Biometría Ultrasónica

Ultrasonido

Es una onda acústica, cuya frecuencia está por encima del límite perceptible por el oído humano (Aproximadamente 20.000 Hz). Es utilizado como radar por los murciélagos, delfines entre otros animales, en el fenómeno de ecolocalización 

La ecolocalización, es el rebote de ondas de alta frecuencia, creando una imagen virtual de los objetos. El ultrasonido son vibraciones mecánicas (Sonido) que tienen una frecuencia por encima del nivel audible. Algunos conceptos en ultrasonido son: 

1. Frecuencia.

2. Ondas sonoras.

3. Espectro audible.

4. Velocidad del sonido.

5. Fenómenos físicos que afectan la propagación del sonido.

Frecuencia

Es el número de repeticiones de cualquier fenómeno o suceso periódico en una unidad de tiempo. Según el sistema internacional, el resultado se mide en Hz. (Hertz), donde 1 Hz, es un suceso o fenómeno repetido una vez por segundo, por ejemplo 3 Hz, corresponde a 3 sucesos periódicos por segundo. 

La frecuencia tiene una relación inversa con el coeficiente de longitud de onda, donde la longitud de onda (λ) es la distancia entre 2 crestas consecutivas que describe cuan larga es la onda. Si aumenta la frecuencia, disminuye la λ, pero si disminuye la frecuencia, aumenta la λ. 

Cuando las ondas pasan de un medio a otro, como por ejemplo: Del aire al agua, la frecuencia de la onda es constante, cambia solo la V y λ. La λ audible va de 2 cm a 17 metros.

Fig. 1 Componentes del Ultrasonido

Ondas sonoras

El sonido es la sensación producida en el oído por la vibración de partículas que se desplazan (Ondas sonoras) a través de un medio de propagación (Sólido, líquido y gaseoso). El sonido se propaga en forma de ondas.

Espectro audible

Conformadas por las audiofrecuencias, es decir, la totalidad de la gama de frecuencias que pueden ser percibidas por el oído humano. Un oído sano y joven es sensible a las frecuencias comprendidas entre los 20 Hz y los 20 kHz. Sin embargo este margen varía según cada persona y se ve alterado por la edad (Presbiacusia). 

Fuera del espectro audible estarían los ultrasonidos (US), ondas acústicas de frecuencia superior a los 20 kHz. Y de frecuencia inferior, se encuentran los infrasonidos (IS), ondas acústicas inferiores a los 20 Hz. El espectro audible podemos subdividirlo en funciones de los tonos, tales como: 

> Tonos graves: Bajas frecuencias, 16 Hz a 256 Hz.

> Tonos medios: Frecuencias medias. 256 Hz a 2 kHz.

> Tonos agudos: Altas frecuencias, 2 kHz a 16 kHz.

Velocidad del sonido

La velocidad de propagación de las ondas sonoras, depende de: Características del medio de propagación, presión, temperatura, humedad, pero es independiente de las características de la onda o la frecuencia que la genere. 

La velocidad del sonido es mayor en medios sólidos que en medios líquidos y es mayor en medios líquidos que en medios gaseosos. La velocidad del sonido en el aire a 20° es de 340 m/s, en agua 1.600 m/s, en el acero es de 6.000 m/s. 

Fenómenos físicos que afectan la propagación del sonido

1. Absorción.

2. Reflexión.

3. Transmisión.

4. Refracción.

5. Difracción o dispersión. 

La Absorción, es la capacidad de absorción del sonido en un material, es la relación entre la energía reflejada por el mismo. El rango va de 0 (Todo se refleja) a 1 (Todo se absorbe). 

La Reflexión, propiedad característica del sonido también llamada ECO. El eco se produce cuando un sonido se refleja en un medio más denso y llega al oído de la persona con un desfase del tiempo igual o superior a 0,1 seg. 

La Transmisión, es la velocidad con la que se transmite el sonido que depende directamente de la elasticidad del medio. La elasticidad es la capacidad de recuperar su forma inicial. El acero es un medio muy elástico. Otros factores que influyen en la transmisión son la temperatura y la densidad del medio. 

La Refracción, al pasar de un medio a otro se produce una desviación de la onda que se relaciona con la velocidad de propagación del medio. El sonido se propaga más rápido en el aire caliente que en el aire frío. 

Y la Difracción o dispersión, si el sonido encuentra un obstáculo en su dirección de propagación es capaz de rodearlo y seguir propagándose.

Ultrasonido en medicina

Es el uso de ondas sonoras de alta frecuencia para crear imágenes de órganos y sistemas dentro del cuerpo. La máquina de US crea imágenes que permiten examinar varios órganos en el cuerpo. Esta máquina envía ondas sonoras de alta frecuencia que hacen eco en las estructuras corporales y una computadora recibe dichas ondas reflejadas y las utiliza para crea una imagen. 

A diferencia de los rayos x, en este examen no se presenta ninguna exposición a la radiación ionizante. La persona se acuesta y se le aplica un gel conductor a base de agua en el área del cuerpo que se va a evaluar para facilitar la transmisión de las ondas sonoras. Una onda manual llamada transductor se desplaza sobre el área de estudio y se le pide a la persona que cambie de posición para poder examinar otras áreas.

Impedancia acústica

Es la capacidad de los tejidos de oponerse a la transmisión del sonido en mayor o menor grado. Los términos a ocupar son: 

> Ecogénico: Que refleja las ondas del ultrasonido.

> Anecoico: Que absorbe las ondas sonoras sin reflejarlas.

Ultrasonido en oftalmología

En oftalmología, la ecografía o ultrasonografía ocular no es un examen de rutina sino que sirve para diagnosticar algunas enfermedades y para estudiar las dimensiones oculares con fines quirúrgicos o médicos (Implante de lentes intraoculares).

Hablando de los años 50, en el año 1956, Mund y Hughes lograron detectar tumores intraoculares en ojos de cerdo. En el año 1957, oksala y Lehtinen diseñaron una sonda ergonómica y con sus trabajos con eco modo A fijaron las bases de la sensibilidad tisular. En el año 1958, Baum y Greenwood consiguieron los primeros diagnósticos ccon el modo bidimensional o B.

En los años 60, Yamamoto (1961) determinó la propagación del eco en los distintos medios oculares y en 11965, Ossoinig (El padre de la ultrasonografía ocular) logró diagnosticar afecciones oculares y orbitarias con el eco modo A. Bronoso diagnóstico y ubicó cuerpos extraños intraoculares, mientras que Massin y Poujol publicaron el primer trabajo en 1966.

Las frecuencias de los ultrasonidos usadas en oftalmología están en el rango de 9 a 10 Megahertz (1MHZ = 1 millón de ciclos/ seg). Estas altas frecuencias producen pequeñas longitudes de ondas (Menores a 0.2 mm), lo que permite buena resolución del globo ocular y la órbita.

Ecografía ocular (Modo de examen)

> Ultrasonografía modo A o biometría: 

• Emite un haz de ultrasonidos direccional (Unidimensional).
• Muestra los ecos – pico sobre una línea basal isoeléctrica que indica el 0% de Reflectividad.
• Puede realizarse en modo autobiométrico manual o diagnóstico.

Fig. 2 Eco modo A

> Ultrasonografía modo B:

• Emite múltiples hace de ultrasonido.
• Entrega imagen bidimensional.

Fig. 3 Eco modo B

Paquimetría corneal ultrasonografía

Se considera un US modo A. Donde las características físicas de este equipo son: Tiene una sonda rígida de 1,5 mm, un área de contacto de 1,76 mm y suele trabajar con frecuencias de 20 MHz.

Biometría ultrasónica
Es una técnica no invasiva e inocua que nos permite hacer la medición del largo axial del ojo. Esta técnica se puede hacer mediante 3 formas.

Su principio físico, para la producción del haz de ultrasonidos, son necesarios, pulsos de energía eléctrica que son aplicadas a un transductor que contiene cuarzo, lo que generará la transformación de ondas ultrasónicas (Efecto piezoeléctrico). En el transductor, este haz vibratorio choca contra el elemento piezoléctrico transformando la energía sonora en energía que, mediante su procesamiento y amplificación, se presenta en una pantalla en forma de imágenes, llamadas ecogramas.

La longitud axial está comprendida entre la superficie anterior de la córnea y la interface vitreorretiniana a la altura de la mácula. Los distintos medios atravesados por el haz ultrasónico son anecógenicos. Solo las interfaces originan ecos.

La amplitud de estos ecos es máxima cuando la onda ultrasónica es perpendicular a la interface. Conociendo la velocidad de los ultrasonidos en los medios atravesados y el tiempo que tarda la onda ultrasónica en atravesarlo, puede calcularse la distancia entre la interface de entrada y la interface de salida del medio considerado.

Fig. 4 Ecograma modo A en un ojo normal. Se observan los siguientes ecos: (1) Córnea, (2) Cápsula anterior del cristalino, (3) Cápsula posterior del cristalino, (4) Retina. Determinado entre ellas una serie de espacios anecóicos (Cámara anterior, cristalino y cavidad vítrea).

Aspectos técnicos del ultrasonido en la biometría

En el caso de la frecuencia, es el número de ciclos que ocurren en un segundo (Ciclos por segundo = Hertz). En el caso de la velocidad de la propagación, es la velocidad en la que el sonido viaja a través del medio y depende del tipo y características del medio (Densidad).

Fig. 5 Frecuencia en distintos casos

Fig. 6 Las velocidades en distintos tipos de ojos

Aspectos técnicos del ultrasonido en la biometría

Reflexión del ultrasonido ECO

Cuando una onda de US atraviesa un tejido se sucede una serie de hechos; entre ellos, la reflexión o rebote de los haces ultrasónicos hacia el transductor, que es llamada “eco”. 

Una reflexión ocurre en el límite o interface entre dos materiales y provee la evidencia de un material que es diferente a otro; esta propiedad es conocida como impedancia acústica y es el producto de la densidad y velocidad de propagación. 

El contacto de dos materiales con diferente impedancia acústica da lugar a una interface entre ellos. Cuando dos materiales tienen la misma impedancia acústica, este límite no produce un eco. SI la diferencia en la impedancia acústica es pequeña se producirá un eco débil; por otro lado, si la diferencia es amplia, se producirá un eco fuerte y si es muy grande se reflejará todo el haz de ultrasonido.

En los tejidos blandos la amplitud de un eco producido en la interface entre dos tejidos representa un pequeño porcentaje de las amplitudes indirectas. Cuando se emplea la escala de grises, las reflexiones más intensas o ecos reflejados se observan en tono lanco (Ecogénico) y cuando no hay reflexiones, en negro (Anecogénicos). 

Ángulo de incidencia

La intensidad con la que un haz de ultrasonidos se refleja dependerá también del ángulo de incidencia o insonación, de manera similar a como lo hace la luz en un espejo. 

La reflexión es máxima cuando la onda sonora incide de forma perpendicular a la interface entre dos tejidos. Si el haz ultrasónico se aleja sólo unos cuantos grados de la perpendicular, el sonido reflejado no regresará al centro de la fuente emisora y será parcialmente detectado, o bien, no será detectado por la fuente receptora (Transductor).

Fig. 7 Ángulo de incidencia

Ganancia

Es el grado de amplificación de los ecos que puede realizar el ecógrafo. Se mide en decibelios y puede variarla el explorarlo. A mayor ganancia, mayor es la sensibilidad y menor la resolución; al contrario, disminuyendo la ganancia, menor es la sensibilidad y mayor la resolución.

Las ganancias altas, para estudiar cataratas densas y así poder atravesarlas, ahora bien al aumentar la ganancia, se aumenta el ruido del fondo vítreo y puede dar medidas más cortas. Y las ganancias más bajas, disminuye el ruido del fondo vítreo y puede dar medidas más largas.

Tamaño, forma y uniformidad de la interface acústica

Si la superficie de la interface es irregular, parte de la onda reflejada se dispersa, obteniéndose un eco menor, aunque la incidencia es perpendicular.

Procedimiento para la medición de la longitud axial

1. Es importante conocer la historia clínica, ya que nos orientará mejor en el examen.

2. Se le explica al paciente el examen y se posiciona correctamente.

3. Para la medición la sonda debe estar perpendicular al ápice de la córnea.

4. Las mediciones se tomarán dependiendo si se use el modo automático o manual.

5. Interpretación de los valores. 

Técnicas en ecobiometría

Para el estudio de la ecobiometría, se ocupan dos técnicas principalmente: De contacto y de inmersión. 

El de contacto, la sonda toma contacto directo con el ojo. Existen tres subtipos: Transcorneal, transescleral y topográfica:

1. Transcorneal: Más utilizado. La sonda se apoya perpendicularmente sobre la córnea (Evitar dispersión del haz y alineamiento con eje visual). Se obtienen 4 picos.

2. Transescleral: Ecografía diagnóstica, evitar que el haz pase por el cristalino y se atenúe.

3. Topográfica: Desplazar la sonda en cada meridiano (Delimitar y ubicar lesiones).

Y de inmersión, se utiliza una copela de inmersión, se llena de suero fisiológico. No hay aplanación de la córnea. Se obtienen 5 picos.

Ecobiometría de contacto

El paciente está en decúbito supino, la sonda que se sujeta con la mano, se coloca suavemente sobre la córnea y el contacto se establece por la película lagrimal. La sonda debe colocarse sobre la córnea sin ejercer presión sobre ella. 

Si la sonda no se posa sobre la córnea, sino que se acopla a ella mediante un menisco de lágrima, la longitud de la cámara anterior y la longitud axial serán mayor, por lo que se calculará un lente de menor potencia, dejando al paciente hipermetropizado.

Fig. 8 Técnica con contacto corneal. A) Contacto ideal entre la sonda y la córnea. B) Apoyo excesivo sobre la córnea. C) Apoyo insuficiente de la sonda sobre la córnea

Ecograma (Ecobiometría de contacto)

El gráfico proporciona cuatro picos principales que corresponden a las estructuras ecogénicas (Córnea, cápsula anterior del cristalino, cápsula posterior del cristalino y complejo retina – coroides – esclera). La región retrobulbar se corresponde con un grupo de picos de gran amplitud.

Fig. 9 Ecograma de contacto

Estos picos disminuyen rápidamente debido a la gran absorción del sonido que se produce en los tejidos retrobulbares (Principalmente por grasa). 

Las estructuras anecogénicas (Humor acuoso, interior del cristalino y humor vítreo) están representadas por la línea isoeléctrica. Los picos serían (Fig. 9): 

> 1° pico: Interfase sonda - córnea.

> 2° pico: Superficie anterior del cristalino.

> 3° pico: Superficie posterior del cristalino.

> 4° pico: Interfase vitreorretiniano.

Fig. 10 Realización del examen

Ecobiometría de inmersión 

La posición del paciente, está en decúbito supino. Ocupa la copa de Prager o copela, es un pequeño cilindro de plástico, adaptado al tamaño del globo y se aplica sobre la conjuntiva, alrededor del limbo.

Fig. 11 Copela

Esta copela, se llena de suero. Y la sonda se sumerge en el líquido y se mantiene a distancia de la córnea, de esta forma no se corre riesgo de ejercer presión sobre ella y de alterar las mediciones. El ecograma que presenta sería: 

1. 1° pico: Sonda – suero. 

2. 2° pico: Bífido (Superficie anterior y posterior de la córnea). 

3. 3° pico: Superficie anterior del cristalino. 

4. 4° pico: Superficie posterior del cristalino. 

5. 5° pico: Interface vitreorretiniano. 

Fig. 12 Ecograma de inmersión

Fig. 13 Posición de la Copela

Referencias

1. Clase Biometría Ultrasónica, 2015. Exámenes Funcionales,