Gonzalo E. Díaz Murillo , MD

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Qué es Ecografía - Historia de la Ecografía- Bases Físicas - Imágenes

  1. Ecografía - Introducción

  2. Historia de la Ecografía

  3. Bases físicas de la Ecografía

  4. Principio de la Ecografía

  5. Diferencias entre Ecografía y Rayos X

  6. Términos empleados en Ecografía

  7. Velocidades del Sonido en materiales Biológicos

  8. Relación entre Frecuencia y resolución

  9. Algunos términos relacionados con Doppler

  10. Ecografía en C.A.D. en Color

  11. Imágenes ecográficas

  12. Causas de Error

  13. Etica

  14. Cómo solicitar la ecografía

Introducción

El ultrasonido diagnóstico o sonografía, conocido popularmente como Ecografía, ha tenido una evolución muy rápida gracias a su inocuidad, facilitando la posibilidad de practicar numerosos estudios en un mismo paciente, sin riegos, sin preparaciones dispendiosas y a un costo relativamente bajo.

Su nombre sonografía, proviene del inglés sonography, y a los médicos que la ejercen se les denomina sonólogos, del inglés sonologist. En los países de habla hispana se adoptó erróneamente el nombre "Ecografía", palabra que significa un tipo de afasia en que el paciente pude copiar escritos, mas no expresar sus propias ideas.

Los primeros aparatos utilizados para practicar la ecografía (scaners ultrasónicos o ecógrafos) eran estáticos, es decir que producían una imagen fija, similar a la obtenida en radiología convencional. Esto llevó a clasificar el Ultrasonido como una rama de la radiología, lo cual ha producido muchos errores y deficiencias, ya que las dos especialidades son totalmente distintas.

La principal diferencia, y a partir de la cual se abre una gran brecha, radica en que la ecografía utiliza ondas mecánicas y la radiología usa ondas electromagnéticas.

Un avance científico que ha impulsado radicalmente el desarrollo de la medicina ha sido la informática. Gracias a los nuevos computadores ha sido posible obtener significativas mejoras en los equipos, como es la ecografía en Color, la tridimensional, la telesonografía, etc.

También los equipos son cada vez más pequeños y livianos y permiten sondas que pueden penetrar incluso vasos de pequeño calibre. Además, ya son totalmente digitales con imágenes mucho más nítidas.

Todos éstos progresos han convertido a la ecografía en una rama de la medicina con carácter multidiciplinario, que requiere en muchos casos una especialización en ciertas áreas..

Técnicas como la exploración transvaginal han cambiado totalmente la concepción de la ecografía y se les dedica un merecido espacio en éste sitio. Nuevos estudios como la urosonografía hacen innecesaria la práctica de exámenes peligrosos y complicados como la Urografía excretora. Así mismo la sonomamografía hace innecesaria la mamografía, la ecografía de tiroides desplaza a la gamagrafía y así veremos otros muchos otros ejemplos.

El concepto actual de ecografía obstétrica es totalmente diferente al establecido hasta hace pocos años. Ahora es la forma mas confiable y segura de examinar al embrión y feto y de controlar la gestación. La ecografía obstétrica debe practicarse tan pronto se sospeche el embarazo y no esperar a que pasen meses para poder obtener un diagnóstico. Antes la ecografía obstétrica era un examen electivo; ahora es un examen indispensable y el no solicitarlo constituye negligencia profesional. Ilustraré un caso muy común: Paciente de 25 años con metrorragias, que ha recibido tratamiento con estrógenos por varios meses y sin resultado. Finalmente se le ordena la ecografía pélvica que revela embarazo de 18.5 semanas, feto vivo y placenta previa total, como causa de la hemorragia.

Actualmente la ecografía transvaginal es el medio de controlar los dispositivos intrauterinos ya que la sola visualización o palpación del hilo es insuficiente e insegura, como pueden corroborarlo el gran numero de pacientes que han quedado embarazadas con DIU, supuestamente "bien colocados".

Es innegable que actualmente el ultrasonido es el medio diagnóstico más útil. Sus áreas de desarrollo apenas comienzan y sus posibilidades son inimaginables.

Estas páginas facilitarán al médico de cabecera y al especialista obtener el máximo beneficio de la Ecografía, y ayudará a los médicos sonólogos, radiólogos y de otras especialidades, así como a ingenieros, vendedores de equipos, etc, a aprender más de sus equipos y a desarrollar nuevas técnicas que harán evolucionar ésta ciencia. Así mismo, desarrollará en el estudiante de medicina una nueva perspectiva que lo librará de ataduras a antiguos y obsoletos sistemas de diagnóstico y estimularán un diagnóstico más ágil, certero y seguro.

Finalmente deseo invitar a las facultades de medicina a establecer la especialización en Ecografía, que es una necesidad apremiante para el común beneficio del cuerpo médico, pacientes y empresas productoras de equipos.

Historia de la ecografía

El llamado ultrasonido abarca el espectro de frecuencias sonoras que superan los 20.000 ciclos, el cual es el límite máximo de frecuencia percibida por el oído humano.

En la naturaleza encontramos desde tiempos inmemoriales animales que utilizan el ultrasonido como medio de orientación, comunicación, localización de alimentos, defensa, etc. Ejemplos de animales que utilizan el ultrasonido son: Polillas, marsopas, pájaros, perros, murciélagos y delfines.

A continuación haremos una breve reseña histórica de los principales acontecimientos que han marcado el progreso del ultrasonido en el campo médico.

En 1881, Jacques y Pierre Curie publicaron los resultados obtenidos al experimentar la aplicación de un campo eléctrico alternante sobre cristales de cuarzo y turmalina, los cuales produjeron ondas sonoras de muy altas frecuencias.

En 1883 apareció el llamado silbato de Galton, usado para controlar perros por medio de sonido inaudible a los humanos.

En 1912, abril, poco después del hundimiento del Titanic, L. F. Richardson, sugirió la utilización de ecos ultrasónicos para detectar objetos sumergidos.

Entre 1914 y 1918, durante la Primera Guerra Mundial, se trabajó intensamente en ésta idea, intentando detectar submarinos enemigos.

En 1917, Paul Langevin y Chilowsky produjeron el primer generador piezoeléctrico de ultrasonido, cuyo cristal servía también como receptor, y generaba cambios eléctricos al recibir vibraciones mecánicas. El aparato fue utilizado para estudiar el fondo marino, como una sonda ultrasónica para medir profundidad.

En 1929, Sergei Sokolov, científico ruso, propuso el uso del ultrasonido para detectar grietas en metal, y también para microscopía.

Entre 1939 y 1945, durante la Segunda Guerra Mundial, el sistema inicial desarrollado por Langevin, se convirtió en el equipo de norma para detectar submarinos, conocido como ASDIC (Allied Detection Investigation Committes). Además se colocaron sondas ultrasónicas en los torpedos, las cuales los guiaban hacia sus blancos. Mas adelante, el sistema se convertiría en el SONAR (Sound Navegation and Ranging), cuya técnica muy mejorada es norma en la navegación.

En 1940, Firestone desarrolló un refrectoscopio que producía pulsos cortos de energía que se detectaba al ser reflejada en grietas y fracturas.

En 1942, Karl Dussik, psiquiatra trabajando en Austria, intentó detectar tumores cerebrales registrando el paso del haz sónico a través del cráneo. Trató de identificar los ventrículos midiendo la atenuación del ultrasonido a través del cráneo, lo que denominó "Hiperfonografía del cerebro".

En 1947, Dr Douglas Howry, detectó estructuras de tejidos suaves al examinar los reflejos producidos por el ultrasonidos en diferentes interfases.

En 1949 se publicó una técnica de eco pulsado para detectar cálculos y cuerpo extraños intracorporeos.

En 1951 hizo su aparición el Ultrasonido Compuesto, en el cual un transductor móvil producía varios disparos de haces ultrasónicos desde diferentes posiciones, y hacia un área fija. Los ecos emitidos se registraban e integraban en una sola imagen. Se usaron técnicas de inmersión en agua con toda clase de recipientes: una tina de lavandería, un abrevadero para ganado y una torreta de ametralladora de un avión B-29.

En 1952, Howry y Bliss publicaron imágenes bidimensionales del antebrazo, en vivo.

En 1952, Wild y Reid publicaron imágenes bidimensionales de Carcinoma de seno, de un tumor muscular y del riñón normal. Posteriormente estudiaron las paredes del sigmoide mediante un transductor colocado a través de un rectosigmoideoscopio y también sugirieron la evaluación del carcinoma gástrico por medio de un transductor colocado en la cavidad gástrica.

En 1953, Leksell, usando un reflectoscopio Siemens, detecta el desplazamiento del eco de la línea media del cráneo en un niño de 16 meses. La cirugía confirmó que este desplazamiento era causado por un tumor. El trabajo fue publicado sólo hasta 1956. Desde entonces se inició el uso de ecoencefalografía con M-MODE.

En 1954, Ian Donald hizo investigaciones con un detector de grietas, en aplicaciones ginecológicas.

En 1956, Wild y Reid publicaron 77 casos de anormalidades de seno palpables y estudiadas además por ultrasonido, y obtuvieron un 90% de certeza en la diferenciación entre lesiones quísticas y sólidas.

En 1957, Tom Brown, ingeniero, y el Dr. Donald, construyeron un scanner de contacto bidimensional, evitando así la técnica de inmersión. Tomaron fotos con película Polaroid y publicaron el estudio en 1958.

EN 1957, el Dr Donald inició los estudios obstétricos a partir de los ecos provenientes del cráneo fetal. En ese entonces se desarrollaron los cálipers (cursores electrónicos)

En 1959, Satomura reportó el uso, por primera vez, del Doppler ultrasónico en la evaluación del flujo de las arterias periféricas.

En 1960, Donald desarrolló el primer scanner automático, que resultó no ser práctico por lo costoso.

En 1960, Howry introdujo el uso del Transductor Sectorial Mecánico (hand held scanner).

En 1962, Homes produjo un scanner que oscilaba 5 veces por segundo sobre la piel del paciente, permitiendo una imagen rudimentaria en tiempo real.

En 1963, un grupo de urólogos japoneses reportó exámenes ultrasónicos de la próstata, en el A-MODE.

En 1964 apareció la técnica Doppler para estudiar las carótidas, con gran aplicación en Neurología.

En 1965 La firma austriaca Kretztechnik en asocio con el oftalmólogo Dr Werner Buschmann, fabricó un transductor de 10 elementos dispuestos en fase, para examinar el ojo, sus arterias, etc.

En 1966, Kichuchi introdujo la "Ultrasonocardiotomografía sincronizada", usada para obtener estudios en 9 diferentes fases del ciclo cardiaco, usando un transductor rotatorio y una almohada de agua.

En 1967, se inicia el desarrollo de transductores de A-MODE para detectar el corazón embrionario, factible en ese entonces a los 32 días de la fertilización.

En 1968, Sommer reportó el desarrollo de un scanner electrónico con 21 cristales de 1.2 MHz, que producía 30 imágenes por segundo y que fue realmente el primer aparato en reproducir imágenes de tiempo real, con resolución aceptable.

En 1969 se desarrollaron los primeros transductores transvaginales bidimensionales, que rotaban 360 grados y fueron usados por Kratochwil para evaluar la desproporción cefalopélvica. También se inició el uso de las sondas transrectales.

En 1970 Kratochwill comenzó la utilización del ultrasonido transrectal para valorar la próstata.

En 1971 la introducción de la escala de grises marcó el comienzo de la creciente aceptación mundial del ultrasonido en diagnóstico clínico.

1977 Kratochwil combino el ultrasonido y laparoscopia, introduciendo un transductor de 4.0 MHz a través del laparoscopio, con el objeto de medir los folículos mediante el A-MODE. La técnica se extendió hasta examinar vesícula, hígado y páncreas.

En 1982 Aloka anunció el desarrollo del Doppler a Color en imagen bidimensional.

En 1983, Lutz uso la combinación de gastroscopio y ecografía, para detectar CA gástrico y para el examen de hígado y páncreas.

En 1983, Aloka introdujo al mercado el primer Equipo de Doppler a Color que permitió visualizar en tiempo real y a Color el flujo sanguíneo.

Desde entonces el progreso del ultrasonido ha sido muy lento, pese a estar ligado a los computadores, y lamentablemente aún no se ha generalizado su unión a las telecomunicaciones (telesonografía). Se han digitalizado los equipos pero se han desaprovechado los beneficios de la digitalización.

En 1994, febrero, el Dr. Gonzalo E. Díaz introdujo el postproceso en Color para imágenes diagnósticas ecográficas y que puede extenderse a cualquier imagen. Además ha venido creando rutinas para análisis C.A.D. (Computer Aided Diagnosis o diagnóstico apoyado por computador) obteniendo así notorios beneficios en la precisión.

Aunque ya se obtienen imágenes tridimensionales, el empleo de tal tecnología ha sido desaprovechado pues se ha limitado a usos puramente "estéticos" para estimular a las madres a ver sus hijos en tercera dimensión, pero no ha mejorar el diagnóstico.

Bases físicas de la Ecografía

La ecografía puede definirse como un medio diagnóstico médico basado en las imágenes obtenidas mediante el procesamiento de los ecos reflejados por las estructuras corporales, gracias a la acción de pulsos de ondas ultrasónicas.

Para comprender el Ultrasonido debemos comprender el concepto de sonido: Sonido es la sensación producida a través del oído por una onda longitudinal originada por la vibración de un cuerpo elástico y propagada por un medio material.

El Ultrasonido podría entonces definirse como un tren de ondas mecánicas, generalmente longitudinales, originadas por la vibración de un cuerpo elástico y propagadas por un medio material y cuya frecuencia supera la del sonido audible por el genero humano: 20.000 ciclos/s (20 KHz) aproximadamente.

Esta sondas sonoras corresponden básicamente a rarefacción y compresión periódica del medio en el cual se desplazan como vemos en la gráfica siguiente:

Al igual que existe un espectro de ondas electromagnéticas, dentro del cual la luz visible ocupa una mínima porción  existe un espectro de vibraciones acústicas, en el cual la gama de frecuencias audibles ocupa un mínimo porcentaje.

Las vibraciones de un cuerpo elástico cuya frecuencia es mayor a 500 MHz se denominan Microsonidos. Las comprendidas entre 500 MHz y 20 MHz se llaman Ultrasonidos. El sonido audible se encuentra entre los 20 KHz y los 15 Hz. El Infrasonido se encuentra por debajo de los 15 Hz 

En contraste, otros medios diagnósticos por imágenes utilizan ondas que corresponden al espectro electromagnético como son La gamagrafía y la radiología convencional, por acción directa de los fotones que impresionan el material sensible y la Resonancia magnética nuclear que utiliza el efecto producido por ondas de radio sobre los átomos de hidrógeno alineados por medio de un campo magnético ).

La gráfica a continuación muestra el espectro electromagnético, no relacionado ocn ultrasonido.

.Principio de la ecografía

Utiliza la técnica del eco pulsado: Pulsar un cristal y enviar paquetes de energía dentro del paciente. Un pequeño porcentaje es reflejado en las diferentes interfases y llega al transductor el cual la traduce a un pequeño voltaje. El mayor porcentaje de energía atraviesa las diversas interfases y penetra a regiones mas profundas.

Las interfases son los límites entre medios de diferentes impedancias.

Impedancia ( Z ) es igual al producto de la densidad de un medio por la velocidad del sonido en dicho medio:

Z = VD

El transductor actúa como emisor y receptor

Efecto piezoeléctrico, (modo receptor ) tiene efecto cuando una presión comprime la superficie del cristal en el transductor y lo hace liberar un voltaje en su superficie.

Efecto piezoeléctrico inverso, (modo emisor) ocurre cuando de aplica un voltaje a la superficie del cristal del transductor, produciendo una expansión del cristal.

La intensidad del pulso de corriente eléctrica que actúa sobre el cristal es = 1 a 300 v aprox. y dura <1.0 msg, que es el tiempo necesario para emitir el equivalente a 2 - 3 longitudes de onda, lo que equivale a 5-6 msg aproximadamente, quedando en silencio el tiempo suficiente para recibir los ecos superficiales así como lo provenientes de tejidos profundos para seguidamente emitir el siguiente pulso.

La mayoría de equipos de ultrasonido emiten entre 500 y 3000 pulsos/s, con un promedio de 1000/s, lo cual se conoce como frecuencia del pulso de recepción.

Un pulso está formado por tres componentes o fases: fase emisora, fase de equilibrio y fase receptora. La fase emisora corresponde a la utilizada para la generación del haz acústico; la fase receptora corresponde a la usada para la recepción de los ecos provenientes de las interfases, tanto de las superficiales y medias, como profundas; y la fase de equilibrio corresponde al tiempo del pulso durante el cual no hay emisión ni recepción de ondas sonoras ( cristal en equilibrio ).

En un transductor que actúa con una frecuencia de 1000 pulsos/s, la duración de cada pulso será de 1 ms, en el cual, como ya vimos, la fase emisora durará 5-6 :s. El tiempo restante: 994 :s, o sea 99.4% del tiempo queda para las fases de equilibrio y receptora.

La mayoría de ecógrafos tienen un profundidad de exploración máxima promedio de 20 cm. Como la velocidad del sonido en los tejidos es de aprox. 1540 m/sg, el tiempo empleado desde la emisión del haz ultrasónico hasta la recepción de los ecos provenientes de las interfases mas profundas será:

40 cm/154.000 cm/s= 0.26 ms

Como el pulso (fase emisora + fase receptora ) dura 1 ms, el 26% de ese tiempo es utilizado en recibir ecos.

La onda reflejada a nivel de la primera interfase significativa, la cual podemos considerar establecida a nivel de la superficie externa del transductor, recorrerá solamente 1.0 cm de ida y vuelta, demorando en ello 6.5 :s. La fase de equilibrio durará 0.734 ms o sea 73.4 % del tiempo.

Tenemos entonces que:

PULSO ( 1 ms ) = emisión ( 6 ms ) + recepción ( 0.26 ms ) + equilibrio (0.73 ms)

Las fases de equilibrio separan en el tiempo las fases activas y permiten el procesamiento de los ecos sin interferencias de los pulsos precedentes y siguientes.

Como el tiempo empleado en el recorrido de las ondas depende de la velocidad del sonido, cuando existen grandes diferencias en las propiedades acústicas de los tejidos, por ejemplo al pasar de líquido a sólido, la relación tiempo distancia deja de ser lineal y se producen alteraciones en las medidas.

M-MODE (motion mode)

A-MODE (amplitud mode):

El voltaje recibido se representa sobre el eje de las y la profundidad (tiempo) sobre el de las X.

DOPPLER

B-MODE (brightness mode)

REAL TIME (Tipo de B-mode)

a- mecánicos

- movimiento del transductor: rotatorios

oscilantes

- movimiento de un espejo: rotatorios

oscilantes

b-electrónicos

- arreglo lineal por fases (sectorial electrónico)

- arreglo lineal por secuencia de multielemento

- arreglo anular multielemento

Causas de error diagnóstico

1- No dedicar el tiempo necesario:

2- Permitir la presencia de personas ajenas al examen

3- Falta de entrenamiento

4- Falta de conocimientos

5- Falta de datos médicos

6- Primera ecografía obstétrica tardía

7- Equipo obsoleto o insuficiente

8- Carencia de impresiones ilustrativas

9- Falta de profesionalismo

10- Falta de ayudante

11- Técnica inadecuada

12- estudio mal ordenado:

Eventualmente es posible demostrar patología en estructuras vecinas a las solicitadas - y aún distantes - , lo cual no implica que tales estructuras y su patología deban examinarse y evaluarse. P. Ej.: En Ecografía obstétrica de gestación avanzada frecuentemente encontramos colecistolitiasis; en ECOGRAFÍA hepática encontramos patología gastroduodenal y aneurismas, en urosonografía detectamos embarazos etc, pero muchas veces, las más, no es posible detectarla, porque la preparación, la posición, la técnica, los transductores, etc, son diferentes para cada examen, lo cual es mas patente a medida que avanza la tecnología y nuestro conocimiento. El examen de pelvis está centrado a útero y anexos; el hepatobiliar-pancreático a tales estructuras; la urosonografía a riñones, uréteres, vejiga y si es el caso próstata y vesículas seminales; etc.

No debe esperarse al ordenar una ecografía renal descartar patología en la cola del páncreas. No debe esperarse una evaluación embrionaria en un estudio vesical, etc.

Cada vez la nueva tecnología nos permite estudiar más y más pequeñas estructuras, pero su examen requiere tiempo. Es necesario ser muy específico en lo que se está buscando, porque cuanto menor el área a examinar, más probablemente se encontrará patología.

La aplicación del diagnóstico médico por ultrasonido es muy amplia y actualmente abarca todas las especialidades. Se requiere por tanto un conocimiento del campo de aplicación, lo cual exige ser médico, a menos que se emplee la telesonografía.

Además de los conocimientos médicos se requiere entrenamiento y educación en la física del sonido y la tecnología actual, así como la forma en que esta tecnología cambiante nos da las imágenes.

Cualquier médico graduado, sin importar su especialidad, requiere entrenamiento en acústica, tecnología e imagenología sonográfica, para practicar ecografías de buena calidad.

Aunque el primer médico en aplicar ultrasonido para fines diagnósticos fue un Psiquiatra, actualmente médicos de todas las especialidades practican ecografía.