BIOACUSTICA
ondas sonoras APLICACIONES DEL SONIDO EN DIAGNÓSTICO Y TERAPÉUTICA
Sonido • Sonido = movimiento oscilatorio que se •
propaga por diferentes medios materiales. Onda longitudinal
simple • • • •
Ampl Amplititud ud Perí eríodo odo Frec Fr ecuen uenci ciaa Período Período y Frecuencia Frecuencia son invers inversamente amente proporciona proporcionales. les.
Onda Sonora Frecuencia: N°de picos de la onda por segundo.
Frecuencia
Amplitud: máximo
Amplitud cambio producido en la presión de la onda. Tiempo Longitud de onda
Intensidad: potencia de la onda.
• Las ondas longitudi longitudinales nales se propag propagan an produciendo alternativamente compresión y dilatación.
Periódica (vocales = tonos)
Aperiódica (Consonantes = ruidos)
Reflexión • Una onda onda sonora sonora al alcanzar la superficie superficie de separación de dos medios distintos se propaga con igual frecuencia pero en sentido contrario.
• Usos Usos:: Sona Sonarr
Cuando un delfín viaja, por lo general mueve la cabeza lentamente a un lado y al otro, hacia arriba y hacia abajo. Este movimiento es una especie de exploración global, que le permite al delfín definir un camino más ancho frente él.
Refracción • Onda sonora que atraviesa atraviesa la superficie superficie límite y se propaga en un segundo medio. • Cambio de velocidad velocidad de propagaci propagación ón y de de dirección del movimiento ondulatorio. • En el aire aire sufre sufre refracciones refracciones (temp (temperatur eraturaa no uniforme). • Aumenta Aumenta con la tempera temperatura tura (mayor (mayor en en las capas bajas que en las altas)
Reverberación • En espacios espacios cerrados el sonido se refleja sucesivas veces en las paredes • Empeora Empeora las las condicio condiciones nes acúst acústicas icas de un un ambiente • Se elimi elimina na recubri recubriendo endo las paredes paredes de materiales (corcho, telas) que absorban las ondas sonoras. El eco se produce cuando el sonido se refleja en una superficie que se encuentra, como mínimo, a 17 m de distancia del emisor.
Interferencia • Superposici Superposición ón de ondas. ondas. • Fenómeno Fenómeno más representa representativo tivo del comportamiento ondulatorio. • El valor valor de la suma de ondas ondas superp superpuesta uestass depende de cuán retrasada o adelantada esté una respecto de la otra. – Ondas en fase: oscilaciones sincrónicas o acompasadas en un punto ( Suma= Suma= interferencia constructiva). – Ondas en oposición de fase: oscilaciones contrapuestas en un punto. (Neutralización = interferencia destructiva).
Difracción • Las ondas ondas traspa traspasan san orificios y bordean obstáculos. • Cada Cada punto punto limitad limitadoo por la rendija, se convierte en foco emisor de ondas secundarias de idéntica frecuencia. • En los puntos intermedio intermedioss se producen zonas de intensidad máxima y mínima (interferencia).
Sentido de la audición • Las ondas ondas sonoras sonoras estimulan estimulan el oído y generan generan la sensación sonora. • Aspectos Aspectos físicos físicos y aspectos aspectos fisiológicos. fisiológicos. • Física: Física: propiedad propiedades es caract caracterís erísticas ticas del comport comportamient amientoo ondulatorio. • Fisiología: Fisiología: sólo existe existe sonido cuando se puede percibir. percibir. • Sonido fisiológico: la sensación que se produce cuando las vibraciones longitudinales de las partículas en el medio externo, actúan sobre la membrana del tímpano
Audición en los mamíferos • • • • •
Relaci Relacionan onan con el medio medio Relación Relación con individuos individuos de de su especie especie y/o y/o de otras. Estímulos Estímulos sobre sobre el Sistem Sistemaa Nervios Nerviosoo Central Central (sentidos) (sentidos) Oído = órgano de la audición audición En mamí mamífe fero ros: s: – oído externo (pabellón auditivo o auricular u oreja, y conducto auditivo externo – membrana timpánica (tímpano)
– oído medio (cavidad (cavidad timpánica: timpánica: huesecillos (martillo, yunque y estribo), y la trompa de Eustaquio – oído interno (cóclea o caracol, vestíbulo y conductos semicirculares)
Funcionamiento Funcionamiento del oído
• Modificaciones de presión oído vibra el tímpano transmisión por huesecillos cóclea conversión en impulsos nerviosos nervio auditivo cerebro sensación sonora
Intervalo de audibilidad • • • • • •
Unidad Unidad de medida medida = decibelio o decibel (dB) Escala con con divisiones divisiones = potencias potencias de diez 0 decib decibele eless = 10-12 Watt/m2 10 dB = energía energía 10 veces veces mayor mayor que 0 dB 20 dB = energía energía 100 veces veces mayor mayor que 0 dB 30 dB = energía energía 1000 veces mayor mayor que 0 dB
Nivel de Sensación Sonora
I NS 10 log I 0 Siendo: I = Intensidad del sonido que llega al oído I0 =Intensidad mínima audible 1 decibel (1dB) = 10-12 watt m
2
Frecuencias perceptibles • Humano: Humano: entre 20 y 20.000/22.000 Hertz. • Rango en animales domésticos:
canino: 67 a 45.000Hz felino: 45 a 64.000Hz bovino: 23 a 35.000Hz equino: 55 a 33.500Hz ovino: 100 a 30.000Hz gallináceas: 125 a 2000 Hz.
CUALIDADES DEL SONIDO • Intensidad acústica • Tono • Timbre • Frecuencia o altura
Sonoridad o Intensidad • Relacionada con amplitud de onda sonora. • “Energía que atraviesa la unidad de superficie dispuesta perpendicularmente a la dirección de propagación por segundo”
• Equivale a potencia por unidad de superficie (Joules/seg . m 2 ) . • Los sonidos pueden ser débiles o fuertes .
I
energía tiempo área
potencia área
• Puede variar variar en en varios millones de de órdenes órdenes de magnitud = escala logarítmica
Intensidad o amplitud
Forma de una onda de Forma de onda de alta baja intensidad intensidad
Tono • Cualidad del sonido sonido por por la que que el oído oído asigna un lugar en la escala musical • Permite Permite distinguir distinguir entre entre graves graves y agudos agudos • Asociado a Frecuencia • Se mide en Hertz (Hz) • Graves Graves = frecuencias frecuencias bajas • Agudos = frecue frecuencias ncias altas
TONO
Sonido agudo
Sonido grave
Timbre • Distingue sonidos de diferentes instrumentos, aun cuando posean igual tono e intensidad • Permite reconocer a una persona por su voz, que resulta característica de cada individuo • Está relacionado relacionado con la forma de la onda
Violín
Timbre o “color” (sonidos provenientes de distintas fuentes)
Forma de onda de una trompeta
Forma de onda de una flauta.
Frecuencia y altura • Infrasonidos Infrasonidos:: sonidos sonidos por debajo debajo de los los 20 Hz, Hz, muy baja frecuencia. • Ultrasonidos Ultrasonidos:: sonidos por sobre sobre los 20.000Hz, 20.000Hz, muy alta frecuencia. • La ecogra ecografía fía trabaja trabaja con con ultrasoni ultrasonidos dos (1MHz (1MHz = 1 millón de ciclos por segundo). • Los objetos y seres vivos tienen un rango de frecuencias de resonancia. Cuando suena vibran “por simpatía”. Puede ser estrecha y amplia.
EL SONIDO producido por Tiene 3 cualidades
VIBRACIONES de los cuerpos se transmiten a través de un
INTENSIDAD
MEDIO NATURAL en forma de
TONO
depende de AMPLITUD de
la onda depende de FRECUENCIA
de la onda
ONDAS SONORAS que recibe el
que pueden
OÍDO
REFLEJARSE originando Eco
Reverberación
TIMBRE
depende de FORMA de la
onda
El efecto Doppler Aplicaciones diagnósticas
• Cambio de frecuencia debido al movimiento relativo de la fuente o del receptor con respecto al medio donde se propaga la onda. Fuente fija Fuente en movimiento
Inicios de la Ecografía
• 1881: 1881: Jacques Jacques y Pierre Curie producen ondas sonoras de alta frecuencia con cristales de cuarzo • Inicio de la tecnología de “piezoeléctricos”
1883: Silbato de Galton para controlar perros. 1912: Ecos ultrasónicos para detectar objetos sumergidos. 1917: Primer generador piezoeléctrico de ultrasonido. 1939-1945: SONAR (SOund NAvigation Ranging). 1945: primera aplicación terapéutica, Hospital Martín Lutero, de Berlín. 1949: Denver (Colorado), primer equipo para detectar ecos en las interfases de tejidos, y primeras imágenes ultrasónicas. 1951: ultrasonido compuesto, imágenes unidimensionales. 1957: Scanner de contacto bidimensional. 1960: Primer scanner automático. 1968:Primer reproductor de imágenes en tiempo real. 1971: Introducción escala de grises. 1982: Desarrollo del Doppler color bidimensional. 1983: Comercialización y digitalización del Doppler color. 1994: Proceso en color de ecografías diagnósticas. Actualidad: Imágenes 3D.
Definición • Técnica que que utiliza utiliza ultrasonido ultrasonidoss para definir estructuras y órganos en el interior del cuerpo, permitiendo obtener imágenes de los mismos. • Medio diagnóst diagnóstico ico basado basado en el efecto efecto Doppler, que analiza imágenes obtenidas mediante el procesamiento de ecos de ultrasonidos reflejados por las estructuras corporales.
Características de la Ecografía o Ultrasonografía • Utiliza ondas de sonido de alta alta frecuencia frecuencia para producir imágenes. imágenes. • Equipos en Medicina Veterinaria Veterinaria = frecuencias frecuencias entre 3,5 a 7 MHz. • Generación Generación del ultrasonido ultrasonido por por un objeto muy pequeño que vibra. • Estimulación Estimulación eléctrica eléctrica de cristales cristales piezoeléctric piezoeléctricos os (cuarzo (cuarzo o cerámica) ubicados en un “transductor”. • Transformaci Transformación ón de energí energíaa eléctric eléctricaa en mecánica = “transducción” . • Mecanismo: Mecanismo: Las Las ondas ultrasónicas ultrasónicas reflejadas reflejadas por los tejidos tejidos (ecos) son recibidas por los cristales piezoeléctricos del transductor, convertidas a corriente eléctrica y visualizadas en una pantalla como puntos con diferentes tonos de gris.
Características ecográficas de los tejidos
• Depende Depende de su habilidad para para reflejar reflejar las ondas sonoras. • Interfase: límite entre dos tejidos adyacentes de distintas densidad. • Permiten Permiten delimitar delimitar órganos, órganos, y evaluar evaluar los cambios normales o anormales por sus distintas densidades. • Impedancia Acústica = Pérdida de intensidad o atenuación (resistencia de cada tejido al pasaje del ultrasonido)
Clasificación Clasificación de los tejidos • No ecogénicos o anecogénicos o anecoicos
•
• •
– no reflejan reflejan las las ondas ondas de sonido – líquidos y su imagen en diferentes estructuras (folículos, vesículas embrionarias, etc.) – pantalla pantalla de color color negro Hipoecogénicos o hipoecoicos – reflejan menos sonidos que el tejido tejido que los rodea (hígado con respecto al bazo) – mayor densidad que los anecogénicos anecogénicos – pantalla pantalla de color gris oscuro Isoecoicos – diferentes diferentes tonos tonos de gris gris dependiendo de de su densidad – tejido tejidoss blandos blandos Hiperecogénicos o hiperecoicos – reflejan reflejan una gran gran parte parte de las ondas ondas – tejidos densos (hueso) – color blanco
Tipos de imágenes • Imágenes anecoicas: el haz de ultrasonido atraviesa un medio sin interfases reflectantes. • Imágenes hipoecóicas: en el interior de la estructura a estudiar existen fases de diferentes densidades. • Imágenes hiperecoicas: tumores con estructuras glandulares y vasos de paredes gruesas.
Anecoica
Hiperecoica
Hipoecoica
Equipos y Transductores • Transductor: emite las ondas y recibe el eco • Consola: interpretar y transforma en imagen
Tipos de Transductores
• Lineales • Sectoriales • Convexos • Intracavitarios
Lineales • Formato Formato de imagen imagen rectangular. rectangular. • Músculos, Músculos, tendones, tendones, mama y tiroides. • Frecuencia: 7,5 - 20MHz.
Sectoriales • Formato Formato de imagen imagen triangular triangular o en en abanico. • Exploraci Exploración ón cardiaca cardiaca y abdominal. abdominal. • Frecuencia Frecuencia de trabajo: trabajo: 3,5-5MHz 3,5-5MHz.
Convexos • Formato Formato de image imagenn de trapecio. trapecio. • Exploraci Exploración ón abdominal abdominal y obstétrica obstétrica (embarazo). • Frecuencia Frecuencia de trabajo: trabajo: 3,5-5MHz 3,5-5MHz..
Intracavitarios • Pueden Pueden ser ser lineales lineales o convexos. convexos. • Exploraci Exploraciones ones intrarectal intrarectales es e intravaginales. • Frecuencia Frecuencia de trabajo: trabajo: 5-7,5MH 5-7,5MHz. z.
Realización de una Ecografía Ecografía • Gel conductor. • Envío de ultrasonido. • Reflexión del sonido en las estructuras del cuerpo. • Análisis de información por computadora. • Creación de imagen en una pantalla.
Otras cuestiones • Ganancia: grado de amplificación de la imagen. • La controla controla el operado operadorr y es importan importantes tes para obtener una imagen apropiada. • Calidad de la imagen. Depende de: • número número de crista cristales les del transd transduc uctor tor • esca escala la de gris grises es • número número de imágen imágenes/ es/seg seg.. que analiza analiza • método métodoss de enfoqu enfoque, e, etc. etc. • Poder de resolución : : Capacidad de distinguir dos tejidos con ecogenicidad similar. • Indicador Indicador del poder de resolución resolución = Frecuencia (N de vibraciones/seg de los cristales) • A mayor frecuencia menor poder de penetración .
EFECTOS BIOLÓGICOS Modificación
de la materia
por: ø Mecanismo Térmico: absorción de E del ultrasonido (despreciable). ø Mecanismo de “Cavitación”: “Cavitación ”: aumento de P y T en cavidades con gas y líquido que produce alteración de la tensión superficial.
Riesgos potenciales del ultrasonido • Estudios epidemiológicos en humanos humanos e in in vivo en animales • No se observó observó relaci relación ón entre entre su uso y malformaciones congénitas • No se conoce totalmente la interacción interacción entre ultrasonido y células de alta división • Se recomienda recomienda no utilizar doppler en el primer trimestre de gestación mientras se usa ecografía. • Se desconocen desconocen los efectos biológicos de la la ecografía en los tejidos en desarrollo.
Ventajas del ultrasonido • A la fecha la ecografía ha demostrado ser inocua (pequeñas intensidades intensidades de ultrasonido utilizadas, corto tiempo real de aplicación) • Sustituye al radiodiagnóstico en las cavidades abdominal y pelviana. • Es apta especialmente para la exploración de aparato digestivo, urinario, retroperitoneo, obstetricia, obstetricia, ginecología y pediatría. • Presenta problemas por su dificultad en atravesar zonas de impedancia impedancia acústica muy distinta a la de las partes, tanto en más (como el hueso) como en menos (el aire), por reflejar casi totalmente el haz ultrasónico. (no es útil para exámenes pulmonares (excepto en derrames pleurales) o intracraneales). intracraneales).
Aplicaciones Diagnósticas • Exploración de órganos: hígado, riñones, bazo, corazón, ganglios linfáticos. • En oftalmología (frecuencias altas). • Toma de biopsi biopsias as de forma precisa. precisa. • Evaluar Evaluar caudal caudal circulator circulatorio. io. • Evaluar vasos sanguíneos y cordón umbilical. • Diagnóstico de quistes y tumores. • Control Control de reproducc reproducción ión animal. animal. • Mejora Mejora de la explot explotación ación ganadera. ganadera. • Estudio de especies especies en peligro peligro de extinción. extinción.
Detección de tumores
Imagen Fetal
Tumor de vejiga – atte. Dr. Gatti
cardiopatías congénitas
Ecocardiograma El efecto Doppler permite estudiar el flujo de una muestra de sangre o la velocidad a lo largo del flujo. El doppler color codifica con colores las distintas velocidades obtenidas. •
flujo
flujo
Ecografía Doppler color
Tipos de Doppler Color
Doppler color convencional Limitada sensibilidad al flujo.
Doppler color por amplitud de ecos Mayor sensibilidad en la detección de vasos.
IMÁGENES ECOCARDIOGRÁFICAS
IMÁGENES ECOCARDIOGRÁFICAS
Cámaras cardíacas
Cálculos biliares