¿Qué es el ultrasonido?

Simplifiquemos esto: como su nombre lo indica, el ultrasonido es una onda sonora. Las ondas sonoras se propagan como ondas mecánicas longitudinales, con un movimiento de partículas de vaivén paralelo a su dirección de propagación. A diferencia del sonido que oímos, el ultrasonido es un sonido de alta frecuencia que no percibimos, ya que supera los 20 kHz. 

El transductor de ultrasonido emite ondas sonoras y las detecta al rebotar tras ser reflejadas por el tejido que atraviesan. La incidencia se refiere al ángulo entre el haz de ultrasonido y el plano del tejido. Para que se produzca la reflexión, el ángulo de incidencia es menor de 90 grados; la reflexión ocurre en los límites y las interfaces de los tejidos. 

Así es como el ultrasonido se refleja en el tejido: A. Ondas sonoras emitidas (azul) por un transductor de ultrasonido y reflejadas por un medio (púrpura). B. Imagen detallada de una sola onda sonora con su incidencia, reflexión y transmisión.

Las ondas reflejadas se transforman en imágenes de ultrasonido. Las reflexiones fuertes dan lugar a estructuras hiperecogénicas (brillantes y blancas), y las reflexiones débiles a estructuras hipoecogénicas (gris oscuro y negro).

Onda de sonido

El ultrasonido consiste en un haz de ondas sonoras. Analicemos con más detalle las propiedades físicas de una onda sonora individual.

Así es como se ve una onda (ultra)sónica. Abajo: Diferencia entre una onda sonora de alta y baja frecuencia.

• Amplitud: La altura de la ola indica su fuerza o energía. 
• Longitud de onda: La longitud del espacio que abarca un ciclo; la distancia recorrida desde el inicio hasta el final de un ciclo. En términos prácticos, el ciclo es importante para la resolución entre dos puntos en el espacio. 
• Período: El tiempo que tarda una onda sonora en completar un ciclo; se mide en microsegundos (µs). 
• Frecuencia: El número de ciclos repetidos por segundo, medido en hercios (Hz).

Dato interesante

En circunstancias ideales, el oído humano puede oír sonidos de entre 20 y 20.000 Hz. Dado que el ultrasonido está por encima de este rango de frecuencias, es inaudible. 

Velocidad acústica

La velocidad acústica es la velocidad a la que viaja una onda sonora a través de un medio determinado. Dado que la máquina de ultrasonido mide el tiempo que tarda el ultrasonido en regresar, puede calcular el posición espacial (profundidad) de los tejidos desde los que se refleja de vuelta al transductor.

• Fórmula: c = fx λ
  • Velocidad acústica: c, frecuencia: f, longitud de onda: λ. 
• Fórmula: c = (κ/ρ)½
  • Velocidad acústica: c, densidad: ρ, rigidez: κ.

Analicemos los factores que influyen en la velocidad y la propagación del ultrasonido: la densidad y la rigidez del tejido. 

• Densidad: La concentración de un medio (por ejemplo, un tejido) a través del cual viaja el ultrasonido. 
• Rigidez: La resistencia de un medio (por ejemplo, un tejido) a la compresión. 

Datos interesantes

• La velocidad de propagación aumenta con el aumento de la rigidez o la disminución de la densidad.
• La velocidad media de propagación en los tejidos blandos es de 1540 m/s (con un rango de 1400 a 1640 m/s). 
• Los ultrasonidos no pueden penetrar los tejidos pulmonares ni óseos.

Impedancia acústica

La impedancia acústica es el grado de dificultad que tiene una onda sonora para viajar a través de un medio o la resistencia/impedimento a su propagación. Las ondas sonoras se reflejan cuando hay un cambio en la densidad y, por lo tanto, en la impedancia acústica. Un aumento en las diferencias de densidad dará como resultado más reflexiones.

Impedancias acústicas de los tejidos humanos.

• Fórmula: z = ρc
  • Impedancia acústica: z, densidad: ρ, velocidad acústica: c. 

Datos interesantes

• Los tejidos homogéneos tienen pocas interfaces y, por lo tanto, presentan una baja impedancia acústica y poca reflexión. Resultado: La imagen estadounidense muestra estructuras hipoecoicas.
• La impedancia acústica aumenta cuando aumenta la velocidad de propagación o la densidad del medio, por ejemplo, al aumentar la presión sobre el transductor de ultrasonido. Resultado: Aplicar presión sobre el transductor de ultrasonido puede mejorar la resolución de la imagen. 
• El hueso refleja o absorbe la mayor parte de las ondas ultrasónicas. Resultado: Sombras oscuras o pérdida de imagen detrás del hueso. 

Coeficiente de atenuación

El coeficiente de atenuación es el parámetro utilizado para estimar la disminución de la amplitud de ondas ultrasónicas tras su reflexión en los tejidos. El coeficiente de atenuación aumenta con el aumento de la frecuencia. 

Resultado: La capacidad de obtener imágenes de los tejidos a mayores profundidades disminuye a medida que aumenta la frecuencia.

La atenuación aumenta con la frecuencia de la onda ultrasónica, y la distancia que recorre dicha onda disminuye. Cabe destacar que la onda de 8 MHz penetra a mayor profundidad que las ondas de 10 MHz o 12 MHz.