Universidad Autónoma Metropolitana - 148.206.53.84148.206.53.84/tesiuami/UAMI13440.pdf · a la enseñanza de la técnica para Ingenieros ... manual teórico ... un apoyo teórico

Universidad Autónoma Metropolitana UNIDAD IZTAPALAPA

División de Ciencias Básicas e Ingeniería

Licenciatura en Ingeniería Biomédica “Prácticas de Ultrasonido, manual teórico práctico enfocado

a la enseñanza de la técnica para Ingenieros Biomédicos”

Rodríguez Sánchez Nancy Janeth Rosales Bazán José del Carmen

Asesor: M en C. Miguel Cadena Méndez

Lugar y Fecha de Realización Centro de Investigación en Imagenología e Instrumentación Médica

Departamento de Ingeniería Eléctrica

Trimestre 2006-P 2006-O

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SEMINARIO DE PROYECTO

“Prácticas de Ultrasonido, manual teórico práctico enfocado a la enseñanza de la técnica para Ingenieros Biomédicos”

Rodríguez Sánchez Nancy Janeth Rosales Bazán José del Carmen

Licenciatura en Ingeniería Biomédica

Asesor Coordinador

M en C. Miguel Cadena Méndez. Ing. Edmundo Gerardo Urbina Medal.

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ULTRASONIDO

Agradecimientos Primeramente doy gracias a Dios, por haberme permitido llegar a concluir una de mis más grandes metas, terminar la Licenciatura en Ingeniería Biomédica. También quiero agradecer a mis profesores de la UAM-Iztapalapa, que con sus enseñanzas fueron parte de mi formación profesional y personal, al fomentarme disciplina y amor a la ingeniería. En especial al profesor M en C. Miguel Cadena Méndez, quién nos brindo su consejo y apoyo demostrando siempre su amor y profesionalismo a la Ingeniería Biomédica. Pero sobre todo quiero agradecer a mi madre Celia Sánchez, a mi hermana Celia, Rosa y a mi mejor amiga Rosario, quienes estuvieron conmigo todo el tiempo apoyándome e impulsándome a ser mejor cada día.

Gracias por todo su amor y confianza.

Nancy Janeth Rodríguez Sánchez

En primer lugar, quisiera mostrar mi agradecimiento muy especial a mis padres que me brindaron su apoyo y me alentaron a lo largo de mi formación universitaria. Al profesor Miguel Cadena Méndez, que compartió un poco de su tiempo con nosotros y nos brindo su confianza en poder tener a nuestra disposición el equipo de ultrasonido, ya que sin esto no hubiera sido posible realizar las practicas de nuestro proyecto terminal.

José del Carmen Rosales Bazán

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Índice General INTRODUCCIÓN ………………………………………..……………………. 6 FÍSICA DEL ULTRASONIO ....................................................................... 7 Conceptos básicos del sonido ........................................................... 7

Sonido ............................................................................................... 7 Velocidad del sonido ....................................................................... 8 Amplitud ................................................................................... 8 Periodo ............................................................................................... 8 Longitud de onda ....................................................................... 9 Frecuencia ................................................................................... 10 Intensidad ................................................................................... 11

Interacción del Ultrasonido con los tejidos ................................................ 11

Impedancia Acústica ....................................................................... 11 Reflexión ................................................................................... 12

- Coeficientes de reflexión y transmisión ........................ 12 Dispersión ................................................................................... 13 Refracción ................................................................................... 13 Absorción ................................................................................... 14

- Coeficientes de Absorción ................................................ 14 Atenuación ................................................................................... 15

TRANSDUCTORES ULTRASÓNICOS ........................................................... 16

Efecto Piezoeléctrico ....................................................................... 16 Haz ultrasónico ................................................................................... 16 Zona de Fresnel ................................................................................... 17 Zona de Fraunhofer ....................................................................... 18

Características de los transductores ........................................................... 18

Resolución Axial o Longitudinal ................................................ 18 Resolución Lateral ....................................................................... 19 Tipos de transductores ....................................................................... 20

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ULTRASONIDO MODOS DE EXAMINACIÓN ....................................................................... 21

Modo B ............................................................................................... 21 - Tipos de rastreo ....................................................................... 21

Modo M ............................................................................................... 21 Modo Doppler ................................................................................... 22

- Efecto Doppler en Ultrasonografía ........................ 22 - Ángulo Doppler ................................................ 23 - Relación entre el Ángulo y Corrimiento Doppler . 25 - Corrección del Ángulo Doppler ........................ 26 - Análisis Espectral ................................................ 28 - Representación del Espectro de Frecuencias ............ 31 - Doppler Continuo ................................................ 33 - Doppler Pulsado ................................................ 34 - Diferencias entre las técnicas PWD y CWD ............ 37

DESARROLLO DE PRÁCTICAS PRÁCTICA 1 “AJUSTE DE PARÁMETROS EN ULTRASONIDO PARA OBTENER LA MEJOR VISUALIZACIÓN DE UNA IMAGEN EN EL MONITOR” ... 39 PRÁCTICA 2 “VISUALIZACIÓN DE UNA IMAGEN EN ULTRASONIDO MODO B A TRAVÉS DE DIFERENTES MEDIOS DE PROPAGACIÓN” …………....... 53 PRÁCTICA 3 “PRUEBAS PARA DETERMINAR LA CALIDAD Y LIMITACIONES DE UN EQUIPO DE ULTRASONIDO” ……………………………….…..… 72 PRÁCTICA 4 “ULTRASONIDO MODO DOPPLER” ……………………… 94 PRÁCTICA 5 “ARTEFACTOS EN IMAGENES DE ULTRASONIDO” …….... 113 CONCLUSIONES …………………………………………………………..… 126 REFERENCIAS …………………………………………………………..… 127 APÉNDICE ……………………………………………………………….……. 129

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Introducción

La ultrasonografía es un procedimiento de diagnóstico que permite obtener imágenes de los tejidos corporales a partir de ondas sónicas de alta frecuencia cuyas reflexiones ó ecos son analizados por instrumentos electrónicos.

El US a través del tiempo, ha venido ganando terreno como ayuda diagnostica de uso frecuente y confiable, hasta vertirse en el segundo método mas solicitado después de los RX. Su importancia radica no solo en la variedad de tejidos y órganos que pueden ser explorados, si no es uno de los métodos diagnósticos con mejor relación costo-eficiencia. Todos estos progresos han convertido al ultrasonido, en una rama de la medicina con carácter multidisciplinarlo, que requiere en muchos casos una especialización en ciertas áreas.

Las imágenes ultrasónicas poseen dos propiedades:

Es posible visualizar estructuras en tejidos blandos. Se trata de una tecnología prácticamente no invasiva.

Por lo tanto se han diseñado una gran variedad de equipos debido al avance tecnológico

y a la necesidad de técnicas de exploración por ultrasonido en medicina. Por lo que existe la necesidad de una referencia para la elección adecuada de un equipo

de ultrasonido basada en las especificaciones técnicas del equipo para una determinada aplicación clínica.

Este documento esta orientado a proporcionar un apoyo teórico y practico sobre ultrasonido, para Ingenieros Biomédicos, así como a los Trabajadores relacionados con el área de ultrasonido.

En este trabajo se presenta una introducción teórica sobre las bases del ultrasonido, para

que el estudiante de ingeniería biomédica tenga una visión más amplia sobre este tema, ya que en la actualidad solo se da una breve introducción de ultrasonido en la UEA Imagenología Médica.

También se realizaron una serie de prácticas que describen los principales conceptos de

ultrasonido, así como la utilización de algunos parámetros utilizados en los modos de exploración y visualización (modo M y modo Doppler), con estas prácticas de ultrasonido, se pretende apoyar la enseñanza de los principios esenciales de la ultrasonografía, así como mostrar las condiciones optimas de algunos parámetros para obtener una imagen de buena calidad.

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ULTRASONIDO

Física del sonido Conceptos básicos del sonido

Sonido

Es la sensación producida a través del oído por una onda longitudinal originada por la vibración de un cuerpo elástico y propagada por un medio. Este fenómeno físico que concebimos como sonido no es más que un cambio periódico de presión sonora que ocurre en un medio como el aire, y que al chocar contra nuestra membrana timpánica se percibe como un sonido (Figura 1.1).

Figura 1.1. Percepción del sonido.

La energía del sonido no se mantiene estacionaria. Se mueve con una velocidad y dirección (Figura 1.2). Al movimiento de la energía del sonido se le llama "propagación". La energía del sonido, siendo mecánica, existe solamente en donde las moléculas ocupan un espacio. Por lo tanto el sonido no viaja a través del vacío.

Figura 1.2. Propagación de la energía. Los puntos cercanos

representan compresiones y los puntos lejanos rarefacciones.

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Velocidad del Sonido

Se define como la distancia recorrida por el haz en una unidad de tiempo y se expresa en metros por segundo (m/s). El cuerpo humano se comporta ante el ultrasonido como un medio líquido, siendo su velocidad media de propagación de 1540 m/s; en la tabla 1.1, se muestran algunos valores de velocidad para diferentes materiales biológicos.

La velocidad de propagación del sonido depende de las características del medio en el que se realiza dicha propagación.

Material Biológico Velocidad (m/s)

Cerebro 1541 Hígado 1549 Riñones 1561 Sangre 1570

Músculo 1585 Hueso 3360

Tabla 1.1 Velocidad del sonido en algunos materiales biológicos.

Amplitud

Es el máximo cambio producido en la presión de la onda, es decir la distancia máxima que alcanza la partícula vibratoria desde su posición inicial de reposo (Figura 1.3). La amplitud esta relacionada con la intensidad. De este modo si aumentamos la intensidad de una onda determinada aumentaremos su amplitud. Durante la transmisión de las ondas, por efecto de su interacción con el medio, disminuye la intensidad de la onda en función de la distancia recorrida y como consecuencia se produce una disminución de su amplitud. Periodo

Es el tiempo de una oscilación completa, es decir lo que tarda el sonido en recorrer una longitud de onda (Figura 1.3).

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ULTRASONIDO

Figura 1.3. Amplitud y Periodo de una onda.

Longitud de Onda

Es la distancia que existe entre dos puntos que se encuentran en el mismo estado de vibración (Figura 1.4). La longitud de onda, la velocidad y la frecuencia se relacionan con la fórmula siguiente:

FV

=λ Ecuación 1

Donde: V = Velocidad de propagación del sonido. F = Frecuencia.

Figura 1.4. Longitud de onda.

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SEMINARIO DE PROYECTO Frecuencia

Es el número de oscilaciones (vibración o ciclo) de una partícula por unidad de tiempo. La gama de frecuencia más utilizada en ecodiagnóstico oscila comúnmente entre 1 y 10 MHz (Figura 1.5).

Figura 1.5. Rangos de frecuencia para el sonido.

La frecuencia sigue la siguiente relación: A mayor frecuencia Mayor poder de resolución A menor frecuencia Mayor poder de penetración

Figura 1.6. Efectos de la frecuencia sobre la direccionalidad del haz.

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ULTRASONIDO Intensidad

Es la energía que pasa por segundo a través de una superficie de área, colocada

perpendicularmente a la dirección de propagación del movimiento. La intensidad disminuye con la distancia. Interacción del ultrasonido con los tejidos Impedancia Acústica

Describe la relación entre la presión existente en algún punto con respecto a la velocidad de ese mismo punto. La impedancia acústica es la medida de oposición que ofrece el medio a la propagación de la onda ultrasónica. La impedancia acústica esta relacionada con la siguiente ecuación.

Z= E/c Ecuación 2

Donde: E= Modulo de elasticidad c= Velocidad de propagación en el medio

Tabla 1.2. Impedancias Acústicas especificas (Kg/m2 s).

MATERIALES BIOLOGICOS MATERIALES NO- BIOLOGICOSGrasa 1.38 x 106 Agua 1.50 x 10 6 Cerebro 1.58 x 10

6Aire 0.0004 x 10 6

Sangre 1.61 x 106 Aceite de ricino 1.43 x 10 6 Hígado 1.65 x 10 6 Polietileno 1.84 x 10 6 Músculo 1.70 x 10 6 Perspex 3.20 x 10 6 Riñón 1.62 x 10 6 Aluminio 18 x 10 6 Bazo 1.64 x 10 6 Latón 38 x 10 6 Valor promedio Acero 45 x 10 6 en tejido vivo 1.63 x 10 6 Arandina 3 x 10 6 Humor acuoso Mercurio 20 x 10 6 del ojo 1.50 x 10 6 Cuarzo 15.20 x 10 6 Humor vitreo del ojo 1.52 x 10 6

Lente del ojo 1.84 x 10 6

Hueso del craneo 7.80 x 10 6

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SEMINARIO DE PROYECTO Reflexión

Cuando el frente de onda incide en un ángulo cualquiera se comporta como las ondas o rayos de luz y cumple la ley de Snell donde se producen reflexiones y refracciones en la propagación. Las reflexiones se traducen en ecos que se reflejan de las interfases con un ángulo igual al de incidencia (Figura 1.7).

Figura 1.7. Reflexión en una interfase.

Coeficientes de Reflexión y Transmisión Cuando incide una onda ultrasónica sobre una superficie de frontera, parte de la

energía de transmite y parte se refleja. Ecuación 3

Ecuación 4

Como la fracción reflejada y la fracción transmitida deben sumar la intensidad ultrasónica original. Ecuación 5

212

212

)()(

ZZZZ

II

i

rr +

−==α

212

12

)(4

ZZZZ

II

i

tt +

==α

1=+ tr αα

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ULTRASONIDO Dispersión

Hablamos de difracción cuando el sonido, ante determinados obstáculos o aperturas, en lugar de seguir la propagación en la dirección normal, se dispersa.

Refracción

Es la desviación que sufren las ondas en la dirección de su propagación, cuando el sonido pasa de un medio a otro diferente. (Figura 1.8).

Figura 1.8. Refracción en una interfase.

Como el instrumento no está al tanto de esta alteración, presume que la direccionalidad de la información ecográfica se mantiene y comete errores de posicionamiento en los ecos que regresan, desde interfases excitadas por haces refractados. La refracción y la reflexión son consideradas formas de atenuación y son los principales responsables de los artefactos producidos en las imágenes ecográficas, por lo tanto se deben tomar en cuenta para la interpretación de las mismas.

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SEMINARIO DE PROYECTO Absorción

Cuando una onda sonora alcanza una superficie, la mayor parte de su energía se refleja, pero un porcentaje de ésta es absorbida por el medio (Figura 1.9).

Figura 1.9. Absorción de la energía en un medio.

Coeficientes de Absorción

Medio αdB a 1MHz (dB/cm) Variacion con la frecuencia (f en MHz)

Sangre 0.18 lineal, eso es αf = α dB .f Grasa 0.60 linealMúsculo (corte transversal) 1.20 linealMúsculo (corte longuitudinal) 1.30 linealHumor acuoso y vitreo 0.10 linealCristalino 2.00 linealHueso de craneo 20.00 cuadratica eso es αf=α dB .f 2 Pulmon 40.00 linealHigado 0.90 linealCerebro 0.85 linealRiñón 1.00 linealMédula espinal 1.00 linealAgua 0.0022 cuadratica Aceite de resino 0.95 cuadraticaAcrilico 2.00 lineal

Tabla 1.3. Coeficientes de absorción específicos de algunos materiales

y tejidos vivos comunes en ultrasonografía.

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ULTRASONIDO Atenuación

Es la debilitación del haz del sonido mientras se pasa por un tejido. La atenuación se mide en unidades de decibeles (dB). La atenuación promedio de un haz de ultrasonido es de 1 dB/MHz/cm.

La atenuación de un haz de ultrasonido depende de la absorción, reflexión,dispersión y refracción que se da al paso del haz de ultrasonido a través de los tejidos del cuerpo humano. Esta atenuación aumenta al aumentar la frecuencia (Figura 1.10).

Figura 1.10. Atenuación del haz al atravesar los tejidos.

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Transductores ultrasónicos Transductor

La función de un transductor ultrasónico es convertir energía eléctrica a una vibración mecánica o viceversa. En la actualidad, el transductor ultrasónico más común es el que hace uso del efecto piezoeléctrico. Efecto Piezoeléctrico

Solamente ocurre en ciertos materiales cristalinos y cerámicos que tienen como propiedad presentar el efecto piezoeléctrico cuyo principio de funcionamiento consiste en la aparición de una polarización eléctrica bajo la acción de una presión.

Es un efecto reversible ya que al aplicar una diferencia de potencial eléctrico entre dos caras de un material piezoeléctrico, aparece una deformación.

Estos efectos fueron descubiertos por Jacque y Pierre Currie en 1880-1881. Cuando la sonda se acopla a la piel, las vibraciones generadas son transmitidas al

tejido como ondas de alta y baja presión. Cada pulso propagado a través de los tejidos se refleja parcialmente volviendo al transductor. Entonces, el cristal vibra por el ultrasonido, lo que produce un cambio de voltaje. La intensidad del fenómeno estará en relación con el tamaño y tipo de cerámica utilizada.

Haz Ultrasónico

El transductor puede operarse en dos formas: una en la que genera ondas continuas y otra en que las ondas son discontinuas, llamada de eco pulsado (Figura 2.1). La primera forma requiere dos cristales, uno emisor y otro receptor; en la forma de eco pulsado el estímulo es muy breve y da lugar a una sola señal de expansión y retracción (1% del ciclo), después de la cual queda en disponibilidad para recibir ecos (99% del tiempo restante).

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ULTRASONIDO

Figura 2.1. Formas de emisión continua y pulsada

de la onda ultrasónica.

El haz ultrasónico no siempre intercepta a las interfases en forma perpendicular, es decir a 90º. Las pérdidas de energía en las interfases es considerable, se pierde energía tanto en la dirección de propagación como en el retorno de los ecos, ya que las interfases actúan bidireccionalmente afectando tanto a los pulso ultrasónicos que van a los tejidos, como a los ecos que retornan al transductor (Figura 2.2).

Figura 2.2. Propagación del haz ultrasónico en diferentes medios.

Zona de Fresnel

En el campo cercano del transductor el ancho del haz emitido es relativamente constante y es casi igual al ancho de transductor. En este campo ciertas zonas del haz experimentan reforzamientos y otras presentan atenuación periódica, dando como resultado un haz direccional que sigue un patrón (Figura 2.3). Es justamente en esta zona donde el poder del haz está confinado por completo a la anchura del mismo. Sería deseable que el haz tuviera una zona de Fresnel profunda a fin de obtener un haz lo más estrecho posible.

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SEMINARIO DE PROYECTO Zona de Fraunhofer

A continuación de la zona de Fresnel se encuentra en el campo lejano o zona de Fraunhofer, en donde el haz es uniforme, pero divergente porque está sometido a cierta dispersión lateral lo que origina una disminución de la intensidad del haz y un evidente deterioro de la resolución lateral (Figura 2.3).

Figura 2.3. Zona de Fresnel y Fraunhofer.

Características de los transductores Resolución

La resolución tiene que ver con la distancia más pequeña que separa a dos objetos para que puedan ser diferenciados. La capacidad de resolución tiene un límite que viene dado por el diámetro del cristal y por la longitud de onda del haz, de manera que no podrán detectarse objetos cuyo diámetro sea menor que la longitud de onda del haz. Resolución Axial o Longitudinal

Es la mínima distancia de separación que existe entre dos estructuras situadas a lo largo del haz ultrasónico para que puedan ser representadas en la pantalla como distintas (Figura 2.4). Esta resolución viene dada por el tiempo que tardan en llegar al transductor las reflexiones acústicas que se están produciendo en serie a nivel de las interfases.

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ULTRASONIDO

Figura 2.4. Los reflectores A y B están separados por una distancia mayor que la longitud del pulso, de manera que la imagen los reconocerá como objetos diferentes. Sin embargo los reflectores C y D están separados por una distancia inferior que la longitud del pulso, por lo que, en la imagen aparecerán como un objeto único.

Resolución Lateral

Capacidad del haz sónico de un sistema para identificar y representar separadamente dos estructuras situadas perpendicularmente al eje de propagación de la onda (Figura 2.5). Se expresa de igual forma en milímetros, y en términos de distancia se entiende como la menor distancia de separación a la que deben encontrarse dos puntos para que puedan ser identificados como separados.

Figura 2.5. El ancho del haz de ultrasonido determina la máxima resolución de los objetos situados en el plano perpendicular al eje axial. La focalización se emplea para alcanzar la máxima resolución lateral a una profundidad deseada. A: El ancho del haz, en la zona focal, es inferior a la distancia entre los puntos de estudio, permitiendo que la imagen los identifique como estructuras distintas. B: La distancia entre los puntos a estudio es inferior al ancho del haz. La imagen lo mostrará como un sólo objeto.

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Tipos de transductores Transductores sectoriales

Los transductores sectoriales, debido a su pequeña superficie de acoplamiento, permiten efectuar la exploración de órganos de difícil acceso anatómico, por ejemplo, el corazón o las partes del hígado situadas detrás de las costillas.

El ángulo de la imagen sectorial permite lograr una amplia visión del interior del cuerpo. Debido a lo cual el transductor sectorial esta predestinado para la representación completa de órganos.

Figura 2.6. Transductor Sectorial Mecánico.

Transductores convexos y lineales

Los arreglos lineales de elevada frecuencia resultan muy apropiados, por ejemplo, para el diagnóstico de la mama y de la glándula tiroides, así como para exploraciones de urología (testículos) y ortopedia (hombro, caderas de lactantes).

La pequeña superficie de acoplamiento de los arreglos convexos está predestinada para su empleo en zonas de difícil acceso y partes blandas del cuerpo. El gran ángulo de emisión ofrece una gran anchura de la imagen en zonas situadas a mayor profundidad, indispensable en ginecología y en el diagnóstico abdominal.

Figura 2.7. Transductor convexo y lineal.

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ULTRASONIDO

Modos de examinación Modo B

En el rastreo B, los ecos se registran en la pantalla como puntos brillantes, pero la sonda no permanece fija como en la modalidad A, sino que se desplaza a lo largo de la piel del sujeto.

Cada vez que el haz ultrasónico encuentra una interfase reflejante, se ilumina un punto en la pantalla. El movimiento de la sonda hace que exista un número infinito de posiciones, y por lo tanto, de puntos brillantes separados por pequeñas distancias; con ello es posible reconstruir un mapa de las estructuras anatómicas en corte tomográfico bidimensional. Tipos de rastreo: a) Rastreo lineal. - El transductor se desplaza a una velocidad constante, en la dirección X. En la pantalla se observarán solamente los ecos producidos por interfases perpendiculares a la dirección del haz ultrasónico. Este sistema no proporciona una información completa. b) Rastreo angular.- El transductor no se desplaza de su posición solamente efectúa movimientos de rotación. En la pantalla se obtienen los ecos producidos por interfaces cercanas y perpendiculares a los haces radiales emitidos. Este sistema tampoco proporciona una información completa. c) Rastreo compuesto.- Es una combinación de un movimiento angular restringido, con un desplazamiento lineal.

Modo M

Llamada también modalidad de movimiento, ó de tiempo y movimiento (TM), se analizan en forma gráfica las superficies reflejantes que están en movimiento continuo.

La sonda permanece fija sobre un punto de la piel del paciente. El haz ultrasónico se

dirige a una estructura móvil (por ejemplo: válvula mitral). El eco, aparece en el osciloscopio como un punto de brillantes que se desplaza verticalmente cuando la superficie de la válvula cambia su posición en el espacio.

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SEMINARIO DE PROYECTO Modo Doppler Efecto Doppler en Ultrasonografía

En Ultrasonografía se aprovecha el efecto Doppler para la evaluación del flujo

sanguíneo. El movimiento relativo necesario para el efecto Doppler se da por el desplazamiento de las células sanguíneas (CS). Alrededor del 40% del volumen sanguíneo son células y a dicho porcentaje se lo denomina Hematocrito. Los Eritrocitos, Hematíes o simplemente Glóbulos Rojos constituyen el 99% del Hematocrito y son las células dominantes en la circulación sanguínea.

El objetivo central es evaluar las velocidades del flujo sanguíneo. Se utiliza un transductor con propiedades piezoeléctricas.

El proceso de emisión y recepción de ondas ultrasónicas sobre las CS hace que el efecto Doppler se manifieste en dos oportunidades. Un primer Corrimiento de Frecuencias se produce cuando el transductor emite ondas hacia el vaso donde se desplazan las CS. Estás actúan como un “observador corriendo” hacia la fuente sonora en reposo – transductor -. El segundo Corrimiento de Frecuencias ocurre cuando las CS a su vez re-irradian las ondas ultrasónicas hacia el transductor. Las CS actúan como fuente de sonido en movimiento relativo hacia el transductor que en este caso actúa como “observador en reposo”. (Figura 3.1)

Figura 3.1. Efecto Doppler.

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ULTRASONIDO Ángulo Doppler

Se define Ángulo de Insonación θ, (también se le nombra Ángulo Doppler), al ángulo que forma el vector de velocidad del flujo sanguíneo y la línea imaginaria que representa a la dirección del haz ultrasónico. (Figura 3.2).Un vector de velocidad es la representación del desplazamiento del objeto que se mueve (en este caso son CS), tiene una dirección, sentido y una magnitud.

Figura 3.2. Ángulo Doppler.

Observando la figura 3.3 podemos considerar distintos tipos de ángulo Doppler.

Figura 3.3. Diferentes tipos de ángulo Doppler.

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Angulo Doppler θ = 0º: El flujo se acerca al transductor, por lo que el corrimiento Doppler fd será el máximo valor positivo.

Angulo Doppler θ =180º: El flujo se aleja del transductor, por lo que el corrimiento Doppler fd será el máximo valor negativo.

Angulo Doppler θ =90º: Cuando el ángulo es 90º es decir el transductor se ubica perpendicular al vector de velocidad de flujo, en este caso no hay ninguna diferencia de frecuencias puesto que no hay interacción entre la onda acústica y los reflectores de esa onda que son las CS, por lo tanto NO HAY EFECTO DOPPLER.

Angulo Doppler θ entre 0º y 90º: En este caso para comprender que es lo que ocurre deberemos descomponer el vector de velocidad de flujo en otros dos vectores (Figura 3.4),cuyas acciones produzcan el mismo resultado que el vector que pretendemos analizar. La descomposición de ese vector se hará en las dos direcciones cuyo resultado conocemos: paralela al haz US y perpendicular al mismo, tal como está indicado en la figura 3.4. El vector de velocidad cuya dirección es paralela al haz US tendrá una magnitud V.cos θ y será esta componente de velocidad la única que producirá efecto Doppler, dado que la que tiene dirección perpendicular al haz US no interactúa con las ondas US y por lo tanto no produce efecto Doppler.

Figura 3.4. Descomposición del vector velocidad en dos vectores.

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ULTRASONIDO

Por lo tanto la siguiente ecuación 2 se la conoce como Ecuación Doppler:

Ecuación 6

Donde:

fd: Corrimiento Doppler de frecuencias (Doppler Shift); es la diferencia entre la frecuencia emitida y la recibida.

fo: Frecuencia del transductor expresada en MHz, por lo tanto es un valor único, definido y que no se modifica si no se cambia la frecuencia del transductor.

c: Velocidad de propagación promedio del sonido en tejidos blandos y es una constante del Equipo Doppler; generalmente se considera un valor de 1540 m/seg.

V.cosθ Es la parte proporcional de la Velocidad de las Células Sanguíneas (CS) que realmente interactúa con el Equipo Doppler, es decir es la proyección del vector de Velocidad V sobre el eje de propagación del haz de Ultrasonido. Será inferior al verdadero valor de Velocidad de flujo sanguíneo puesto que está afectado por el cosθ.

Relación entre el Ángulo Doppler y el Corrimiento Doppler

Supongamos un flujo sanguíneo constante de 1m/seg. La frecuencia central de nuestro transductor es 5 Mhz, y aplicando la Ecuación 6 vemos que el valor obtenido para fd cuando θ es 60º es la mitad que el valor obtenido cuando el ángulo es 0º. (Figura 3.5)

Figura 3.5. Relación entre el corrimiento y ángulo Doppler.

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Recordemos que la única dirección de velocidad de flujo que “aporta efecto Doppler” es paralela a la dirección de propagación del sonido. Si tratamos de interpretar lo que ocurre con nuestro ejemplo, veremos que el Corrimiento Doppler fd para 60º, equivaldría a estar midiendo un flujo paralelo a la línea de propagación del haz US (ángulo 0º) pero cuya velocidad es la mitad a la que realmente existe. Este comportamiento se debe a la relación existente entre el ángulo de Doppler y el Corrimiento Doppler. Corrección del Ángulo Doppler

El equipo Doppler “no sabe” que hay un ángulo de incidencia; para él sólo existen flujos que son paralelos a la línea de propagación del sonido.

Por lo tanto el operador deberá indicarle al equipo Doppler, de alguna manera, que ese flujo no es paralelo y que existe un cierto ángulo (ángulo Doppler) entre la línea de propagación y el vector de flujo. Esto se conoce como Corrección del ángulo Doppler.

La velocidad que interpretará el equipo Doppler, Vp, es una proporción de la

Velocidad real V, dado que está afectada por el coseno del ángulo Doppler y la podemos expresar matemáticamente como:

Ecuación 7

Para obtener la Velocidad real de flujo, V, el equipo obtendrá el cociente entre la velocidad Vp y el cos θ. Este último factor deberá ser el que le indique el operador mediante la Corrección del Ángulo. Por lo tanto la medición de velocidad será tanto más exacta cuanto mayor sea la habilidad que posea el operador del equipo en corregir manualmente dicho ángulo.

La corrección del ángulo consiste en una estimación gráfica que hace el operador a partir de la orientación de una línea sobre la zona del vaso que visualiza en la Imagen Modo B del equipo. Dicha línea se debe ubicar en forma paralela a las paredes del vaso para uno que sea longitudinal y sin obstrucciones. El equipo Doppler posee sobre su panel de comandos algún tipo de control o perilla con una nomenclatura similar a ANGLE CORRECTION que permite realizar esa operación de corrección.

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ULTRASONIDO La medición de velocidad será entonces más exacta cuanto mejor sea la

coincidencia de esa línea que brinda el ANGLE CORRECTION con el vector de velocidad que el operador supone como real.

Recordando las propiedades del coseno vemos que para ángulos cercanos a 90º, el Corrimiento Doppler fd se hace muy pequeño siendo la medición no confiable, por lo tanto no es aconsejable efectuar mediciones de velocidad cuando los ángulos superiores a los 60º.

Supongamos que se quiere medir una velocidad de flujo cualquiera e involuntariamente cometemos un error muy pequeño del orden de los 5º al ubicar la línea de corrección de ángulo. Dado que la corrección es gráfica, es muy probable que cualquier operador cometa ese tipo de error.

Podemos observar en la tabla 3.1, la relación existente entre el ángulo Doppler y el

error cometido en la medición de velocidad cuando la línea de corrección se aparta sólo 5º de la verdadera dirección de flujo.

Ángulo θ(grados) Porcentaje de error al considerar +/- 5º de Error de

ángulo de corrección 0º 0,4% 10º 1,9% 20º 3,6% 30º 5,4% 40º 7,7% 50º 10,8% 60º 15,5% 70º 24,4% 80º 49.8%

Tabla 3.1 Relación entre el ángulo Doppler y el error cometido.

Respecto de la Corrección del Ángulo Doppler podemos concluir lo siguiente: 1. No se cometen errores apreciables si se omite la corrección cuando el ángulo es menor a los 20º. Esta situación ocurre cuando se estudian velocidades en las cámaras cardíacas efectuando cortes anatómicos en forma apical donde el flujo es, generalmente, bastante paralelo a la dirección de propagación del sonido. Por lo tanto dicha omisión arrojaría un error menor al 5%.

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2. No se deberían efectuar mediciones de velocidad por encima de los 60º. Un pequeño error cometido en el ángulo de la línea de corrección lleva a errores groseros en la medición de velocidad (mayores al 15%). En este caso se deberá realizar una nueva medición tratando previamente de obtener un ángulo Doppler menor, por ejemplo reubicando el transductor o utilizando técnicas denominadas Steering en transductores lineales.

3. Si el ángulo está comprendido entre los 20º y 60º se debe corregir necesariamente.

4. Si las mediciones de velocidad son relativas, por ejemplo en la medición del Índice de Resistencia o de la relación Sístole/Diástole, no se comete error si no se corrige dado que como las velocidades relativas son cocientes de dos magnitudes, el error cometido en el numerador (sístole) será igual al del denominador (diástole), por lo tanto no habrá error de medición

Análisis Espectral Las CS no se desplazan a una única velocidad, en realidad existe una multiplicidad

de velocidades en dichas células. Por lo tanto cada una de las CS que componen el flujo sanguíneo producirá su efecto generándose así múltiples Corrimientos de Frecuencias. La información aportada por el conjunto de CS retornará al equipo Doppler como una onda compleja, el eco, y que contendrá implícitamente los datos de velocidad de todas las CS moviéndose dentro de la zona de estudio.

Esta onda compleja, convertida en señal (información) eléctrica por el transductor se

procesa matemáticamente, dentro de la Unidad Doppler del Equipo, mediante una técnica matemática denominada FFT (Fast Fourier Transform).

Jean Baptiste Joseph Fourier (1768-1830), fue un gran matemático francés, cuyos estudios sobre transformaciones de funciones matemáticas arrojaron el siguiente resultado: es posible descomponer o separar cualquier onda compleja en funciones matemáticas sencillas del tipo senoidal de diferentes frecuencias y amplitudes cuya suma individual es la onda compleja que las originó. (Figura 3.6). Este proceso denominado Análisis Frecuencial identifica o distingue las componentes de diferentes frecuencias y sus amplitudes asociadas, tal cual ocurre con las notas musicales individuales en un acorde. En forma análoga podemos asociar esto con el Analizador de Espectros de nuestro aparato de audio el cual distingue las distintas bandas de frecuencias a partir de una onda mucho mas compleja cual es la melodía que estamos escuchando.

29

ULTRASONIDO

Figura 3.6. Descomposición de una onda senoidal.

Al conjunto de componentes de frecuencias individuales y sus respectivas

amplitudes se le conoce como Espectro De Frecuencias. Cada frecuencia individual encontrada por el equipo Doppler corresponderá a un único valor de velocidad, dada por la Ecuación Doppler, y la amplitud asociada con esa frecuencia (velocidad) será proporcional al conjunto de CS desplazándose a dicha velocidad.

La unidad física que analiza el eco para encontrar el Espectro de Frecuencias, en el equipo Doppler, se la conoce como Unidad FFT y podemos representarla como una “caja negra” -esto quiere decir que es un bloque que no necesitamos conocer que es lo que tiene en su interior- al cual ingresa la onda compleja, el eco, y cuya salida, luego del análisis de Fourier, es el conjunto de frecuencias y amplitudes individuales de las CS, es decir, el Espectro de Frecuencias. (Figura 3.7)

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Figura 3.7. Espectro de Frecuencias.

El eco que retorna al equipo Doppler no sólo posee componentes de frecuencia del

flujo sanguíneo que es nuestra “señal útil” para el análisis, sino que además éste eco contiene frecuencias Doppler producidas por los movimientos de las paredes del corazón y de los vasos pulsátiles. Esta señal se la conoce como Clutter y afortunadamente posee características en frecuencia y amplitud distintivas de las de flujo sanguíneo que hace posible su separación. La figura 3.8, representa el eco en un gráfico, intensidad de la señal versus frecuencia (velocidad). Se puede observar en el mismo que las señales Clutter son de baja frecuencia y de una intensidad varias veces superior a la señal de flujo, este hecho hace que se puedan separar mediante técnicas de filtrado.

Figura 3.8. Clutter de la señal.

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ULTRASONIDO Representación del Espectro de Frecuencias

Luego de haber realizado el Análisis Frecuencial y conocer cada frecuencia componente del eco la tarea del equipo Doppler es convertir dicha frecuencia en velocidad utilizando la ecuación Doppler. (Figura 3.9). Se puede observar en dicha figura, que se ha despejado matemáticamente la velocidad de flujo.

Figura 3.9. Ecuación Doppler.

Para poder representar gráficamente el Espectro de Velocidades, el equipo Doppler

toma un rango de velocidades y los ubica en pequeñas porciones de área de imagen (conjunto de pixels), denominadas celdas de información. La información contenida en cada celda se va ubicando espacialmente a medida que el equipo procesa la información tal cual lo indica la figura 3.10. La ubicación espacial es bidimensional: el eje y será el eje de Velocidades y por lo tanto la altura de la celda será proporcional a la velocidad que tenga esa celda y el eje x será el eje de tiempos que indicará el momento en que una celda cualquiera fue adquirida. Este eje se conoce como Línea de Base. La línea de base separa velocidades positivas y negativas y por convención se toma que las velocidades que están por encima de la línea de base, consideradas positivas, corresponde a flujos que se acercan al transductor, mientras que las velocidades que están por debajo de dicha línea, velocidades negativas, corresponden a flujos que se alejan del transductor.

Figura 3.10. Espectro de frecuencia de la señal.

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SEMINARIO DE PROYECTO Cada celda de velocidad debe brindar, además de su posición espacial y temporal,

datos referentes al número relativo de cantidad de CS que aportan a dicha velocidad, por lo tanto el brillo con que se representará una celda cualquiera será proporcional a la cantidad de CS que aportan a dicha celda en el tiempo considerado.

Resumiendo podemos decir que la información que nos brinda el espectro de frecuencias (velocidades) es: 1.Velocidad de las CS calculada a partir del análisis frecuencial. 2.Dirección de Flujo: por encima de la línea de base, flujos que se acercan al transductor, y por debajo de la línea de base flujos que se alejan del transductor. 3.Tiempo de la velocidad instantánea adquirida. 4.Brillo cuanto más intenso sea el brillo mayor será la cantidad de CS moviéndose a la velocidad representada por la celda. La figura 3.11, nos brinda un ejemplo real de la representación del espectro de velocidades.

Figura 3.11. Representación del espectro de velocidades.

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ULTRASONIDO Doppler Continuo

Esta técnica utiliza un transductor especial que constructivamente está diseñado para realizar en forma simultánea la Transmisión y la Recepción de ondas ultrasónicas. (Figura 3.12)

Figura 3.12. Transductor para Doppler Continuo.

Este tipo de transductor posee dos conjuntos de cristales piezoeléctricos: uno de ellos actúa en la transmisión, por lo cual los cristales son “excitados” con pulsos eléctricos para generar una OUS continua que avanza hacia la región que se quiere evaluar; mientras que el otro conjunto en forma simultánea e interrumpida recibe el eco que contendrá el corrimiento de frecuencias Doppler, fd.

Figura 3.13. Doppler Continuo.

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Como resultado de esta continuidad de la OUS, el flujo sanguíneo ubicado sobre la zona de interacción del Haz US serán recibidos, analizados y mostrados en pantalla por el Ecógrafo, sin indicación de la profundidad desde donde esos Corrimientos de Frecuencia Doppler ocurren. Por lo tanto este método carecerá de Resolución de Rango de Profundidades.

Por el contrario, la gran ventaja de este método es que no hay límite para la medición de velocidades, lo cual lo hace apto para la evaluación de flujos de alta velocidad tales como los que ocurren en las patologías cardíacas. En realidad este límite existe y es la mitad de la velocidad de propagación del sonido en tejidos blandos, es decir unos 750 m/seg, velocidad totalmente inalcanzable dentro del cuerpo humano.

Doppler Pulsado

Para poder obtener la Resolución de Profundidad deseada, la OUS deberá ser emitida en forma de ráfagas y la recepción del eco deberá ser habilitada en el período de tiempo entre ráfagas haciéndose una conmutación de funciones de transmisión y recepción a alta velocidad generándose así un modo discreto o Pulsado. La emisión de ráfagas o trenes de OUS se realiza con una determinada periodicidad. La frecuencia con la que se emiten estas ráfagas de OUS se conoce con el nombre de Frecuencia de Repetición de Pulsos o simplemente PRF (Pulse Repetition Frequency).

Figura 3.14. Transductor para Doppler Pulsado.

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ULTRASONIDO

Después de emitir un tren de ondas, el ecógrafo comienza a recibir el eco que retorna al transductor, pero esto no se hace durante todo el tiempo que dure el período de recepción como se hacía en CWD, sino que el equipo tomará sólo una pequeña muestra del eco abriendo una “compuerta” durante un brevísimo período de tiempo, para permitir que sólo los ecos que ingresaron en ese período sean tenidos en cuenta. De esta forma el equipo determina exactamente de que lugar físico provienen los ecos. Cada una de estas muestras tomadas en cada emisión, se almacenan digitalmente en una memoria electrónica de la Unidad Doppler del ecógrafo. Posteriormente el eco deberá ser reconstruido también electrónicamente a partir de las muestras adquiridas.

3.15. Doppler Pulsado.

Sabemos, de los principios básicos de la ecografía, que la OUS hace un “viaje en redondo” a razón de 13 millonésimas de segundo por cada centímetro, por lo tanto desde el punto de vista físico profundidad y tiempo son sinónimos. Esto indica que al abrir la “compuerta” un breve período de tiempo se estará delimitando un Rango de Profundidades. Este rango de profundidades se denomina Volumen de Muestra (Sample Volume), y la acción de habilitar la compuerta para la toma de muestras se denomina Range Gating. Los ecos que están fuera del Volumen de Muestra se descartan. Cuando el operador del equipo, habilita el Modo PWD, se observa sobre el monitor del equipo unas líneas que gráficamente, estas lo asisten en la ubicación del Volumen de Muestra.

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El ecógrafo toma una muestra del eco un tiempo Ts después que se emitió el tren de ondas US. Matemáticamente el tiempo de muestreo Ts y la Frecuencia de Repetición de Pulsos PRF son inversamente proporcionales. Como la velocidad de propagación de la OUS “c” es constante entonces ese tiempo estará relacionado con una determinada profundidad z, tal como lo refleja la ecuación 8. (Figura 3.16).

Figura 3.16. Ondas emitidas en Doppler Pulsado.

Ecuación 8

Donde: c es la Velocidad de Propagación del US en tejidos blandos. Ts es el tiempo de muestreo. PRF Frecuencia de Repetición de Pulsos. z es la profundidad de la muestra. 2 indica que el viaje de la onda US es de ida y vuelta.

Límite de Velocidad

La técnica PWD es una técnica de muestreo. Esto significa que, a diferencia de la técnica CWD en donde el eco era adquirido en forma continua, en la técnica pulsada la adquisición del eco es por toma de muestras con una determinada frecuencia de adquisición y una posterior reconstrucción electrónica del mismo en la Unidad Doppler del equipo.

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ULTRASONIDO Diferencias entre las técnicas PWD y CWD

Tabla 3.2. Comparación de las técnicas PWD y CWD.

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PRÁCTICAS

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ULTRASONIDO

PRÁCTICA #1: “AJUSTE DE PARÁMETROS EN ULTRASONIDO PARA

OBTENER LA MEJOR VISUALIZACIÓN DE UNA IMAGEN EN EL MONITOR”

OBJETIVO GENERAL: Establecer los parámetros adecuados para la mejor visualización de una imagen de ultrasonido en modo B. OBJETIVOS PARTICULARES:

Comprender y observar como influyen los parámetros de un equipo de ultrasonido, en el ajuste (CONTRASTE, BRILLO, GAIN, STC, ZOOM Y PROCESSING), en la imagen obtenida.

Comprender la importancia de realizar los ajustes para poder visualizar una imagen correctamente.

Familiarizarse con algunas funciones del teclado del equipo. RESUMEN

En esta práctica se tratará de desarrollar una metodología (una serie de pasos a seguir), clara y sencilla, para ajustar el monitor del equipo de ultrasonido ESAOTE AU530, de manera que se puedan visualizar óptimas imágenes. Para lograr lo anterior, se tomarán imágenes de un huevo como objeto de interés, o de estudio.

Con esta práctica se iniciará el primer contacto con el equipo y algunas de las funciones de éste, además se determinarán los principales parámetros de ajuste para obtener una buena visualización de imágenes en el monitor, ya que esto es muy importante para obtener una visualización confiable de la información que una imagen de ultrasonido pueda proporcionar ya sea para fines de estudio de algún objeto o para diagnóstico.

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ESQUEMA TEÓRICO

Brillo

Este control común a todos los equipos, se debe ajustar hasta que una imagen blanca aparezca realmente blanca. Su desajuste suele ser el principal motivo de mala calidad de imagen en los monitores y televisiones.

Contraste El "contraste" controla la luminancia (brillo), de la imagen dejando intacto el blanco [1].

Resolución de contraste: Capacidad de distinguir entre los distintos niveles de grises. En general, el ojo humano alcanza a distinguir 11 tonos [2].

Figura 1. Diferentes tonalidades de grises

Ganancia

Es el nivel regulable por el usuario, de amplitud de la señal eléctrica modulada y provocada por los ecos, (rango de grises). A diferencia de la potencia, que es la señal emitida, la ganancia modulada de la señal recibida. En principio estará indicado, por seguridad, trabajar con la máxima ganancia y la mínima potencia posible esto es para proteger y alagar su vida útil transductor, ya que con esto los cristales sufren menos desgaste [3].

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ULTRASONIDO

PARTE EXPERIMENTAL MATERIAL Y EQUIPO REQUERIDO

Equipo de Ultrasonido ESAOTEBIOMEDICA AU530 Tanque (recipiente de acrílico o plástico) Un huevo blanco Agua suficiente para obtener 12cm de profundidad. Regla Base de plástico

Figura 2. Equipo y material. METODOLOGÍA 1.- Leer el documento “Ultrasonido”(ubicado en la carpeta Seminario de Proyecto), para familiarizarse con los conceptos de esta técnica, las funciones y cuidados del equipo en general. 2.-Consultar las funciones de ganancia total, ganancia compensada en tiempo, controles del monitor, niveles de potencia y post-procesamiento de la imagen. Estas funciones se encuentran en el manual de usuario del equipo ESAOTE AU530 ubicado en la carpeta Seminario de Proyecto.

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DESARROLLO PRÁCTICO Procedimiento

- Llenar el tanque con agua de garrafón*, suficiente para obtener una profundidad de 12cm.

- Colocar el huevo en una base de plástico transparente de modo que quede vertical a la mitad del tanque, como se muestra en la figura 3**.

- Con una regla medir que la profundidad de agua sea de 12cm, como se puede ver en la figura 4.

- Colocar el transductor a 2.5cm de profundidad y perpendicular a la base del tanque, (Figura 5), fijando el transductor con las pinzas de sujeción.

Figura 3. Colocación del objeto. Figura 4. Medición de la profundidad. Figura 5. Colocación del transductor. *Esto es para evitar que se formen burbujas, ya que éstas afectan a la imagen por ser de aire, y el aire es el peor medio de propagación del sonido. ** La base de plástico puede ser sustituida por plastilina o una tapa de refresco.

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ULTRASONIDO

Ajuste de controles del monitor

1. Ajuste de contraste y brillo del monitor Los controles de contraste y brillo se encuentran en la parte inferior del monitor como se muestra en la figura 6.

Figura 6. Controles de contraste y brillo.

El observador debe tener el monitor a la altura de su cabeza sobre todo si el monitor no es plano.

Reducir la luz ambiente a límites mínimos razonables y colocar el monitor de modo que no se produzcan reflejos con las fuentes de luz.

Llevar el nivel de contraste al máximo. Colocar brillo en el valor mínimo e ir aumentándolo poco a poco, observando la

barra de tonos grises que se encuentra en la parte derecha de la pantalla. En esta barra se deberá distinguir el mayor número tonos de grises, como se

muestra en la figura 1. Cuando esto suceda, ya no deberá mover el control de brillo. Hacer un barrido más lento con el control de contraste, ya no se observarán cambios

significativos en la barra de grises.

Esta iteración se puede hacer varias veces, hasta observar el numero mayor de tonalidades de grises. Esto difiere de cada observador. Nota: según las especificaciones del fabricante y para mejores resultados, la pantalla deberá estar encendida por lo menos media hora antes de hacer los ajustes anteriormente descritos.

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2. Control de ganancia

Figura 7. Control de ganancia.

Este control, no afecta a la barra de grises ni algún otro parámetro de medición; sólo

afecta a la imagen desplegada.

Ajustar el control de ganancia al máximo, como en la Figura 7, ya que se observarán todos los detalles de la imagen. Aunque la imagen esta saturada en ganancia, se producirán artefactos, algunos podrán ser eliminados al disminuir la ganancia (girando en sentido contrario de las manecillas del reloj).

Reducir el control de ganancia poco apoco, hasta observar solamente el contorno

del objeto de interés.

3. Potencia del transductor y parámetros de post-procesamiento

En el equipo, la potencia se controla con la tecla “POWER”, Figura 8.

Figura 8. Potencia.

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ULTRASONIDO

3.1 Potencia

En general, los transductores manejan mas de un valor de potencia en este caso, el

transductor del equipo es el SM18 y maneja un rango de potencias de 10%,30%,75% y 100%.

Para alargar la vida del transductor los fabricantes recomiendan, utilizar la potencia

mínima y compensarla con la ganancia. Para verificar lo antes mencionado y explorar más herramientas del equipo se siguen los siguientes pasos:

Con el control “POSITION”, presionar la tecla L y R, para obtener dos imágenes en el monitor. Con esto se pueden comparar entre sí.

Con la tecla FREQ fijar la frecuencia del transductor a 3.5MHz. Fijar en la imagen del lado izquierdo una potencia de 75% y ganancia total en

2.5, como se muestra en la Figura 9.

Figura 9. Ganancia.

Ajustar el campo de visualización a 85.2mm de profundidad. Iniciar el rastreo hasta obtener la imagen centrada y clara. Congelar la imagen presionando la tecla R, (con esto se congela la imagen del

lado izquierdo y se tiene la imagen en tiempo real del lado derecho). Nota: No congele la primera imagen con la tecla FREEZE, ya que al querer rastrear la del lado derecho, tendrá que presionar la tecla FREEZE y perderá la imagen del lado izquierdo.

En la imagen del lado derecho reducir la ganancia al mínimo (10%). Aumentar poco a poco la ganancia total, hasta obtener una imagen semejante a

la imagen de la izquierda. Congelar ambas imágenes con la tecla FREEZE.

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3.2 Parámetros de Post-Procesamiento

La función post-procesamiento controla las sombras de grises asignadas a la imagen. La curva es un mapa que relaciona la intensidad de la amplitud del eco con el brillo de la pantalla.

La función “GAMMA FAMILY” permite modificar el brillo de la señal recibida en el monitor de TV.

Procedimiento para elegir una curva

Presiona la tecla “POST-PROCESSING” y aparecerá un menú, seleccione la

función “GAMMA FAMILY” y presione la tecla “START-STOP”, como se muestra en la Figura 10.

Para elegir alguna de las siete curvas, posiciónese con el trackball en la curva deseada y presione la tecla “START-STOP”.

Figura 10. Menú para selección de curvas.

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ULTRASONIDO

ANÁLISIS Y RESULTADOS OBTENIDOS Ajuste de controles de contraste y brillo

Figura 11. Posición óptima según el procedimiento.

La posición optima que se encontró con el procedimiento mencionado en el

desarrollo, es señalada en la imagen anterior. Con estos parámetros se obtuvo la mejor relación contraste-brillo. Debemos recordar que esto es cualitativo y depende de la experiencia del observador.

Ajuste de ganancia total y ganancia compensada en tiempo

La posición de la ganancia total y ganancia compensada en tiempo, fueron las optimas en la mejor visualización de la imagen, se muestra en la figura 12.

Ecos cercanos

Ecos lejanos

Figura 12. Posición de ganancia total y ganancia compensada en tiempo óptimas.

Se recomienda que la posición de los controles de ganancia compensada en tiempo,

se fije de esta manera; esto es para compensar los ecos más lejanos y obtener una imagen homogénea.

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Imágenes obtenidas, con los parámetros anteriores

En la figura 13 se muestra la imagen óptima resultado de los cambios de todos los parámetros antes mencionados. Los ajustes realizados mediante el procedimiento propuesto nos permiten observar casi todo el contorno del huevo; además de que los artefactos*** son muy pocos.

Figura 13. Imagen óptima obtenida.

Ajuste de ganancia total, (para compensar la disminución de la potencia)

En los resultados obtenidos en la figura 14, la imagen de la izquierda es obtenida con los parámetros potencia al 75% y ganancia total 2.5 y en la imagen del lado derecho los parámetros son potencia mínima (10%) y la ganancia total 3.5.

Figura 14. Variación de potencia.

***Artefactos: son deformaciones que sufre la imagen debido a malos ajustes de parámetros, cómo ganancia total, ganancia compensada en tiempo, contraste o brillo nos, estos nos da una información errónea, como por ejemplo mostrar una estructura donde no la hay.

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ULTRASONIDO

Por lo tanto, se confirma que se puede tener una buena imagen disminuyendo la

potencia al mínimo, compensándola aumentando la ganancia total; ya que se tienen dos imágenes muy semejantes y con un buen contaste.

Esto proporciona una mayor vida útil del transductor, y aunque en ocasiones se tendrá que utilizar mas potencia para tener una mayor penetración; la imagen se podrá compensar con la ganancia (para obtener una buena visualización). Elección de curvas de post-procesamiento

El tipo de curva se selecciona según la región que se desea resaltar. Por medio de la grafica de cada curva se puede ver qué regiones son las que resalta. La curva predeterminada por el equipo es la curva 1; y con ésta se trabajó durante toda la práctica.

Curva 1 (Lineal)

Esta curva mantiene un contraste relacionado entre la amplitud del eco y el brillo en la pantalla (Figura 15). Se puede observar la relación lineal, ya que se tiene una imagen homogénea.

Curva 2 (Logarítmica)

Tiene alto contraste relacionado entre la amplitud del eco y el brillo en la pantalla, (Figura 16). Se observa que a una amplitud de eco mayor se tiene mayor brillo en la imagen, por eso la parte superior del huevo se despliega con mayor brillo.

Figura 15. Lineal. Figura 16.Logarítmica.

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Curva 3 (Antilogaritmica)

Esta curva tiene bajo contraste relacionado entre la amplitud del eco y el contraste

de la pantalla, (Figura 15). Por lo tanto para ecos lejanos el contraste en la imagen será muy bajo: por lo que sólo se puede observar la parte superior del huevo que corresponde a la máxima amplitud del eco.

Curva 4 (Ventana) Realza una porción de la escala de grises, (Figura 16). Se puede ver en la imagen

cómo se realza una proporción de la imagen, que corresponde al ancho del pulso. Figura 15. Antilogarítmica. Figura 16. Ventana.

Curva 5

Ajuste lineal con posibilidad de ajustar el rango dinámico en la amplitud del eco,

(Figura 17). Curva 6 Curva negativa opuesta a la anterior, (Figura 18).

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ULTRASONIDO

Figura 17. Curva 5. Figura 18. Curva 6.

Curva 7

Realza un punto de la escala de grises, (Figura 19). Se puede ver cómo se realza

sólo un punto de la imagen, que corresponde a la parte superior de la misma.

Figura 19. Curva 7.

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CONCLUSIONES

La luz de iluminación es un factor muy importante, ya que si se está trabajando en un lugar muy iluminado, se pueden perder ciertos detalles de la imagen.

Los ajustes del monitor proporcionan una buena visualización, pero estos ajustes dependen de cada observador (p.ej. distinguir el máximo número de tonos de grises).

Los ajustes que se realizaron para esta práctica, fueron óptimos para visualizar un objeto con impedancia alta comparada con la impedancia del medio. Estos ajustes varían de acuerdo a lo que se desee observar, es decir los parámetros pueden ser diferentes.

Un punto importante para el cuidado del transductor al iniciar el rastreo, es iniciar con la potencia mínima y compensar la imagen con la ganancia total hasta obtener la imagen deseada. En caso de no tenerla, aumentar la potencia y compensar nuevamente, repitiendo este procedimiento hasta obtener la imagen deseada.

Consideramos que se debe tener nociones de todos lo ajustes, que se puedan hacerse en el equipo, es importante ya que la imagen obtenida influye en el diagnostico.

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ULTRASONIDO

PRÁCTICA #2: “VISUALIZACIÓN DE UNA IMAGEN EN ULTRASONIDO MODO B, A TRAVÉS DE DIFERENTES MEDIOS DE

PROPAGACIÓN” OBJETIVO GENERAL: Utilizando diferentes medios de propagación determinar en qué medio se obtiene la mejor imagen en modo B, estudiando las propiedades de dichos medios y justificando los resultados obtenidos. OBJETIVOS PARTICULARES:

Determinar cómo influyen las impedancias acústicas de cada medio. Calcular los coeficientes de reflexión y transmisión de diferentes medios y con esto

justificar en cual se tendrá la mejor imagen. Observar los cambios en la imagen para cada medio de propagación. Comparar si las mediciones (con un vernier) de altura y anchura de un objeto, se

aproximan a las mediciones obtenidas con las herramientas de medición del equipo de ultrasonido.

RESUMEN

En esta práctica se observará cómo influye la impedancia acústica y el coeficiente de reflexión, con cuatro diferentes medios de propagación en la visualización de una imagen. El objeto de interés de ésta parte será un huevo calcificado.

En esta práctica también se observará cómo influyen los diferentes medios de propagación en la visualización de un huevo descalcificado, y cómo influye el coeficiente de absorción en los medios de agua y aceite de ricino; tomándolos como medios cuyas propiedades pueden considerarse extremas.

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ESQUEMA TEÓRICO Medio elástico

Un medio elástico es constituido de cualquier material que tiende a preservar su longitud, forma y volumen, contra las fuerzas externas. Tales materiales poseen fuerzas restauradoras que tiende a retornar el material a su condición original, (como se muestra en un resorte, figura 1), después de la remoción de fuerzas externas.

Figura 1. Medio elástico.

La fuerza restauradora es característica del material y tiene origen en las fuerzas de adhesión entre sus átomos o moléculas individuales de dicho material.

Medio no dispersivo

Se refiere como medio no dispersivo, aquel en que la forma de la onda no se altera a medida que la onda se propaga, y su velocidad es constante.

Velocidad de propagación de la onda en un medio elástico

La velocidad de propagación de ondas en medio elástico depende, en general, de la elasticidad y densidad del medio.

Se sabe que la densidad (ρ), propiedad de la materia definida como la relación de masa de un objeto entre su volumen, y las características de elasticidad del medio, varían con la temperatura y la presión de ese medio, la velocidad de propagación dependerá entonces, de ambos factores.

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ULTRASONIDO

La velocidad del sonido en el aire a 20 ºC es de 344 m/seg. La velocidad es la misma para el sonido audible, infrasonido y ultrasonido.

La velocidad también aumenta al aumentar la densidad del medio, así, en general, la velocidad en los gases es menor que en los líquidos, y en éstos menor que en los sólidos, aunque existen excepciones, como el caucho. Ver tabla 1.

Medio Velocidad (m/s)

Caucho 60 Aire (14 ºC) 340

Vapor de agua 500 Agua marina 1.450

Plomo 2.000 Cobre 5.000

Cemento 4.000 Vidrio 5.700 Acero 6.000

Tabla 1. Velocidades de propagación del sonido en diferentes medios. Dispersión

Es un fenómeno físico donde la intensidad de la energía disminuye a medida que se aleja de la fuente, en medios densos como el agua y el vidrio se presenta este fenómeno.

Velocidad de transmisión

La velocidad de transmisión está determinada por el factor densidad del medio, que le otorga diferente resistencia a la compresión y por ende, define la velocidad del cambio. Como hemos dicho, para el mismo medio la velocidad resulta constante. Entonces, sólo se puede aumentar la velocidad de propagación aumentando la frecuencia de las ondas sonoras. En la Tabla 1 se registran estos datos medidos en diferentes medios. Los equipos ecográficos se calibran a la velocidad de propagación de un medio conocido y estandarizado como la velocidad del sonido en el agua, que es de 1480 m/s[1].

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Impedancia acústica

Se representa con Za y se define como la resistencia o dificultad que ofrece el medio a la propagación de las ondas ultrasónicas. En la tabla 2 se muestran algunos valores.

Material Velocidad (m/s) Densidad (Kg/m3)

Impedancia Acústica (Kg / m2 seg)

Aceite de Ricino 1.49x10E3 0.960x10E3 1.43x10E6 Agua 1.48x10E3 1.0x10E3 1.50x10E6

Alcohol etílico 1.14x10E3 0.696x10E3 0.79x10E6 Agua de mar 1.53x10E3 1.024x10E3 1.57x10E6

Tabla 2. Características físicas de los diferentes medios.

Cuando dos materiales con impedancia acústica diferente entran en contacto, se produce una superficie de frontera, cuyo efecto sobre la onda ultrasónica es similar al que produce en condiciones de impedancia característica diferente, en líneas de transmisión de ondas electromagnéticas. Cuando incide una onda ultrasónica sobre una superficie de frontera, parte de la energía se trasmite y parte se refleja, (Figura 2).

(a) (b)

Figura 2. a) Onda incidente, reflejada y transmitida en la frontera entre dos medios,

b) Interfaz creada por dos medios diferentes.

Parte de las ondas se absorben en el medio, por eso en la práctica, para obtener una mejor calidad de imagen es preciso reducir al máximo el fenómeno de atenuación eligiendo una frecuencia adecuada, dirigir un rayo estrecho, etc. [2]

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ULTRASONIDO

Absorción

Es la capacidad de retensión de energía acústica del medio expuesto a la radiación, la cual se transforma en su mayor parte en calor debido al roce entre partículas. En la tabla 3, se muestran algunos coeficientes de absorción.[4]

Medio Coeficiente de absorción

αdB a 1MHz[dB/cm] Variación con la frecuencia (MHz)

Agua 0.0022 Cuadrática Aceite de ricino 0.95 Cuadrática

Tabla 3. Coeficientes de absorción. Reflexión en tejidos

La reflexión aumenta en función de las diferentes impedancias acústicas de los distintos medios por los que se hace pasar una onda ultrasónica.

Ejemplo: El hueso refleja casi el 70% de la energía recibida y absorbe el resto

propagándola a toda su área, permitiendo la aplicación en lugares imposibles de llegar en forma directa. [3]

Para determinar los coeficientes de reflexión y transmisión se tienen las siguientes

ecuaciones: [4]

212

212

)()(

ZZZZ

r +−

=α ………………………………………………………….……(1)

212

12

)(4

ZZZZ

t +=α …………………………………………………………….….(2)

Como la fracción reflejada y la fracción transmitida deben sumar la intensidad

ultrasónica original, la suma de los coeficientes de transmisión y reflexión es igual a la unidad: [4]

1=+ tr αα ………………………………………………………………………………(3) Estas ecuaciones nos permiten decir qué porcentaje de la intensidad incidente es

transmitida, y cuánta es reflejada en la interfase constituida por dos medios.

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Modo B

La imagen en el modo B se obtiene remplazando los ecos o deflexiones del modo A por puntos más brillantes (ver imagen izquierda de la figura 3).

El brillo es proporcional a la amplitud de los ecos. Las líneas de puntos luminosos están orientadas en la dirección que se desplaza el transductor.

Al cambiar la dirección del mismo, las líneas de puntos luminosos lo harán también en la misma dirección del transductor. Todas estas líneas darán lugar a una imagen bidimensional. [3]

En la imagen derecha de la figura 3, se muestra una típica imagen en modo B.

(a) (b)

Figura 3. a) Obtención de una imagen en modo B, b) imagen de un ultrasonido en modo B de un feto.

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ULTRASONIDO


Equipo de Ultrasonido ESAOTE AU530. Cuatro recipientes de aproximadamente 15 cm de profundidad. Cuatro huevos blancos. Un recipiente pequeño. Agua de garrafón. Regla y guantes. Aceite de ricino (3lt aproximadamente). Sal para acuario. Alcohol etílico (3lt aproximadamente). Vinagre (1lt). Una barra de plastilina blanca. Jabon líquido para la limpieza del material.

Nota: Después de tener el huevo descalcificado, toda la práctica se realiza en un tiempo aproximado de 3 horas.

Figura 4. Material y equipo requerido METODOLOGÍA

1. Hacer los ajustes del monitor (ver la metodología que se encuentra en Seminario de Proyecto\ Práctica #1).

2. Consultar las funciones de campo de visión (ZOOM), y LOCATION. Estas funciones se encuentran en el “Manual de Usuario ESAOTE AU530” (ubicado en la carpeta Seminario de Proyecto). Esto es con la finalidad de agilizar la práctica, en cuanto al uso del equipo.

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DESARROLLO PRÁCTICO Procedimiento para la obtención de las imágenes Paso 1

o Encender el equipo, anotar fecha y nombre, presione “enter” o “start/stop”, posteriormente el siguiente submenú aparecerá (figura 5). Escoger Abdominal.

Figura 5. Menú inicial.

o Realizar los ajustes de brillo y contraste (ver práctica 1). o Seleccionar los siguientes parámetros (Frecuencia del transductor a 3.5MHz,

Focalización N, Potencia 75%). Las teclas para fijar estos parámetros son la 2, 21, y 19 respectivamente (ver figura 6).

o Limitar el campo de visión (medir desde donde esta la punta del transductor hasta el fondo del recipiente) adecuado al campo de visión que se este manejando. Este ajuste se hace con la tecla ZOOM, tecla 4 de la figura 6.

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ULTRASONIDO

Figura 6. Panel frontal del equipo.

Procedimiento para obtener las imágenes del huevo calcificado

Calcular los coeficientes de reflexión entre las siguientes interfases: calcio-agua, calcio-agua salada, calcio-alcohol y calcio-aceite de ricino, (utilizando las ecuaciones 1, 2 y 3). Considerar que la impedancia acústica del calcio es aproximadamente igual a la del hueso del cráneo (7.80 x 106 Kg/m2seg).

Colocar una base de plastilina en el fondo del recipiente de manera que sirva de soporte para mantener el huevo vertical.

Colocar un huevo blanco calcificado en la base de plastilina y llenar cada recipiente con los diferentes medios (agua, agua salada, alcohol y aceite de ricino), como se muestra en la figura 7.

Figura 7. Huevos calcificados en aceite de ricino, alcohol, agua salada y agua.

62


Paso 2

Con el control “POSITION”, presionar la tecla L y R, para obtener dos imágenes en el monitor, una congelada y otra en tiempo real (Figura 8).

LOCATION

Figura 8. Controles de localización de una o dos imágenes.

Colocar el transductor perpendicular al recipiente y sumergirlo en el primer

medio aproximadamente 2cm. Se debe cuidar que el líquido no pase de la marca indicada en el transductor con una franja negra, ya que pude dañar al transductor.

Presionar la tecla L y hacer el rastreo con el transductor, tomando en cuenta la muesca para obtener la mejor imagen (Figura 9).

Ya que obtuvo la imagen correcta, presione la tecla R (Figura 8). Limpiar el transductor y sumergirlo en el segundo medio para realizar el

siguiente rastreo; se debe proceder de la manera anterior.

Figura 9. Rastreo del transductor y muesca de referencia.

63

ULTRASONIDO

Realizar el procedimiento desde el paso 2 con los otros dos medios de propagación,

limpiando con cuidado el transductor cada vez que se cambie de medio.

Determinar a través de las imágenes obtenidas, ¿en cuál se observan más detalles?.

De acuerdo a los coeficientes de reflexión, concluir si el mejor medio corresponde a la imagen seleccionada anteriormente, y al valor más alto de dicho coeficiente.

Al terminar el procedimiento anterior, sacar los cuatro huevos y lavarlos. Conservar los recipientes con los diferentes medios y la base de plastilina en cada recipiente.

Procedimiento para obtener las imágenes del huevo descalcificado

- Anotar la posición de cada huevo en el recipiente, medir con el vernier alto y ancho de cada uno.

- Sumergir los 4 huevos en vinagre y dejarlos 72 hrs, para que se inicie la descalcificación como se muestra en la figura 10.

Figura 10. Descalcificación de los huevos.

- Después de las 72hrs, sacar los huevos con mucho cuidado, utilizando guantes. - Colocar un huevo en cada recipiente, teniendo cuidado de no romper su membrana

(Figura 11).

64


Figura 11. Huevos descalcificados en aceite de ricino, alcohol, agua salada y agua. Paso 3

Con el control “POSITION”, presionar la tecla L y R (Figura 8), para obtener dos imágenes en el monitor.

Colocar el transductor perpendicular al recipiente y sumergirlo en el primer medio aproximadamente 2cm y debe cuidar que el líquido no pase de la marca indicada en el transductor con una franja negra.

Presionar la tecla L (ver figura 8), y hacer el rastreo con el transductor, tomando en cuenta la muesca para obtener la mejor imagen, es decir, que se pueda observar el contorno de todo el huevo y la yema. Como se muestra en la figura 12.

Ya que obtuvo la imagen correcta, presione la tecla R (Figura 8). Limpiar el transductor y sumergirlo en el segundo medio aproximadamente

2cm. Para realizar el siguiente rastreo de igual forma que el anterior.

Figura 12. Contornos de un huevo descalcificado.

Realizar el procedimiento desde el paso 3 con los otros dos medios de propagación,

limpiando con cuidado el transductor cada vez que se cambie de medio y elegir en qué medio se tiene una mejor visualización de la imagen del huevo, es decir, en la que se aprecien mas detalles.

65

ULTRASONIDO

Mediciones

En la tabla 4 se muestran las medidas que se obtuvieron con un vernier antes de

sumergir los huevos en vinagre.

Huevo calcificado Alto (mm)

Ancho (mm)

1 57 40 2 59.5 44.5 3 53 40 4 56 41

Tabla 4. Medidas del huevo calcificado.

Una vez determinado el medio en que se tiene la mejor imagen, seguir los siguientes

pasos.

En el medio elegido, sumergir el transductor aproximadamente 2cm. Hacer el rastreo tomando en cuenta la muesca para observar al huevo

completamente (ver figura 9). Congelar la imagen. Presionar la tecla DIST (figura 13), para medir altura y el ancho del huevo.

MEASURE

Figura 13. Controles de medidas.

66


ANÁLISIS Y RESULTADOS OBTENIDOS Análisis y resultados para el huevo calcificado (primera parte)

Figura 14. Huevo calcificado en agua salada y agua.

Figura 15. Huevo calcificado en alcohol y aceite de ricino.

Observando las imágenes de las figuras 14 y 15, se determina que la mejor imagen

se obtuvo en agua, aunque también se tiene una buena imagen en agua salada; pero con algunos artefactos que son provocados por las impurezas de la sal para acuario.

67

ULTRASONIDO

Los coeficientes de reflexión se calcularon con las impedancias acústicas mostradas

en la tabla 1 y utilizando la ecuación (1). Considerando la impedancia del calcio de 7.80x106. Los resultados se muestran en la tabla 5.

212

212

)()(

ZZZZ

r +−

=α ………………………………………………………………………….(1)

Interfase Calcio-Agua

4588.0)1050.11080.7()1050.11080.7(

266

266

=+−

=xxxx

rα

Interfase Calcio-Agua salada

4421.0)1057.11080.7()1057.11080.7(

266

266

=+−

=xxxx

rα

Interfase Calcio-Alcohol

6659.0)1079.01080.7()1079.01080.7(

266

266

=+−

=xxxx

rα

Interfase Calcio-Aceite de ricino

4763.0)1043.11080.7()1043.11080.7(

266

266

=+−

=xxxx

rα

Interfase

Coeficiente de reflexión (αr)

Calcio-Agua 0.4588 Calcio-Agua salada 0.4421

Calcio-Alcohol 0.6659 Calcio-Aceite de ricino 0.4763

Tabla 5. Coeficientes de reflexión entre diferentes interfases.

68


Por los coeficientes de reflexión mostrados en la tabla 5, se puede deducir que la

mejor imagen se tiene en la interfase calcio-alcohol, ya que el coeficiente de reflexión es el mayor, con un 66.59% de energía reflejada.

Dicha energía llega al transductor como información y se traduce en una imagen de mayor calidad. Análisis y resultados para el huevo descalcificado

Figura 16. Huevo descalcificado en agua y agua salada.

Figura 17. Huevo descalcificado en alcohol y aceite de ricino.

69

ULTRASONIDO

De las figuras 16 y 17, se observa que la mejor imagen es la que se obtuvo en

alcohol, ya que los contornos de la clara y yema se identifican más claramente.

De la figura 17, se puede ver que para el aceite de ricino, la imagen del huevo no se puede observar completamente. Esto se debe a que el coeficiente de absorción es alto (0.95 dB/cm), comparado con el del agua (0.0022dB/cm), por lo tanto, en el aceite de ricino hay mayor pérdida del haz ultrasónico.

Para poder visualizar la imagen, se debe aumentar la potencia al máximo, esto implica mayor profundidad, pero también aumenta el brillo. Ajuste

Ajustar la ganancia total al máximo (para esto se aumenta el brillo en la imagen),

disminuir la frecuencia del transductor al mínimo 2.5MHz (dando como resultado una mayor profundidad). Estos ajustes se realizan con las teclas 2 y 19 de la figura 6 y se muestran los resultados en la figura 18.

Figura 18. Resultado de los ajustes para visualizar la imagen en aceite de ricino.

70


Medidas en el huevo descalcificado

Al medir la altura y la anchura del huevo sumergido en alcohol, se tienen las

medidas mostradas en la figura 19. El huevo que se colocó en alcohol fue el huevo numero 2, que tiene las medidas de alto y ancho que se muestran en la tabla 4.

Figura 19. Mediciones de alto y ancho del huevo.

Las medidas obtenidas del huevo calcificado utilizando el vernier y las medidas del

huevo descalcificado obtenidas con el equipo de ultrasonido, se muestran en la tabla 6.

Huevo calcificado numero 2

Medida en (mm) Utilizando vernier

Huevo descalcificado (mm) Medidas dadas por el US

Alto 59.5 60.3 Ancho 44.5 45.2

Tabla 6. Medidas del huevo calcificado y descalcificado.

Comparando las medidas de la tabla 6, se observa un error en la medición de alto de 0.8mm y para la medición de ancho de 0.7mm. En base a esto podemos decir se considera que se tiene una buena aproximación, sin perder de vista que esta medición depende de la colocación de los cursores, por lo tanto, depende de cada observador y de la experiencia en el uso del equipo.

71

ULTRASONIDO

CONCLUSIONES

De las figuras 14 y 15, se observa que la mejor imagen se tiene en el agua, aunque por los coeficientes de reflexión que se muestran en la tabla 5, la mejor imagen se debería obtener en alcohol. Se debe tomar en cuenta que el alcohol podría tener un coeficiente de absorción mayor al del agua, por lo que hay pérdidas del haz ultrasónico.

De las figuras 16 y 17, la imagen se aprecia notablemente diferente para cada medio. En el agua (Figura 16) se aprecia un poco más el contorno de la clara, auque las imágenes realmente son muy similares. En la imagen del agua salada se pueden ver algunos artefactos, por impurezas que no se observan en el agua. La mejor imagen se obtuvo en alcohol (Figura 17) ya que se puede apreciar mejor el contorno de la clara y de la yema.

En el fondo de cada imagen, se ve la base de plastilina que se colocó para que el huevo quedará vertical al recipiente. La base se observa muy brillante, por lo tanto se recomienda usar bases pequeñas y similares para no afectar la imagen.

Para obtener una buena imagen, es importante ajustar los parámetros adecuados. Esto se ve claramente en la figura 18; al ajustar la potencia, la ganancia total y la frecuencia del transductor, se puede apreciar mejor la imagen, aunque existan perdidas en el aceite de ricino por su coeficiente de absorción.

En cuanto a las mediciones de alto y ancho obtenidas en el huevo calcificado y las obtenidas por el US con el huevo descalcificado, se pude ver:

Huevo calcificado Medida en (mm) Utilizando vernier

Huevo descalcificado (mm) Medidas dadas por el US

Alto 59.5 60.3 Ancho 44.5 45.2

Tabla 6. Medidas del huevo calcificado y descalcificado.

Las medidas difieren debido a que el huevo descalcificado tiende a distenderse cuando pierde el calcio, ya que se conserva en un medio acuoso, y su membrana permite un intercambio con el medio.

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PRÁCTICA #3: “PRUEBAS PARA DETERMINAR LA CALIDAD Y LIMITACIONES DE UN EQUIPO DE ULTRASONIDO”

OBJETIVO GENERAL: Llevar a cabo diferentes pruebas que determinarán el desempeño de un equipo de ultrasonido. OBJETIVOS PARTICULARES:

Determinar la uniformidad del haz, del transductor del ultrasonido. Determinar la resolución del campo cercano, axial y lateral, que nos proporciona el

transductor. Determinar profundidad y penetración del haz ultrasónico. Caracterizar las condiciones y limitaciones del equipo de ultrasonido ESAOTE

BIOMEDICA AU530, en forma general. Comparar algunos de los parámetros obtenidos experimentalmente, con las

referencias que proporciona el fabricante en el manual de usuario. RESUMEN

En esta práctica se tratará de desarrollar una metodología (una serie de pasos a seguir) clara y sencilla, para determinar las condiciones en que se encuentra el equipo de ultrasonido, esto se determinará con ayuda del fantoma Ultrasound Quality Assurance Phantoms Modelo 44, como patrón de referencia.

Con las características tabuladas que el manual proporciona se podrá hacer una comparación con lo obtenido experimentalmente, y así se determinarán las limitantes que tiene el equipo para realizar algunas medidas de distancia, penetración y visualización de algunas estructuras. Estas pruebas se realizaran en un tiempo aproximado de 2horas, una vez que el alumno se ha documentado sobre el uso del fantoma.

73

ULTRASONIDO ESQUEMA TEÓRICO Atenuación

Es la debilitación del haz del sonido mientras se pasa por un tejido, y se mide en unidades de decibeles (dB). La atenuación promedio de un haz de ultrasonido es de 1 dB/MHz/cm.

La atenuación de un haz de ultrasonido depende de la absorción, reflexión,

dispersión y refracción que se dá al paso del haz de ultrasonido a través de los tejidos del cuerpo humano. Esta atenuación aumenta al aumentar la frecuencia (Figura 1).

Fuente

Onda ultrasónica Atenuación

Figura 1. Atenuación que sufre el haz de ultrasonido al pasar por los tejidos.

Frecuencia

La frecuencia de una onda sonora esta dada por el número de ciclos completos que ocurren en un segundo. La gama de frecuencias más utilizada en ecodiagnóstico oscila comúnmente entre 1 y 10 MHz (Figura 2).

74


Figura 2. Rangos de frecuencia para el sonido.

Longitud de onda

Cualquier tipo de onda tendrá una longitud asociada a la distancia entre dos puntos correspondiente de un ciclo de onda (Figura 3). La longitud de onda se relaciona con su frecuencia y su velocidad por la siguiente ecuación simple.

λVsF =

Donde: F = Frecuencia Vs = Velocidad sónica λ = Longitud de onda

Figura 3. Longitud de Onda.

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ULTRASONIDO Dado que la velocidad en un medio determinado es constante, un incremento en la

frecuencia originará paralelamente un haz con una longitud de onda más pequeña, el cual tendrá menor poder para alcanzar las zonas profundas, pero ofrecerá una mejor resolución para los tejidos superficiales. La longitud de onda determinará el límite de resolución de un sistema y aquellas estructuras pequeñas separadas por distancias inferiores a la longitud de onda no se podrán distinguir (Figura 4).

Figura 4. Poder de penetración.

Resolución

Es la separación mínima requerida para poder distinguir dos objetos como distintos. Resolución Axial o Longitudinal

Será la mínima distancia de separación que existe entre dos estructuras pequeñas situadas a lo largo del haz ultrasónico, para que puedan ser representadas en la pantalla como distintas (Figura 5). Esta resolución viene dada por el tiempo que tarda en llegar al transductor las reflexiones acústicas que se están produciendo en serie a nivel de las interfases.

La resolución axial depende de la frecuencia, siendo relativamente constante para un transductor dado.

76


Figura 5. Resolución axial Los reflectores A y B están separados por una distancia mayor que la longitud del pulso, de manera que la imagen los reconocerá como objetos diferentes. Sin embargo los reflectores C y D están separados por una distancia inferior que la longitud del pulso, por lo que, en la imagen aparecerán como un objeto único. Resolución Lateral

Es la capacidad del haz sónico de un sistema, para identificar y representar separadamente, dos estructuras situadas perpendicularmente al eje de propagación de la onda sonora. En términos de distancia se entiende como la menor distancia de separación a la que debe encontrarse dos puntos para que puedan ser identificados como separados (Figura 6).

Figura 6. Resolución lateral. El ancho del haz de ultrasonido determina la máxima resolución de los objetos situados en el plano perpendicular al eje axial. La focalización se emplea para alcanzar la máxima resolución lateral a una profundidad deseada. A: El ancho del haz, en la zona focal, es inferior a la distancia entre los puntos a estudio, permitiendo que la imagen los identifique como estructuras distintas. B: La distancia entre los puntos a estudio es inferior al ancho del haz. La imagen lo mostrará como un sólo objeto.

77

ULTRASONIDO

Resolución Espacial

Define la resolución en distancia que puede detectar un sensor de imágenes digitales. Es la distancia que cubre el píxel central de la imagen en el caso de ultrasonido es la unión de resolución axial y lateral, (Figura 7).

Resolución lateral

Resolución axial

Figura 7.Resolución Espacial.

Fantoma utilizado para la resolución del ultrasonido General Purpose Multi-Tissue Ultrasound Phantom model 044.

Figura 8. Fantoma.

Este fantasma esta construido por un material elástico sólido patentado, Zerdine. El

material de Zerdine encontrado en el modelo 044 simulará exactamente las características del ultrasonido encontradas en tejido fino humano del hígado. El modelo 044 consiste en dos planos de cilindros cortos. Un plano tiene un coeficiente de atenuación de 0.5 dB/cm/MHz mientras que el otro es 0.7 dB/cm/MHz. Cada plano tiene dos grupos de blancos (figura 9). Los objetos de la prueba de 12 milímetros de diámetro tienen tres contrastes con respecto al fondo permitiendo la detección bajo de la resolución del contraste en muchas profundidades. El resto de las blancos tienen un contraste del DB -15. Para facilitar la alineación apropiada de la punta de prueba, el modelo 044 contiene una serie de blancos de nylon. El modelo 044 es ideal para determinar la resolución axial, lateral, y penetración.

78


Figura 9. Distribución de blancos dentro del fantoma.


Equipo de Ultrasonido ESAOTEBIOMEDICA AU530. Fantoma Ultrasound Quality Assurance Phantoms Modelo 44. Gel para transmisión de ultrasonido. Guantes de látex. Agua.

Figura 10. Equipo requerido.

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ULTRASONIDO METODOLOGÍA 1.- Leer el documento “ultrasonido”, (ubicado en la carpeta Seminario de Proyecto), para familiarizarse con los conceptos de esta técnica, las funciones y cuidados del equipo en general. 2.-Consultar las hojas de especificaciones del manual del fantoma Ultrasound Quality Assurance Phantoms Modelo 40 ubicadas en la carpeta Seminario de Proyecto/Manuales. Esto es con la finalidad de conocer mejor la estructura y funcionamiento del fantoma. DESARROLLO PRÁCTICO Procedimiento:

Colocar el fantoma en una superficie plana y al lado del equipo, aplicar gel acoplador para realizar el rastreo (Figura 11), y colocar el transductor en la membrana como se muestra en la figura 12.

Figura 11. Aplicación de gel en la membrana. Figura 12. Colocación del transductor.

Encender el equipo, ingresando fecha, hora y nombre del laboratorio. Cuando el siguiente menú aparezca en la pantalla, elija modo Abdominal, como se

muestra en la figura 13.

80


Figura 13. Selección de Modo. Pruebas a realizar para control de calidad

Uniformidad

Esta definida como la habilidad de desplegar los ecos del equipo, que se encuentran a la misma profundidad y con igual magnitud, dando la misma intensidad de brillo en el despliegue. Esta prueba es buena para asegurar que todos los cristales dentro del transductor estén funcionando. Procedimiento: 1.- Aplicar gel acoplador para realizar el rastreo en la membrana. 2. Coloque el transductor en la membrana de exploración. 3.- Ajuste el equipo (Ganancia, TGC, etc.) ver práctica 1 (ubicada en Seminario de Proyecto / Practica # 1), y conservar todos los ajustes subsecuentes a la prueba. 4.- Alinear el transductor para maximizar los blancos. 5.- Congelar la imagen y obtener una copia de ella. 6.- Observe la apariencia de la imagen generada utilizando el fantoma. Note si las regiones de igual profundidad son desplegadas con la misma intensidad a través del ancho de la imagen. 7.- Registrar sus observaciones en la hoja de especificaciones, que se encuentra al final de la práctica.

81

ULTRASONIDO

Resolución del campo cercano

La resolución del campo cercano evalúa con los blancos, la distancia desde la fase de contacto del transductor, al primer punto que se puede identificar. La región, donde la información no útil es obtenida, es comúnmente referida como “zona muerta”.

La zona muerta ocurre porque el sistema de ultrasonido no puede mandar y recibir un dato simultáneamente. Esto depende del instrumento y es disminuida incrementando la frecuencia. Un cambio en la zona muerta del sistema indica un problema con el transductor, el sistema pulsátil o ambos.

El campo cercano consiste de blancos paralelos de diámetro de 0.1 mm, estos son

cuerdas horizontales de nylon espaciadas 6 mm de centro a cetro como se muestra en la figura 14.

La distancia vertical total es de 9mm con incrementos de 1mm.

Figura 14. Distribución de blancos en el campo cercano.

Procedimiento: 1.- Aplicar gel acoplador para realizar el rastreo en la membrana. 2. Coloque el transductor en la membrana de exploración. 3.- Ajuste el instrumento (ganancia, TGC, etc.) ver práctica 1 (ubicada en Seminario de Proyecto / Practica # 1), y conservar todos los ajustes subsecuentes a la prueba. 4.- Congelar la imagen mientras los blancos son desplegados. 5.- Con la imagen obtenida determinar cuantos blancos se pudieron observar y hacer la resta del total de blancos; menos los que se pueden ver en la imagen, y ésta será la medida de la zona muerta.

82

SEMINARIO DE PROYECTO Un método alternativo es usar el cursor y medir la distancia entre el transductor y

el blanco más cercano que se pude observar. Si el primer blanco se observa a 4mm, entonces la distancia de la zona muerta es al menos de 4mm. 6.- Registrar esta distancia en la hoja de especificaciones.

Profundidad y penetración Procedimiento: 1.- Aplicar gel acoplador para realizar el rastreo en la membrana. 2. Coloque el transductor en la membrana de exploración 3.- Ajuste el instrumento (ganancia, TGC, etc.) ver práctica 1 (ubicada en Seminario de Proyecto / Practica # 1), y conservar todos los ajustes subsecuentes a la prueba. 4.- Alinear el transductor para maximizar los blancos en nivel de intensidad. 5.- Mientras se este realizando el rastreo, observar donde la dispersión dentro del fondo del material desaparece. 6.- Congele la imagen. 7.- Con la tecla DIST mida la distancia entre la fuente de escaneo y el último eco identificable. Nota: los alambres no pueden ser vistos uniformemente a través de la dispersión. 8.- Registre esta distancia en la hoja de datos y compare con la profundidad de la línea de base.

Calibración de distancia vertical

La distancia vertical esta definida como la distancia a lo largo del eje del haz. La distancia es usada para medir áreas, volúmenes, profundidad y tamaño del objeto. Las medidas correctas son necesarias para un buen diagnóstico. El plano vertical de los blancos permite evaluar una medida vertical confiable.

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ULTRASONIDO Procedimiento: 1.- Aplicar gel acoplador para realizar el rastreo en la membrana. 2.- Posicionar el transductor sobre el plano vertical de los blancos y perpendicular a las cuerdas (las cuerdas tienen que aparecer como puntos no como líneas). No aplicar demasiada presión con el transductor sobre la membrana ya que esto puede comprimir los blancos y dar una medida incorrecta. 3.- Ajuste el instrumento (ganancia, TGC, etc.) ver práctica 1 ubicada en Seminario de Proyecto / Practica # 1, y conservar todos los ajustes subsecuentes a la prueba. 4.- Alinear el transductor tal que se observen todos los blancos con su máximo nivel de intensidad. 5.- Congelar la imagen y obtener una copia de ella. 6.- Con la tecla DIST mida la distancia entre dos cuerdas a varias profundidades o despliegue una imagen con todos los puntos. 7.-Registre estas medidas. 8.-Compare los valores obtenidos con las distancias de línea de base registradas.

Resolución Axial

La resolución axial esta definida como la habilidad de sistema de ultrasonido de distinguir objetos próximos a lo largo del haz. En otras palabras, que tan próximos están dos objetos a lo largo de la dirección de haz, de manera que puedan ser detectados como dos objetos distintos, ver la figura 15.

La resolución axial consiste en seis pares paralelos de blancos de 0.1mm de

diámetro, las cuerdas horizontales están espaciadas 6mm a partir de centro a centro. La distancia vertical entre cada par de cuerdas es 5,4,3,2,1 y 0.5 mm de centro a centro . Estos blancos están designados para determinar la resolución axial con capacidad de profundidad de 3 cm en este fantoma (modelo 44).

La resolución axial es proporcional a la longitud del pulso ultrasónico transmitido.

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Figura 15. Distribución de los blancos para determinar resolución axial.

Procedimiento: 1.- Aplicar gel acoplador para realizar el rastreo en la membrana. 2.- Posicionar el transductor sobre el fantoma del lado izquierdo para la resolución axial y perpendicular a las cuerdas; (las cuerdas tienen que aparecer como puntos no como líneas). 3.- Ajuste el instrumento (ganancia, TGC, etc.); ver práctica 1 ubicada en Seminario de Proyecto / Practica # 1, y conservar todos los ajustes subsecuentes a la prueba. 4.- Alinear el transductor tal que se observen todos los blancos con su máximo nivel de intensidad. 5.- Congelar la imagen y obtener una copia de ella. 6.- Examinar la imagen y determinar hasta que par de cuerdas se observan como dos entidades. Si la separación mínima que se puede observar entre dos blancos es de 1mm, entonces la resolución axial esta “entre 0.5mm y 1mm”. 7.-Registre estas medidas.

Resolución lateral de los blancos

La resolución lateral es similar a la resolución axial excepto con la resolución perpendicular del eje del haz. La resolución lateral puede mejorar al disminuir el grosor del haz.

Estos blancos están posicionados a una profundidad de 3cm y 10cm en este fantoma

(modelo 44). Hay cinco cuerdas paralelas horizontales espaciadas exactamente las siguientes distancias 5, 4, 3, 2, y 1 mm de centro a centro. Estos blancos están diseñados exactamente para determinar la resolución lateral de la imagen del sistema, ver la figura 16.

85

ULTRASONIDO

Figura 16. Distribución de los blancos para determinar resolución lateral.

Procedimiento: 1.- Aplicar gel acoplador para realizar el rastreo en la membrana. 2.- Posicionar el transductor sobre el fantoma del lado derecho para la resolución lateral y perpendicular a las cuerdas, (las cuerdas tienen que aparecer como puntos no como líneas). 3.- Ajustar los parámetros del instrumento, (ganancia, TGC, parámetros de salida), ver práctica 1 (ubicada en Seminario de Proyecto / Practica # 1), y conservar todos los ajustes subsecuentes a la prueba. 4.- Alinear el transductor tal que se observen todos los blancos con su máximo nivel de intensidad. 5.- Congelar la imagen y obtener una copia de la imagen. 6.- Examinar la imagen y determinar hasta que par de cuerdas se observan como dos entidades diferentes. 7.- Registrar esta distancia como la resolución lateral.

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ANALISIS Y RESULTADOS Uniformidad

Figura 17. Imagen obtenida para determinar la uniformidad.

En la prueba de uniformidad (Figura 17), observamos que la intensidad de los ecos

desplegados a la misma profundidad es constante, por lo que podemos asegurar que los cristales del transductor están funcionando correctamente. Resolución del campo cercano

Figura 18. Imagen obtenida sin cama de agua* y con cama de agua.

*La cama de agua consiste de un guante de látex lleno de agua, amarrado de un extremo, de manera que no contenga aire en su interior.

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ULTRASONIDO En la prueba del campo cercano, se obtuvo una distancia desde la fase de contacto

del transductor al primer punto identificable de 16.9 mm, con esta imagen no se podían observar todos los blancos para determinar el campo cercano y la zona muerta, pero al colocar una cama de agua en la membrana del fantoma para poder observar los puntos que determinan el campo cercano, ya se pudieron distinguir estos blancos, y se observó que la distancia entre dos puntos centrales del fantoma es de 1cm, por lo tanto, se concluye que el transductor no puede detectar los primeros 3 mm. Por lo tanto: Zona muerta = 3 mm + 16.9 mm = 19.9 mm.

En la segunda imagen se colocó una cama de agua* en la membrana del fantoma, para observar los objetos más cercanos al transductor que no se podían observar en la imagen anterior, obteniendo la distancia entre dos puntos de 9.9 mm. Profundidad y penetración

Figura 19. Imagen obtenida para determinar la profundidad a 3.5 y 2.5 MHz.

En la figura 19, la primera imagen, se obtuvo con una frecuencia del transductor de

3.5 MHz, y al medir la distancia desde la fuente de escaneo al ultimo eco identificable, se tiene una profundidad de 146mm, la segunda imagen se obtuvo con una frecuencia del transductor de 2.5 MHz, para tener una mayor profundidad y al medir la distancia desde la fuente de escaneo al ultimo eco identificable, se tiene una profundidad de 147 mm.

88

SEMINARIO DE PROYECTO Calibración de la distancia vertical

Figura 20. Imagen obtenida para determinar la distancia vertical.

En la figura 20, se observan los blancos de 4, 6 y 8 mm de diámetro para determinar

la distancia vertical.

Figura 21. Medición de la distancia entre blancos para determinar la distancia vertical.

En la figura 21, se determina la distancia vertical entre cada par de blancos, de 20.1

mm para los puntos negros, y 20.0 mm para los puntos blancos.

89

ULTRASONIDO Resolución Axial

Figura 22. Imagen obtenida para determinar la resolución axial a 3.5 y 5.0 MHz.

En la figura 22, en la primer imagen se pueden ver los pares de blancos, para determinar la resolución axial, esta imagen se obtuvo con una frecuencia del transductor de 3.5 MHz. En la segunda imagen, también se observan los pares de blancos, pero esta imagen se obtuvo con una frecuencia del transductor de 5.0 MHz.

Figura 23. Medición de máxima y mínima distancia observada entre

dos blancos, para determinar la resolución axial.

En la figura 23, se determina la distancia entre el par de cuerdas que se observan como dos entidades. Las medidas corresponden a la separación máxima entre el primer par que es de 4.9 mm y la separación de los blancos que todavía se pueden ver como dos entidades y que corresponde a 0.9 mm.

90

SEMINARIO DE PROYECTO En la prueba para determinar la resolución axial, la distancia que se obtuvo fue de

1mm, esta distancia corresponde a la mínima en donde se pueden observar dos puntos como dos entidades diferentes. La resolución que nos proporciona el fabricante es del 10% en mediciones menores o iguales a 2cm, que seria aproximadamente de 0.2cm y la obtenida realizando la prueba con fantoma es de 0.5 a 1mm. Resolución Lateral

Figura 24. Imagen obtenida para determinar la resolución lateral a 3.5 y 5.0 MHz. En la figura 24, en la imagen de la izquierda se pueden ver los pares de blancos.

Para determinar la resolución lateral, esta imagen se obtuvo con una frecuencia del transductor de 3.5 MHz. En la segunda imagen también se observan los pares de blancos, pero esta imagen se obtuvo con una frecuencia del transductor de 5.0 MHz.

Figura 25. Medición de máxima y mínima distancia observada entre

dos blancos, para determinar la resolución lateral.

91

ULTRASONIDO En la figura 25, se determina la distancia entre el par de cuerdas que se observan

como dos entidades, las medidas corresponden a la separación máxima entre el primer par que es de 5.1mm y la separación de los blancos que todavía se pueden ver como dos entidades y corresponde a 2.1mm.

En la prueba para determinar la resolución lateral, la mínima distancia que se

obtuvo fue de 2mm, esta distancia corresponde a la mínima distancia en donde se pueden observar dos puntos como dos entidades diferentes. La resolución que nos proporciona el fabricante es del 10% en mediciones menores o iguales a 2cm, en la resolución lateral obtenida en la prueba con fantoma es de 2mm.

Tabla de resultados de las pruebas realizadas En la tabla 1, se resumen los resultados obtenidos.

PRUEBA RESULTADOS COMENTARIOS Uniformidad Intensidad constante Los blancos de igual

profundidad, son desplegados con la misma intensidad.

Campo Cercano No se puede ver el campo cercano

La medida obtenida de la zona muerta corresponde a 16.9mm, mas 0.3 mm que no puede observar el transductor.

Profundidad o Penetración 146 mm a 3.5 MHz 147 mm a 2.5 MHz

Profundidad obtenida hasta el último eco desplegado.

Distancia Vertical 20 y 20.1 mm Medidas obtenidas en cuatro pares de blancos.

Resolución Axial 1 mm Distancia mínima observada entre dos cuerdas

Resolución Lateral 2 mm Distancia mínima observada entre dos cuerdas

Tabla 1. Resultados obtenidos en las pruebas realizadas.

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PRUEBA RESULTADOS COMENTARIOS Uniformidad

Campo Cercano

Profundidad o Penetración

Distancia Vertical

Resolución Axial

Resolución Lateral

Las medidas obtenidas tienen una precisión según el fabricante del equipo de: ± 10% para medidas de distancia menores a 2 cm.

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ULTRASONIDO

CONCLUSIONES

Con las pruebas realizadas anteriormente se puede comprobar la calidad y limitaciones del equipo. Los resultados de estas pruebas dependerán mucho de la experiencia del operador en la forma de rastreo para obtener una buena imagen, y distinguir los puntos como tales. Otra característica que influye en las mediciones es debida a la colocación del cursor al tomar la medida.

Esta práctica tiene una importante aplicación en el control de calidad de los equipos, debido a que se puede observar que tipo de mediciones se pueden hacer y cuales no, de acuerdo a esto, el ultrasonografista podrá tener una visión mas clara de las limitaciones del equipo que esta utilizando, y determinar si es el equipo es el adecuada o necesita un equipo con mejor precisión.

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PRÁCTICA #4: “ULTRASONIDO MODO DOPPLER” OBJETIVO GENERAL: Comprender las bases del ultrasonido en modo Doppler. OBJETIVOS PARTICULARES:

Introducción de conceptos teóricos del efecto Doppler en ultrasonografía. Determinar cómo afecta la posición y ángulo del transductor en la medición de la

velocidad, con el ultrasonido en modo Doppler. Presentar un ejemplo práctico en donde s aplique los conceptos teóricos. Simular la circulación de la sangre con la construcción de un sistema que permita

hacer una medición de velocidad en modo Doppler (simulando el flujo de agua como si fuera el flujo sanguíneo).

RESUMEN

Con esta práctica se pretende introducir los conceptos teóricos de efecto Doppler, así como algunos factores o parámetros que pueden afectar la medición de velocidad. Esto es importante para obtener mediciones confiables de velocidad de flujo.

El enfoque de la práctica es mostrar los parámetros Doppler y cuales afectan a la medición. ESQUEMA TEÓRICO Efecto Doppler en Ultrasonografía

En Ultrasonografía se aprovecha el Efecto Doppler para la evaluación del flujo

sanguíneo. El movimiento relativo necesario para el efecto Doppler se aplica en la medición de la velocidad por el desplazamiento de las células sanguíneas (CS). Alrededor del 40% del volumen sanguíneo son células y a dicho porcentaje se lo denomina Hematocrito. Los Eritrocitos, Hematíes o simplemente Glóbulos Rojos constituyen el 99% del Hematocrito y son las células dominantes en la circulación sanguínea.

95

ULTRASONIDO

El proceso de emisión y recepción de ondas ultrasónicas sobre las CS hace que el efecto Doppler se manifieste en dos instantes. El primer instante el Corrimiento de Frecuencias, se produce cuando el transductor emite ondas hacia el vaso donde se desplazan las CS. Estás actúan como un “observador corriendo” hacia la fuente sonora en reposo – transductor -. En el segundo instante el Corrimiento de Frecuencias, ocurre cuando las CS a su vez re-irradian las ondas ultrasónicas hacia el transductor. Las CS actúan como fuente de sonido en movimiento relativo hacia el transductor que en este caso actúa como “observador en reposo”. (Figura 1)

Figura 1. Transmisión y recepción en el efecto Doppler.

Ángulo Doppler

Se define Ángulo de Insonación θ, (también se le nombra Ángulo Doppler), al ángulo que forma el vector de velocidad del flujo sanguíneo y la línea imaginaria que representa a la dirección del haz ultrasónico, (Figura 2).Un vector de velocidad es la representación del desplazamiento del objeto que se mueve (en este caso son CS), éste tiene una dirección, sentido y una magnitud.

96


Figura 2. Ángulo Doppler.

Observando la figura 3, podemos considerar distintos tipos de ángulo Doppler:

Figura 3. Diferentes tipos de ángulo Doppler.

Angulo Doppler θ = 0º : El flujo se acerca al transductor, por lo que el corrimiento

Doppler fd será el máximo valor positivo. Angulo Doppler θ =180º : El flujo se aleja del transductor, por lo que el corrimiento

Doppler fd será el máximo valor negativo. Angulo Doppler θ =90º : Cuando el ángulo es 90º es decir el transductor se ubica

perpendicular al vector de velocidad de flujo, en este caso no hay ninguna diferencia de frecuencias puesto que no hay interacción entre la onda acústica y los reflectores de esa onda que son las CS, por lo tanto NO HAY EFECTO DOPPLER.

97

ULTRASONIDO

Angulo Doppler θ entre 0º y 90º: En este caso para comprender que es lo que ocurre, deberemos descomponer el vector de velocidad de flujo en otros dos vectores (Figura 4), cuyas acciones produzcan el mismo resultado que el vector que pretendemos analizar. La descomposición de ese vector se hará en las dos direcciones cuyo resultado conocemos: paralela al haz US y perpendicular al mismo, tal como está indicado en la figura 4. El vector de velocidad cuya dirección es paralela al haz US tendrá una magnitud V.cos θ y será ésta componente de velocidad la única que producirá efecto Doppler, dado que el vector que tiene dirección perpendicular al haz US no interactúa con las ondas US y por lo tanto, no produce efecto Doppler.

Figura 4. Descomposición del vector velocidad en dos vectores.

Por lo tanto, la siguiente ecuación se le conoce como Ecuación Doppler:

Ecuación 1

Donde:

fd: Corrimiento Doppler de frecuencias (Doppler Shift); es la diferencia entre la frecuencia emitida y la recibida.

fo: Frecuencia del transductor expresada en MHz, por lo tanto es un valor único, definido y que no se modifica si no se cambia la frecuencia del transductor.

c: Velocidad de propagación promedio del sonido en tejidos blandos y es una constante del Equipo Doppler; generalmente se considera un valor de 1540 m/seg.

98


V.cosθ Es la parte proporcional de la Velocidad de las Células Sanguíneas (CS), que realmente interactúa con el Equipo Doppler, es decir, es la proyección del vector de Velocidad V sobre el eje de propagación del haz de Ultrasonido. Será inferior al verdadero valor de Velocidad de flujo sanguíneo puesto que está afectado por el cosθ.

Relación entre el Ángulo Doppler y el Corrimiento Doppler

Supongamos un flujo sanguíneo constante de 1m/seg. La frecuencia central de nuestro transductor es 5 Mhz, y aplicando la Ecuación 1 vemos que el valor obtenido para fd cuando θ es 60º es la mitad que el valor obtenido cuando el ángulo es 0º. (Figura 5)

Figura 5. Relación entre el corrimiento y ángulo Doppler.

Recordemos que la única dirección de velocidad de flujo que “aporta efecto Doppler” es paralela a la dirección de propagación del sonido. Si tratamos de interpretar lo que ocurre con nuestro ejemplo, veremos que el Corrimiento Doppler fd para 60º, equivaldría a estar midiendo un flujo paralelo a la línea de propagación del haz US (ángulo 0º) pero cuya velocidad es la mitad a la que realmente existe. Este comportamiento se debe a la relación existente entre el ángulo de Doppler y el Corrimiento Doppler.

99

ULTRASONIDO

Corrección del Ángulo Doppler

El equipo Doppler “no sabe” que hay un ángulo de incidencia; para él sólo existen flujos que son paralelos a la línea de propagación del sonido.

Por lo tanto el operador deberá indicarle al equipo Doppler, de alguna manera, que ese flujo no es paralelo y que existe un cierto ángulo (ángulo Doppler), entre la línea de propagación y el vector de flujo. Esto se conoce como Corrección del ángulo Doppler.

La velocidad que interpretará el equipo Doppler, Vp, es una proporción de la

Velocidad real V, dado que está afectada por el coseno del ángulo Doppler y la podemos expresar matemáticamente como:

Ecuación 2

Para obtener la Velocidad real de flujo, V, el equipo obtendrá el cociente entre la velocidad Vp y el cos θ. Este último factor deberá ser el que le indique el operador mediante la Corrección del Ángulo. Por lo tanto la medición de velocidad será tanto más exacta cuanto mayor sea la habilidad que posea el operador del equipo en corregir manualmente dicho ángulo.

La corrección del ángulo consiste en una estimación gráfica que hace el operador, a partir de la orientación de una línea sobre la zona del vaso que visualiza en la Imagen Modo B del equipo. Dicha línea se debe ubicar en forma paralela a las paredes del vaso para uno que sea longitudinal y sin obstrucciones. El equipo Doppler posee sobre su panel de comandos algún tipo de control o perilla con una nomenclatura similar a ANGLE CORRECTION que permite realizar esa operación de corrección.

La medición de velocidad será entonces más exacta, cuanto mejor sea la coincidencia de esa línea que brinda el ANGLE CORRECTION con el vector de velocidad que el operador supone como real.

Recordando las propiedades del coseno vemos que para ángulos cercanos a 90º, el Corrimiento Doppler fd se hace muy pequeño siendo la medición no confiable, por lo tanto no es aconsejable efectuar mediciones de velocidad cuando los ángulos son superiores a los 60º.

100

SEMINARIO DE PROYECTO Respecto de la Corrección del Ángulo Doppler podemos concluir lo siguiente: 1. No se cometen errores apreciables si se omite la corrección cuando el ángulo es menor a los 20º. Esta situación ocurre cuando se estudian velocidades en las cámaras cardíacas efectuando cortes anatómicos en forma apical donde el flujo es, generalmente, bastante paralelo a la dirección de propagación del sonido. Por lo tanto dicha omisión arrojaría un error menor al 5%. 2. No se deberían efectuar mediciones de velocidad por encima de los 60º. Un pequeño error cometido en el ángulo de la línea de corrección lleva a errores grandes en la medición de velocidad, (mayores al 15%). En este caso se deberá realizar una nueva medición tratando previamente de obtener un ángulo Doppler menor, por ejemplo, reubicando el transductor o utilizando técnicas denominadas Steering en transductores lineales. 3. Si el ángulo está comprendido entre los 20º y 60º se debe corregir necesariamente. 4. Si las mediciones de velocidad son relativas, por ejemplo en la medición del Índice de Resistencia o de la relación Sístole/Diástole, no se comete error si no se corrige, dado que como las velocidades relativas son cocientes de dos magnitudes, el error cometido en el numerador (sístole) será igual al del denominador (diástole), por lo tanto no habrá error de medición. Análisis Espectral

Las CS no se desplazan a una única velocidad, en realidad existe una multiplicidad de velocidades en dichas células. Por lo tanto cada una de las CS que componen el flujo sanguíneo producirá su efecto generándose así múltiples Corrimientos de Frecuencias. La información aportada por el conjunto de CS retornará al equipo Doppler como una onda compleja, el eco, y contendrá implícitamente los datos de velocidad de todas las CS moviéndose dentro de la zona de estudio.

Al conjunto de componentes de frecuencias individuales y sus respectivas amplitudes se le conoce como Espectro de Frecuencias. Cada frecuencia individual encontrada por el equipo Doppler corresponderá a un único valor de velocidad, dada por la Ecuación Doppler, y la amplitud asociada con esa frecuencia (velocidad), será proporcional al conjunto de CS desplazándose a dicha velocidad.

La unidad física que analiza el eco para encontrar el Espectro de Frecuencias, en el equipo Doppler, se la conoce como Unidad FFT y podemos representarla como una “caja negra” -esto quiere decir que es un bloque que no necesitamos conocer que es lo que tiene en su interior- al cual ingresa la onda compleja, el eco, y cuya salida, luego del análisis de Fourier, es el conjunto de frecuencias y amplitudes individuales de las CS, es decir, el Espectro de Frecuencias. (Figura 6)

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ULTRASONIDO

Figura 6. Espectro de Frecuencias.

Representación del Espectro de Frecuencias

Luego de haber realizado el Análisis Frecuencial y conocer cada frecuencia componente del eco, la tarea del equipo Doppler es convertir dicha frecuencia en velocidad utilizando la ecuación Doppler. (Figura 7). Se puede observar en dicha figura, que se ha despejado matemáticamente la velocidad de flujo.

Figura 7. Ecuación Doppler.

Para poder representar gráficamente el Espectro de Velocidades, el equipo Doppler

toma un rango de velocidades y los ubica en pequeñas porciones de área de imagen (conjunto de pixels), denominadas celdas de información. La información contenida en cada celda se va ubicando espacialmente a medida que el equipo procesa la información tal cual lo indica la figura 8. La ubicación espacial es bidimensional: el eje y será el eje de velocidad y por lo tanto la altura de la celda será proporcional a la velocidad que tenga esa celda y el eje x será el eje de tiempo que indicará el momento en que una celda cualquiera fue adquirida. Este eje se conoce como Línea de Base. La línea de base separa velocidades positivas y negativas y por convención se toma que las velocidades que están por encima de la línea de base, consideradas positivas, corresponde a flujos que se acercan al transductor, mientras que las velocidades que están por debajo de dicha línea, velocidades negativas, corresponden a flujos que se alejan del transductor.

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Figura 8. Espectro de frecuencia de la señal.

Cada celda de velocidad debe brindar, además de su posición espacial y temporal,

datos referentes al número relativo de cantidad de CS que aportan a dicha velocidad, por lo tanto el brillo con que se representará una celda cualquiera, será proporcional a la cantidad de CS que aportan a dicha celda en el tiempo considerado.

Resumiendo podemos decir que la información que nos brinda el espectro de frecuencias (velocidades) es: 1.Velocidad de las CS calculada a partir del análisis frecuencial. 2.Dirección de Flujo: por encima de la línea de base, flujos que se acercan al transductor, y por debajo de la línea de base flujos que se alejan del transductor. 3.Tiempo de la velocidad instantánea adquirida. 4.Brillo cuanto más intenso sea el brillo mayor será la cantidad de CS moviéndose a la velocidad representada por la celda. La figura 9, nos brinda un ejemplo real de la representación del espectro de velocidades.

Figura 9. Representación del espectro de velocidades.

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ULTRASONIDO Doppler Continuo

Esta técnica utiliza un transductor especial que constructivamente está diseñado para realizar en forma simultánea la Transmisión y la Recepción de ondas ultrasónicas. (Figura 10)

Figura 10. Transductor para Doppler Continuo.

Este tipo de transductor posee dos conjuntos de cristales piezoeléctricos: uno de ellos actúa en la transmisión, donde los cristales son “excitados” con pulsos eléctricos para generar una OUS continua que avanza hacia la región que se quiere evaluar; mientras que el otro conjunto en forma simultánea e in-interrumpida recibe el eco que contendrá el corrimiento de frecuencias Doppler, fd.

Figura 11. Doppler Continuo.

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Como resultado de esta continuidad de la OUS, el flujo sanguíneo ubicado sobre la zona de interacción del haz US será recibido, analizado y mostrado en pantalla por el Ecógrafo, sin indicación de la profundidad desde donde esos Corrimientos de Frecuencia Doppler ocurren. Por lo tanto éste método carecerá de Resolución de Rango de Profundidades.

Por el contrario, la gran ventaja de este método es que no hay límite para la medición de velocidades, lo cual lo hace apto para la evaluación de flujos de alta velocidad tales como los que ocurren en las patologías cardíacas. En realidad este límite existe y es la mitad de la velocidad de propagación del sonido en tejidos blandos, es decir unos 750 m/seg, velocidad totalmente inalcanzable dentro del cuerpo humano.

105

ULTRASONIDO


Equipo de Ultrasonido ESAOTEBIOMEDICA AU530. Fantoma Doppler (Model 43 Doppler String Phantom). Agua, regla, tijeras, marcadores, cinta adhesiva, silicón y escuadra. 6 recipientes de unicel iguales. 4 metros de manguera flexible y transparente de una pulgada. 15 litros de aceite comestible. Flexómetro. Pistola de silicón. Bomba para filtro de pecera, con conector de pulgada. Mesa en donde se pueda montar el sistema, de manera que se pueda tener el equipo

de ultrasonido y el sistema cerca.

Figura 12. Material requerido.

METODOLOGÍA 1.- Leer el documento “Ultrasonido” y “Detección del error en el equipo ESAOTE BIOMEDICA AU530” (ubicado en la carpeta Seminario de Proyecto /Determinación del error), para familiarizarse con los conceptos necesarios para la realización de la práctica. 2.-A continuación consultar las funciones de Ganancia Doppler, Ángulo Doppler y la tecla para Doppler Continuo (CW). Estas funciones se encuentran en el manual de usuario del equipo ESAOTE AU530 (ubicado en la carpeta Seminario de Proyecto).

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SEMINARIO DE PROYECTO DESARROLLO PRÁCTICO

Hacer dos orificios laterales aproximadamente a 10cm de profundidad en cada recipiente, y pasar la manguera a través de ellos como se muestra en la figura 13. Posteriormente colocar una marca de nivel de aceite con la cinta adhesiva, marcar cada recipiente con un número y colocar los recipientes equidistantes con una distancia aproximada de 18cm, como se muestra en la figura 14.

Figura 13. Colocación de la manguera. Figura 14. Colocación del Sistema.

Sellar la manguera por dentro y por fuera en cada uno de los recipientes con silicón,

para evitar fugas como se muestra en la figura 15.

Figura 15. Sellado de la manguera.

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ULTRASONIDO

Colocar el transductor en el brazo del fantoma Doppler, con un ángulo de 45 con respecto al líquido que fluye dentro de la manguera.

Figura 16. Colocación del transductor, y del sistema.

Llenar los tanques con el aceite hasta el nivel que se fijó, (figura 17).

Figura 17. Llenado de los tanques.

Conectar la bomba en un extremo de la manguera y el otro extremo sumergirlo en la cubeta con agua como se muestra en la figura 18, con esto se tendrá un circuito cerrado por donde fluye el agua.

Figura 18. Colocación de la bomba.

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SEMINARIO DE PROYECTO Procedimiento para la utilización del equipo

Encender el equipo de ultrasonido (ingresando fecha y hora). Elegir modo vascular como se muestra en la figura 19.

Figura 19. Elección de modo.

Presionar la tecla FREEZE, para elegir modo Doppler Continuo (tecla CW). Ajustar el campo de visión a 59.9 mm. (tecla ZOOM). Presionar la tecla FREEZE. Conectar la bomba para que el agua circule por la manguera. Presionar la tecla FREEZE. Registrar la velocidad obtenida, colocando el cursor en el punto más alto.

Se registrará la velocidad instantánea y media para cada uno de los recipientes,

repitiendo 10 veces las mediciones con el mismo ángulo para cada recipiente.

109

ULTRASONIDO ANÁLISIS Y RESULTADOS OBTENIDOS

Recipiente 1 Medición

Velocidad Instantánea

(m/s)

Velocidad Media

(m/s) 1 1,14 1,15 2 1,22 1,15 3 1,14 1,07 4 0,69 0,76 5 1,14 1,08 6 1,26 1,07 8 1,26 1,19 9 0,57 0,53

10 0,67 1,2 Promedios 1,01 1,022

Tabla 1. Velocidades obtenidas en el recipiente 1. Figura 20. Medición Doppler en el recipiente 1.

Como se observa en la tabla anterior, los valores de velocidad en el primer recipiente tienen variaciones significativas, entre el valor máximo y mínimo de 0.69 m/s para la velocidad instantánea, aunque para el promedio de ambas velocidades hay una diferencia de 0.012 m/s lo cual no es muy significativo.

Recipiente 2 MediciónVelocidad

Instantánea (m/s)

Velocidad Media

(m/s) 1 1,07 1,04 2 1,03 1,04 3 0,99 0,96 4 1,03 1,04 5 0,99 1 6 1,03 1 7 0,95 1 8 1,07 1,04 9 1,07 1,05

10 0,99 1

Promedios 1,022 1,017 Tabla 2. Velocidades obtenidas en el recipiente 2. Figura 21. Medición Doppler en el recipiente 2. Promedio diferencia de 0.005 m/s

110


Tabla 3. Velocidades obtenidas en el recipiente 3. Figura 22. Medición Doppler en el recipiente 3. Promedio diferencia de 0.001 m/s



Velocidad Instantánea (m/s)

Velocidad Media

(m/s) 1 1,07 1,12 2 1,11 1,11 3 1,07 1,04 4 1,11 1,08 5 1,07 1,08 6 1,07 1,08 7 1,07 1,04 8 1,11 1,19 9 1,14 1,08

10 1,03 1,04

Promedios 1,085 1,086



Velocidad Media (m/s)

1 1,03 1,05

2 1,07 1,04

3 1,03 1,04

4 1,03 1,04

5 0,99 1

6 0,99 1 8 1,03 1,04 9 1,03 1,04

10 1,03 1,08


111

ULTRASONIDO





Velocidad Media

(m/s) 1 1,07 1,08

2 1,11 1,12 3 1,11 1,12 4 1,11 1,08 5 1,07 1,08 6 1,03 1,04 7 0,99 1 8 0,99 1,04 9 0,99 1

10 1,07 1,08




Velocidad Media (m/s)

1 0,92 1 2 0,99 1 3 1,03 1 4 1,07 1,04 5 1,03 1 6 0,99 1,04 7 0,99 1,04 8 1,03 1,08 9 0,95 1

10 0,99 1,04


112

SEMINARIO DE PROYECTO En la tabla 7, se tiene el promedio de la velocidad instantánea y media para cada

recipiente.

Vel. Instantánea (m/s) Vel Media (m/s) Longitud de la manguera (cm)

1,01 1,022 351,022 1,017 851,085 1,086 1351,025 1,036 1851,054 1,064 2200,999 1,024 265

Tabla 7. Velocidades promedio.

Grafica 1. Velocidad media promedio vs longitud de la manguera.

Grafica 2. Velocidad instantánea promedio vs longitud de la manguera.

113

ULTRASONIDO

PRACTICA #5: “ARTEFACTOS” OBJETIVO GENERAL: Observar los diferentes tipos de artefactos mas comunes en ultrasonografia. OBJETIVOS PARTICULARES:

Observar las principales causas que provocan artefactos en las imágenes de ultrasonido.

RESUMEN

En esta práctica se pretende mostrar al operador de un equipo de ultrasonido los artefactos más comunes. Esto es importante ya que una imagen con artefactos proporciona información errónea de la estructura que se esta observando, por lo tanto no es optima para determinar un diagnostico confiable. ESQUEMA TEÓRICO ¿Que son los artefactos?

Existen dos tipos diferentes de artefactos: - Objetos que se ven en la imagen, pero que no existen. - Pérdidas de ecos por objetos existentes.

Los artefactos siempre existen, sin embargo, algunos no son importantes en la evaluación.

Razón de los artefactos - Comportamiento físico del Ultrasonido. - Condiciones de manejo del escaneo. - Programación incorrecta del equipo. Razones más frecuentes de una imagen incorrecta - La selección del transductor para realizar el escaneo. - Selección de los ajustes del sistema - Gel de contacto.

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Los artefactos del Ultrasonido pueden minimizarse algunas veces con:

- Cambio en la selección de la frecuencia. - Cambio en la selección del foco. - Cambio en la aplicación del transductor. - Utilización del gel de acoplamiento. - Remoción del aire. Programación del sistema - Ajustar brillo y contraste en cada imagen. - Ajustar la ganancia total y TGC. - Ajustar el foco. - Cambiar la profundidad de escaneo y el ángulo. - Usar la frecuencia más alta posible.

Otras consideraciones - Usar gel o aceite vegetal a temperatura adecuada. - No utilizar demasiado gel.

Escanear despacio y no mover la sonda muy rápido - Recorrer todos los órganos en orden para no olvidar anormalidades - Tomar las imágenes en forma ordenada y estandarizada - Usar guantes y ropa de protección para prevenir contaminaciones e infecciones.

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ULTRASONIDO

A continuación mostraremos una serie de imágenes, en las cuales, se observan los artefactos más comunes.

Figura 1. Imagen de referencia.

Figura 2. Artefacto por mal acoplamiento. Figura 3. Artefacto por interfase con aire.

Figura 4. Artefacto tomado entre costillas. Figura 5. Artefacto por mal ajuste de ganancia.

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Figura 6. Artefacto por desajuste del campo Figura 7. Artefacto con transductor cercano. convexo.

Figura 8. Artefacto por movimiento del Transductor.

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ULTRASONIDO


Equipo de Ultrasonido ESAOTEBIOMEDICA AU530. Fantoma (General Purpose Multi-Tissue Ultrasound Phantom Model 40). Gel acústico. Guantes de látex. Agua. Un pez (mojarra).

Figura 9. Material requerido.

METODOLOGÍA 1.- Leer el documento “Ultrasonido” ubicado en la carpeta Seminario de Proyecto, para familiarizarse con los conceptos necesarios para la realización de la práctica. 2.-A continuación consultar la práctica 1, que menciona el método ajuste de Ganancia Compensada en Tiempo, Ganancia total y los controles de contraste y brillo del monitor. Estas funciones se encuentran en el manual de usuario del equipo ESAOTE AU530 (ubicado en la carpeta Seminario de Proyecto).

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SEMINARIO DE PROYECTO DESARROLLO PRÁCTICO

Encender el equipo de ultrasonido (ingresando fecha y hora). Elegir modo abdominal como se muestra en la figura 10, se elige modo abdominal

para tener mayor penetración.

Figura 10. Elección de modo. Procedimiento para observar artefactos provocados al aplicar poco gel

Ajuste Ganancia Compensada en Tiempo, Ganancia total y los controles de contraste y brillo del monitor de acuerdo con la práctica 1.

Aplique poco gel en la membrana del fantoma, como se muestra en la figura 11. Coloque el transductor sobre la mojarra, de manera que no presione demasiado. Congele y observe la imagen desplegada.

Figura 11. Aplicación de gel en el transductor.

Procedimiento para observar artefactos provocados en una interface con aire.


Introduzca agua al guante de látex de manera que contenga aire y amárrelo, como se muestra en la figura 12.

Coloque la cama de agua sobre la mojarra y haga un rastreo sobre la cama de agua como se muestra en la figura 13.

Congele y observe la imagen desplegada.

119

ULTRASONIDO

Figura 12. Cama de agua con aire. Figura 13. Colocación de cama de agua en la mojarra. Procedimiento para observar artefactos provocados por mal ajuste de los controles de contraste y brillo del monitor.


Llene el tanque con agua e introduzca la mojarra, de manera que no flote, como se observa en la figura 14.

Figura 14. Colocación de la mojarra.

Coloque el transductor sobre la mojarra, con una separación aproximada de 6 cm. Aumente considerablemente los controles de brillo y contraste del monitor. Congele y observe la imagen desplegada.

Procedimiento para observar artefactos provocados por mal ajuste del control de Ganancia total.



Aumentar el control de Ganancia total cercano al máximo. Coloque el transductor sobre la mojarra. Congele y observe la imagen desplegada.

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SEMINARIO DE PROYECTO Procedimiento para observar artefactos provocados por mal ajuste de los controles de Ganancia Compensada en tiempo.

Ajuste Ganancia Compensada en Tiempo, Ganancia total y los controles de contraste y brillo del monitor de acuerdo con la practica 1.


Aumentar el control de Ganancia Compensada en Tiempo en el campo cercano. Coloque el transductor sobre la mojarra. Congele y observe la imagen desplegada.

Procedimiento para observar artefactos provocados por tipo de transductor.

Ajuste Ganancia Compensada en Tiempo, Ganancia total y los controles de contraste y brillo del monitor de acuerdo con la practica 1.


Aumentar el control de Ganancia total cercano al máximo. Coloque el transductor que apenas toque la mojarra. Congele y observe la imagen desplegada.

121

ULTRASONIDO ANALISIS Y RESULTADOS OBTENIDOS

Figura 15. Artefacto por poco gel.

Esta imagen muestra hacia la derecha que no se cuenta con suficiente gel de

contacto y que el aire entre el transductor y la membrana no permite que pase el haz ultrasónico.

Figura 16. Artefacto por aire.

Debido a la cama de agua con aire, las ondas sonoras cuentan con muy poca

atenuación, en comparación con las ondas sonoras que deben pasar a través del tejido normal. Por consiguiente, el área debajo de la cama de agua con aire, proporciona muy poca información, es decir, no se puede observar con claridad el contorno de la mojarra.

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Figura 17. Artefacto por desajuste de contraste y brillo.

Esta imagen demuestra que los ajustes del sistema no son los correctos, ya que el

contorno de la mojarra no esta bien definido por que se tiene una saturación en los niveles de grises.

Figura 18. Artefacto por desajuste de ganancia total.

Esta imagen está hecha con un ajuste equivocado de la ganancia total porque

demasiadas áreas escaneadas se presentan completamente blancas, por consiguiente, se debe de reducir la ganancia.

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ULTRASONIDO

Figura 19. Artefacto por desajuste de TGC.

En esta imagen, la ganancia total ha sido graduada correctamente, sin embargo, se

observa que el campo cercano está demasiado brillante, por consiguiente, se debe corregir la ganancia compensada en tiempo.

Figura 20. Artefacto producido por transductores convexos.

Esta imagen evidencia los artefactos de transductores convexos ya que se observa

líneas de rastreo, estas se observan en la parte central derecha.

124


Figura 21. Imagen de referencia.

Esta imagen fue obtenida con los parámetros óptimos para que se compare con las imágenes obtenidas con parámetros no adecuados.

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ULTRASONIDO CONCLUSIONES

Con las imágenes obtenidas anteriormente, se resaltan los artefactos más comunes y las características que los producen.

Esto es muy importante para poder identificar cada uno de los artefactos, ya que al tomar una imagen se podrá distinguir entre la información útil ó un artefacto.

Una vez identificado el tipo de artefacto se podrán saber las causas que lo producen, con esto se podrán corregir los parámetros del sistema, posición del transductor, aplicación de gel acústico y forma de rastreo para obtener una buena imagen, que nos proporcione información real y útil.

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Conclusiones

Durante la realización de este trabajo, nos dimos cuenta que la teoría vista en la UEA Imagenología Médica sobre este tema, es muy poca para poder entender las bases físicas del ultrasonido así como la utilización del equipo (ESAOTEBIOMEDIDA AU530), ya que hay varios parámetros que se tienen que entender y ajustar adecuadamente para obtener una buena imagen que contenga información útil. Como primer objetivo de este proyecto fue determinar el error Doppler; para esto se realizaron una serie de pruebas utilizando el fantoma Model 43 Doppler String Pantom utilizando los siguientes parámetros: posición del transductor, ganancia, profundidad, posición del cursor, ganancia compensada en tiempo y ángulo Doppler. En el apéndice se muestra el desarrollo y los resultados obtenidos.

Con la realización de una serie de pruebas se obtuvieron un conjunto de graficas con

diferentes parámetros, con las que se puede concluir que el parámetro más importante para determinar el error es la corrección del ángulo Doppler. Colocando el transductor a 45º de la cuerda y variando el ángulo de corrección para la onda senoidal, triangular y rampa, a las velocidades de 100m/s, 150m/s y 200m/s se obtuvieron las graficas mas representativas XXXVIII a la XLIII, comparando la medición obtenida por el ultrasonido con la que proporciona el fantoma Doppler, se determina que cambiando el ángulo Doppler a 40º el error es del 6% , al alejarse el ángulo de corrección a 55º del ángulo real (45º) el error es del 26% y al alejarse el ángulo de corrección hasta 60º del ángulo real se tiene un error del 40%, por lo tanto se concluye que a medida que ángulo de corrección se aleja del ángulo real, el error de la medición aumenta y mientras que sea lo mas cercano al ángulo real el error en la medición disminuye, por lo tanto se tiene una mejor medida cuando el ángulo de corrección es igual al ángulo real como se muestra en la grafica XL. Este procedimiento muestra la importancia que tiene el ajuste adecuado de algún parámetro para tener el mínimo error en la medición.

Otro objetivo de este proyecto, fue proporcionarles a los estudiantes de Ingeniería

Biomédica una guía que les proporcione un enfoque teórico-practico, y con esto darles las herramientas para el entendimiento de la técnica de ultrasonido, por la importancia que tiene en la actualidad, ya que en el ámbito laboral en la mayoría de las instituciones de salud, el ingeniero biomédico esta aislado de este tipo de tecnología en cuanto al uso y al mantenimiento, esto se debe a que el equipo lo tienen por contrato. Por esto es preciso que el ingeniero tenga el conocimiento necesario para que pueda interactuar con los especialistas involucrados para mejorar y explotar al máximo el equipo, y así proporcionar un servicio de calidad. Para lograr este objetivo se realizaron un conjunto de prácticas que le dan la oportunidad al estudiante de profundizar en las bases físicas de ultrasonido, así como conocer los parámetros más comunes que maneja el ultrasonido para la obtención de imágenes.

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Referencias 1.- Physics and Instrumentation of Diagnostic Medical Ultrasound, Peter Fish. John Wiley & Sons. 2.- Diagnostic Ultrasonics Principles and Use of Instruments, W N Mc Dicken. John Wiley & Sons. 3.- Imagenología médica, Raquel Valdés Cristerna, Joaquín Azpiroz Leehan, Enrique Hernández Matos, Miguel Cadena Méndez. UAMI - http://www.colegus.com/leccion_magistral/doppler/ppiosdoppler.htm#Toc28348927 02/03/2006 - http://cdec.us/html/fisica_del_us.html 05/04/2006 PRACTICA1

[1] http://www.zator.com/Hardware/H9_5.htm#[4] (29/05/06)

[2] http://www.docum.com/tekno/ajustes.htm (19/05/06)

[3] http://www.musselmanphoto.com/es/ajuste.html (19/05/06)

PRACTICA 2

[1] http://www.forp.usp.br/restauradora/temas_endo/temas_cast/ultra_som.html (1/junio/2006). [2] http://www.mevepa.cl/modules.php?name=News&file=article&sid=414 (1/junio/2006). [3] http://comunidad.ciudad.com.ar/argentina/capital_federal/fisioterapia/documentos/ ultrasonido/ introduccion.htm (1/junio/2006). [4] Imagenología Médica. Raquel Valdés Cristerna, Joaquín Azpiroz Leehan, Enrique Hernández Matos, Miguel Cadena Méndez. Primera edición 1995. Editorial Universidad Autónoma Metropolitana. pp 195-202

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SEMINARIO DE PROYECTO PRACTICA 3 - General Purpose Multi-Tissue Ultrasound Phantom Model 044 - http://www.cdvni.org.pdf PRACTICA 4 [1] ESAOTE BIOMEDICA AU530 Manual de Usuario Código 8300003000. [2] DOPPLER ULTRASOUND, PHYSICS INSTRUMENTATION AND SIGNAL PROCESSING David H. Evans, W.Noman McDicken. Second Edition 2000. Editorial John Wiley & Sons, LTD. pp 71-78 [3] http://www.colegus.com/leccionmagistral/doppler/ppiosdoppler.htm#Toce283448927 2/marzo/2006 PRACTICA 5 - http://www.mevepa.cl/modules.php?name=News&file=article&sid=214 23/05/06

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Apéndice

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SEMINARIO DE PROYECTO Imágenes obtenidas a 25º de ángulo de corrección Doppler

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ULTRASONIDO Imágenes obtenidas con el cursor al centro

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SEMINARIO DE PROYECTO Imágenes obtenidas con el cursor a la izquierda y con una profundidad de 140mm

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SEMINARIO DE PROYECTO Imágenes obtenidas con el cursor a la izquierda y con una profundidad de 241mm

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Documents

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