Principios Físicos del Ultrasonido: Ondas, Propiedades e Interacción

Fundamentos de la Onda Mecánica

Una onda mecánica es una perturbación que necesita un medio elástico (sólido, líquido o gaseoso) para transportar energía.

Propiedades de la Onda

Las ondas se describen a través de cambios de presión en función del tiempo y se caracterizan por las siguientes propiedades:

• Longitud de onda (λ): Es la distancia entre dos puntos consecutivos que se encuentran en la misma fase.
• Período (T): Es el tiempo que tarda cada punto del medio en realizar un ciclo completo de oscilación.
• Amplitud de oscilación: Es la distancia máxima a la que puede llegar una partícula desde su punto de equilibrio.
• Frecuencia (f): Corresponde al número de vibraciones o ciclos por unidad de tiempo. A mayor frecuencia, menor es el período.
• Velocidad de propagación (v): Es la distancia que avanza una onda en un período y depende de la elasticidad y densidad del medio.

Parámetros que Afectan la Propagación

• Densidad: La velocidad es proporcional a la densidad de un medio. En el cuerpo humano, la menor densidad corresponde al aire, seguida del agua, la grasa, los tejidos blandos y, finalmente, el hueso, que presenta la mayor densidad.
• Elasticidad: Es la capacidad de un medio para recuperar su forma y tamaño originales tras la aplicación de una fuerza. Las ondas requieren un medio elástico para formarse y propagarse. A mayor elasticidad, mayor velocidad de propagación.
• Compresibilidad: Es la variación de volumen que experimenta un objeto al aplicarle una presión. A mayor compresibilidad, menor es la velocidad de la onda.

Interacción del Ultrasonido con el Medio

Al propagarse, el ultrasonido experimenta diferentes fenómenos:

• Atenuación: Es la pérdida de intensidad que sufre el ultrasonido al atravesar un medio.
• Impedancia: Es la resistencia que presenta un medio al paso del ultrasonido. Es elevada en los sólidos y menor en los líquidos.

En medios no homogéneos, se producen las siguientes interacciones:

• Reflexión: Cambio de dirección del ultrasonido al incidir sobre una superficie, sin atravesarla.
• Refracción: Cambio en la dirección del ultrasonido debido a un cambio de velocidad al pasar de un medio a otro.
• Difracción: Cambio en la dirección de la onda cuando parte de ella atraviesa un orificio de bordes nítidos, convirtiéndose en un nuevo emisor de ondas.
• Interferencia: Fenómeno que ocurre cuando varias ondas se encuentran en un mismo medio.

Principios y Tecnología del Transductor

Efecto Piezoeléctrico

Es la capacidad que presentan algunos materiales de producir electricidad cuando se someten a una presión mecánica.

• Efecto piezoeléctrico indirecto: Una diferencia de potencial variable genera una vibración y su correspondiente onda de presión.

El Transductor o Sonda

Un transductor (comúnmente llamado sonda en ecografía) es cualquier dispositivo que convierte un tipo de energía o señal en otro (por ejemplo, electromagnético, electroquímico, electromecánico, fotoeléctrico, etc.).

Tipos de Sondas de Ultrasonido

• Transductor o sonda sectorial: Utilizan una ventana de frecuencia pequeña y emiten un haz radial que obtiene una imagen panorámica con un gran campo de visión en profundidad.
• Transductor o sonda lineal: Generan haces paralelos, lo que resulta en una imagen de forma rectangular.
• Transductor o sonda convex: Funcionan de manera similar a las lineales pero con una curvatura convexa, lo que proporciona una mejor visión proximal y un mayor campo de visión.