Ecografia mèdica
Què és l'ecografia
L'ecografia no és gaire diferent de les ones sonores que coneixem, excepte que no podem escoltar el seu "so". Quan la freqüència de les ones sonores arriba a més de 20 kHz, que està més enllà del rang que la gent normal pot percebre, aquest tipus d'ones sonores s'anomena ultrasò. De la mateixa manera, si la freqüència d'una ona sonora és inferior al rang que els humans poden escoltar, es tracta d'una ona infrasònica. Així, en altres propietats físiques, les ones ultrasòniques són bàsicament les mateixes que les ones sonores. Ultrasò/ona sonora és un tipus d'ona mecànica, ona longitudinal i ona de pressió. Es propaga per la vibració de les partícules, i la vibració de les partícules continuarà generant zones de pressió relativament alta i baixa (com es mostra a la figura següent), i la seva direcció de vibració és coherent amb la direcció de propagació, de manera que la propagació de les ones ultrasòniques requereix un mitjà. Sota diferents mitjans, la velocitat de les ones ultrasòniques és diferent. Per exemple, la velocitat en l'aire és d'uns 340 metres per segon, en el cos humà és d'uns 1540 metres per segon i la velocitat en el buit és 0. L'ultrasò té una àmplia gamma d'aplicacions, especialment en el camp mèdic. Com a mètode no radioactiu, l'ecografia pot ajudar els metges a fer un millor diagnòstic dels pacients. Més endavant s'ampliarà amb detall.
Com generar ultrasons
La generació d'ones ultrasòniques i la generació d'ones sonores es basen en el mateix principi. Per a les ones sonores, normalment fem servir el telèfon com a exemple. Quan es parla, el so (energia mecànica) es converteix en senyals elèctrics (energia elèctrica) que viatgen a l'altre extrem, i després, quan s'escolta, els senyals elèctrics es tornen a convertir en so. Això és exactament el mateix que el procés de generació i recepció d'ones ultrasòniques, i el seu principi és l'efecte piezoelèctric. L'efecte piezoelèctric és que determinats materials, com el quars, generaran un cert grau de tensió a la seva superfície quan estigui sotmès a pressió mecànica; i si apliquem una tensió a la seva superfície, generarà un cert grau de deformació mecànica. A continuació, mitjançant un control precís del senyal elèctric, podem generar i rebre ones ultrasòniques. Actualment, el PZT és el material més utilitzat en instruments d'ultrasons. En el funcionament normal de l'instrument, les ones ultrasòniques solen aparèixer en forma de polsos en lloc d'ones contínues, de manera que, en general, el PZT rep el senyal de pols elèctric, genera una ona ultrasònica i després comença a controlar i la recepció en retorna un. després d'un altre. Els senyals ultrasònics es converteixen en senyals elèctrics corresponents per a un posterior processament de dades i el cicle es repeteix fins que es completa l'exploració.
Propagació dels ultrasons en el cos humà
Com s'ha esmentat anteriorment, la velocitat de les ones ultrasòniques al cos humà és d'uns 1540 metres per segon, que en realitat és un valor mitjà i també és la velocitat de calibratge que utilitzen els instruments ultrasònics en la majoria dels casos. Com s'esmentarà més endavant, l'ecografia es basa en l'estimació de la velocitat dels ultrasons, i la seva precisió tindrà un impacte directe en la qualitat de la imatge. Aleshores, per a diferents òrgans i teixits, la velocitat de transmissió és diferent. Per exemple, és d'uns 1510 metres per segon al cervell, uns 1560 metres per segon al fetge i ronyó, 1570 metres per segon als músculs, etc. Aquests no són molt diferents de la mitjana. Tanmateix, la velocitat ultrasònica en greix és només d'uns 1440 metres per segon. Aquesta diferència de velocitat fa que la qualitat de la imatge ultrasònica disminueixi significativament per als pacients obesos, de manera que en aquest cas, l'instrument recalibrà o ajustarà dinàmicament la velocitat.
Com que l'ultrasò és una mena d'ona, també produirà fenòmens físics relacionats amb les ones amb diversos teixits i òrgans durant la propagació del cos humà. Aquests fenòmens són la base de la imatge amb ultrasons. Principalment transmissió, reflexió, dispersió i refracció. Quan el PZT emet ones ultrasòniques i es troba amb òrgans / teixits humans, part de les ones poden penetrar i continuar propagant-se profundament al cos humà al llarg de la direcció original, que és la transmissió i l'energia de les ones s'absorbirà parcialment en el procés; la part restant de les ones Tornant en la direcció oposada i sent rebuda pel PZT, aquesta part és l'ona reflectida, i el senyal d'aquestes ones reflectides és la matèria primera principal per a la imatge; l'energia de les ones disperses sol ser molt petita i les ones refractades interferiran amb la imatge. Bàsicament, la capacitat de transmissió de l'ecografia i la capacitat dels òrgans/teixits d'absorbir l'ecografia determina fins a quin punt l'ecografia pot "veure". Com que com més baixa sigui la freqüència, més forta serà la penetració d'ultrasons, de manera que quan els metges necessiten veure més a fons, sovint s'utilitzarà un detector de freqüència més baixa (transductor), però la baixa freqüència normalment fa que la qualitat de la imatge es degradi. Aquesta és una compensació que s'ha de fer i que es comentarà amb detall més endavant quan parlem de detectors.
Introducció a l'ecografia mèdica
Amb l'aprofundiment de la recerca i les necessitats mèdiques, les imatges d'ecografia han canviat de només 1D a 3D/4D. Els instruments d'ultrasons ara poden suportar una varietat de modes d'imatge per satisfer les necessitats de diferents pacients i metges. A continuació s'introdueixen diversos modes d'imatge convencionals.
Mode A: És l'anomenat 1D, que és el mode més senzill. El detector emet una ona d'ones ultrasòniques en una direcció determinada, i l'instrument presenta l'equació entre el senyal reflectit i la profunditat, i la imatge és similar al senyal que veiem habitualment en un oscil·loscopi. El mode A era el mode principal dels primers instruments d'ultrasons i ara s'utilitza menys, però també es pot utilitzar per guiar ones d'alta energia per tractar tumors durant la cirurgia.
Mode B: aquí B és la brillantor. En aquest mode, el detector escaneja una àrea i genera una imatge 2D en escala de grisos. Aquest és un dels modes més utilitzats. Com més clar és el color (blanc), més fort és el senyal reflectit, generalment la superfície de l'òrgan/teixit, i com més fosc és el color (negre), més feble és el senyal reflectit.
Mode M: aquí M és el moviment. En mode de moviment, l'instrument realitza una exploració i imatges ràpides en mode B, de manera que el metge pot veure el moviment de l'òrgan, que és especialment important per al diagnòstic relacionat amb el cor.
Mode Doppler: mode Doppler, que rep el nom de l'ús del fenomen Doppler per mesurar la velocitat dels objectes en moviment. En el mode Doppler, els metges poden controlar el flux i la direcció de la sang per identificar possibles lesions als vasos sanguinis.
Doppler color: aquest mode es pot entendre simplement com el mode B/mode M més Doppler, és a dir, a partir d'imatges en escala de grisos 2D, el mode Doppler i la calibració del color s'utilitzen per mostrar la posició, el flux sanguini, el flux i el direcció dels vasos sanguinis.
3D/4D: el mode 3D és una imatge 3D que pot presentar òrgans/teixits. Pel que fa al 4D, és una imatge 3D en temps real. Tot i que molts instruments d'ultrasons avançats implementen modes 3D i 4D, generalment no s'utilitzen gaire.
