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BIOACUSTICA

ondas sonoras APLICACIONES DEL SONIDO EN DIAGNÓSTICO Y TERAPÉUTICA

Sonido • Sonido = movimiento oscilatorio que se propaga por diferentes medios materiales. • Onda longitudinal

simple • • • •

Amplitud Período Frecuencia Período y Frecuencia son inversamente proporcionales.

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 longitudinales se propagan produciendo alternativamente compresión y dilatación.

Periódica (vocales = tonos)

Aperiódica (Consonantes = ruidos)

Reflexión • Una onda sonora al alcanzar la superficie de separación de dos medios distintos se propaga con igual frecuencia pero en sentido contrario.

• Usos: Sonar

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 la superficie límite y se propaga en un segundo medio. • Cambio de velocidad de propagación y de dirección del movimiento ondulatorio. • En el aire sufre refracciones (temperatura no uniforme). • Aumenta con la temperatura (mayor en las capas bajas que en las altas)

Reverberación • En espacios cerrados el sonido se refleja sucesivas veces en las paredes • Empeora las condiciones acústicas de un ambiente • Se elimina recubriendo las 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 • Superposición de ondas. • Fenómeno más representativo del comportamiento ondulatorio. • El valor de la suma de ondas superpuestas depende de cuán retrasada o adelantada esté una respecto de la otra. – Ondas en fase: oscilaciones sincrónicas o acompasadas en un punto (Suma= interferencia constructiva). – Ondas en oposición de fase: oscilaciones contrapuestas en un punto. (Neutralización = interferencia destructiva).

Difracción • Las ondas traspasan orificios y bordean obstáculos. • Cada punto limitado por la rendija, se convierte en foco emisor de ondas secundarias de idéntica frecuencia. • En los puntos intermedios se producen zonas de intensidad máxima y mínima (interferencia).

Sentido de la audición • Las ondas sonoras estimulan el oído y generan la sensación sonora. • Aspectos físicos y aspectos fisiológicos. • Física: propiedades características del comportamiento ondulatorio. • Fisiología: sólo existe sonido cuando se puede 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 • • • • •

Relacionan con el medio Relación con individuos de su especie y/o de otras. Estímulos sobre el Sistema Nervioso Central (sentidos) Oído = órgano de la audición En mamíferos: – oído externo (pabellón auditivo o auricular u oreja, y conducto auditivo externo – membrana timpánica (tímpano) – oído medio (cavidad timpánica: huesecillos (martillo, yunque y estribo), y la trompa de Eustaquio – oído interno (cóclea o caracol, vestíbulo y conductos semicirculares)

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 de medida = decibelio o decibel (dB) Escala con divisiones = potencias de diez 0 decibeles = 10-12 Watt/m2 10 dB = energía 10 veces mayor que 0 dB 20 dB = energía 100 veces mayor que 0 dB 30 dB = energía 1000 veces mayor que 0 dB

Nivel de Sensación Sonora

I  NS  10  log   I0  Siendo: I = Intensidad del sonido que llega al oído I0 =Intensidad mínima audible 1 decibel (1dB) = 10-12

watt m2

Frecuencias perceptibles • 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 . m2). • Los sonidos pueden ser débiles o fuertes.

I

energía potencia  tiempo  área área

• Puede variar en varios millones de órdenes de magnitud = escala logarítmica

Intensidad o amplitud

Forma de una onda de baja intensidad

Forma de onda de alta intensidad

Tono • Cualidad del sonido por la que el oído asigna un lugar en la escala musical • Permite distinguir entre graves y agudos • Asociado a Frecuencia • Se mide en Hertz (Hz) • Graves = frecuencias bajas • Agudos = frecuencias 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 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: sonidos por debajo de los 20 Hz, muy baja frecuencia. • Ultrasonidos: sonidos por sobre los 20.000Hz, muy alta frecuencia. • La ecografía trabaja con ultrasonidos (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

depende de AMPLITUD de

la onda

MEDIO NATURAL en forma de

depende de

TONO

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: 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 utiliza ultrasonidos para definir estructuras y órganos en el interior del cuerpo, permitiendo obtener imágenes de los mismos. • Medio diagnóstico basado en el 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 frecuencia para producir imágenes.

•

Equipos en Medicina Veterinaria = frecuencias entre 3,5 a 7 MHz.

•

Generación del ultrasonido por un objeto muy pequeño que vibra.

•

Estimulación eléctrica de cristales piezoeléctricos (cuarzo o cerámica) ubicados en un “transductor”.

•

Transformación de energía eléctrica en mecánica = “transducción”.

•

Mecanismo: Las ondas ultrasónicas reflejadas por los 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 de su habilidad para reflejar las ondas sonoras. • Interfase: límite entre dos tejidos adyacentes de distintas densidad. • Permiten delimitar órganos, y 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 de los tejidos • No ecogénicos o anecogénicos o anecoicos – no reflejan las ondas de sonido – líquidos y su imagen en diferentes estructuras (folículos, vesículas embrionarias, etc.) – pantalla de color negro

• Hipoecogénicos o hipoecoicos – reflejan menos sonidos que el tejido que los rodea (hígado con respecto al bazo) – mayor densidad que los anecogénicos – pantalla de color gris oscuro

• Isoecoicos – diferentes tonos de gris dependiendo de su densidad – tejidos blandos

• Hiperecogénicos o hiperecoicos – reflejan una gran parte de las 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 de imagen rectangular. • Músculos, tendones, mama y tiroides. • Frecuencia: 7,5 - 20MHz.

Sectoriales • Formato de imagen triangular o en abanico. • Exploración cardiaca y abdominal. • Frecuencia de trabajo: 3,5-5MHz.

Convexos • Formato de imagen de trapecio. • Exploración abdominal y obstétrica (embarazo). • Frecuencia de trabajo: 3,5-5MHz.

Intracavitarios • Pueden ser lineales o convexos. • Exploraciones intrarectales e intravaginales. • Frecuencia de trabajo: 5-7,5MHz.

Realización de una 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 el operador y es importantes para obtener una imagen apropiada. • Calidad de la imagen. Depende de: • número de cristales del transductor • escala de grises • número de imágenes/seg. que analiza • métodos de enfoque, etc. • Poder de resolución: Capacidad de distinguir dos tejidos con ecogenicidad similar. • Indicador del poder de 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”: 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 e in vivo en animales • No se observó relación entre su uso y malformaciones congénitas • No se conoce totalmente la interacción entre ultrasonido y células de alta división • Se recomienda no utilizar doppler en el primer trimestre de gestación mientras se usa ecografía. • Se desconocen los efectos biológicos de la ecografía en los tejidos en desarrollo.

Ventajas del ultrasonido •

• •

•

A la fecha la ecografía ha demostrado ser inocua (pequeñas 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, ginecología y pediatría. Presenta problemas por su dificultad en atravesar zonas de 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).

Aplicaciones Diagnósticas • Exploración de órganos: hígado, riñones, bazo, corazón, ganglios linfáticos. • En oftalmología (frecuencias altas). • Toma de biopsias de forma precisa. • Evaluar caudal circulatorio. • Evaluar vasos sanguíneos y cordón umbilical. • Diagnóstico de quistes y tumores. • Control de reproducción animal. • Mejora de la explotación ganadera. • Estudio de especies en peligro de 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