FORMACIÓN DE LA IMAGEN ECOGRAFICA (Compensación de la pérdida de ganancia en el tiempo (TGC) )

 Compensación de la pérdida de ganancia en el tiempo (TGC)


  Los ecógrafos disponende un mecanismo para compenzar la pérdida de intensidad del ultrasonido. Aún a iguales condiciones de diferencia de impedancia acústica, en función de la distancia de la sonda o de la profundidad, se obtendrán ecos de diferente amplitud (menor amplitud a mayor profundidad). Para compensar esa pérdida de intensidad el ecógrafo es capaz de amplificar los ecos recibidos en la sonda de forma proporcional a la profundidad de donde procede el eco. Es decir, añade una ganancia artificial a cada eco, proporcional al tiempo que tarda en llegar a la sonda. Eso es lo que se conoce como TGC ("Time Gain Compensation").

    Como no todos los órganos atenúan el sonido en la misma proporción, los aparatos de ecografía tienen la posibilidad de modificar esas ganancias en función de la profundidad a la que se encuentre cada órgano. El correcto ajuste de la curva de ganancia es uno de los hechos fundamentales para realizar una buena ecografía. La Ganancia Global se refiere a la amplificación artificial por el ecógrafo de todos los ecos que recibe la sonda. Este mecanismo también aumenta de intensidad los ecos de fondo artefactuales o ruido, por lo que se aconseja también con la con la menor ganancia global posible.





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

FORMACIÓN DE LA IMAGEN ECOGRÁFICA.

La utilización de los ultrasonidos en Medicina se basa en el descubrimiento del "efecto piezoeléctrico" por los hermanos Curie a mediados del siglo XIX. Mediante este fenómeno, al someter a un cristal a una corriente eléctrica, la diferencia de potencial obtenida hace vibrar el interior del cristal y se genera un haz de ultrasonido.

Un ecógrafo está formado por un transductor o sonda ecográfica, una unidad de procesamiento y un monitor. Los transductores contienen los cristales que al ser sometidos a la electricidad generan haces de ultrasonido. los transductores también son capaces de captar los ultrasonidos reflejados por los tejidos y remitirlos a una unidad de procesamiento que genera una imagen y que se visualiza en un monitor. (Figura 1)

 

Figura 1. Elementos o constituyentes de un ecógrafo.

La calidad o resolución de la imagen en los monitores dependerá de la capacidad de distinguir la morfología normal o alterada en los tejidos (resolución de contrastes) y de la capasidad de diferenciar objetos próximos (resolución axial y lateral):

• La resolución axial permite distinguir dos objetos como separados cuando están situados uno encima del otro y depende de la frecuencia del transductor ( a mayor frecuencia, mayor resolución axial y viceversa).

•  La resolución lateral permite distinguir dos objetos separados cuando están localizados uno al lado del otro. Este tipo de resolución depende del diseño del transductor y se puede modificar ajustandola anchura del pulso en la zona focal (foco)(figura 2).

Figura 2. Resolución axial y lateral. La resolución axial mejora con una mayor frecuencia del transductor. La resolución lateral mejora estrechando la anchura del poulso en la zona focal.

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

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.

Ondas Sonoras

Las ondas mecánicas son las que se propagan a través de un material (Solido, liquido, gaseoso).

La velocidad de propagación depende de las propiedades elásticas e inerciales del medio. Hay dos tipos básicos de ondas mecánicas: transversales y longitudinales.

En las ondas longitudinales el desplazamiento de las partículas es paralela a la dirección de propagación, mientras que en las ondas transversales es perpendicular.

Las ondas sonoras son longitudinales. En muchos instrumentos (como en la vibración de una cuerda) podemos identificar ondas transversales (así como en la membrana basilar dentro de la cóclea, en el oído interno). 

Velocidad, longitud de onda y frecuencia de una onda sonora.

¿De que forma se relacionan la longitud de onda y la frecuencia de una onda sonora?
 A mayor frecuencia menor longitud de onda y viceversa. Para ver de que forma se relacionan consideremos una onda periódica desplazándose hacia la derecha. El tiempo entre el instante que una cresta pasa por un punto especial dado y el instante en que llega la próxima es el periodo  T (T=1/f).
La distancia que recorre la onda de un instante a otro corresponde a la longitud de onda L, por lo que la relaciona:  L /T = Lf = c, donde c es la velocidad del sonido,

Como ya mencionamos la velocidad la propagación del sonido no depende de la frecuencia ni de la intensidad del mismo sino de las características del medio. En el aire su velocidad es de aproximadamente 344 m/s @ 20C (o 1200 km/h - 3 segundos para recorrer 1km).
Esta velocidad aumenta con la temperatura  (0.17% /grado C), pero no cambia con la presion. En los líquidos un poco mayor (1440 m/s en el agua) y mayor aun en los sólidos (5000 m/s en el acero).

No debemos confundir la velocidad de propagación de la onda sonora con la velocidad instantáneas de las partículas (estas realizan un movimiento oscilatorio mas rápido). 

http://www.eumus.edu.uy/eme/ensenanza//acustica/apuntes/material-viejo/fisica_r/

Gel conductor

Los ultrasonidos se aplican a través de la piel con ayuda de un gel conductor (gel de ecografía) que tiene como función principal permitir el paso de los ultrasonidos del transductor al cuerpo (y viceversa). Permite el acoplamiento acústico, evitando el rebote y dispersión de los ultrasonidos entre la piel y el transductor.
Un transductor es un dispositivo que transforma un determinado tipo de energía de entrada, en otro diferente de salida

Tipos de ecografia

Tipos de ecografías existentes, para qué y cuándo se emplea cada una de ellas y qué nos revela su lectura:

• Ecografía bidimensional o 2D: es la modalidad más utilizada. Los ecos rebotados por las estructuras que atraviesa el haz de ultrasonidos son visualizados como múltiples imágenes secuenciales en escala de color grises.
• Ecografía Doppler color:  sirve para estudiar vasos sanguíneos y el corazón. La sangre que circula a su través se representa en tonalidades de color, habitualmente rojo o azul. El color nos da información sobre si la sangre se acerca (rojo) o se aleja (azul) de la sonda del ecógrafo y la intensidad del color sobre la velocidad a la que circula. Estos datos nos ayudan a determinar si la cantidad de sangre y su dirección son adecuadas.
• Ecografía Doppler pulsado: al igual que la anterior también sirve para estudiar vasos sanguíneos y el corazón. Se recoge en forma de gráfica el patrón de flujo, la cantidad de sangre que pasa por unidad de tiempo, en un vaso sanguíneo determinado o en una cavidad cardiaca y se compara con patrones de normalidad. Esto nos da información sobre el estado funcional de la placenta, sobre la oxigenación fetal, sobre si la sangre fluye con normalidad a través de las válvulas y cavidades cardiacas y grandes vasos sanguíneos, etc.
• Ecografía 3D: técnica ecográfica que nos permite recoger información volumétrica del objeto a estudiar, a diferencia de la ecografía 2D, donde sólo podemos ver planos del objeto estudiado. Una vez recogido un volumen, se puede estudiar sin el paciente delante, podemos ver con mayor facilidad la superficie del feto, pero también estructuras internas como el esqueleto. El volumen ecográfico es como un bloque a través del que podemos navegar, pudiendo hacer cortes en los diferentes planos del espacio para conseguir una mejor evaluación del feto.
• Ecografía 4D: en los inicios de la ecografía 3D era muy complicado conseguir un volumen de una zona a estudiar, podía tardarse 20 minutos o más. En la actualidad la adquisición de un volumen es prácticamente instantánea. Cuándo recogemos y visualizamos volúmenes de manera secuencial, a una velocidad de aproximadamente 24 volúmenes por segundo, tenemos la misma sensación de movimiento continuo que experimentamos viendo una película de cine, este efecto de movimiento continuo de volúmenes es lo que se llama ecografía 4D o ecografía 3D en tiempo real.

¿Es útil la ecografía 3D o 4D? 

En la actualidad no existe evidencia de que mejore el diagnóstico, por lo tanto no figuran como exploración necesaria en ningún protocolo de estudio. Lo que sí puede la ecografía 3D-4D es ayudar en determinados casos en la evaluación de alguna anomalía previamente detectada en ecografía 2D.

Video, ecografia.

https://www.youtube.com/watch?v=iJqQWV1LgYk
https://www.youtube.com/watch?v=iJqQWV1LgYk

Video sobre Ecografia, técnica diagnostica.