por esta razón es necesario aplicar un gel acuoso entre la sonda y la piel con el objetivo de evitar la interfase provocada por el aire. La amplitud de los ecos de la interfase reflectante va a determunar en el monitor del ecógrafo, las diferentes intensidades en la escala de grises de la imagen.

Figura 3. La amplitud dje las ondas reflejadas o ecos varía deendiendo de la diferencia de impedancia entre dos medios (interfase). A menor diferencia de impedancias entre dos medios (A) los ultrasonidos atravesarán mejor la interfase y menor será la amplitud de las ondas reflejadas.Por lo contrario, a mayor diferencia de impedancia entre dos medios (B y C) los ultrasonidos tendrán más dificultad para atravesar la interfase y las ondas reflejadas tendrán mayor amplitud.

      

  La onda de ultrasonidos, a medida que avansa a través de los tejidos experimenta una serie de cambios físicos:

•  Atenuación : El sonido al propagarse por los distintos tejidos transforma parte de su energeía cinética en calor. Esto hace que la onda sonora pierda amplitud. El parámetro físico que más influye en la absorción de una onda sonora es la propia frecuencia de la onda: 

                            a- A mayor frecuencia, mayor absorción y menor capacidad de penetración.

                            b- A menor frecuencia, menor absorción y mayor capacidad de penetración. 

• Refracción : El sonido cambia de dirección en la interfase de dos materiales distinltos.            

• Reflexión : Cuando un sonido llega a la interfase y choca con ella, una parte de la onda se refleja y otra continúa avanzando. Esta reflexión es distinta dependiendo de las dimensiones del objeto reflectante y su superficie.

     La intensidad de los fenómenos físicosde refracción y reflexión que experimentan los ultrasonidos es proporcional a la diferencia de  impedancia de los tejidos que componen la interfase ( a mayor diferencia, mayor refracción y reflexión) y varía según el ángulo de incidencia del haz de ultrasonido sobre dicha interfase (cuando más perpendicular sea el haz, menor refracción y reflexión). Para evitar los fenómenos de refracción y reflexión que ocasionan artefactos en la formación de la imagen ecográfica, es importante mantener el haz lo más perpendicular posible al objeto que queremos explorar.

Fuente: Manual de Ecografía Clínica. Gonzalo García de Casasola, Juan Torres Macho.