ULTRASONIDO

Ing. Enrique M. Avila Perona

Bioinstrumentación II

Definición

Son ondas sonoras (mecánicas) que

superan el umbral humano.(>20 KHz)

Data de 1920 cuando el físico francés Paul

Lagevin observó que se podía aprovechar el

efecto piezoeléctrico descubierto por Pierre

Curie en 1880.

En medicina se viene usando con fines

terapéuticos desde 1940 y con fines

diagnósticos desde 1956, ya bien conocida

la técnica del sonar.

Aplicaciones

Terapéutica 20 KHz hast 3 MHz• Diatermia

• Liptotricia

• Tartrectomía UltraSonica

Diagnóstico 1 MHZ a 10 MHZ o más• Ecografía

• Monitor preparto

• Detectores fetales

La generación de US se realiza por medio de un oscilador

electrónico que entrega su energía alterna a un material

piezoeléctrico, tiene la propiedad de deformarse al aplicarle

una tensión y viceversa.

El material piezoeléctrico se talla de manera tal que su

frecuencia natural coincida con la frecuencia del oscilador

eléctronico.

Características

•CUARZO

•CRISTALES ARTIFICIALES:

•Sulfato de litio

•Tartrato doble de potasio

•Fosfato monoamónico

•Óxidos de Ba Pb Ti y Zr

•Sales como titanio de bario y carbonato de boro

Para generar impulsos de mediana potencia (hasta 10

W/cm²) el más adecuado es el cuarzo.

Materiales

Física de US

Intensidad Acústica Es la potencia sonora que fluye por unidad de

superficie [w/cm²].

Es proporcional al cuadrado de la presión generada

por la onda sonora cuando el frente de onda es

plano.

Terapéutica

• 5 Watt/cm2

Diagnóstico

• 0.5 Watt/cm2

Velocidad del Ultrasonido

La velocidad de una onda sónica depende de la elasticidad y de las

propiedades inerciales de la sustancia donde se transmite

En el caso de un fluido perfecto (un fluido no viscoso) la velocidad de una

onda longitudinal está dada por:

v = B/δ

Donde

B = módulo de elasticidad

δ = densidad

El módulo de elasticidad (B) indica como la unidad de volumen cambia

con la aplicación de una presión. Básicamente representa la

elasticidad.

La densidad (δ) físicamente se puede definir como la inercia de la

sustancia al cambio generado por la presión

Velocidades

La velocidad es distinta y depende del tejido.

Aire 3.48 m/seg

Acero 3.324 m/seg

Sangre 1,57 m/seg

Higado 1.54 m/seg

Hueso 3.3 m/seg

Agua a 25º C 1.497 m/seg

Impedancia acústica

Z = Velocidad x densidad Z = v

La velocidad del sonido en un medio multiplicada por

las densidad del mismo, da una magnitud que se

llama Impedancia Acústica característica, En

materiales de baja impedancia las ondas pierden

potencia rápidamente y alta imp. La inversa.

Las ondas transcurren con facilidad por un medio que

tenga una elevada Z.

Atraviesan con facilidad el acero, menos fácilmente el

agua y difícilmente el aire.

Fenómenos de transmisión

•Absorción de ondas sonoras

La IA es degrada a medida que el haz sonoro atraviesa el medio; la energía sonora

perdida se transforma en calor.

El grado de absorción en los líquidos y tejidos blandos, en dB por centímetros de

profundidad (dB/cm) aumenta en forma aproximadamente lineal a medida que aumenta la

frecuencia de la onda. En el hueso aumenta al cuadrado de la misma.

Para una frecuencia de 1 MHz por ejemplo, la disminución del nivel de IA, por cada cm de

recorrido es:

piel y músculo : 1,2 dB/cm

hueso: 15 dB/cm

sangre : 0,17 dB/cm

cerebro : 0,9 dB/cm

líquido cefalorraquídeo: 0,01 dB/cm

Fenómenos de transmisión de

las ondas sonoras

En la transmisión de una onda acústica

se destacan los siguientes fenómenos.

• Absorción

• Reflexión

• Divergencia

• Fenómeno térmico

• Cavitación

Reflexión y refracción

Cuando una onda sonora plana incide perpendicularmente sobre

una interfase entre sustancias distintas sufre una reflexión. Ósea

una parte se transmite y otra se refleja. La parte reflejada sufre un

cambio de velocidad adoptando la que tiene el sonido en ese

medio.

Reflexión y refracción

Para el aire el 99,9 % de la onda es reflejada, Es por ello que

al aplicar un transductor de US sobre la piel de un paciente

debe evitarse la interposición de aire. Es necesario entonces,

untar la piel con una sustancia de impedancia parecida o igual

a ella.

La Zagua es parecida a la Zpiel es por ello que suelen o

pueden efectuarse tratamientos bajo el agua.

Entre la piel y la superficie emisora debe existir un medio

acústicamente homogéneo.

Divergencia

La superficie de una cara radiante del

transmisor de U.S. condiciona la divergencia

que sufrirán las ondas sonoras a partir de la

misma.

El ángulo divergente decrecerá según

aumente la frecuencia. Cuando el haz es

divergente la I.A. disminuye con el cuadrado

de la distancia.

Métodos para la emisión y recepción

Clasificación

Resonancia Frecuencia de resonancia

Transparencia o de sombra Intensidad Acústica

Pulso Eco Tiempo tránsito

Resonancia

Se basa en medición de la frecuencia de resonancia por reflexión (Ondas Estacionarias)

Se usa para la medida de espesores de materiales de caras paralelas l = C/2 fn

Transparencia o sombra

Isonifica con una onda senoidal en dos porciones

No proporciona información de posición del defecto

Pulso o Eco

Se basa en la transmisión y medición del eco por la recepción. D = C. t/2

Medición de distancia por

método de pulso Eco

Emisor de US

Contador

d

Efectos terapéuticos

Efecto térmico: es sin duda el más importante ya que mejora la

circulación sanguínea produciendo un mayor aporte de sustancias

nutrientes y mayor evacuación de catabolitos con la consiguiente

desinflamación. Durante la sesión de aplicación de US puede

utilizarse el modo pulsante que tiene la ventaja de no elevar

demasiado la temperatura debido a que hay mayor cantidad de calor

evacuado durante los períodos no emisivos

Efecto mecánico: Debido a los movimientos oscilatorios de las

partículas que aunque recorren distancias pequeñísimas ocasionan

grandes compresiones y descompresiones alternantes que provocan

un aumento de la permeabilidad celular, liberación de adherencias

fibróticas por separación de fibras colágenas y reblandecimiento del

cemento intercelular

Disminución del dolor: Se cree actúa sobre las terminaciones

nerviosas.

Efectos químicos: Surgen del efecto térmico y mecánico

Efectos

A escala bioquímica• Modificación de estructuras coloidales

• Liberación de sustancias preformadas

• Rotura de grandes moléculas

• Aceleración gral de reacciones metabólicas

A escala hística y orgánica• Producción de calor con vasodilatación

• Estímulo de la circulación sanguínea y linfática

Transdcutor Piezoléctrico

Diagrama de equipo de US

Control de

Potencia

OsciladorAmplificador

Salida

SintonizadaTransductor

Indicador

Las patologías a tratar mediante diatermia es

bastante amplia pudiéndose agrupar en:

• Terapias rehabilitatorias (no destructivas. Incluyen

procesos reumáticos y ciertas inflamaciones,

destacamos entre estos procesos: articulares,

periarticulares, tendinosos, aponeuróticos,

musculares, neurológicos, etc.)

• Terapias cruentas (incidir con calor para destruir un

tejido, para corte o para evitar hemorragia)

Aplicación

• El equipo usado para la aplicación terapéutica de energía ultrasónica, consiste en un generador de corriente de alta frecuencia y un aplicador, algunas veces llamado cabeza sónica (cabezal).

El generador produce oscilaciones de la frecuencia necesaria, lo que ocasiona que el transductor con que esta equipado el aplicador vibre y genere ondas sonoras. Esta energía sonora es transmitida a los tejidos mediante el contacto con la superficie del aplicador

Es el Área de

Irradiación Efectiva

que es mas pequeña

que el área

geométrica del

cabezal de

tratamiento

Frecuencias Terapéuticas

Frecuencia Alta 3 Mhz.

Es poca penetración. Indicado en tratamientos

superficiales.

Frecuencia baja: 1 Mhz.

Mayor penetración. Utilizado en tratamientos

profundos.

Tipos de ultrasonido

Ultrasonido continuo: Se utiliza como termoterapia profunda y selectiva en estructuras tendinosas y periarticulares.

Se controla su dosificación mediante la aparición del dolor perióstico si hay sobrecarga térmica local.

Puede aplicarse en presencia de osteosíntesis metálicas.

Contraindicado en procesos inflamatorios agudos, traumatismos recientes, zonas isquémicas o con alteraciones de la sensibilidad.

Ultrasonido Pulsado: La emisión pulsante es la utilizada actualmente por sus efectos positivos sobre la inflamación, el dolor y el edema.

Está indicada en procesos agudos e inflamatorios ya que con parámetros adecuados carece de efectos térmicos.

Al no producir dolor perióstico, se carece del aviso de sobredosis y hay que ser prudentes en intensidades medias y altas.

Efectos del UltrasonidoMicro masaje celular o cavitación:

Efecto mecánico; trata de una rápida formación y colapso de burbujas de gas disuelto o de vapor que pueden converger y al aumentar de tamaño provocar la destrucción de estructuras subcelulares. Se produce con dosis de más de 1 W/cm2.

Se da por aplicaciones estáticas o por fallos de calibración.

Pseudocavitacion: Trata de la producción de pequeñas burbujas al ser atravesado por un liquido orgánico del gas disuelto en el liquido

• El ultrasonido continuo tiene un efecto térmico selectivo y el pulsante en efecto analgésico y antiinflamatorio no térmico.

•Los ultrasonidos están indicados generalmente en: lesión traumática de partes blandas, hematros (sangre en una articulación), sinovitis postraumática de rodilla, retracciones, fibrosis músculo-tendinosas, tendinitis, bursitis (aparición de una bolsa inflamada), capsulitas, fibrosilis, neuromas de amputación, etc.

Efectos Biológicos

Favorece la relajación muscular.

Aumenta la permeabilidad de la membrana.

Aumenta la capacidad regenerativa de los tejidos.

Efecto sobre los nervios periféricos.

Reducción del dolor.

Disminución o aumento de los reflejos medulares según la dosis

aplicada.

Aceleración del proceso de regeneración axónica a dosis de

0.5W/cm2 y aumento de la actividad enzimática en el cabo distal

de un axón en regeneración

A dosis de 2 w/cm2 se retrasa el proceso de regeneración.

Liptotricia

Efectos Fisiológicos

• Produce calor

• Resorción del edema

• Resorción de exudados y precipitados

• Aumento del metabolismo intracelular

• Se produce anestesia local con alivio

inmediato del dolor

• Las vibraciones penetran profundamente

y proporcionan micro masaje

Contradicciones

Algunos autores reprueban la aplicación directa del ultrasonido sobre el cerebro, ojos, oído medio e interno, órganos reproductores plexos viscerales y gangueos autónomos de gran tamaño.

En los pacientes cardiacos no debe aplicarse ultrasonido al corazón y ganglios estrelladlo

Es necesario ser cauto al considerar el uso de ultrasonido en pacientes con enfermedades malignas,dado que se a reportado crecimiento del tumor primario e inclusive metástasis después de su aplicación

EquiposPosee emisión continua y pulsátil ajustable

sensor para control automático de temperatura del

cabezal,

control por microprocesador

alta potencia de salida

timer electrónico.

Equipos combinados

APLICACIONES

Atrofias, contracturas, celulitis,

degeneración de tejidos y lesiones profundas.

Efectos de tonificación y modelación.

Características 2 exclusivos cabezales de ultrasonido

dual (9 cm2 y 1,5 cm2) de 1MHz o 3 MHz.

- 4 canales de estimulación corporal.

- 1 canal facial.

- 1 canal combinado.

LASER

Ing. Enrique M. Avila Perona

Bioinstrumentación II

Definición

Se corresponde a la abreviación en

ingles de la expresión

“Amplificación de luz por emisión

estimulada de radiación”

“Emisor de radiación coherente”

Emisión

Los distintos tipos de láseres emiten en:

Rango visible (entre los 400 y 700 nm

de longitud de onda, como en el caso

de los láseres de argón, rubí, etc.).

Ultravioleta e infrarrojo

(como los láseres de Nd-YAG,CO2, etc.).

Distintos tipos

El corazón de este dispositivo es un medio

láser.

Un cristal como el rubí,

Un semiconductor como el arseniuro de

galio,

Una solución de un colorante orgánico

Un gas como el argón o criptón

Fundamentos

Rayo

LaserR = 100

Cavidad resonante

Emisión

Excitación

Potencia

Coherencia

Direccionalidad

Procesos

Son cuatro los procesos indicados:

(a) bombeo

(b) emisión espontánea (fluorescencia)

(c) emisión estimulada

(d) absorción.

Mediante el bombeo se producen los

siguientes procesos

Inversión de población

Niveles de energía orbitacional

Población de niveles debida a Temperatura

Emisión estimulada

Base de funcionamiento de los láseres

Emisión espontánea y estimulada

Ondas de igual frecuencia, fase, direccionalidad y polarización

Amplificación

Amplificación de varios átomos

Debe haber inversión de población para que haya amplificación

Oscilación y condición de Umbral

Emisión estimulada en la misma dirección ya sea la del eje o por reflexión

El bombeo debe asegurar relación en los niveles de población. ¨Umbral¨

Eliminar las pérdidas: transmisión absorción difracción

Métodos de bombeo

Bombeo óptico

Incoherente o coherente

Bombeo Electrónico

Descargas eléctricas cc, ca, RF, HF o capacitores

Descarga a de cañones electrónicos

Bombeo Térmico

Enfriamiento brusco de un gas Ej CO2

Bombeo Químico

Directos o por transferencia

Bombeo Inyección

Corriente pulsada o continua en semiconductores

Bombeo Partículas

Iones pesados, iones productos de fisión nuclear

Propiedades de Radiación Laser

Coherencia temporal o espacial,

divergencia, Focalización, brillo o

luminancia

Laser de estado sólido

Se utiliza una sustancia sólida transparente como

sostén de ciertos iones que son las sustancias

activas encargadas de emitir radiaciones luminosas

coherentes.

Los sólidos más utilizados hoy en día son; el rubí

rosa con Cr+++ como ión activo; vidrio de itrio- Aluminio

granate (YAG) con neodimio (Nd) como ión activo y

finalmente el vidrio de silícico común con Nd, iterbio

(Yb), holmio (Ho), gadolinio (Gd) o lantano (La) como

iones activos.

Laser de gas

1º-“de átomos neutros” como el He-Ne (Ne como

elemento activo).

2º-“de átomos ionizados”, especialmente gases

nobles como los de argón (Ar), criptón (Kr), xenón

(Xe) y neón (Ne) con estos elementos como

iones activos.

3º-“moleculares”, como el de CO2-N2-He, siendo

el CO2 la sustancia activa fundamental.

Láseres de semiconductores

Muchos diodos semiconductores

sometidos a ciertas corrientes en el

sentido normal de conducción, emiten

radiación coherente.

El diodo de semiconductor más usado

como láser, es el de arseniuro de galio.

Láseres líquidos

El material activo es una tintura orgánica

(fluoresceía, rodaminas, cumaria, ciertos

quelatos) en solución acuosa u otra.

Se lo excita o “bombea” mediante la luz

de otro láser y tiene la facultad de variar

su frecuencia de emisión.

Propiedades del Láser en

Medicina

Alta intensidad del haz que determina

calentamiento y vaporización tejido con gran

presición

Disponibilidad de longitud de onda

determinadas o específicas

Amplio rango de anchos de pulso

Posibilidad de usar fibras ópticas

Acción biológica e interacción

con el Tejido

Puede afectar reflexión, trasmisión, dispersión y absorción.

El que más absorbe es el agua y que menos absorbe la Hemoglobina:

La absorción del CO2 de long onda de 2,5 μm es fuertemente abosrbida

La absorción del Nd Yag de long onda de 1 μm produce fuerte dispersión

Térmica o noTérmica

Menores de 100º se produce Coagulación

Mayores de 100º se produce Ruptura de células debida a la expansión y vaporización

Profundidad de penetración

Aplicaciones del Láser

Alineación de pequeños sistemas ópticos

Fusión inducida

Medicina

Ingeniería Genética

Comunicaciones

Aplicaciones militares

Tipos de Láseres usados en

Medicina

Ar

Kr

Nd YAG

CO2

Colorantes (Ar) etc.

Curvas Típicas

agua

CO2Nd

Yag

Hb

Ar

λ micrometro

Abosrción

%

Laser en oftalmología

Absorción por colorantes

Fotoablación

Destrucción de tejidos por absorción

de radiación UV por ejemplo láser de

Excimeros

Campos de utilización en Medicina

Oftalmología, ORL, Dermatología,

Ginecología, Gastroendos.

Odontología,

Cirugía, Urología

Oftalmología Diseño de instrumentos ópticos. Los desarrollos

principales en esta área de trabajo se centran

en la construcción, caracterización y manejo de

láseres de fibra óptica con emisión en el

infrarrojo para aplicaciones en oftalmología.

También se han desarrollado interferómetros de

moteado y otros elementos ópticos holográficos

para su uso como lentes, filtros o

conformadores de haz. Amplificadores y láseres

de fibra óptica o guía óptica integrada. Se

trabaja en la construcción de amplificadores y

láseres con emisión en torno a 1,5 μm utilizando

erbio como elemento activo. También se

desarrollan técnicas de caracterización

experimental de las fibras, así como modelos

teóricos que permiten el diseño optimizado de

estos láseres para diferentes aplicaciones.

Estética

Aplicaciones Varias