UFBA INSTITUTO DE CINCIAS DA SADE Depto de Biofuno ICS003 -
Biofsica III Medicina
Bioacstica, ultrassom e ECO
Contedo 1. Fsica das ondas sonoras 2. Qualidade fisiolgica do
som 3. Efeitos sonoros 4. Biofsica da audio 5. Biofsica da fonao 6.
Ultrassom 7. Aplicaes do ultrassom 8. A ecocardiografia 9. Tipos de
ECO 10. ECO-Doppler
Fsica do som Produo e anlise dos sons Acstica
O que o som? Ondas longitudinais de compresso e descompresso
Propagao em meio elstico
Ondas sonoras so mecnicas, longitudinais e tridimensionais;
Ondas sonoras no se propagam no vcuo
Fsica do som Comprimento, amplitude, velocidade, freqncia
Caractersticas que influenciam no som
Fsica do somAltura Graves e agudos Baixa e alta frequncia
Ouvimos de 20Hz a 20.000Hz
Grave
Agudo
Fsica do somIntensidade Fortes ou fracos Percepo depende da
frequncia Proporcional amplitude Decai com distncia
Fsica do som
Fsica do somIntensidade Intensidade auditiva ou nvel sonoro ():
A unidade de nvel sonoro, para a equao dada, o decibel (dB). Nvel
sonoro = Bel 1 dB = 0,10 B I1 intensidade do som mais forte I0
intensidade do limiar sonoro humano Um ambiente com: 40dB calmo;
60dB barulhento mais de 80dB j constitui poluio sonora.
Fsica do somTimbre Diferena entre sons de mesmas intensidade e
altura Depende dos sons secundrios (harmnicos)
Material da fonte sonora
Fonao A Laringe como Fonte Sonora Controle da passagem de ar
atravs das pregas Semelhana com instrumentos de sopro Aumento da
presso subgltica - supera resistncia da obstruo Vibrao das pregas
vocais - aduo Fluxo areo X resistncia dos ligamentos e msculos
Ciclos de abertura e fechamento
Fonao
Fatores que interferem: presso superior e inferior das cordas
vocais
elasticidade das cordas vocaistenso das cordas vocais
Fonao Cavidade ressonantesBoca, nariz, faringe, fossas nasais,
craniana, etc Timbre muda com ressonadores
Massa das cordas vocaisTestosterona Crescimento
Fonao Timbre da voz depende de todas as caractersticas fsicas
Frequncia fundamental (F0): massa, comprim. e tenso Massa,
comprimento e tenso = diferentes configuraes Explica porque nossa
voz gravada parece diferente Faixa total de freq. da fala - 60 a
500 Hz Variao da F0 produz a modulao da voz ou entonao
Fsica do somRessonncia Um sistema elstico vibra com a onda
sonora Se mesma frequencia, intensidades se somam Freqncia de
vibrao intrnseca de cada material
Audio
Aparelho para captao e encaminhamento do som Funcionamento
depende da ressonncia
Diviso antomo-funcional Orelhas externa, mdia e interna
Audio
Orelha externa Capta as ondas sonoras Direciona para a membrana
timpnica Amplifica (at 20db)
Audio
Desafio mecnico: energia sonora, que se propaga no ar, seja
suficiente para movimentar os lquidos da cclea Permitir a excitao
das terminaes nervosas A amplificao total varia de 27 a 30 dB Relao
entre a rea da Membrana Timpnica e a da Janela Oval (55 mm2 e 3,2
mm2 = 17 vezes = 27 dB)
Orelha mdia Transmisso;
Amplificao; Equalizao de presses; Proteo da orelha interna
Audio
A orelha interna formada pelo sistema vestibular e a cclea
O sistema vestibular composto por trs canais semi-circulares
dispostos cada um em uma direo. A cclea o rgo mais importante da
audio
Audio
rgo de Corti: onde esto as clulas ciliadas Responsveis pela
transduo sonora
Oscilao mecnica estimula
Audio
Cclea com 35mm de extenso
A cada mm varia 0,2 de oitava pice = freqncias graves Base =
freqncias agudas Acima de 20kHz = ultrassom Abaixo de 20Hz -
infrassom
Fsica do somRefrao propriedade de contornar obstculos
altera caminho da onda, porque muda velocidade
Fsica do som Reflexo (eco) Mudana da direo de propagao (<
180) da onda sonora Eco: ocorre quando t 0,1s. O observador ouve
separadamente o som direto e o som refletido. Emissor e superfcie
refletora devem estar a 17m separados
Ultrassom e aplicaesEcolocalizao A tecnologia imitando a
natureza Distncia e velocidade
Ultrassom e aplicaes Efeito doppler mudana aparente de freqncia
causada por movimento relativo do emissor (E) ou do receptor (R) R
e E se aproximam maior nmero de ciclos passam pelo receptor e o som
fica mais agudo R e E se afastam, menor nmero de ciclos passam pelo
receptor e o som fica mais grave
Ultrassom e aplicaesDefinio Sons com freqncia superior a 20 kHz
Freqncias utilizadas: 2 a 10 MHz (diagnstico) Inaudvel pela maioria
dos seres vivos
Ultrassom diagnstico Mtodo diagnstico que aproveita o eco
produzido pelo som para ver em tempo real as reflexes produzidas
pelas estruturas e rgos do organismo
Ultrassom diagnstico
O equipamento Gerao e recepo transdutor. Amplificao e
compensao.
Imagem processador de vdeo. Registro da imagem
Ultrassom diagnstico Reflexo difusa: Espalhamento do feixe de
ondas = deficincia resoluo Intensidade da reflexo depende da
diferena de impedncia (vel x densidade). Principais interfaces:
- gordura-msculo- msculo-fscia - tendo-peristeo
- ligamento -peristeo
Ultrassom diagnsticoResoluo axial Permite distinguir objetos
prximos localizados no eixo de propagao das ondas. O Eco se forma
sempre que a estrutura alvo tem do tamanho do comprimento de onda
do ultra-som Depende do comprimento de ondaFREQNCIA(MHz)
COMPRIMENTO DE ONDA(mm) 0,96 0,77 0,68 0,44 0,31
1,62,0 2,25 3,5 5
Ultrassom diagnsticoDoppler na clnica No invasivo Medir
velocidades
O que se movimenta dentro de ns? Que diagnstico podemos fazer?
Fluxo sanguneo
Batimento cardaco fetal Correntes fluviais, submarinos
Ecocardiografia
Ecocardiografia (ECO): tcnica que usa ultrassons para formar
imagem do corao Ultrassom emitido refletido e captado Transduo em
imagem Avalia formato e movimento Exame no-invasivo No h preparao
prvia
Ecocardiografia 1953, Sucia - Tcnica criada por I. Edler
1971 Aperfeioamento e aplicao em massa da tcnica Harvey
Feigenbaum divulgao e criao da ASE (American Society of
Ecocardiography)
Ecocardiografia Aplicao de gel na superfcie da rea facilitao da
transmisso
Transdutor transforma eco (energia mecnica) em sinal eltrico
Efeito piezoeltrico
Ecocardiografia Efeito piezoeltrico Surgimento de campo eltrico
em certos cristais no-condutores
Presso polariza alguns cristais, como o quartzo Campo eltrico
resultante detectado como voltagem Efeito oposto tambm ocorre Ou
seja, mesmo princpio para a produo do ultrassom
Ecocardiografia Componentes principais Gerador de pulso gera
carga de alta voltagem para energizar os cristais Transdutor
converte energia eltrica em energia mecnica (ultrassom) Receptor
detecta e amplifica sinais fracos Monitor mostra o resultado de
diversos modos ECG eletrodo para integrao de resultados
Ecocardiografia
A amplitude do sinal eltrico diretamente proporcional
intensidade do eco
Ecocardiografia
Modelos usados na clnica 1. ECO convencional ECO 2D Modo M
(motion) 2. ECO Doppler Onda contnua Pulso Fluxo colorido Todos do
mesmo princpio do ultrassom Diferena na coleta e anlise dos
dados
Ecocardiografia
Tcnica usada para ver estruturas Imagens paradas ou movimentos
em tempo real Ultrassom transmitido em linhas de scaneamento (90
120) Arco de cerca de 90 A viso 2D aparece em formato de cone no
monitor Foto ou Filmagem
Ecocardiografia
Ecocardiografia
Ecocardiografia
Ecocardiografia
No uma imagem direta Diagrama da posio das estruturas Mostra
mudanas nas posies durante ciclo cardaco Permite avaliar dimenses e
padres de movimentos Correlaciona com resultados de ECG e
fonocardiograma
Avaliao de vlvula mitral
Ecocardiografia
Avaliao de vlvula artica
Avaliao ventricular
Ecocardiografia ECO Doppler tcnica para detectar direo e
velocidade de fluxos sanguineos no corao Pulso: para baixas
velocidades (fluxo na
vlvula mitral) Contnuo: para altas velocidades (estenose artica)
Colorido: cores diferentes designam direo do fluxo.Vermelho =
aproximao; azul = afastamento; mosaico = turrbilhonamento
Ecocardiografia
Ultrassom teraputico Efeitos biolgicos Os efeitos podem ser:
Trmicos ou No-trmicos As freqncias utilizadas so entre 0,5 a 2 MHz,
habitualmente.
Absorbncia
TECIDOGordura Gordura-msculo Msculo Nervo Lngua Miocrdio
Freq. (MHz)
Coef. Abs.
0,8 0,8 0,8 0,98 0,98 0,98
0,1 0,14 0,19 0,2 0,25 (0,57) 0,35
Ultrassom teraputico Efeitos no-trmicos Micromassagem Aumento da
permeabilidade da membrana celular.
Alterao do calibre de arterolas. Cavitao e efeito pressrico
Processos inflamatrios crnicos. Determinadas contuses
Ultrassom teraputico Contra indicaes Relativas Fratura no
consolidada. Absolutas Uso de marcapasso. Gravidez. Tumores.
Trombose. Infeces. Tendncia hemorragia. Epfises sseas em processo
de crescimento.
Ruptura ou cirurgia recente de tendo ou ligamento. Osteoporose.
Implantes plsticos ou metlicos.
Tratamento com radiao ionizante. Doenas cardacas graves.
fimNormal
