Upload
vuongngoc
View
214
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Princípios Físicos do US
Wilson Mathias Jr
Diretor, Ecocardiografia
Instituto do Coração - InCor
Universidade de São Paulo
Onda de US
Uma onda em física é uma perturbação oscilante de alguma
grandeza física no espaço e periódica no tempo. A oscilação espacial é
caracterizada pelo comprimento de onda e a periodicidade no tempo é
medida pela freqüência da onda, que é o inverso do seu período. Estas
duas grandezas estão relacionadas pela velocidade de propagação da
onda.
Fisicamente uma onda é um pulso energético que se propaga através
do espaço ou através de um meio (líquido, sólido ou gasoso).
As ondas existem em um meio cuja deformação é capaz de produzir forças de
restauração através das quais elas viajam e podem transferir energia de um
lugar para outro sem que qualquer das particulas do meio seja deslocada
permanentemente.
Ondas de US
Cristal piezoelétrico:
• Titanium ou cerâmica• Gera e recebe ondas de ultrassom • Imagem: tempo de transmissão e reflexão
Transdutores
Refletor Refletor especularespecular
ReflexãoReflexão
AtenuaAtenuaççãoão
RefraRefraççãoão
Transdutor
Princípios da Ecocardiografia
DifraDifraççãoão
DisperDisperççãoão
Burns. In: Rumack et al, eds. Diagnostic Ultrasound. Vol 1. 2nd ed. St. Louis: Mosby; 1998:57.
Freqüência
f1 2f1 3f1
Ene
rgia
Tecido
Fundamental e Harmônicas
Imagem com Pulso InvertidoReflexão linear
Tecido
Tecido + Sangue
2.5 MHz
2.5-MHztransdutor
Burns. In: Rumack et al, eds. Diagnostic Ultrasound. Vol 1. 2nd ed. St. Louis: Mosby; 1998:57.
2.5 e 5 MHz
2.5-MHztransdutor
Harmonica e Filtro de Sinal
2 F0 MHz Imagem em segunda
Harmônica
F0 MHz
F0 MHz(tecido)
Filtro
2 F0 MHz(contraste)
2 F0 MHz
Imagem em Segunda HarmônicaTransdutor
Foco e campos Ultra-sônicos
Area focal
ElementospiezoelectricosDistancia
Focal
DistanciaFocal
Ondas de Ultrasom
produzidas pelotransdutor
Campo proximal:• Melhores imagens• Incidência perpendicular
Campo distal:• Detecção difícil das estruturas• Incidência oblíqua
Transdutores
Simples:• pulsos alternados (M-Mode)
Mecânicos:• Um ou mais cristais• Bom sinal• Doppler limitado• Problemas técnicos freqüentes
Anulares:• 2 cristais circulares • Recepção e transmissão
Bidimensional - Artefatos
ARTEFATO
Imagem inadequada
Sombra acústica
Reverberações
Refração
MECANISMO
Penetração pobre do
Ultrassom
Reflexão por uma
estrutura especular
Propriedade refletora
Do ultrassom
Desvio do sinal do ultrassom
EXEMPLOS
Obesidade, DPOC
Prótese valvar,
calcificação
Prótese valvar
Dupla imagem
Johann Christian Andreas Doppler
Físico Austríaco
29/11/1803 – 17/03/1853Salzburg Viena
Sobre as Cores da Luz Emitida pelas Estrelas Duplas (Über das farbige Licht der Doppelsterne), 1842
Diretor do Instituto de Físicae professor de Física Experimental
na Universidade de Viena.
“Efeito Doppler”
onde:λ = comprimento de onda de uma onda sonorac = velocidade do som no ar = 343 m/s a 20 °C (68 °F); f = frequência da onda 1/s = Hz.
Equação Doppler
C = Velocidade do som no sangueFt = Frequência do transdutorFs = Frequência refletidaΘ = Angulo entre o feixe de US e o Fluxo sanguínio
EquaEquaçção de ão de BernoulliBernoulli
Conversão de Velocidade em pressão
∆ P = 4V2
Daniel Bernoulli, 1738
Daniel Bernoulli
Matemático Holandês
08/02/1700 – 17/03/1782Groningen Basel
Ganhou mais de 10 Prêmios da academia de Parísdesde Temas sobre Magnetismo até Temas Náuticos
EquaEquaçção de ão de BernoulliBernoulli
Conversão de Velocidade em pressão
∆ P = 4V2
Daniel Bernoulli, 1738Daniel Bernoulli, 1738
Aceleração conectiva
Componente Inercial Dissipação Viscosa
Para um Fluxo que é: 1) sem viscosidade (como o fluxo sanguínio é); 2) através de umorifício restritivo (Componente inercial
dispresível e; 3) com V1 >>> V2, reduzindo a fórmula a:
∆ P = 4V2
–– ALBUNEXALBUNEX–– LevovistLevovist–– DefinityDefinity–– OptisonOptison–– PESDAPESDA–– AcusphereAcusphere–– BisphereBisphere
ProteProteíínanaSacarSacaríídeodeoLipLipíídeodeo
ArArGGááss
PossuemPossuem cincinéética semelhante a das hemtica semelhante a das hemááciascias
Princípios da Ecocardiografia ContrastadaAgentesAgentes de de ContrasteContraste
Refletor Refletor especularespecular HemHemááciascias
reflexãoreflexão
atenuaatenuaççãoãorefrarefraççãoão
TransdutoresTransdutores
Princípios da Ecocardiografia ContrastadaImagemImagem emem SegundaSegunda HarmônicaHarmônica
Burns. In: Rumack et al, eds. Diagnostic Ultrasound.; 1998Lindner JR et al J Am Soc Echocardiogr 15;(5):395-403, 2002.
Microbolhas estáveis e de tamanho adequado para passar pelos pequenoscapilares pulmonares.
Princípios da Ecocardiografia ContrastadaReologiaReologia das das MicrobolhasMicrobolhas
Hemácia6-8 µm
Microbolha1-8 µm
Cheng et al. Am J Cardiol. 1998;81:41G.
Princípios da Ecocardiografia ContrastadaReologiaReologia das das MicrobolhasMicrobolhas
• Aumentam a reflexão do sinalprovindo do sangue
• Ressona em frequênciasutilizadas para Ultra-somdiagnóstico
Burns PN. Diagnostic Ultrasound. 2nd ed. St. Louis, Mo: Mosby; 1998:57-84.
Princípios da Ecocardiografia ContrastadaMecanismoMecanismo de de AAççãoão das das MicrobolhasMicrobolhas
Com Contraste
Princípio da Harmônica
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 2 4 6 8
Frequência (MHz)
Am
plitu
de TecidoBolhas
Resonancia em Frequência Fundamental“Ecocardiografia com Perfusão Miocárdica
em Tempo Real”
Ressonância US Refletido Espectro Refletido
Linear ou IM < 0,2
Burns. In: Rumack et al, eds. Diagnostic Ultrasound. Vol 1. 2nd ed. St. Louis: Mosby; 1998:57. de Jong et al. Ultrasonics. 1994;32:455.
ff0
Baixa Energia - IM 0,1
Ressonância LinearSinal Fundamental
Ressonância Não-LinearSinal Harmônico
Sinal TransitórioSinal Harmônico Intenso
Energia Intermediária - IM 0,4 a 0,8
Alta Energia – IM > 0,8
Comportamento das Microbolhas no Campo US
Burns PN. Diagnostic Ultrasound. 2nd ed. St. Louis, Mo: Mosby; 1998:57-84.
Harmônica e Filtro de SinalSinal Refletido Sinal transformado
em Imagem
Burns. In: Rumack et al, eds. Diagnostic Ultrasound. Vol 1. 2nd ed. St. Louis: Mosby; 1998:57.
KaulKaul S et al. S et al. CirculationCirculation 1997;96:451997;96:45--6060
MicrobolhasMicrobolhas possuem cinpossuem cinéética tica semelhante a das hemsemelhante a das hemááciascias
MMéétodo não todo não invasivoinvasivo ideal de ideal de avaliaavaliaçção da perfusão miocão da perfusão miocáárdicardica
Marcador da microcirculação
Utiliza baixa energia ultraUtiliza baixa energia ultra--sônica sônica
Avalia de forma simultânea a contraAvalia de forma simultânea a contraçção e perfusão miocão e perfusão miocáárdicardica
Identifica as Identifica as ááreas de infarto (sem perfusão)reas de infarto (sem perfusão)
Modalidades: Modalidades: Pulsos com EnergiaPulsos com Energia moduladamoduladaPulsos comPulsos com invertidainvertidaCancelamento de pulsoCancelamento de pulso
““FlashFlash”” com alto com alto ííndice mecânicondice mecânico
Ecocardiografia com Perfusão Miocárdica em Tempo Real
tt11TimeTime
AA BB
tt22
CC
tt33
EE
tt55
DD
tt44
KaulKaul et al. et al. CircCirc 1998; 97: 4731998; 97: 473--483483
Interação US - MicrobolhaTempo para reperfusão
Wei et al Circulation 29;103(21):2560-5, 2001.KaulKaul et al. et al. CirculationCirculation 97: 47397: 473--483, 1998.483, 1998.
t
A“I
nten
sida
deA
cúst
ica”
Volume Sangüineo (A)
Velocidade Média de fluxo (β)
Ecocardiografia com Perfusão Miocárdicaem Tempo Real
Wei et al Circulation 29;103(21):2560-5, 2001.KaulKaul et al. et al. CirculationCirculation 97: 47397: 473--483, 1998.483, 1998.
Ecocardiografia com Perfusão Miocárdica em Tempo RealMarcador de Perfusão Microvascular
• 33% do volume Miocádicoé Sangue.
• 33% do volume Miocádicoé Sangue
90% do Sangue Capilares
y (t) = A x (1 – e –β x t)
Wei et al Circulation 29;103(21):2560-5, 2001.KaulKaul et al. et al. CirculationCirculation 97: 47397: 473--483, 1998.483, 1998.
Quantificação do Fluxo Miocárdico Absoluto em Seres Humanos
Vogel R et al., J Am Coll Cardiol 45:754-762, 2005.
rBV x β
ρΤ=
(A / ALV x β)
ρΤ
ρΤ = 1,05
MBF (Basal) = 0,828 + 0,318 ml x min-1 x gr-1
MBF (Hiperemia) = 2,801 + 0,832 ml x min-1 x gr-1
Valores normais
Quantificação do Fluxo Miocárdico em Seres Humanos
=FSM
2.02.0
1.51.5
1.01.0
0.50.5
0.00.00.00.0 0.50.5 1.01.0 1.51.5 2.02.0
1.01.0
0.80.8
0.20.2
--0.20.2
--0.60.60.00.0 0.50.5 1.01.0 1.51.5 2.02.0
0.60.6
0.40.4
0.00.0
--0.40.4
MBF MBF PETPET [ml[ml..minmin--1.1.gg--11]]MBF MBF PETPET [ml[ml..minmin--1.1.gg--11]]
y=0.899x+0.079; ry=0.899x+0.079; r22=0.88=0.88P<0.0001, SEE=0.112P<0.0001, SEE=0.112
MB
F M
BF
MC
EM
CE
[ml
[ml.. m
inm
in-- 1
.1.gg--
11 ]]
(MB
F (M
BF
PET
PET
-- MB
FM
BF M
CE
MC
E) [m
l) [
ml.. m
inm
in-- 1
.1.gg--
11 ]]
3030 Patients e 15 normaisPatients e 15 normais
Quantificação do Fluxo Miocárdico Absoluto em Seres Humanos
VogelVogel R et R et alal. J Am . J Am Coll CardiolColl Cardiol; 2005: 45: 754; 2005: 45: 754--6262
Características das Ondas de USReflexão - Quando uma onda volta para a direção de onde veio, devido à batida em material reflexivo.
Refração - A mudança da direção das ondas, devido a entrada em outro meio. A velocidade da onda varia, pelo que o comprimento de ondatambém varia, mas a frequência permanece sempre igual, pois écaracterística da fonte emissora.
Difração - O espalhamento de ondas, por exemplo quando atravessam uma fenda de tamanho equivalente a seu comprimento de onda. Ondas com baixo comprimento de onda são facilmente difractadas.
Interferência - Adição das amplitudes de duas ondas que se superpõe.
Dispersão - a separação de uma onda em outras de diferentes freqüências.
Vibração - Algumas ondas são produzidas através da vibração de objetos, produzindo sons. Exemplo: Cordas ( violão, violino, piano, etc.) ou Tubos (orgão, flauta, trompete, trombone, saxofone, etc.)