Ultrassom médico
O que é ultrassom
O ultra-som não é muito diferente das ondas sonoras com as quais estamos familiarizados, exceto que não podemos ouvir seu "som". Quando a frequência das ondas sonoras atinge mais de 20 kHz, que está além da faixa que as pessoas normais podem perceber, esse tipo de ondas sonoras é chamado de ultrassom. Da mesma forma, se a frequência de uma onda sonora for menor do que o alcance que os humanos podem ouvir, é uma onda infrassônica. Assim, em outras propriedades físicas, as ondas ultrassônicas são basicamente as mesmas que as ondas sonoras. Onda de ultra-som/som é um tipo de onda mecânica, onda longitudinal e onda de pressão. Ele é propagado pela vibração das partículas, e a vibração das partículas continuará a gerar áreas de pressão relativamente alta e baixa (como mostrado na figura abaixo), e sua direção de vibração é consistente com a direção de propagação, de modo que a propagação de ondas ultrassônicas requer um meio. Sob diferentes meios, a velocidade das ondas ultrassônicas é diferente. Por exemplo, a velocidade no ar é de cerca de 340 metros por segundo, no corpo humano é de cerca de 1540 metros por segundo e a velocidade no vácuo é de 0. O ultrassom tem uma ampla gama de aplicações, principalmente na área médica. Como método não radioativo, o ultrassom pode auxiliar os médicos a fazer um melhor diagnóstico dos pacientes. Ele será expandido em detalhes posteriormente.
Como gerar ultrassom
A geração de ondas ultrassônicas e a geração de ondas sonoras são baseadas no mesmo princípio. Para ondas sonoras, costumamos usar o telefone como exemplo. Ao falar, o som (energia mecânica) é convertido em sinais elétricos (energia elétrica) que viajam para a outra extremidade e, ao ouvir, os sinais elétricos são convertidos novamente em som. Este é exatamente o mesmo que o processo de geração e recepção de ondas ultrassônicas, e seu princípio é o efeito piezoelétrico. O efeito piezoelétrico é que certos materiais, como o quartzo, irão gerar um certo grau de tensão em sua superfície quando submetidos a pressão mecânica; e se aplicarmos uma tensão em sua superfície, ela gerará um certo grau de deformação mecânica. Então, através do controle preciso do sinal elétrico, podemos gerar e receber ondas ultrassônicas. Atualmente, o PZT é o material mais comum usado em instrumentos ultrassônicos. Na operação normal do instrumento, as ondas ultrassônicas geralmente aparecem na forma de pulsos ao invés de ondas contínuas, então, em geral, o PZT recebe o sinal de pulso elétrico, gera uma onda ultrassônica, e então passa a monitorar, e a recepção retorna um depois de outro. Os sinais ultrassônicos são convertidos em sinais elétricos correspondentes para processamento adicional de dados e o ciclo é repetido até que a varredura seja concluída.
Propagação do ultrassom no corpo humano
Como mencionado anteriormente, a velocidade das ondas ultrassônicas no corpo humano é de cerca de 1540 metros por segundo, que na verdade é um valor médio e também é a velocidade de calibração usada pelos instrumentos ultrassônicos na maioria dos casos. Como será mencionado posteriormente, a imagem ultrassonográfica depende da estimativa da velocidade do ultrassom, e sua precisão terá um impacto direto na qualidade da imagem. Então, para diferentes órgãos e tecidos, a velocidade de transmissão é diferente. Por exemplo, é cerca de 1.510 metros por segundo no cérebro, cerca de 1.560 metros por segundo no fígado e rim, 1.570 metros por segundo nos músculos, etc. Estes não são muito diferentes da média. No entanto, a velocidade ultra-sônica na gordura é apenas cerca de 1440 metros por segundo. Essa diferença de velocidade faz com que a qualidade da imagem ultrassônica diminua significativamente para pacientes obesos, portanto, neste caso, o instrumento irá recalibrar ou ajustar dinamicamente a velocidade.
Como o ultrassom é um tipo de onda, ele também produzirá fenômenos físicos relacionados a ondas com vários tecidos e órgãos durante a propagação do corpo humano. Esses fenômenos são a base para imagens com ultra-som. Principalmente transmissão, reflexão, espalhamento e refração. Quando o PZT emite ondas ultrassônicas e encontra órgãos/tecidos humanos, parte das ondas pode penetrar e continuar a se propagar profundamente no corpo humano ao longo da direção original, que é a transmissão e a energia das ondas será parcialmente absorvida no processo; a parte restante das ondas Retornando na direção oposta e sendo recebida pelo PZT, essa parte é a onda refletida, e o sinal dessas ondas refletidas é a principal matéria-prima da imagem; a energia das ondas espalhadas é geralmente muito pequena, e as ondas refratadas irão interferir na imagem. Basicamente, a capacidade do ultra-som de transmitir e a capacidade dos órgãos/tecidos de absorver o ultra-som determina o quão profundo o ultra-som pode "ver". Porque quanto menor a frequência, mais forte a penetração do ultrassom, portanto, quando os médicos precisam ver mais profundamente, eles costumam usar um detector de frequência mais baixa (transdutor), mas a baixa frequência geralmente faz com que a qualidade da imagem seja degradada. Esta é uma troca que precisa ser feita e será discutida em detalhes mais adiante, quando falarmos sobre detectores.
Introdução à imagem de ultra-som médico
Com o aprofundamento das pesquisas e das necessidades médicas, as imagens de ultrassom passaram de apenas 1D para 3D/4D. Os instrumentos de ultrassom agora podem suportar uma variedade de modos de imagem para atender às necessidades de diferentes pacientes e médicos. O seguinte apresenta vários modos de imagem principais.
Modo A: É o chamado 1D, que é o modo mais simples. O detector emite uma onda de ondas ultrassônicas em uma determinada direção, e o instrumento apresenta a equação entre o sinal refletido e a profundidade, e a imagem é semelhante ao sinal que costumamos ver em um osciloscópio. O modo A foi o principal modo dos primeiros instrumentos de ultrassom e é menos usado agora, mas também pode ser usado para guiar ondas de alta energia para tratar tumores durante a cirurgia.
Modo B: B é o brilho aqui. Neste modo, o detector varre uma área e gera uma imagem 2D em escala de cinza. Este é um dos modos mais usados. Quanto mais clara a cor (branco), mais forte o sinal refletido, geralmente a superfície do órgão/tecido, e quanto mais escura a cor (preto), mais fraco o sinal refletido.
Modo M: M é movimento aqui. No modo de movimento, o instrumento realiza varredura e imagens rápidas no modo B, para que o médico possa ver o movimento do órgão, o que é especialmente importante para o diagnóstico relacionado ao coração.
Modo Doppler: modo Doppler, nomeado após o uso do fenômeno Doppler para medir a velocidade de objetos em movimento. No modo Doppler, os médicos podem monitorar o fluxo e a direção do sangue para identificar possíveis lesões nos vasos sanguíneos.
Doppler colorido: este modo pode ser entendido simplesmente como modo B/modo M mais Doppler, ou seja, com base em imagens 2D em tons de cinza, o modo doppler e a calibração de cores são usados para exibir a posição, fluxo sanguíneo, taxa de fluxo e direção dos vasos sanguíneos.
3D/4D: o modo 3D é uma imagem 3D que pode apresentar órgãos/tecidos. Quanto ao 4D, é uma imagem 3D em tempo real. Embora muitos instrumentos de ultrassom avançados implementem modos 3D e 4D, eles geralmente não são muito usados.
