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Introducción Principios básicos Historia de la ecografía Avances tecnológicos en la ecografía actual Bibliografía

Aspectos generalesde la ecografíaÍ. Iriarte Posse y C. Pedret Carballido1

INTRODUCCIÓN

En la actualidad, ya nadie pone en duda la utilidad de la ecografía en el diagnóstico, pronóstico y tratamiento dela mayoría de lesiones musculoesqueléticas. A este hecho, deben añadirse los avances técnicos que permiten mejorar en gran medida la calidad de las imágenes obtenidas y, por tanto, ampliar el espectro de posibilidades terapéuticas.

La inocuidad de la prueba e inmediata disponibilidad han convertido la ecografía en una de las exploraciones complementarias más utilizadas y versátiles en el diagnós-tico y tratamiento de patologías del aparato locomotor.

PRINCIPIOS BÁSICOS

El sonido es una onda mecánica que precisa un medio para poder propagarse (no se propaga en el vacío). Posee unas propiedades que lo definen, entre las que se encuentran: la amplitud (medida en decibelios, dB), la longitud de onda (unidad de distancia, l) y la frecuencia (medida en her-cios, Hz). La frecuencia de las ondas es el número de ciclos por unidad de tiempo (en este caso segundos, s) y su uni-dad (ciclos/segundo) se denomina hercio (Hz) (Fig. 1-1).

El oído humano es capaz de percibir sonidos con una frecuencia que va de los 20 a los 20.000 Hz. El ultrasonido es cualquier sonido con una frecuencia superior a 20.000 Hz.

Las imágenes generadas por los cabezales ultrasónicos utilizan rangos de frecuencia que se encuentran habitual-mente entre los 3 y 18 MHz (1 MHz = 1.000.000 Hz).

Las imágenes ecográficas se obtienen mediante ondas de ultrasonido emitidas desde un transductor gracias al lla-mado efecto piezoeléctrico.

Esta propiedad la poseen ciertos materiales cuando, al ser comprimidos, generan una diferencia de potencial eléctrico en su superficie (v. Fig. 1-2). Y a la inversa, si se aplica una dife-rencia de potencial en forma de corriente alterna, se produce una vibración del material que genera una onda ultrasónica.

En el ecógrafo, se ubican en el cabezal de la sonda unos cristales que, dependiendo de los impulsos eléctricos recibi-dos, pueden emitir ondas de sonido a diferentes frecuencias.

Así pues, es preciso saber que a frecuencias altas, la pene-tración en los tejidos del cuerpo es menor; por tanto, solo son válidas para el estudio de estructuras superficiales. Sin embargo, la resolución de las imágenes (la capacidad de dis-criminar entre dos puntos muy próximos entre sí) es mucho mayor, consiguiendo imágenes de gran calidad y precisión.

Las imágenes obtenidas por ecografía son ecos, es decir, ondas que se reflejan cuando el sonido atraviesa dos estruc-turas de diferente impedancia acústica. La impedancia de un tejido es la resistencia que este ofrece al paso del sonido.

Al atravesar los tejidos, el ultrasonido experimenta una pérdida en su energía inicial a medida que avanza. Esta ate-nuación es causada por los fenómenos de absorción, reflexión, refracción y dispersión (v. Fig. 1-3). • Absorción: es uno de los principales mecanismos que

provocan la atenuación de la onda sónica; una parte de la energía se transforma en calor debido a la fricción de las moléculas del tejido atravesado. La absorción es direc-tamente proporcional a la frecuencia utilizada y al tipo específico de tejido atravesado, siendo mínima en el agua (0,002 Db/cm) y muy elevada en el hueso (20,0 Db/cm).Figura 1-1. Propiedades de la onda sónica.

Amplitud

Longitud

Frecuencia1 seg.

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Sección I Ecografía básica4

• Reflexión: al pasar de un medio a otro contiguo de dife-rente impedancia acústica, se producen dos nuevas on-das. Una rebota hacia la fuente productora produciendo un eco, lo que se conoce como reflexión. Cuanto mayor sea la diferencia de impedancias, mayor será la reflexión.

• Refracción: la otra onda resultante continúa hacia el si-guiente medio y experimenta un cambio en su veloci-dad de propagación. Este cambio de velocidad se acom-paña de una variación en la dirección de la onda, expe-rimentando, por tanto, una desviación de un cierto án-gulo respecto al de incidencia. Este fenómeno es cono-cido como refracción.

• Dispersión: ocurre cuando el sonido, ante determina-dos obstáculos o aperturas, en lugar de seguir la propa-gación en la dirección normal, se dispersa.

Como puede observarse en la tabla (Tabla 1-1), solo el aire y el hueso difieren claramente del resto de tejidos en la velocidad de conducción.

Por tanto, el proceso para la generación de una imagen de ecografía es el siguiente: el generador central origina unos impulsos eléctricos que envía al transductor; estos impulsos eléctricos estimulan los cristales que se encuentran en el cabezal y los convierten en ultrasonidos. Estos ultrasonidos son enviados al interior del cuerpo humano por contacto del

transductor con la piel, utilizando geles para favorecer su transmisión. Al atravesar las diferentes estructuras del cuerpo, los ultrasonidos forman ecos que se reflejan. Estos ecos son recogidos por los cristales de la sonda, que los trans-forman de nuevo en energía eléctrica. Esta se transmite a la unidad de procesamiento central (CPU) donde es conver-tida y ordenada en forma de imágenes, en una escala de gri-ses, que se podrán ver en el monitor.

A pesar de la importancia evidente de las prestaciones del hardware y software, el elemento principal que se ha de tener en cuenta en la elección de un aparato u otro de eco-grafía es la calidad de la sonda o transductor.

HISTORIA DE LA ECOGRAFÍA

La ecografía es una técnica de imagen en constante evolu-ción desde sus inicios.

Los ultrasonidos fueron descubiertos por Lazzaro Spa-llanzani, un biólogo italiano, en 1794, cuando estudiaba a los murciélagos.

En 1880, en París, Pierre Curie y su hermano Jacques des-cubrieron el efecto piezoeléctrico que poseían algunos cristales.

Gabriel Lippman, en 1881, descubrió la reciprocidad de este efecto. En ese momento nació la posibilidad de generar y detectar ultrasonidos.

Figura 1-3. Fenómenos provocados al paso del ultrasonido.

Tabla 1-1. Velocidad de propagación de la onda de sonido según las diferentes densidades de los tejidos humanos

Tejido Velocidad (m/s)

Densidad (g/cm2)

Aire 1.331 0,0013

Grasa 1.470 0,9700

Agua 1.492 0,9900

Músculo 1.568 1,0400

Hueso 3.600 1,7000

Reposo Tensión/distracción Compresión

Reflexión

Refracción

Ultrasonido entrante

Dispersión

ºC

Absorción

Figura 1-2. Material con propiedades piezoeléctricas.

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El primer sónar fue construido en 1914 y era capaz de detectar un iceberg situado a 2 millas de distancia.

El primer sistema de radar fue inventado en 1935, por Robert Watson-Watt, un físico británico.

El primer médico que usó los ultrasonidos en el diag-nóstico fue Karl Theodore Dussik, en 1941. Obtuvo imá-genes ecográficas de los ventrículos del cerebro.

En 1951, Douglass Howry y Joseph Holmes obtuvie-ron imágenes en dos dimensiones de las estructuras orgá-nicas, pero era necesaria la inmersión del paciente en una bañera. Este fue el precursor directo de los sistemas de ultrasonidos de los que disponemos en la actualidad.

El primer artículo de ecografía musculoesquelética fue publicado en el American Journal of Physical Medicine, en 1958, por K. T. Dussik: «Measurements of articular tissue with ultrasound».

En 1972, McDonald and Leopold publicaron el primer examen en modo B de una articulación humana.

Gompels y Darlington, en 1981, fueron los primeros en publicar una aspiración articular bajo control ecográfico.

En la década de los 90, con el desarrollo de las compu-tadoras se digitalizó completamente el proceso, consi-guiendo mostrar la imagen en un monitor.

Desde entonces, hasta la actualidad, se han mejorado las sondas, las prestaciones de los equipos y la calidad de la imagen, y se han abaratado significativamente los apa-ratos.

AVANCES TECNOLÓGICOS EN LA ECOGRAFÍA ACTUAL

Al examinar las imágenes que se muestran en los libros de ecografía o en las publicaciones de hace 10 años o más, se puede comprobar que la calidad de las imágenes actua-les es netamente superior. Esto es debido a varios avances tecnológicos, de los cuales se van a revisar los más impor-tantes:

• Armónicos de tejidos. Los ultrasonidos, al atravesar los tejidos, provocan señales armónicas que pueden ser reconocidas y separadas de la señal principal. Como consecuencia de esto, se obtienen imágenes más nítidas en profundidad. Las imágenes son de más calidad a pesar de la utilización de frecuencias bajas (Fig. 1-4).

• Ecografía direccional. Cambiando la dirección del haz ultrasónico, modificando el ángulo respecto a la son-da, se consigue, por ejemplo, una mejor visualización de la aguja en los procedimientos intervencionistas (v. Fig. 1-5).

• Imagen compuesta. Cuando solo existe un haz ultra-sónico en una dirección, la imagen que se obtiene muestra una mayor cantidad de artefactos y una peor definición. Si se suman diversos haces con ángulos di-ferentes y la CPU «suma» los haces y compone una imagen final, se consigue disminuir el granulado, me-jorar los bordes entre dos estructuras y disminuir algu-nos artefactos, logrando de esta manera una mejor imagen (v. Fig. 1-6).

• Doppler. Christian Doppler describió en 1842 cómo la frecuencia de una onda cambia cuando la fuente que lo produce se acerca o se aleja del receptor. Por otra par-te, cuando el ultrasonido rebota en una estructura en movimiento lo hace con una frecuencia diferente; así se puede detectar el movimiento del flujo de los vasos. Una variación del Doppler es el power Doppler o Doppler energía, más sensible que el convencional, pues detecta flujos sanguíneos de baja velocidad y, por tanto, ideal para el estudio del sistema musculoesque-lético (v. Fig. 1-7).

• Elastografía. Permite valorar de forma cuantitativa la compresibilidad de una estructura; mide la capacidad de deformación de un tejido al aplicarle una fuerza ex-terna. Se trata de una mejora muy interesante cuya re-productibilidad es sujeto de debate ya que es operador

Figura 1-4. Armónico de tejidos.

Sin armónicos Con armónicos

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Figura 1-5. Ecografía direccional. (A) Haz ultrasónico sin modificación de la angulación. (B) Angulación del haz, más perpendicular al eje de la aguja obteniendo una mejor visualización de la misma.

Figura 1-6. Imagen compuesta. (A) Mecanismo de generación. (B) Ecografía sin imagen compuesta. (C) Con imagen compuesta.

Aguja

BA

Sin imagen compuesta Imagen compuesta

A

B C

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dependiente. Otras nuevas técnicas de elastografía cuantitativa se están desarrollando en el momento ac-tual y son muy prometedoras, aunque aún no han sido completamente validadas para su aplicación en patolo-gía musculoesquelética (Fig. 1-8).

• Imágenes 3D. Se pueden obtener imágenes 3D a partir de sondas convencionales, realizando adquisiciones con el movimiento uniforme de estas y reconstruyéndolas con un software especializado; o se pueden obtener di-rectamente a partir de sondas especializadas, más volu-minosas. Pueden ser interesantes para la valoración tri-dimensional de colecciones líquidas, como los hemato-mas o quistes, aunque su utilización práctica diaria en la actualidad es más bien anecdótica.

Figura 1-7. Power Doppler en tendón Aquiles. (A y B) En eje transversal sin y con Doppler. (C y D) En eje longitudinal.

BA

DC

Figura 1-9. Campo de visión ampliado: hematoma en gemelo de alrededor de 15 cm en eje longitudinal.

Figura 1-8. Elastografía cuantitativa (Shear Wave). Azul oscuro más elástico, rojo más rígido.

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• Campo de visión ampliado (vista panorámica). La son-da lineal, en el mejor de los casos, proporciona una ima-gen de alrededor de 5 a 7 cm de anchura. Este tamaño a veces es muy pequeño y dificulta la medición de rotu-ras, distancias de muñones o colecciones voluminosas. Para solucionar este problema, muchos ecógrafos per-miten reconstruir una imagen de mayor tamaño a par-tir de las sucesivas imágenes obtenidas en un barrido manual realizado por el ecografista. Es preciso mante-ner una velocidad y dirección de desplazamiento de la sonda constantes, lo cual se consigue con un poco de práctica (v. Fig. 1-9).

• Fusión ECO-RM (ECO-resonancia magnética). Una de las últimas implementaciones en la ecografía es la fu-sión. Se obtienen, por una parte, imágenes en una reso-nancia magnética. En un segundo tiempo se realiza una ecografía al paciente. En el ecógrafo se carga el estudio de resonancia y se consigue obtener las mismas imáge-nes en ecografía y resonancia, sincronizadas entre ellas en tiempo real, gracias a sistemas externos tipo GPS, en los transductores ultrasónicos que detectan el movi-miento de la mano. Esto es muy interesante para el aprendizaje de ecografía y la realización de procedi-mientos ecoguiados (Fig. 1-10).

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Figura 1-10. Técnica de fusión en tiempo real en patología del tendón del recto femoral. (A) Imagen de resonancia. (B) Imagen de ecogra-fía de la misma lesión.

A B

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