O que é ultrassom?

Simplificando: como o nome indica, ultrassom = onda sonora. As ondas sonoras se propagam como ondas longitudinais mecânicas, com movimento de partículas de vaivém paralelo à sua direção de propagação. Diferentemente do som que ouvimos, o ultrassom é um som de alta frequência que não conseguimos ouvir, pois está acima de 20 kHz. 

O transdutor de ultrassom emite ondas sonoras e as detecta quando estas retornam após serem refletidas pelo tecido que atravessam. Incidência refere-se ao ângulo entre o feixe de ultrassom e o plano do tecido. Para a reflexão, o ângulo de incidência é menor que 90 graus; a reflexão ocorre nos limites e interfaces dos tecidos. 

Eis como o ultrassom é refletido pelo tecido: A: Ondas sonoras emitidas (azul) por um transdutor de ultrassom e refletidas por um meio (roxo). B: Imagem detalhada de uma única onda sonora com sua incidência, reflexão e transmissão.

As ondas refletidas são então traduzidas em imagens de ultrassom. Reflexões fortes resultam em estruturas hiperecogênicas (brilhantes e brancas), e reflexões fracas em estruturas hipoecogênicas (cinza-escuras e pretas).

Onda sonora

O ultrassom consiste em um feixe de ondas sonoras. Vamos analisar em detalhes as propriedades físicas de uma onda sonora individual.

Assim se parece uma onda (ultrassônica). Embaixo: Diferença entre uma onda sonora de alta e baixa frequência.

• Amplitude: A altura da onda indica sua força ou energia. 
• Comprimento de onda: O comprimento do espaço ao longo do qual ocorre um ciclo; a distância percorrida do início ao fim de um ciclo. Em termos práticos, o ciclo é importante para a resolução entre dois pontos no espaço. 
• Período: O tempo que uma onda sonora leva para completar um ciclo; é medido em microssegundos (µs). 
• Frequência: O número de ciclos repetidos por segundo, medido em hertz (Hz).

Fato interessante

O ouvido humano, em circunstâncias ideais, consegue ouvir sons de 20 a 20.000 Hz. Como o ultrassom está acima dessa faixa de frequência, ele é inaudível. 

Velocidade acústica

A velocidade acústica é a velocidade com que uma onda sonora se propaga através de um determinado meio. Como o aparelho de ultrassom mede o tempo de retorno do ultrassom, ele pode calcular o posição espacial (profundidade) dos tecidos a partir dos quais é refletido de volta para o transdutor.

• Fórmula: c = fx λ
  • Velocidade acústica: c, frequência: f, comprimento de onda: λ. 
• Fórmula: c = (κ/ρ)½
  • Velocidade acústica: c, densidade: ρ, rigidez: κ.

Vamos entender os fatores que influenciam a velocidade e o percurso do ultrassom: densidade e rigidez do tecido. 

• Densidade: A concentração de um meio (ex.: tecido) através do qual o ultrassom se propaga. 
• Rigidez: A resistência de um meio (ex.: tecido) à compressão. 

Fatos interessantes

• A velocidade de propagação aumenta com o aumento da rigidez ou a diminuição da densidade.
• A velocidade média de propagação em tecidos moles é de 1540 m/s (variando de 1400 a 1640 m/s). 
• O ultrassom não consegue penetrar nos tecidos pulmonares ou ósseos.

Impedância acústica

A impedância acústica é o grau de dificuldade que uma onda sonora encontra para se propagar através de um meio ou superfície. resistência/impedimento à sua propagação. As ondas sonoras refletem quando há uma mudança na densidade e, portanto, na impedância acústica. Diferenças de densidade crescentes resultarão em mais reflexões.

Impedâncias acústicas dos tecidos humanos.

• Fórmula: z = ρc
  • Impedância acústica: z, densidade: ρ, velocidade acústica: c. 

Fatos interessantes

• Os tecidos homogêneos possuem poucas interfaces e, portanto, apresentam baixa impedância acústica e pouca reflexão. Resultado: A imagem obtida nos EUA mostra estruturas hipoecoicas.
• A impedância acústica aumenta quando a velocidade de propagação ou a densidade do meio aumenta, por exemplo, aumentando a pressão sobre o transdutor de ultrassom. Resultado: Aplicar pressão no transdutor de ultrassom pode melhorar a resolução da imagem. 
• O osso reflete ou absorve a maior parte das ondas ultrassônicas. Resultado: Sombras escuras ou perda de imagem atrás do osso. 

coeficiente de atenuação

O coeficiente de atenuação é o parâmetro usado para estimar o diminuição na amplitude de ondas ultrassônicas após reflexão nos tecidos. O coeficiente de atenuação aumenta com o aumento da frequência. 

Resultado: A capacidade de gerar imagens de tecido em profundidades crescentes diminui à medida que a frequência aumenta.

A atenuação aumenta com a frequência da onda ultrassônica, e a distância percorrida pela onda ultrassônica diminui. Observe que a onda de 8 MHz penetra mais profundamente do que as ondas de 10 MHz ou 12 MHz.