INSTRUMENTAÇÃO BIOMÉDICA

INSTRUMENTAÇÃO BIOMÉDICA

APARELHO DE ULTRASSOM

Agosto / 2006

Marco Túlio Perlato

Sávio Martins Coelho

PóS GRADUAÇÃO – INATEL 2006

APARELHOS DE ULTRASSONOGRAFIA TRANSDUTORES DE ULTRA

PRINCÍPIOS DAS MEDIDAS POR ULTRA-SOM

Recentemente, muitas inovações na área da medicina ocorreram por causa do ultra-som.

Entende-se por ultra-som, a energia “sônica” com freqüências acima da faixa audível (> 20 KHz).

Sua utilização em exames médicos diagnósticos antecedem o período da segunda guerra mundial e a idéia surgiu através do desenvolvimento militar dos sonares, no qual um pulso de ultra-som era utilizado para a descoberta de submarinos ou outros objetos subaquáticos através da reflexão das ondas de ultra-som.

PROPRIEDADES DO ULTRA-SOM

Como outras formas de energia sonora, o ultra-som é originado de uma sucessão alternada de compressões e descompressões de um meio satisfatório (água, ar, tecidos, etc), e é propagado neste meio com uma certa velocidade.

Seu comportamento também depende de sua freqüência (comprimento de onda), da energia sonora e da densidade e complacência mecânica do meio no qual as ondas viajam.

As ondas de ultra-som obedecem às leis de reflexão e refração e podem ser focalizadas em um feixe para aplicações médicas.

Sempre que uma onda de ultra-som passa de um meio para outro, uma parte da energia sonora é refletida (eco) e o resto refratado conforme mostra a figura 5.1

Fig. 5.1 – Reflexão e refração das ondas de ultra-som

A quantidade de energia refletida depende da densidade entre os dois meios e do ângulo de incidência da onda sonora no meio.

Quanto maior a diferença entre os meios, maior será a parcela de reflexão da onda.

Da mesma forma, quanto mais o ângulo de incidência entre a onda e o meio se aproxima de

90°, maior será a parcela da onda refletida.

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Quando existe uma grande diferença de densidade entre os meios de propagação da onda de ultra-som como, por exemplo, tecidos moles e osso, ou tecidos moles e um gás, praticamente toda a energia será refletida.

Desta forma, o caminho de propagação das ondas de ultra-som em exames diagnósticos não devem incluir ossos ou qualquer meio gasoso em seu caminho.

Para evitar dissipação e perda de energia, um gel aquoso normalmente é utilizado como interface entre o transdutor e o corpo.

A tabela abaixo mostra a densidade e outras propriedades de vários materiais, inclusive alguns de interesse biológico, quando submetidos a uma onda de ultra-som.

Material Temp

(°C) Densidade

(g/cm

) Velocidade

(m/seg) Impedância

(Kg/m

/seg) βf

(MHz) α

(p/cm)

Água 40 0,992 1529 1517 1 0,00025

Solução

Salina 0,9% 40 0,998 1539 1537

Óleo 40 0,941 1411 1328 1 0,037

Cérebro 37 1,03 1510 1,56 1 0,11

Músculo 37 1,07 1570 1,68 1 0,13

Gordura 37 0,97 1440 1,40 1 0,05

Sangue 1,01 1550 1,56 2 0,04

Olho 37 1 1500 1,50

Benzeno 0,88 1320 1,17

Ossos 37 1,77 3360 6,00 0,5 0,37

Tabela 5.2 – Características do ultra-som e alguns meios

Note que a densidade da água e a maioria dos fluídos corpóreos e tecidos são de aproximadamente 1,00 g/cm

. O Benzeno tem uma densidade de 0,88 e a densidade dos ossos é de aproximadamente duas vezes maior que a dos fluídos (1,77 g/cm

).

A velocidade de propagação do som através de um meio varia de acordo com sua densidade e suas propriedades elásticas. A temperatura também influencia esta velocidade de propagação.

Como mostrado na tabela anterior, a velocidade de propagação da onda de ultra-som na maioria dos fluídos corpóreos e tecidos moles está em torno de 1550 m/s. A velocidade na água é ligeiramente mais baixa (1529 m/s). Note que a velocidade do som na gordura é significativamente mais baixa e nos ossos é muito alta (3360 m/s).

Todo material possui uma impedância acústica que pode ser expressa como uma relação da pressão acústica do ultra-som aplicado à velocidade da onda resultante no material.

Considerando que o valor da impedância acústica é complexo e obtido levando-se em conta as componentes resistivas e reativas, utilizaremos o termo Impedância Característica para facilitar a compreensão.

Esta impedância (característica) pode ser expressa como o produto da densidade do meio e a velocidade do som através do mesmo.

Alguns valores de impedância característica podem ser observados na tabela 5.1.

Quando as ondas de ultra-som caminham através de um material, uma porção da energia é

absorvida e a onda é atenuada em cada cm percorrido.

A quantidade de energia perdida (atenuação) pela onda é função direta da freqüência e das características do material e pode ser calculada através da seguinte fórmula:

α (por cm) = c.f.β

Amplitude no ponto X

β = --- Amplitude no ponto X + 1 unidade de distância

Onde:

c = constante de proporcionalidade f = Freqüência da onda

β = Termo exponencial determinado pelas características do material

Esta formula mostra que freqüências mais altas possuem um coeficiente de atenuação grande e conseqüentemente um menor poder de penetração.

Por esta razão, as freqüências mais baixas de ultra-som são utilizadas para exames que requerem uma profundidade maior.

Porém, as freqüências mais baixas são incapazes de refletir pequenos objetos.

Desta forma, para resoluções melhores as freqüências mais altas devem ser utilizadas.

As freqüências mais utilizadas nos equipamentos de ultra-som comerciais variam de 1 a 15 MHz.

Com freqüências de 2 MHz podem ser registrados ecos distintos de interfaces separadas por uma distância de 1mm.

Altas freqüências de ultra-som estão mais sujeitas ao fenômeno de espalhamento, porém o feixe de ultra-som com alta freqüência pode ser focalizado para uma maior resolução a uma determinada profundidade.

Outra maneira útil de se avaliar a atenuação da penetração das ondas de ultra-som no corpo é através do “valor de meia potência” conforme mostrado na tabela 5.3.

Tipo do material Freqüência (MHz) Atenuação 3db (cm)

Sangue 1,0 35,0

Osso 0,8 0,23

Gordura 0,8 3,3

Músculo 0,8 2,1

Tabela 5.3 – Atenuação das ondas de ultra-som em alguns meios

O valor de meia potência é a profundidade de penetração onde a onda de ultra-som é

atenuada de 3db.

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Fig. 5.4 – Gráfico de atenuação em função da freqüência em diferentes estruturas do corpo

Uma característica famosa do ultra-som freqüentemente utilizado em instrumentação biomédica é o Efeito Doppler onde a freqüência da energia da onda refletida é aumentada ou diminuída pelo movimento do meio.

Esta freqüência pode ser calculada pela seguinte fórmula:

2V Δf = --- λ onde:

Δf = variação da freqüência da onda refletida V = velocidade do meio

λ = comprimento da onda de ultra-som transmitida

A freqüência aumenta quando a interface se aproxima do transdutor e diminui quando a interface se afasta.

Uma maneira mais fácil para se entender esta característica é considerar o que acontece com um automóvel com sua buzina ligada passando em uma rua. O som da buzina parece mais alto quando o automóvel se aproxima do observador e mais baixo quando ele se afasta.

Quando uma onda de ultra-som é refletida em um objeto em movimento, a mudança da freqüência é proporcional à velocidade deste objeto.

MODOS BÁSICOS DE TRANSMISSÃO

O ultra-som pode ser transmitido de várias formas.

Apresentamos a seguir os modos mais comuns utilizados em aplicações médicas.

a) ULTRA-SOM PULSADO

Neste modo a onda de ultra-som é transmitida em pequenos pulsos com uma taxa de repetição variando de 1 a 12 KHz.

Os ecos recebidos encontram-se em função do tempo e proporcionais à distância do objeto investigado.

A distância das interfaces que possuem um movimento não podem ser calculadas neste modo, porém, o movimento das interfaces que possuem um padrão de tempo definido podem ser monitoradas.

Este tipo de transmissão é utilizado na maioria das vezes para a formação de imagens.

b) DOPPLER CONTÍNUO

Aqui um sinal de ultra-som contínuo é transmitido por um transdutor e os ecos resultantes são captados por outro transdutor.

As variações nas freqüências devidas o movimento do meio são detectadas e registradas e a velocidade média do objeto determinada em função do tempo.

Este tipo de transmissão sempre requer dois transdutores sendo o primeiro utilizado para a transmissão dos pulsos e o segundo para a captação dos ecos.

O Doppler contínuo é utilizado nas medidas de fluxo sanguíneo e em outras aplicações onde se necessita de medidas de velocidade sem considerarmos a distâncias das fontes.

Fig. 5.5 - Dois tipos de sistema Doppler. Em (a) o modo de onda contínua e em (b) o modo de onda pulsada

c) DOPPLER PULSADO

Igualmente ao sistema de ultra-som pulsado, neste modo são transmitidos pulsos de curta duração e os ecos captados.

Porém, neste modo, as mudanças de freqüências devido o movimento de reflexão das interfaces (meios) podem ser medidas para determinar a velocidade das mesmas.

Deste modo, a velocidade e a distância podem ser medidas simultaneamente.

Em aplicações típicas são transmitidos três pulsos de 3 MHz a uma taxa de repetição de 4 a

12 KHz.

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Fig. 5.6 - Uma forma de onda Doppler é um traço que mostra a relação entre a velocidade (determinada a partir da freqüência de deslocamento Doppler) e o tempo e é próprio do padrão de fluxo do vaso. Em A, um vaso arterial com alta resistência demonstra uma rápida queda na velocidade seguindo a sístole. Em B, uma artéria com baixa resistência mostra o fluxo durante a diástole. Em C, veias têm tipicamente baixa velocidade e baixa resistência. A amplitude máxima (a) representa a velocidade de pico. O fluxo direto mais lento na diástole é mostrado em (b). O índice de resistência é (a – b)/a, e quanto maior a resistência ao fluxo de sangue, maior o índice de resistência.

Velocidades negativas representam fluxos distanciando-se do transdutor.

d) DOPPLER PULSADO COM BARREIRA DE PERCURSO

Este modo é um refinamento do Doppler Pulsado no qual um circuito permite a medida da velocidade de objetos a uma distância específica do transdutor.

A velocidade destes objetos podem ser medidas em função do tempo.

Nos sistema de Doppler Pulsado com Barreira de Percurso, a velocidade do sangue pode ser medida não só em função do tempo, mas também em função da distância da parede da veia.

Em qualquer dos modos descritos anteriormente, a freqüência mais efetiva da onda de ultra- som vai depender da profundidade da penetração desejada e da resolução mínima exigida.

IMAGENS DE ULTRA-SOM

As aplicações mais utilizadas com sistemas de ultra-som diagnóstico envolvem a formação de imagens de órgãos internos e estruturas do corpo através de métodos não invasivos.

Estas imagens podem fornecer informações valiosas referentes ao tamanho, localização, deslocamento ou velocidade de uma determinada estrutura sem a necessidade de uma cirurgia ou do uso potencial de radiação ionizante.

Em muitos casos as técnicas de ultra-som substituem procedimentos arriscados ou traumáticos na conclusão de diagnósticos.

Os sistemas de “imageamento” (formação de imagens) utilizam o ultra-som pulsado ou o modo Doppler Pulsado.

O transdutor utilizado na formação dos pulsos de ultra-som consiste de elementos

piezoelétricos que transformam energia elétrica em energia acústica e vice-versa.

Desta maneira, um mesmo transdutor pode emitir e receber os pulsos ou um segundo transdutor pode ser utilizado e, deste modo, o primeiro funciona como emissor e o segundo como receptor.

Depois de recebida e amplificada, a informação pode ser processada e exibida de várias maneiras conforme abaixo:

MODOS DE EXIBIÇÃO A) MODO A

Esta é a forma mais simples de exibição. Cada pulso transmitido ativa a varredura de um osciloscópio. Esta varredura é calibrada em unidades de distância e pode fornecer vários parâmetros para determinar com exatidão a distância do objeto em estudo.

Freqüentemente o ganho do amplificador é calibrado com a varredura para compensar a baixa amplitude dos ecos recebidos.

Na maioria dos casos o transdutor é mantido em uma posição fixa de forma que não existam informações falsas nos ecos recebidos.

Um exemplo típico de utilização do MODO A são os exames de ecoencefalografia.

Fig 5.7 – Visualização no modo A-SCAN

B) MODO M

Como no MODO A, cada pulso transmitido ativa a varredura do osciloscópio. Porém, os pulsos recebidos são utilizados para eliminar o registro ao invés de controlar a deflexão horizontal como mostrado na figura abaixo:

Fig. 5.8 – Visualização no modo B-SCAN

O brilho é ajustado de tal maneira que somente os pontos de eco apresentem visibilidade.

Nesta modalidade o transdutor é posicionado de forma estacionária de modo que o movimento dos pontos ao longo da varredura represente o movimento do objeto.

O MODO M mostra, portanto, movimentos, e é muito apropriado para o estudo dos movimentos de válvulas cardíacas.

Alguns exemplos de utilização do MODO M podem ser verificados a seguir:

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Fig. 5.8 – Visualização dos exames de ultra-som nos vários modos

C) MODO B

Enquanto o MODO M é utilizado para exibir o movimento de objetos em função do tempo, o MODO B apresenta uma imagem bidimensional de um órgão ou estrutura estacionária do corpo.

Igualmente ao MODO M, o brilho do osciloscópio é controlado de acordo com os ecos recebidos, porém, neste modo, o transdutor é movimentado pela região corpórea de interesse e a deflexão vertical do osciloscópio acompanha o movimento do transdutor.

O movimento pode ser linear, circular ou uma combinação dos dois, mas para movimentos que não sejam lineares, uma varredura deve ser realizada para compensar as variações de movimento do local analisado e exibir a imagem bidimensional.

O transdutor varre (mecânica ou eletronicamente) o corpo do paciente adquirindo linhas de dados individuais que mostram a intensidade do eco em função da posição.

Fig. 5.9 - Alguns dos métodos de varredura utilizados em imageamento ecográfico. Em (a) varredura linear simples, em (b) varredura setorial simples e em (c) varredura composta formada pela integração de várias varreduras setoriais.

Um exemplo de imagem adquirida no MODO B pode ser visualizado na figura 5.10.

Fig. 5.10 – Exames de ultrasonografia do olho utilizando o MODO B

DIAGNÓSTICO POR ULTRA-SOM

As aplicações dos métodos de ultra-som na medicina são muito variadas. As técnicas podem ser utilizadas para obtenção de imagens abdominais, em estudos do cérebro, análises do globo ocular e em ginecologia e obstetrícia, dentre outras aplicações.

Os exames realizados possuem vários nomes que normalmente incluem as palavras ECO ou SONO.

Por exemplo, o ecocardiograma, análogo ao eletroencefalograma, é um registro das medidas de ultra-som no coração e o ecoencefalograma é um registro obtido no cérebro utilizando técnicas de ultra-som.

Um termo geral utilizado, especialmente nas análises oculares é o ultrasonograma.

TRANSDUTORES DE ULTRA-SOM

Qualquer que seja a aplicação, o sistema de ultra-som básico consiste de um gerador para o sinal elétrico, um transdutor, amplificadores, processadores e monitores de imagem para exibição dos resultados.

Um exemplo esquemático dos circuitos de um equipamento de ultra-som pode ser visualizado

na figura 5.11.

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Fig. 5.11 – Diagrama em blocos de um equipamento de ultra-som diagnóstico

É o transdutor que converte os sinais elétricos nas vibrações mecânicas e formam as ondas acústicas que são a base da técnica empregada.

Os principais materiais utilizados na construção dos sensores são:

a) Sulfato de lítio b) Titânio de bário c) Quartzo

Os transdutores de ultra-som são confeccionados com materiais piezoelétricos que converte a energia elétrica em energia mecânica e vice-versa.

Quando se aplica um sinal elétrico alternado nos cristais piezoelétricos, existe uma vibração destes cristais na mesma freqüência do sinal, portanto, ao se aplicar um sinal de alta freqüência no cristal, o mesmo irá vibrar em alta freqüência e produzir o ultra-som.

Na recepção ocorre o inverso, ou seja, o ultra-som (recebido na forma de eco) faz vibrar o cristal gerando um sinal elétrico de alta freqüência em seus terminais.

Os transdutores de ultra-som são divididos nas seguintes categorias:

a) Quanto ao ângulo de emissão e recepção

• Normais Æ emitem e recebem o ultra-som perpendicularmente à superfície

• Angulares Æ Emitem ou recebem o ultra-som obliquamente à sua superfície b) Quanto à função (emissor ou receptor)

• Monocristais Æ Possuem apenas um cristal piezoelétrico

i. Só emitem o ultra-som

ii. Só recebem o ultra-som

iii. Emitem e recebem o ultra-som

• Duplo-cristal Æ O mesmo transdutor possui um cristal para a recepção e outro cristal para a emissão da onda de ultra-som.

Os elementos que caracterizam os transdutores são:

• Tamanho do cristal piezoelétrico Æ Os transdutores normais utilizados em aplicações biomédicas possuem cristais que variam de 5 a 20 mm de diâmetro.

Em geral, nos transdutores angulares estes cristais são retangulares.

• Freqüência Æ A freqüência de ressonância do transdutor é determinada pela espessura e pela velocidade do som no cristal piezoelétrico. Usualmente a espessura do cristal é a metade do comprimento de onda, ou seja:

t = λ / 2

Por exemplo, para um cristal de 1 mm de espessura e velocidade do som de 4.000 m/s, a freqüência de ressonância é:

f = v / λ = v / (2 x t) = 2 MHz

Devido às diferentes aplicações (inclusive industriais), existem transdutores com freqüência de vibração variando de 0,5 a 25 MHz.

• Face protetora Æ São elementos de contato com o cristal. Em geral são constituídos por uma película de material plástico com impedância acústica intermediária entre a do transdutor e a dos tecidos para aumentar a eficiência de transmissão da energia. Esta película também define a sensibilidade do transdutor em decorrência da maior ou menor

“permeabilidade” dos sinais acústicos.

• Carcaça Æ É o elemento em forma apropriada para acondicionar os cristais e suas ligações e, ao mesmo tempo, facilitar o manuseio. Normalmente é construída de material plástico resistente a impactos.

• Elemento elétrico Æ São os contato elétricos ligando os cristais piezoelétricos ao elemento de engate do cabo coaxial e a bobina geradora de alta freqüência.

Fig. 5.12 – Esquema de construção de um transdutor de ultra-som

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A onda acústica produzida pelo transdutor penetra no corpo através da superfície da pele e é propagada com um padrão de feixe pré-determinado até a estrutura a ser examinada.

Quando a onda de ultra-som encontra uma estrutura com densidade diferente como o limite de um órgão, uma parte da energia é refletida.

Esta energia refletida na forma de eco é captada pelo transdutor, amplificada, processada e finalmente exibida em um monitor.

As figuras 5.12 e 5.13 ilustram transdutores de ultra-som utilizados em aplicações biomédicas.

Fig. 5.7 – Transdutor de ultra-som da década de 80 utilizado em exames de ecocardiografia

Como o ultra-som deve passar do transdutor para o tecido com um mínimo de atenuação e interferências, existe a necessidade de um elemento de acoplamento que faça esta ligação.

Normalmente os materiais utilizados como acoplador acústico são o óleo, a graxa, a glicerina, a água e gel condutor, este último muito utilizado em exames biomédicos.

O tipo de acoplamento utilizado com transdutores de ultra-som para exames de um órgão (ou peça) pode ser de dois tipos:

• Contato direto Æ O acoplamento é colocado em pequena quantidade entre o tecido e o transdutor, formando uma película.

• Imersão Æ A peça e o transdutor são mergulhados em um líquido (geralmente a água), obtendo-se um acoplamento perfeito.

A escolha da freqüência de operação depende principalmente da atenuação dos tecidos encontrados durante o percurso da onda.

Existem transdutores disponíveis para aplicações médicas com freqüências variando de 1 a 15 MHz e com diâmetros dos cristais piezoelétricos variando de 6 a 20 mm de diâmetro.

O tamanho de um transdutor normalmente depende do tamanho dos cristais (em mm) e é determinado pela área a ser examinada.

No MODO B utilizado em exames abdominais existem poucas restrições anatômicas, porém um

transdutor com sensores de grande diâmetro facilita o escaneamento e possui um ótimo foco

nos órgãos mais distantes.

Para áreas anatômicas com pequeno tamanho, formas irregulares e investigações que necessitam de grande resolução com pequena penetração, (olhos, pescoço, tórax) são utilizados transdutores menores.

Em exames de ecocardiografia, os diâmetros do elemento ativo são menores para facilitar seu posicionamento e mobilidade dentro do espaço intercostal.

Os sensores que possuem o elemento ativo com 13 mm de diâmetro geralmente são utilizados em exames com pacientes adultos.

Para a investigação de um paciente obeso ou extremamente grande, ou quando o posicionamento do transdutor não for crítico, um transdutor com elementos ativos de 20 mm de diâmetro pode ser utilizado.

Por outro lado, transdutores com diâmetro dos elementos ativos de 6 mm são recomendados para uso em pacientes neonatais ou pediátricos.

O tipo de tecido e a quantidade de atenuação ocasionada pelo mesmo durante um exame determina a freqüência a ser utilizada.

A freqüência de 2,25 MHz é geralmente utilizada na maioria dos exames de ultra-sonografia.

Freqüências mais altas, tais como 3,5 ou 5,0 MHz são utilizadas em distâncias curtas (pequenas profundidades) e quando grandes resoluções são requeridas

Devido à pequena profundidade necessária para exames em pacientes neonatais, a utilização de uma freqüência mais alta normalmente é utilizada para assegurar uma boa resolução de imagem.

O transdutor com freqüência de 5,0 MHz é recomendado para a maioria dos exames de ecocardiografia realizados em pacientes pediátricos enquanto os transdutores que trabalham com freqüências de 3,5 MHz são utilizados em pacientes adultos.

Quando uma maior penetração nos tecidos é necessário, como na maioria dos exames em pacientes obesos, o transdutor de ultra-som deve operar com baixas freqüências (2,25 ou 1,6 MHz) para propiciar uma maior resolução dos detalhes.

Para exames de ecocardiografia, geralmente são utilizados transdutores com um foco fixo, isto é, as ondas de ultra-som são geradas por um transdutor focalizado com largura reduzida para melhorar a resolução lateral e a sensibilidade em determinada profundidade.

Quando selecionamos um comprimento focal, dois fatores devem ser considerados:

a) A distância do transdutor e a estrutura a ser investigada b) O diâmetro do sensor.

A zona focal de um transdutor refere-se à distância (em cm) que a onda sonora viaja até o objeto de teste.

As zonas focais geralmente são designadas curtas (5,0 cm), médias (7,5 cm) ou longas (10 cm).

A maioria dos transdutores são focalizados devido à conformação dos cristais piezoelétricos ou

do uso de lentes acústicas.

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Fig. 5.15 - Duas das principais configurações de conjunto de transdutores atualmente em uso.

Em (a), conjunto anela, freqüentemente pré-focalizado por cerâmicas conformadas ou lentes, de modo que o atraso eletrônico máximo entre os elementos seja minimizado.Em (b), um conjunto linear, mostrado com um foco fixo no plano ortogonal ao plano de varredura. Em (c), o conjunto linear construído na forma de uma superfície curva para produzir uma imagem do tipo setor sem o direcionamento controlado por variação de fase.

Fig. 5.16 – Tipos de transdutores disponíveis com ângulos de focalização

Para a realização de um exame de ecocardiografia em uma criança, a distância do transdutor até a estrutura cardíaca (coração) normalmente é de 5,0 cm e deste modo, um comprimento focal curto deve ser utilizado.

O tamanho do transdutor também pode influenciar a escolha do comprimento focal. Por exemplo, um elemento sensor com 20 mm de diâmetro pode focalizar melhor os comprimentos focais mais longos e um elemento sensor com 13 mm de diâmetro pode atender os três níveis de foco com bons resultados.

Uma variação do transdutor padrão de ultra-som utilizado em exames cardíacos é o denominado “Suprasternal Notch”.

Este tipo de transdutor é projetado com um elemento ativo de pequeno diâmetro e geralmente trabalha com uma freqüência de 3,5 ou 5,0 MHz.

Quando este transdutor é posicionado na região do externo, medidas simultâneas da aorta, artéria pulmonar direita e átrio esquerdo podem ser obtidas com facilidade.

Este tipo de transdutor é extremamente útil para diagnostico e monitoramento de uma grande variedade de doenças do coração, incluindo insuficiência da válvula mitral, disfunção do septo ventricular e doença hipertensiva do coração.

Estes transdutores também podem ser utilizados em biopsias de pele, exames diagnósticos de tireóide e ultra-sonografia oftálmica.

ECOCARDIOGRAFIA

A aplicação principal do ultra-som em diagnósticos cardíacos é no exame de ecocardiografia que utiliza o MODO M.

Nas imagens ecocardiográficas, as válvulas e outras estruturas do coração são exibidas em função do tempo e normalmente acompanhadas de um eletrocardiograma.

Durante os últimos anos, os exames de ecocardiografia têm sido extremamente úteis no diagnóstico de muitas anormalidades, dentre elas a estenose de aorta, estenose da válvula pulmonar, estenose da válvula mitral, mixoma do átrio esquerdo e doenças reumáticas do coração, dentre outras.

Para a escolha de um transdutor para os exames de ecocardiografia, os seguintes fatores devem ser levados em consideração:

a) O tipo de investigação a ser realizada b) O tamanho físico do paciente

c) A área anatômica envolvida

d) O tipo de tecido que pode ser encontrado durante o exame e) A profundidade da estrutura a ser estudada.

A figura 5.17 ilustra um exame típico de ecocardiografia e o posicionamento do sensor para a

realização deste exame.

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Fig. 5.17 – Posicionamento típico do sensor de ultra-som no exame de ecocardiografia

Um fator importante levado em consideração nos exames de ecocardiografia é o fato de não existir nenhum eco proveniente de outras estruturas do corpo, uma vez que o coração é rodeado pelos pulmões que são, literalmente, bolsas de ar.

O coração possui várias interfaces acústicas, como o átrio e as paredes ventriculares, o septum e as varias válvulas cardíacas. A posição e movimentos de cada uma destas interfaces podem ser medidas pelo ultra-som refletido.

Um bom exemplo desta técnica é mostrado na figura 5.18. Este tipo de ecocardiograma é útil no estudo dos movimentos da válvula mitral em relação ao tempo. A eficiência da válvula é medida pelo tempo de deslocamento do eco durante a diástole. Se esta eficiência estiver comprometida, como no caso de uma estenose mitral, sua severidade comparada com outras condições existentes podem levar a ações apropriadas, inclusive uma possível intervenção cirúrgica para correção do problema.

Outra finalidade do exame de ecocardiografia consiste na descoberta de fluídos que se manifestam através da fuga de fluídos ocasionada por uma inflamação do pericárdio.

Fig. 5.18 – Anatomia do coração

Fig. 5.19 – Exame ultrassonográfico identificando as câmaras do coração

ECOENCEFALOGRAMA

Um exame bem difundido utilizando-se técnicas de ultra-som é o ecoencefalograma que serve para determinar a posição da linha mediana do cérebro.

Neste exame é utilizado um equipamento operando no MODO A de visualização e o transdutor é posicionado na lateral da cabeça do paciente. Uma onda de ultra-som é refletida na linha mediana do cérebro enquanto a outra é refletida na parte distal do cérebro em relação ao transdutor.

No cérebro normal, as duas porções são iguais e resultam em ecos com tempos proporcionais de retorno.

A falta de alinhamento destes ecos pode indicar a possibilidade de tumores ou outra disfunção que ocasiona um deslocamento da linha mediana cerebral.

A freqüência utilizada para este exame situa-se entre 1 e 10 MHz com uma taxa de repetição de pulsos de 1 KHz.

Fig. 5.19 – Técnica de ultra-som empregada no exame de ecoencefalograma

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Fig. 5.20 – Modelo real de um cérebro

ULTRA-SOM OFTALMOLÓGICO

Outra aplicação importante nos exames de ultra-som encontra-se no campo da oftalmologia.

Neste tipo de exame, o transdutor é posicionado diretamente sobre a superfície ocular e pode identificar diversas patologias, tais como opacidade, deformações do globo, etc.

Este exame utiliza o MODO B.

Fig. 5.21 – Ultra-sonografia ocular evidenciando diagnóstico de catarata.

Fig 5.22 – Ultra-sonografia ocular evidenciando uma catarata (círculo vermelho)

OUTROS TIPOS DE EXAMES DE ULTRA-SOM

As técnicas de ultra-som que utilizam o MODO B também são usadas para a visualização de órgãos e várias estruturas do corpo, inclusive mamas, rins e estruturas moles do abdômem.

Em ginecologia e obstetrícia, as imagens e ultra-som permitem a visualização de estruturas muito pequenas, como os ovários e as trompas, além de conseguir identificar um feto com apensas quatro semanas de vida.

Para estes exames, os equipamentos de ultra-som geralmente trabalham com freqüências que varia, de 1 a 2 MHz e nos exames oftalmológicos, de mamas e abdominais, a gama de freqüência utilizada varia de 4 a 15 MHz, dependendo da resolução necessária.

Fig. 5.23 – Ultra-sonografia de mama evidenciando um nódulo mamário

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Fig . 5.24 – Ultra-sonografia renal evidenciando dilatação pélvica

OUTRAS APLICAÇÕES DO ULTRA-SOM

Alguns exames de tomografia utilizam-se de técnicas conjuntas de ultra-som para determinar a localização exata de uma determinada estrutura, porém, dependendo da existência de regiões gasosas ou ossos, esta técnica pode não ser tão precisa.

Outra utilização do ultra-som na localização precisa de objetos também pode ser descrita durante a biópsia onde a localização de um material suspeito deve ser extremamente precisa para introdução da agulha de biópsia.

Fig. 5,25 – Técnica de biopsia utilizando ultra-sonografia

Fig. 5.26 – Imagem de ultra-sonografia orientando a localização de uma agulha de biópsia

ULTRA-SOM NA ANGIOLOGIA

Outro exame largamente efetuado através das técnicas de ultra-som refere-se ao mapeamento de artérias e veias.

Neste tipo de exame utiliza-se o efeito Doppler para esquadrinhar as artérias carótida e outras na região do pescoço.

Nos exames angiográficos, a técnica de ultra-som pode ser utilizada para aumentar a precisão ou como uma alternativa da mesma.

Estes exames são prescritos para pacientes suspeitos de possuírem baixa circulação cerebral ou turbulência sanguínea que pode ser ocasionada por uma constrição arterial.

Embora a imagem obtida não possua uma resolução como a exibida nos exames de angiografia, a mesma é bastante adequada para a maioria dos casos de estreitamento de artérias.

Este sistema também é útil para investigar o fluxo sanguíneo na região oftálmica e artérias superficiais.

Fig. 5.27 – Imagem de ultra-sonografia utilizada no mapeamento de vasos sanguíneos

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Fig. 5.28 – Imagem de ultra-sonografia no mapeamento de fluxo sangu[ineo

EXEMPLO DE EQUIPAMENTOS DE ULTRA-SOM DIAGNÓSTICO

(A) Equipamento de Ultra som utilizado (b) Equipamento de Ultra-som utilizado em exames de cardiologia em exames gerais

(c) Equipamento de ultra-som portátil (d) Equipamento de ultra-som utilizado

em exames de angiografia

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