Sistemas de ultrasóns: ​​ver o invisible con ondas sonoras

A tecnoloxía moderna de ultrasóns transformou a imaxe médica, que pasa de ser imaxes anatómicas estáticas a avaliacións funcionais dinámicas, todo sen radiación ionizante. Este artigo explora a física, as aplicacións clínicas e as innovacións de vangarda na ecografía diagnóstica.

Principios físicos
A ecografía médica funciona a frecuencias de 2-18 MHz. O efecto piezoeléctrico converte a enerxía eléctrica en vibracións mecánicas no transdutor. A compensación de ganancia de tempo (TGC) axusta a atenuación dependente da profundidade (0,5-1 dB/cm/MHz). A resolución axial depende da lonxitude de onda (λ = c/f), mentres que a resolución lateral está relacionada coa anchura do feixe.

Liña do tempo da evolución

• 1942: Primeira aplicación médica de Karl Dussik (imaxes cerebrais)
• 1958: Ian Donald desenvolve a ecografía obstétrica
• 1976: Os conversores de dixitalización analóxica permiten a obtención de imaxes en escala de grises
• 1983: Namekawa e Kasai introducen o Doppler en cor
• 2012: A FDA aproba os primeiros dispositivos de peto

Modalidades clínicas

1. Modo B
   Imaxes fundamentais en escala de grises cunha resolución espacial de ata 0,1 mm
2. Técnicas Doppler

• Doppler en cor: Mapeo de velocidade (límite de Nyquist 0,5-2 m/s)
• Doppler de potencia: de 3 a 5 veces máis sensible ao fluxo lento
• Doppler espectral: cuantifica a gravidade da estenose (as proporcións PSV >2 indican unha estenose carotídea >50%)

3. Técnicas avanzadas

• Elastografía (unha rixidez hepática >7,1 kPa indica fibrose F2)
• Ecografía con contraste (microburbullas SonoVue)
• Imaxes 3D/4D (o Voluson E10 consegue unha resolución de vóxel de 0,3 mm)

Aplicacións emerxentes

• Ultrasonido focalizado (FUS)
  • Ablación térmica (85 % de supervivencia a 3 anos en tremor esencial)
  • Apertura da barreira hematoencefálica para o tratamento do Alzheimer
• Ecografía no punto de atención (POCUS)
  • Exame FAST (sensibilidade do 98 % para o hemoperitoneo)
  • Liñas B de ecografía pulmonar (93 % de precisión para edema pulmonar)

Fronteiras da innovación

1. Tecnoloxía CMUT
   Os transdutores ultrasónicos micromaquinados capacitivos permiten un ancho de banda ultraamplio (3-18 MHz) cun ancho de banda fraccional do 40 %.
2. Integración de IA

• Samsung S-Shearwave ofrece medicións de elastografía guiadas por IA
• O cálculo automatizado da FE mostra unha correlación de 0,92 coa resonancia magnética cardíaca

3. Revolución portátil
   Butterfly iQ+ emprega 9000 elementos MEMS nun deseño dun só chip, cun peso de só 205 g.
4. Aplicacións terapéuticas
   A histotricia elimina tumores de forma non invasiva con cavitación acústica (ensaios clínicos para o cancro de fígado).

Desafíos técnicos

• Corrección da aberración de fase en pacientes obesos
• Profundidade de penetración limitada (15 cm a 3 MHz)
• Algoritmos de redución de ruído de moteado
• Obstáculos regulamentarios para os sistemas de diagnóstico baseados en IA

O mercado mundial de ultrasóns (8.500 millóns de dólares en 2023) está a ser reconfigurado polos sistemas portátiles, que agora representan o 35 % das vendas. Coas tecnoloxías emerxentes como a imaxe de superresolución (que visualiza vasos de 50 μm) e as técnicas de renderización neuronal, os ultrasóns seguen a redefinir os límites do diagnóstico non invasivo.