Tecnólogo em Radiologia - Luciano Santa Rita Oliveira

Ultrassom

   

A história do ultra-som remonta a 1794, quando Lazzaro Spallanzini demonstrou que os morcegos se orientavam mais pela audição que pela visão para localizar obstáculos e presas. Em 1880 Jacques e Pierre Curie deram uma contribuição valiosa para o estudo do ultra-som, descrevendo as características físicas de alguns cristais (piezoeletricidade).

O estudo do ultra-som foi impulsionado com objetivos militares e industriais. A pesquisa sobre aplicações médicas se deu após a segunda guerra mundial.

Um dos pioneiros foi Douglas Howry que, junto com W. Roderic Bliss, construiu o primeiro sistema com objetivo médico durante os anos de 1948 – 49, produzindo a primeira imagem seccional em 1950.

Desde 1980 - 90 a ultra-sonografia na área de saúde foi impulsionada pelo desenvolvimento tecnológico que transformou este método num importante instrumento de investigação diagnóstica.

A ultra-sonografia (US) é um dos métodos de diagnóstico por imagem mais versáteis, de aplicação relativamente simples, com excelente relação custo-benefício.

   

Conceitos físicos sobre ultra-som

São ondas sonoras com freqüências situadas acima do limite audível para o ser humano (acima de 20 KHz). Para os propósitos de obtenção de imagens (ultra-sonografia), freqüências entre 1 e 10 MHz são usadas.As ondas ultra-sônicas são geradas por transdutores construídos a partir de materiais piezoelétricos.

O ultra-som, em geral, se propaga através de líquidos, tecidos e sólidos. Apresenta velocidades de propagação, compatíveis com diferentes meios, sendo essa característica inerente ao processo de interação das ondas ultra-sônicas (mecânicas) com o meio em particular:

O ultra-som sofre reflexão e refração nas interfaces onde ocorre uma mudança na densidade.

O ultra-som ao se propagar em um meio e ao passar de um meio para outro, sempre sofre atenuação da intensidade do sinal, devido aos efeitos de absorção, reflexão e espalhamento.

   

Impedância acústica

A impedância acústica de um meio está relacionada com a resistência ou dificuldade do meio a passagem do som. Corresponde ao produto da densidade do material pela velocidade do som no mesmo. Quando o feixe sonoro atravessa uma interface entre dois meios com a mesma impedância acústica, não há reflexão e a onda é toda transmitida ao segundo meio. É a diferença de impedância acústica entre dois tecidos que define a quantidade de reflexão na interface, promovendo sua identificação na imagem. Por exemplo, um nódulo no fígado será mais facilmente identificado se sua impedância acústica for bastante diferente do parênquima hepático ao redor, ao contrário, quanto mais próxima sua impedância acústica do parênquima hepático normal, mais dificuldade teremos em identificá-lo, porque pouca reflexão sonora ocorrerá. Resumindo, quanto maior a diferença de impedância entre duas estruturas, maior será a intensidade de reflexão.

 

Geração e detecção do ultra-som

As ondas ultra-sônicas são geradas por transdutores ultra-sônicos também chamados simplesmente transdutores. De uma forma geral, um transdutor é um dispositivo que converte um tipo de energia em outro. Os transdutores ultra-sônicos convertem energia elétrica em energia mecânica e vice-versa. Esses transdutores são feitos de materiais piezoelétricos. Certos cristais naturais como o quartzo e a turmalina são piezoelétricos. Outros tornam-se artificialmente como o sulfato de lítio, o titanato de bário e o titanato de zirconato de chumbo (PZT).

Cada transdutor possui uma freqüência de ressonância natural, tal que quanto menor a espessura do cristal, maior será sua freqüência de vibração.

O mesmo transdutor que emite o sinal ultra-sônico funciona como detector. Dependendo da aplicação, o elemento piezoelétrico é quem determina a freqüência de operação do transdutor. Em geral os transdutores são acondicionados em um suporte plástico para lhes dar proteção mecânica e elétrica. Na superfície por onde emergem, as ondas ultra-sônicas tem uma camada especial para permitir o perfeito acoplamento acústico e também para dar proteção ao elemento piezoelétrico.

Os transdutores podem ser classificados, de acordo com o tipo de imagem produzida, em: setoriais, lineares ou convexos. Os transdutores setoriais podem ser eletrônicos ou mecânicos. Os lineares e os convexos são eletrônicos. Os setoriais e os convexos dão origem a feixes sonoros divergentes, com campos de imagem em forma de cunha. Os lineares produzem um feixe sonoro de linhas paralelas, dando origem a um campo de imagem retangular.

   

Terminologia da imagem ultrassonográfica

A terminologia utilizada para descrever o exame ultra-sonográfico é conseqüência da interação do som com os tecidos. Desta forma, para descrever a intensidade dos ecos na imagem (interação do som com os tecidos), ou sua ecogenicidade, são empregados vários termos.

  • Hiperecogênico, hiperecóico ou hiperecóide – são termos sinônimos que se referem às estruturas que interagem com o som refletindo intensamente e produzindo ecos brilhantes na tela, em cor branca (os ecos são de alta densidade). As interfaces acústicas entre órgãos, osso, gás, cálculos, tecido conjuntivo e mineralizado são exemplos de imagens hiperecogênicas;
  • Hipoecogênico, hipoecóico ou hipoecóide – são sinônimos que se referem às estruturas que interagem com o som produzindo ecos esparsos (baixa intensidade). Tem um tipo intermediário de reflexão e transmissão dos ecos e variam na escala de cinza, do mais claro ao mais escuro. São encontrados em diversos tipos tissulares como linfonodos, útero, ovários, adrenais e outros. Utiliza-se também o termo hipoecogênico referindo-se à estrutura de menor ecogenicidade quando duas ecogenicidades distintas são comparadas;
  • Anecogênico, anecóico ou anecóide – Esses termos sinônimos definem a ausência completa de ecos ou a completa transmissão do som. As estruturas com essa ecogenicidade aparecem na tela com coloração escura. A vesícula repleta, a bexiga e os cistos são os principais exemplos.

   

Formação da imagem ultrassonográfica

Os equipamentos de ultra-sonografia diagnóstica possuem uma unidade básica denominada transdutor (ou sonda). Este elemento básico converte uma forma de energia em outra. Por meio da passagem da corrente elétrica, os cristais situados no transdutor de ultra-som vibram produzindo ondas sonoras de uma determinada freqüência. Essas ondas caminham em velocidade constante pelo corpo do paciente, sofrendo atenuação por meio das propriedades físicas de reflexão, absorção e espalhamento.

O princípio pulso-eco refere-se a emissão de um pulso curto de ultra-som pelo transdutor. Na medida em que este pulso atravessa os tecidos, ele é parcialmente refletido pelas interfaces de volta ao transdutor. Em geral 1% da energia sonora incidente é refletida e o restante continua sua trajetória através dos tecidos. O equipamento guarda o tempo gasto entre a emissão do pulso e a recepção do eco, transformando-o em distância percorrida, na representação do eco na tela, já estando calibrado para uma velocidade fixa de 1540m/s. Assim, quanto maior o tempo gasto para receber o eco de uma interface, mais longe da superfície da imagem ele a coloca. Desta forma, quanto mais longe está a estrutura da superfície do transdutor, ela aparecerá em situação mais inferior na tela.

Após a emissão de pulsos de ultra-som, eles interagem com os tecidos e os ecos refletidos ou dispersos são transformados em energia elétrica pelo transdutor e processados eletronicamente pelo equipamento para formação da imagem.

   

A qualidade do exame ultrassonográfico

Diferentemente do raio X, a ultra-sonografia é um exame que é realizado em tempo real. Isso significa que todas as estruturas têm que ser estudadas enquanto o aparelho está ligado. O registro das imagens (fotos) que são feitas durante o exame servem apenas para ilustrar o laudo, não podendo nunca servir de base para diagnóstico ou conclusões posteriores. A realização de maior ou menor número destas fotos, ou até mesmo sua ausência, não influi absolutamente na qualidade do exame.

A qualidade do exame depende fundamentalmente de três fatores: da imagem obtida, da correta interpretação dos achados encontrados, da capacidade do ultra-sonografista de transmitir essa informação ao clínico.

  • Imagem obtida  (qualidade do equipamento + prática do operador) - A imagem obtida depende da qualidade do equipamento e da prática do operador. Um bom equipamento possibilita a obtenção de boas imagens, desde que o operador esteja bem familiarizado com seu aparelho e sua calibração.
  • Da correta interpretação dos achados encontrados (capacitação técnica do ultra-sonografista) - A correta interpretação dos dados obtidos também é muito importante. Cabe ao médico especialista interpretar os achados morfológicos e expor no laudo as patologias que poderiam causar tais alterações morfológicas. A partir de uma exposição adequada das patologias possíveis, cabe ao clínico decidir qual delas seria a provável causadora dos sintomas clínicos encontrados.
  • Da capacidade do ultra-sonografista de transmitir essa informação ao clínico - É preciso que o laudo seja claro, completo e conciso, para que nenhuma informação escape ao clínico, seja por mau entendimento, ou qualquer outro motivo.

   

O que é efeito doppler?

Christian Andréas Doppler descreveu este fenômeno em 1841. O efeito Doppler é uma característica observada nas ondas quando emitidas ou refletidas por um objeto que está em movimento com relação ao observador. No caso de aproximação, a freqüência aparente da onda recebida pelo observador fica maior que a freqüência emitida. Ao contrário, no caso de afastamento, a freqüência aparente diminui. Um exemplo típico é o caso de uma ambulância com sirene ligada que passe por um observador. Ao estar se aproximando, o som é mais agudoe ao estar se afastando, o som é mais grave.

No caso da ultra-sonografia, fonte e observador são um mesmo objeto, o transdutor, sendo observadas as estruturas refletoras móveis dentro do corpo, notadamente o fluxo sanguíneo. Desta maneira é possível estudar a presença de fluxo sanguíneo em determinado vaso, ou se este vaso está preenchido por trombo, bem como mensurar a velocidade do fluxo sangüíneo dentro dele, quantificando o grau de estenose que ele apresente, por exemplo.

   

Efeitos biológicos do ultra-som

Grande número de pesquisas são realizadas para verificar os efeitos biológicos do ultra-som. Os resultados obtidos até agora conduzem à suposição de que nenhum efeito biológico substancial tem sido verificado com feixe ultra-sônico de intensidade inferior a 100 mW/cm2.

Os efeitos térmicos do ultra-som são decorrentes da energia absorvida e de sua transformação em calor ao atravessar o tecido biológico.

O ultra-som causa vibrações mecânicas nos tecidos; as partículas são submetidas a ondas de compressão e rarefação. Pequenas cavidades formam-se em fluidos durante a fase de rarefação (sucção) e desaparecem na fase de compressão (pressão). (efeito mecânico)

Os efeitos químicos do ultra-som são resultantes da oxidação, redução e despolimerização. A habilidade do ultra-som em despolimerizar macro-moléculas como os polissacarídeos, várias proteínas ou o DNA isoladamente tem sido demonstrada experimentalmente.

   

END por ultra-som

Assim como uma onda sonora, reflete ao incidir num anteparo, a onda ultra-sônica ao percorrer um meio elástico, refletirá da mesma forma, ao incidir numa descontinuidade ou falha interna a este meio considerado. Através de aparelhos, detectamos as reflexões provenientes do interior da peça examinada, localizando e interpretando as descontinuidades.

O ensaio por ultra-som caracteriza-se:

  • Pela detecção de defeitos ou descontinuidades internas, presentes nos mais variados tipos ou forma de materiais ferrosos ou não ferrosos;
  • Por visar diminuir o grau de incerteza na utilização de materiais ou peças de responsabilidades.

   

Vantagens em relação a outros ensaios:

  • A localização, avaliação do tamanho e interpretação das descontinuidades encontradas são fatores intrínsecos ao exame ultra-sônico;
  • Alta sensibilidade na detectabilidade de pequenas descontinuidades internas, como trincas devido a tratamento térmico, fissuras e outros de difícil detecção por ensaio de radiações ionizantes;
  • Não requer planos especiais de segurança ou quaisquer acessórios para sua aplicação.

   

Limitações em relação a outros ensaios:

  • Requer grande conhecimento teórico e experiência por parte do inspetor;
  • O registro permanente do teste não é facilmente obtido;
  • Faixas de espessuras muito finas, constituem uma dificuldade para aplicação do método;
  • Requer o preparo da superfície para sua aplicação.

     

Campos de aplicação do END

  • As áreas de caldeiraria e estruturas marítimas, constituindo ferramenta indispensável para garantia da qualidade em de peças de grandes espessuras e  geometria complexa de juntas soldadas;
  • Os ensaios são aplicados em aços-carbonos, em menor porcentagem em aços inoxidáveis;
  • Materiais não ferrosos são difíceis de serem examinados, e requerem procedimentos especiais.

    

   

Tipos de cristais para transdutores

Os cristais acima mencionados são montados sobre uma base de suporte (bloco amortecedor) e junto com os eletrodos e a carcaça externa constituem o transdutor. Existem quatro tipos usuais de transdutores:

  • Reto ou normal;
  • Angular;
  • Duplo-cristal;
  • Phased Array.

     

Transdutores normais ou retos - São cabeçotes monocristal geradores de ondas longitudinais perpendiculares a superfície de acoplamento. O transdutor emite um impulso ultra-sônico que atravessa o material a inspecionar e reflete nas interfaces, originando ecos. Estes ecos retornam ao transdutor e geram, no mesmo, o sinal elétrico correspondente.

Transdutores angulares - A rigor, diferem dos transdutores retos ou normais pelo fato do cristal formar um determinado ângulo com a superfície do material.

Transdutores duplo-cristal - São utilizados quando se trata de inspecionar ou medir materiais de reduzida espessura, ou quando se deseja detectar descontinuidades logo abaixo da superfície do material. Neste caso o cristal piezelétrico recebe uma “resposta” num espaço de tempo curto após a emissão. Neste transdutor cada um dos cristais funciona somente como emissor ou somente como receptor, separados por um material acústico isolante possibilitando uma resposta clara.

Transdutores Phased Array - Os transdutores convencionais dispõem de um único cristal ou no máximo dois, em que o tempo de excitação do cristal é determinado pelo aparelho de ultra-som, sempre realizado de uma mesma forma. Com o avanço da tecnologia dos computadores e com materiais piezocompostos para fabricação de novos cristais, desde os anos 90 é possível num mesmo transdutor operar dezenas de pequenos cristais, cada um ligado à circuitos independentes capazes de controlar o tempo de excitação de cada um destes cristais. O resultado é a modificação do comportamento do feixe sônico emitido pelo conjunto de cristais ou pelo transdutor.

     

Técnicas de inspeção por ultra-som

A inspeção de materiais por ultra-som pode ser efetuada através de três métodos ou técnicas:

  • Técnica de Impulso-eco ou Pulso-eco;
  • Técnica de Transparência;
  • Técnica de imersão.

     

Técnica de Impulso-Eco ou Pulso-Eco - Somente um transdutor é responsável por emitir e receber as ondas ultra-sônicas que se propagam no material; O transdutor é acoplado em somente um lado do material; Pode-se verificar a profundidade da descontinuidade, suas dimensões, e localização na peça.

Técnica de Transparência - São utilizados dois transdutores separados (nos dois lados da peça), um transmitindo e outro recebendo as ondas ultra-sônicas; Não se pode determinar a posição da descontinuidade, sua extensão, ou localização na peça, é somente um ensaio do tipo passa-não passa que estabelece um critério comparativo de avaliação do sinal recebido com uma peça sem descontinuidades; Pode ser aplicada para chapas, juntas soldadas, barras.

Técnica de Imersão - É empregado um transdutor de imersão à prova d'água; O transdutor pode se movimentarem relação a superfície da peça; A peça é colocada dentro de um tanque com água, propiciando um acoplamento sempre homogêneo.

Fonte das informações sobre END: Infosolda


 

   

Luciano Santa Rita Oliveira

Mestre em Radioproteção e Dosimetria

Pós-graduado em Gestão da Saúde e Admistração Hospitalar
Tecnólogo em Radiologia

          tecnologo@lucianosantarita.pro.br