Upload
clara-justinno
View
9
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
Seminário de Ultra-Som - Princípios Físicos
e Aplicações
SEL 705 - Fundamentos Físicos dos Processos de Formação de Imagens
Professor: Dr. Homero Schiabel
Aluna: Paula Zitko
Índice
Intervalos Sonoros;
Histórico; – Ecolocalização em Golfinhos;
– Sonar;
Características do Som; – Expansão e Contração;
– Comprimento, Amplitude, Período e Velocidade;
– Freqüência;
Fenômenos Sonoros;
Scanner e Transdutores;
Formação da Imagem;
Aplicações
O que é o Ultra-Som?
Vibração Sonora;
freqüência acima daquelas que podem ser detectadas
pelo ouvido humano (20 mil ciclos por segundo);
Usado clinicamente em várias especialidades:
obstetrícia, odontologia, fisioterapia, estética,
ginecologia;
Não emite radiação ionizante (causa efeitos
biológicos)
Ultra-Som X Intervalos Sonoros
20Hz 20000Hz
Infra-Sons Ultra-Sons Audição Humana
Elefantes
(2 km)
Cão, morcego
E golfinho
Histórico
Pioneiros
1794 – Lazzaro Spallanzini (orientação dos morcegos) - ecolocalização
1880 - Jacques e Pierre Curie (caracterização física de alguns cristais) – Apito de cachorro (10 a 40 KHz)
O estudo do ultra-som foi impulsionado com objetivos militares e industriais – 1917 - construção do SONAR
Apito para cães
Sonar - Sound Navigation And Ranging
Paul Langevin (físico Francês – 1917) - localizar
submarinos alemães
Não foi usado antes do final da primeira guerra
mundial (1914–1918)
Esquema simplificado do sonar – O aparelho emite ultra-sons (em
vermelho) que atingem o objeto (em azul), sendo refletidas sobre a
forma de eco (em verde) e voltando ao aparelho receptor. Com base
no tempo entre a emissão e a recepção, é calculada a distância (r)
Pioneiros
Douglas Howry
W. Roderic Bliss,
1948-1949 - primeiro
sistema com objetivo
médico
1950 - primeira
imagem seccional
Imagens em preto e branco e sem gradações
Fim da 2ª Guerra Mundial => Pesquisa em
aplicações médicas
Pioneiros
Kossof
(Austrália)
1971 - introdução da
escala de cinza na
imagem - diversos níveis
de intensidade de ecos
são representados por
diferentes tons de cinza
1980 - 1990 - impulso da ultra-sonografia pelo
desenvolvimento tecnológico, transformando-a em um
importante método de investigação diagnóstica
Características do Som
O que é o Som?
Som = Vibração da matéria;
Transmissão:
Meios materiais
Meios elásticos
Propagação do Som
Objeto vibra = O movimento das partículas carrega e transmite a vibração.
Expansão - compressão e corresponde à pressão máxima da propagação sonora
Contração - rarefação e corresponde à pressão mínima da propagação sonora.
Esquema de Onda Sonora
Individualmente as ondas sonoras são caracterizadas por:
O comprimento de onda , é a menor distância que vai de uma crista à outra ou de uma depressão à outra.
A amplitude é a distância que vai de uma crista ao eixo de propagação da onda. Pode ser também a distância do ponto máximo da depressão ao eixo de propagação.
Período é o tempo gasto para que uma oscilação seja completada. No exemplo da figura 2, o período é de 1 segundo.
A velocidade de propagação das ondas é constante para um determinado meio.
Esquema de Onda
Velocidade da propagação do som em diversos meios
Meio Velocidade (m/s)
Ar 330
Água doce 1435
Sangue 1560
Músculo 1570
Gordura 1580
No vácuo, onde não existe o indispensável meio material que o transporte, o
som não se propaga.
Freqüência de uma Onda
A freqüência = número de oscilações por segundo;
A unidade é chamada de hertz (Hz).
As ondas tem a mesma freqüência da fonte emissora, independente do meio em que se propaga;
Período (inverso da freqüência);
Esquema de Onda
F=1/T
T=1/F
Ex: onda de 20 HZ
Fenômenos Sonoros
Interface:
Transmitida;
Refletida;
Refratada...
Onda Sonora
•Comportamento do som;
Reflexão
Quando encontra um meio que não pode ser contornado a onda
"bate e volta“;
Mudança de direção de propagação da energia ;
Retorno da energia incidente em direção à região de onde ela é
oriunda;
O ângulo de incidência tem valor igual ao valor do ângulo de
reflexão;
USO: A reflexão luminosa é a base da construção e utilização dos espelhos.
Diagrama simples ilustrando o fenômeno da reflexão.
Ângulo de
Incidência
Ângulo de
Reflexão
Normal
Reflexão
Reflexão => Reforço,
Reverberação e Eco;
Ouvido humano capaz de
discernir 2 excitações
breves e sucessivas em
um intervalos maior ou
igual a 1/10 segundo;
Reforço
o som refletido chega ao
tímpano antes do décimo de
segundo;
reforça a excitação do
tímpano e reforça a ação do
som direto.
Reverberação
o som breve refletido chega ao ouvido antes que o tímpano, já excitado pelo som direto, tenha tempo de se recuperar da excitação (fase de persistência auditiva).
Chama-se reverberação o fato de tantas
reflexões chegarem ao ouvinte que ele não as pode distinguir umas das outras.
É a chamada continuidade sonora e o que ocorre em auditórios acusticamente mal planejados.
Eco
reflexão de som que chega ao ouvinte
pouco tempo depois do som direto;
obstáculo necessita estar a mais do
que 17 metros de distância=>
velocidade do som no ar (340 m/s)
Exemplos: eco produzido no fundo de
uma escadaria, por um edifício, ou em
uma sala, pelas paredes;
Refração
A mudança da direção das ondas, devido a entrada em outro meio;
alteração da direção do feixe transmitido em relação ao feixe incidente;
passagem da onda por meios com diferentes índices de refração;
mudança no comprimento e velocidade, freqüência permanece a mesma;
Note como o cano verde
parece se quebrar dentro
dos copos
Refração do ar para a água
- Falta de ângulo impede a refração e
leva à reflexão
Difração
•A onda tem a capacidade de contornar obstáculos;
•A difração sonora é imensa por ter seu comprimento muito
grande - enorme quando comparado com o comprimento de
onda da luz
Interferência
representa a superposição de duas ou mais
ondas num mesmo ponto;
Interferência Construtiva
caráter de reforço quando as fases
combinam (interferência construtiva).
Exemplo: Quando escutamos música em nosso lar, percebemos que certos
locais no recinto é melhor para se ouvir a música do que outros. Isto é
porque nestes pontos as ondas que saem dos dois alto-falantes sofrem
interferência construtiva
Interferência construtiva
Interferência Destrutiva
caráter de aniquilação, quando as fases não
são as mesmas (interferência destrutiva)
Ex: Ao contrário, os locais onde o som está ruim de ouvir é causado pela
interferência destrutiva das ondas.
Fig.11 - Interferência destrutiva
Impedância
Todo meio material elástico oferece uma certa "resistência" à transmissão de ondas sonoras;
Mesma impedância => não há reflexão (toda transmitida);
É a diferença de impedância acústica entre dois tecidos que define a quantidade de reflexão na interface, promovendo sua identificação na imagem; – Ex: um nódulo no fígado será mais facilmente identificado se
sua impedância acústica for bastante diferente do parênquima hepático ao redor;
quanto maior a diferença de impedância entre duas estruturas, maior será a intensidade de reflexão
Impedância acústica de alguns materiais
Material (106 Rayls)
Ar 0,0004
Gordura 1,38
Água 1,48
Músculo 1,70
Outros tecidos moles 1,63
Osso 7,80
Ex: a diferença de impedância entre o ar e os tecidos moles, que justifica a necessidade do
gel de acoplamento acústico utilizado para aumentar o contacto entre a pele e o transdutor,
caso contrário o feixe seria refletido.
Efeito Doppler
som é gerado ou refletido por um objeto em
movimento;
Há mudança na percepção do som;
Scanner e Transdutor
Equipamento Scanner
• Processo onde lança ondas de som em um
corpo;
• as reflexões das ondas de som são
capturadas por uma máquina, que as
transforma então em uma imagem que pode
ser lida;
•O Ultra-som é um recurso que não envolve o
uso de radiação ou qualquer tipo de soluções
de contraste que precisam ser engolidos ou
injetados;
• Este é com certeza um método seguro, rápido
e muito efetivo para certos tipos exames
médicos.
Transdutores
FG-32ua (by Pentax ®)
Transdutor Endoscópico
EUP-OL334
Transdutor Laparoscópico
EUP-ES322
EUP-ES533
Transdutores Trans-Esofágicos
C3-7ED - SonoAce
Transdutor Convexo
Transdutores e Elementos piezoelétricos
Elementos piezoelétricos Emite eletricidade
Transforma
energia elétrica em
mecânica (onda
sonora)
efeito piezoelétrico inverso
transmissores e receptores simultaneamente.
Transdutores
•Produz e recebe ecos (normalmente 1% da onda emitida);
•Quanto maior a freqüência, menor o comprimento da onda
sonora e melhor a resolução espacial;
•transdutores (de 3,5MHz) : exame de tecidos profundos,
como o abdômen, útero;
• transdutores (maiores que 7,5MHz): exame de tecidos
superficiais, como a mama, tireóide, pele, testículo, etc.
Esquema simplificado de transdutor com
elemento cerâmico único
Transdutores
Transdutores - Funcionamento
Meio homogêneo – propagação em linha reta;
Meio Heterogêneo – as ondas são refletidas a cada densidade diferente, retornando ecos;
Emissor e receptor;
Ecos provenientes de interfaces perpendiculares às ondas são recebidos;
De acordo com o tempo de emissão e recepção, estabelece-se a profundidade da imagem;
quanto mais longe está a estrutura da superfície do transdutor, ela aparecerá em situação mais inferior na tela.
Esquema ilustrativo
de um transdutor.
Formação de imagens por Varredura
Existem vários métodos para se extrair uma
imagem a partir dos ecos:
A-MODE (amplitude mode);
B-MODE (brightness mode);
M-MODE (motion mode).
Informações espaciais
Informações sobre
movimento/velocidade
Muitos equipamentos podem operar com uma combinação dos modos
Modo A – Amplitude
Mais antigo (1930);
fornece informações unidimensionais;
muito utilizado em oftalmologia;
Diagnostica tumores, corpos estranhos e descolamento da retina;
Modo A – Amplitude
Usa um transdutor que emite um pulso no tecido, o sistema então, lê e plota ao longo do tempo os sinais que retornam;
Características:
Detecção das reflexões nas interfaces;
Tempo de ida-volta proporcional à profundidade de cada interface;
Produz uma única imagem de ecos recebidos de apenas uma posição da sonda;
Modo B - Brilho
mais utilizado;
imagens em duas dimensões;
Os princípios são os mesmos
daqueles do mapeamento A exceto
que o transdutor é movimentado;
estabelece informação sobre a
estrutura interna do corpo;
tem sido usado no diagnóstico do
fígado, mama, coração e feto;
pode detectar gravidez muito cedo, e
pode estabelecer informação sobre
anomalias uterinas.
Ultra-som de mama
Ultra-som no acompanhamento gestacional
Modo M – Movimentação Temporal
gráficos de movimentação temporal;
bastante empregado em ecocardiografia;
O modo M combina certas características do modo A e o modo B;
O transdutor é mantido estacionário como no modo A e os ecos aparecem como pontos no modo B.
Ecocardiografia em Modo M -
ambos ventrículos rodeados
de abundante derrame
pericárdico
As principais peculiaridades do método ultra-sonográfico são:
– é um método não-invasivo ou minimamente invasivo;
– as imagens seccionais podem ser obtidas em qualquer orientação espacial;
– não apresenta efeitos nocivos significativos dentro do uso diagnóstico na medicina;
– não utiliza radiação ionizante;
– a aquisição de imagens é realizada praticamente em tempo real, permitindo o estudo do movimento de estruturas corporais.
Principais Aplicações
Aplicações no Diagnóstico da Mama
Método de complementação de imagens
mais importante no diagnóstico da mama;
Emprego:
– Diagnóstico de cistos;
– Avaliação de lesões sólidas;
– Comprovação de carcinomas;
– Marcação pré-operatória; Ultra-som da mama
Diagnóstico de Cistos
Comprovação ou não da existência do cisto;
Taxa de acertos 100%;
Empregado para a avaliação de achados palpáveis;
Quando há a evidência de um ou mais cistos, e desde que não exista nenhuma outra imagem adicional (micro calcificações), geralmente não há necessidade de partir para um procedimento cirúrgico;
Evita biopsias desnecessárias em cistos simples.
Ultra-som da mama com nódulo
Diferenciação entre achados sólidos (benignos/malignos)
Diferenciação entre carcinoma e
fibroadenoma;
Ultra-som é usado como método
complementar quando os achados –
geralmente palpáveis, não são
completamente delimitáveis do ponto de
vista mamográfico no tecido denso;
Comprovação de Carcinomas
Carcinomas hipoecóicos, situados em tecido
rico em gordura, a detecção geralmente é
prejudicada - ecos de baixa intensidade
(cinza escuro); (mamografia);
Tecido bastante ecogênico (imagens cinza-
claras), os carcinomas (maioria pouco
ecogênico), são facilmente identificáveis;
Aplicação na Ginecologia
•Verificar o tamanho de útero e os
ovários;
•Avaliar diagnósticos de Patologias
Mamárias;
•Avaliar possíveis existências de
tumores malignos no útero e
ovários;
•Gerenciar infertilidade dos ovários;
Ultra-som endovaginal
Ultra-som transvaginal
Aplicação na Obstetrícia
•Confirmar a gravidez;
•Determinar a idade do feto;;
•Avaliar se há gravidez múltipla;
•Avaliar o bem estar fetal;
•Detectar mal formações fetais;
•Realizar “check up” morfológicos nos
órgãos fetais;
•Determinar com precisão o sexo do feto;
•Ajudar o obstetra na decisão de ter que
fazer um parto mais cedo ou não, quando
a gravidez é de risco
Ultra-som fetal
Ultra-som 3D de Gêmeos
Uni vitelinos
Aplicações : Ultra-Som 2 D
Método Convencional;
O ultra-som é feito inicialmente pelo modo bidimensional (crescimento e morfologia do feto);
depois são feitas as reconstruções tridimensionais;
A diferença entre o que é visto num ultra-som comum e no 3D é a mesma de um desenho só com o contorno e outro pintado e finalizado;
Aspecto de meningomielocele
Aplicações : Ultra-Som 3 D
inovação do método 2D;
imagens obtêm uma qualidade quase fotográfica;
ajuda a avaliar tumores e a verificar o volume dos órgãos;
a possibilidade de olhar o bebê em 360 graus também melhora muito o vínculo afetivo entre mãe e filho
Aspecto de meningomielocele
Aspecto de meningomielocele ao ultra-som convencional e ultra-som 3D.
Aspecto de meningomielocele
Vantagens do Ultra-som 3D
mais fácil saber o sexo do bebê;
imagens mais reais;
detalhes de malformações;
Identifica se bebês gêmeos estão na mesma placenta ou não;
posição do feto se o cordão umbilical está em torno do pescoço;
mais preciso no diagnóstico do câncer de mama em jovens;
capaz de identificar melhor certas anomalias do útero.
Limitações Ultra-som 3D
precariedade da avaliação das
estruturas fetais internas;
Aplicações : Ultra-Som 4 D
O ultra-som 4D é a imagem
do 3D gerada em tempo
real;
O 1º equipamento que
realiza Ultra-Som 3D em
tempo real (4D), foi lançado
no mercado internacional
em outubro de 2001;
Medicina Interna
Abdome
– Fígado
– Vias Biliares
– Pâncreas
Tireóide
Ultrasonografia da tireóide
Cardiologia
Doença coronariana;
Doenças do músculo
cardíaco;
Doenças do pericárdio;
Tumores cardíacos;
Cardiopatia hipertensiva;
Doenças cérebro-vasculares
Ecocardiografia fetal –
demonstrando aneorisma do átrio
direito - AN
Caracterização do Tecido Ósseo
Diagnóstico de osteoporose;
Mais simples que os métodos de densitometria óssea por raio X;
A velocidade de propagação das ondas de ultra-som é medida somente dentro do osso, sem a contribuição de o tecido mole que o rodeia.
Oftalmologia
Detecta membranas muito finas;
detecta pequenos tumores mostrando características
internas do tecido.
Consegue captar imagens em tempo real com
movimento das membranas intra-oculares ou tração
vítreo-retiniana.
Ultra-sonografia Oftalmológica no modo B
Ultra-som com Doppler
informações quantitativas e qualitativas quanto a seu fluxo sangüíneo;
possui grande número de aplicações das quais podemos citar a avaliação de:
– doenças venosas tromboembólicas;
– lesões ateroscleróticas obstutivas das artérias;
– pacientes pós transplante renal;
– infertilidade e desenvolvimento precoce do embrião ;
– fluxo vascular em processos neoplásicos .
realiza pela cor e por gráficos, a medida do fluxo das artérias e veias.
Hepatocarcinoma e aspecto característico dos vasos nutridores
Efeitos biológicos do Ultra-som
efeitos fisiológicos do calor:
Aumento no metabolismo;
Vasodilatação;
Diminuição da viscosidade dos líquidos;
Mas o US não produz apenas calor, mas também: micro-massagem (redução de edema);
Correntes acústicas (pode aumentar a permeabilidade nas células);
Ondas estacionárias; aumento das taxas de difusão de íons através das membranas celulares.
Vantagens
Relativamente barato (U.S convencional);
Rápido;
Imagens em tempo real;
É possível gravar imagens duvidosas para análise posterior;
Isento de risco (faixa Terapêutica);
Desvantagens
Depende muito da habilidade do operador do
aparelho;
Resolução espacial muito abaixo daquela obtida
com TC e RMN;
Bibliografia
COSTA, MM, DIAS, EN, SILVA, HMS, FIGUEIRA F., ASS. Câncer de Mama para Ginecologistas. Editora Revinter. 1994.
Empresa Siemens, http://www.siemens.com/, acesso em 052007
Ensino de física à distância, Bertulani C. A, http://www.if.ufrj.br/teaching/fis2/ondas2/ondas2.html, acesso em 21/05/2007
Fundação Odontológica de Ribeirão Preto - FORP – USP. Ultra-som. Disponível em ttp://www.forp.usp.br/restauradora/us01.htm#Intro. Acesso em 28/03/07.
KÖBRUNNER, Sylia H. Heywang, SCHREER, Ingrid, DERSHAW, D. David, FRASSON, Antonio. MAMA Diagnóstico por Imagem. Rio de Janeiro: Revinter, 1999. 412p
MedSom – Equipamentos médicos. Disponível em: http://www.medson.com.br/. Acesso em 25/04/2007
NEPOMUCENO, L. X., Tecnologia Ultra-Sônica. Editora Edigar Blücher Ltda. 1980
Reseller Web – Mídia de Negócios. Disponível em: http://www.resellerweb.com.br/noticias/artigo.asp?id=90093. Acesso em 06/04/2007
ROCHA,DC, BAUAB, SP. Atlas de Imagem da Mama. Editora Savier. 1995.
Terra Notícias, Disponível em : http://noticias.terra.com.br/ciencia/interna/0,,OI920212-EI238,00.html. Acesso em 02/04