¿Para que sirven los transductores en el Ultrasonido?

¿Para que sirven los transductores en el Ultrasonido?

El transductor contiene los cristales piezoeléctricos, los cuales son capaces de transformar la energía eléctrica en energía ultrasónica operando como emisores y actúan como receptores al transformar la energía ultrasónica en energía eléctrica.

La energía ultrasónica se genera en el transductor, que contiene a los cristales piezoeléctricos, éstos poseen la capacidad de transformar la energía eléctrica en sonido y viceversa, de tal manera que el transductor o sonda actúa como emisor y receptor de ultrasonidos

La circonita de titanio de plomo es la cerámica usada como cristal piezoeléctrico y que constituye el alma del transductor. Existen cuatro tipos básicos de transductores: Sectoriales, anulares, de arreglo radial y los lineales; difiere tan sólo en la manera en que están dispuestos sus componentes. Los transductores lineales son los más frecuentemente empleados en ecografía musculoesquelética, se componen de un número variable de cristales piezoeléctricos de forma rectangular que se sitúan, uno frente al otro, funcionan en grupos, de modo que al ser estimulados producen o emiten simultáneamente un haz ultrasónico.

La velocidad de transmisión del sonido varía dependiendo del tipo de material por el que atraviese. Los factores que determinan la velocidad del sonido a través de una sustancia son la densidad y la compresibilidad, así tenemos que los materiales con mayor densidad y menor compresibilidad transmitirán el sonido a una mayor velocidad. Esta velocidad varía dependiendo de las características de cada tejido; por ejemplo, en la grasa las ondas se mueven más lentamente; mientras que, en el aire, la velocidad de propagación es tan lenta, que las estructuras que lo contienen no pueden ser evaluadas por ultrasonido.

Por otro lado, la velocidad es inversamente proporcional a la compresibilidad; las moléculas en los tejidos más compresibles están muy separadas, por lo que transmiten el sonido más lentamente. Los materiales densos tampoco transmiten las ondas sonoras con rapidez, ya que las moléculas tan poco distanciadas son difíciles de comprimir. Mientras las ondas ultrasónicas se propagan a través de las diferentes interfases tisulares, la energía ultrasónica pierde potencia y su intensidad disminuye progresivamente, circunstancia conocida como atenuación y puede ser secundaria a absorción o dispersión.

La absorción involucra la transformación de la energía mecánica en calor; mientras que la dispersión consiste en la desviación de la dirección de propagación de la energía. Los líquidos se consideran no atenuadores; el hueso es un importante atenuador mediante absorción y dispersión de la energía; mientras que el aire absorbe de forma potente y dispersa la energía en todas las direcciones. El sonido se refleja en las interfases entre diferentes materiales o tejidos. Dos factores influyen sobre la reflectividad: la impedancia acústica de los materiales y el ángulo de incidencia del haz del sonido. La impedancia acústica es el producto de la densidad de un material por la velocidad del sonido dentro del mismo. El contacto de dos materiales con diferente impedancia, da lugar a una interfase entre ellos (Figura 4). Así como tenemos que la impedancia (Z) es igual al producto de la densidad de un medio por la velocidad del sonido en dicho medio: Z = VD.

 

Figura 4. La impedancia acústica de los materiales y el ángulo de incidencia del haz del sonido influyen sobre la reflectividad. La impedancia acústica es el producto de la densidad de un material por la velocidad del sonido dentro del mismo. La interfase entre dos materiales con diferente impedancia acústica se produce por el contacto entre ellos.

Las interfases formadas por calcio y gases en contacto con cualquier otro tejido poseen una alta diferencia de impedancia acústica. La imagen ecográfica que se obtiene del hueso o de las calcificaciones de los tejidos blandos se limita a una línea muy brillante (hiperecoica) que corresponde a su superficie; usualmente, las calcificaciones producen un artefacto ecográfico que se denomina sombra acústica y que se explicará más adelante. Cuando un haz ultrasónico es propagado de un medio a otro, parte de él se propaga a través del segundo medio, mientras que un pequeño porcentaje es reflejado a manera de «eco» y llega al transductor (receptor) en donde se transforma en una pequeña onda de voltaje y mediante un complejo proceso electrónico se transforma en una imagen en la pantalla (Figura 5).

El porcentaje del haz que es reflejado, se determina mediante la diferencia en la impedancia acústica entre los dos medios. El conjunto de ondas sonoras se reflejan dependiendo del ángulo de incidencia, de manera similar a como lo hace la luz en un espejo. La refracción es máxima cuando la onda sonora incide de forma perpendicular a la interfase entre dos tejidos. Si el haz se aleja sólo unos cuantos grados de la perpendicular, el sonido reflejado no regresará a la fuente emisora (sonda) y no será detectado. Creación de la imagen Las imágenes ecográficas están formadas por una matriz de elementos fotográficos. Las imágenes en escala de grises están producidas por la visualización de los ecos regresando al transductor como elementos fotográficos (píxeles) variando en brillo en proporción a la intensidad del eco.

El transductor se coloca sobre la superficie corporal del paciente a través de una capa de gel para eliminar el aire. Un circuito transmisor aplica un pulso de pequeño voltaje a los electrodos del cristal transductor. Éste empieza a vibrar y transmite un haz ultrasónico de corta duración, el cual se propaga dentro del paciente, donde es parcialmente reflejado y transmitido por los tejidos que encuentra a su paso. La energía reflejada regresa al transductor y produce vibraciones en el cristal, las cuales son transformadas en corriente eléctrica por el cristal y después son amplificadas.

El circuito receptor puede determinar la amplitud de la onda sonora de retorno y el tiempo de transmisión total, ya que rastrea tanto cuando se transmite como cuando retorna. Conociendo el tiempo del recorrido se puede calcular la profundidad del tejido refractante usando la constante de 1,540 metros/segundo como velocidad del sonido. La amplitud de la onda sonora de retorno determina la gama o tonalidad de gris que deberá asignarse. Los ecos muy débiles dan una sombra cercana al negro dentro de la escala de grises, mientras que ecos potentes dan una sombra cercana al blanco.

Figura 5. Un haz ultrasónico se propaga de un medio a otro, mientras que un pequeño porcentaje es reflejado a manera de «eco» y llega al transductor (receptor) en donde se transforma en una pequeña onda de voltaje que mediante un complejo proceso electrónico se transforma en una imagen en la pantalla.

Bibliografía

Vargas, A., Amescua-Guerra, L., Bernal, A., & Pineda, C. (2008). Principios físicos básicos del ultrasonido, sonoanatomía. Medigraphic Literatura Biomédica, 363.

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