FRECUENCIA Y LONGITUD DE ONDA

La frecuencia es, precisamente, lo que define a los ultrasonidos y los distingue de los sonidos. La frecuenciaest muy directamente relacionada con la absorcin y la atenuacin del haz, de forma que, a mayorfrecuencia, el ultrasonido se absorbe ms rpidamente. Utilizaremos frecuencias de de 0,5 a 1 MHz paratratar estructuras profundas y reservaremos las frecuencias ms altas, de 2 hasta 3 MHz, para tratar piel ytejido subcutneo.

La longitud de onda en un haz de ultrasonido es la distancia existente entre dos planos inmediatos departculas del medio que estn en el mismo estado de movimiento. Es igual, como en cualquier otro tipo deonda, a la velocidad de propagacin de la onda dividida por la frecuencia. Debemos tener en cuenta quevamos a mantener constante la frecuencia, pero la velocidad va a depender del medio que est atravesando enese momento, por lo que, al ser la velocidad muy variable en tejidos orgnicos, la longitud de onda tambin loser.

VELOCIDAD DE TRANSMISIN

La velocidad a la que los ultrasonidos se transmiten por un medio determinado depende de la densidad y de laelasticidad de dicho medio. Esta velocidad es fundamental, pues no slo es uno de los factores que intervienenen la produccin del eco, sino que adems es la base para calcular la impedancia acstica, que a su vez esclave para la absorcin.

La velocidad de propagacin de un haz de ultrasonido a travs de diversas sustancias es muy variable (tabla1).Las diferencias son poco acusadas entre tejidos blandos, hgado, rin, cerebro o plasma, cercanos todos ellosa los 1.540 m/s. En el caso del aire (343 m/s), pulmn (650 m/s) y hueso (3.500 m/s), la muy distintavelocidad de transmisin del ultrasonido significa intensos ecos. Ms adelante veremos que stos producendificultade3s cuando la zona que estamos tratando nos obligue a incluirlos dentro del haz.

IMPEDANCIA ACSTICA

La impedancia acstica es una caracterstica del medio que atraviesa el ultrasonido. Relaciona la velocidadque la partcula adquiere en el momento de su vibracin y la presin a la que est sometida. La impedancia daidea de la facilidad que un determinado medio ofrece al paso de ultrasonidos a su travs.

Se conoce habitualmente con la letra Z y es igual al producto de la densidad del medio por la velocidad detransmisin del ultrasonido en ese medio (Z= V). La reflexin se produce al intentar pasar el ultrasonido deun medio a otro con distinto Z. Si los medios tienen impedancias muy distintas, el ultrasonido se reflejar casien su totalidad y no podr alcanzar los rganos situados ms profundamente.

ENERGA, POTENCIA E INTESIDAD

El haz de ultrasonidos transporta una determinada cantidad de energa producida por el transductor; si laconsideramos por unidad de tiempo, es lo que se conoce como potencia. La unidad de potencia es el vatio(W). Dividiendo la potencia por la superficie del haz, obtenemos la intensidad (W/cm), que es uno de losparmetros ms importantes que hay que tener en cuenta en los tratamientos con ultrasonidos.

As pues, para saber la cantidad de ultrasonidos que estn llegando en cada momento a una zona, deberemosreferirnos a la intensidad o densidad de potencia. Habitualmente, en tratamientos con ultrasonidos que estnllegando en cada momento a una zona, deberemos referirnos a la intensidad o densidad de potencia.Habitualmente, en tratamientos con ultrasonidos, utilizamos intensidades de entre 0,5 y 2,5 W/cm.

1

La Organizacin Mundial de la Salud (OMS) limita la intensidad (en emisin continua) a un mximo de 3W/cm. En ecografa, las intensidades son mucho ms bajas oscilan entre 1 y 10 mW/cm.

ATENUACIN

El haz de ultrasonidos va perdiendo intensidad conforme va avanzando por los tejidos. Esta prdida porunidad de longitud se denomina atenuacin.

La atenuacin se produce por diferentes factores, desde la propia absorcin de ultrasonidos por el medio hastalas diversas reflexiones que puedan producirse por in homogeneidad del medio. Tambin se producendispersiones y prdidas de direccin por refraccin que lo hacen ineficaz a efectos teraputicos.

La atenuacin es de tipo exponencial. Para los ultrasonidos se establece el coeficiente de atenuacin, que varacon las propiedades del medio y con la frecuencia del ultrasonido (tabla 2).

La atenuacin es directamente proporcional a la frecuencia del ultrasonido utilizado, por lo que debemosesperar una mayor prdida de intensidad del haz en profundidad, con ultrasonidos de mayor frecuencia. En latabla 3 se muestra la profundidad media en algunos tejidos biolgicos, para ultrasonidos de 1 y 3 MHz. Puedeapreciarse lo que ya hemos sealado: si queremos tratar rganos profundos, deberemos emplear frecuenciasms bajas (de 0,5 a 1 MHz).

La atenuacin tambin depende de las caractersticas del medio. Los tejidos con mayor contenido en protenasestructurales (cartlago, tendones, cpsula articular, ligamentos extracapsulares, msculos) absorben mayorcuanta de energa ultrasnica. Podemos decir que el hueso atena, a igualdad de frecuencia, 20 veces ms queel msculo y otros tejidos blandos, por lo que todo lo situado detrs de un hueso recibir mucha menos dosis.

HAZ DE PROPAGACIN

En un medio homogneo, los ultrasonidos se propagan en lnea recta. Cuando estn producidos por un cristal,forman un haz, del cual slo nos es til la parte ms cercana al transductor, que es donde el frente deultrasonidos aparece plano: sta se denomina zona de Fresnel. A partir de esta zona, el haz comienza a abrirseen la llamada zona de Fraunhoffer. Aunque existen y, de hecho, utilizamos diversas tcnicas para focalizar elhaz, es importante recordar que la posibilidad de dirigir un haz con exactitud es mayor cuanto ms elevada seasu frecuencia; sin embargo, su capacidad de penetracin ser menor.

Debido a este comportamiento no homogneo del haz de ultrasonidos, debe considerarse el coeficiente de nouniformidad del haz (Beam nouniformity Ratio BNR. El BNR no debe ser menor de 4; para cabezales deaplicacin correctamente fabricados, se sita entre 5 y 6.

REFLEXIN Y REFRACCIN

Cuando un haz de ultrasonidos va por un medio determinado con una impedancia Z y encuentra,perpendicular a su trayectoria, otro medio distinto con impedancia Z, se produce una reflexin de parte delhaz, que llamamos eco. ste ser tanto mayor cuanto mayor sea la diferencia de impedancia entre ambosmedios, siguiendo la frmula:

( Z2 Z1 )

E =

(Z2 + Z1)

2

La reflectividad depende de la impedancia acstica de los diferentes medios (tabla 4). Si la diferencia deimpedancia entre ambos medios es grande como ocurre, por ejemplo, en el paso de tejido a aire, laproporcin de ultrasonido reflejado es casi 1, con lo que no pasa el haz al segundo medio. De ah laimportancia de evitar gases y la necesidad de utilizar sustancias de acoplamiento (gel, aceite, agua) entre elemisor y la piel del paciente.

En el interior del cuerpo humano se produce una reflexin significativa en las interfases entre tejidos blandosy hueso. Si el haz encuentra a su paso un medio de impedancia muy diferente, al intentar pasar la interfase quesepara a los dos medios, se ver reflejado en su mayor parte, por lo que apenas quedar energa para lostejidos situados ms profundamente. Adems, la zona proximal cercana al cambio de medio ver muyincrementada su dosis. Esta situacin se da al intentar atravesar el hueso y, sobre todo, el pulmn o unaburbuja de aire gstrica o clica, y puede obligarnos a buscar ventanas acsticas, es decir, tejidos a travs delos cuales nuestro haz pueda llegar con suficiente energa a la zona que deseamos tratar. Los haces incidentesy reflejados pueden superponerse, por lo que pueden atenuarse o intensificarse entre s. En el caso de que lainterferencia produzca intensificacin, la intensidad aumenta al generarse una onda estacionaria. Para reduciro evitar este problema, la aplicacin se realiza movilizando continuamente el cabezal o aplacador, y utilizandola intensidad ms baja necesaria.

CAVITACIN Y SEUDOCABITACIN

Se utilizan intensidades muya altas, las presiones y tracciones que sufre el medio atravesado por el ultrasonidopueden llegar a ser tan grandes que literalmente, se desgarre, por lo que sobre el hueco se concentrar ms elhaz. Este fenmeno se denomina cavitacin y no debe producirse a las intensidades utilizadas habitualmenteen medicina.

S que puede ocurrir que en la traccin, al atravesar un lquido orgnico, se produzcan pequeas burbujas delgas disuelto en ese lquido. Es la llamada seudocavitacin.

MECANISMOS DE ACCIN

ACCIN DE LOS ULTRASONIDOS SOBRE TEJIDOS ORGNICOS

El efecto teraputico de los ultrasonidos es complejo y est determinado por diferentes efectos, que seentremezclan. Es difcil determinar su importancia relativa en los diferentes cambios biolgicos observados:

Accin trmica: la energa de los ultrasonidos absorbida por los tejidos atravesados por el haz terminatransformndose en calor y a aumentando la temperatura de la zona tratada. Las molculas de los tejidos sesometen a vibraciones de elevada frecuencia y, a consecuencia del rozamiento, la energa mecnica adquiridapor las molculas acaba transformndose en calor.

En una aplicacin fija, la temperatura puede elevarse a los pocos segundos, alrededor de 6 grados en la zonams prxima al transductor y en torno a 3 grados en zonas ms alejadas; posteriormente, tiende a permanecerconstante. El flujo sanguneo tiende a sustraer calor de esa zona; as evita que se recaliente demasiado. En loshabituales tratamientos por deslizamiento, la temperatura vara de manera continua, con valores enconjunto menores que en aplicaciones fijas.

Todos los efectos biolgicos producidos por el calor local son aplicables a los ultrasonidos teraputicos, conacciones similares, en este sentido, a las de radiacin infrarroja, diatermia, microondas o la simple aplicacinde una bolsa de agua