Absorción

La absorción es el proceso por el cual la energía del haz de ultrasonido se transfiere al medio de propagación, transformándose principalmente en calor. Este fenómeno depende de tres factores clave:

Factores que Influyen en la Absorción

• Viscosidad del Medio: La viscosidad representa las fuerzas de fricción entre las partículas del medio. Cuanto mayor es la fricción, más calor se genera, lo que incrementa la absorción.
• Tiempo de Relajación: Es el tiempo necesario para que las partículas del medio vuelvan a su posición original después de ser desplazadas. Un tiempo de relajación prolongado permite que las partículas no regresen a su posición inicial antes del siguiente pulso, aumentando así la absorción.
• Frecuencia del Haz: Las frecuencias más altas generan más calor debido a la fricción y también reducen el tiempo de regreso de las partículas a sus posiciones de equilibrio, aumentando así la absorción de energía en el medio.

Relación entre Absorción y Frecuencia

En los tejidos blandos, la absorción del ultrasonido es directamente proporcional a la frecuencia del haz.

Analogía Práctica

Al caer al agua, una piedra genera ondas que se expanden en círculos concéntricos. A medida que estas ondas se alejan del punto de impacto, pierden fuerza y eventualmente desaparecen. De forma similar, el ultrasonido pierde energía mientras viaja a través de los tejidos, transformándose principalmente en calor. Es como si los tejidos actuaran como una esponja que absorbe parte de esta energía.

¿Qué Factores Afectan la Absorción?

• Viscosidad: Los tejidos con mayor viscosidad (como los músculos) absorben más ultrasonido que los tejidos menos viscosos (como la grasa). Por ejemplo, la miel es más viscosa que el agua y ofrece más resistencia al movimiento, similar al comportamiento de los tejidos.
• Frecuencia: A frecuencias más altas, las partículas vibran más rápidamente, aumentando la fricción y el calor generado. Esto incrementa la absorción, como ocurre al frotar las manos rápidamente, donde sientes más calor.
• Tiempo de Relajación: Si las moléculas de un tejido no tienen tiempo de regresar a su posición original antes de la llegada de una nueva onda de ultrasonido, se incrementa la absorción.

Importancia de la Absorción en Ecografía

La absorción afecta directamente la calidad de las imágenes ecográficas. Si el ultrasonido se absorbe en los tejidos superficiales, menos energía alcanzará las estructuras más profundas, dificultando su visualización. Por ejemplo, al usar frecuencias altas para explorar órganos profundos como el hígado, gran parte de la energía se perderá en los tejidos superficiales, reduciendo la claridad de la imagen.

Ejemplo Práctico

Entender la absorción es esencial para optimizar las imágenes ecográficas. La elección de la frecuencia adecuada y una comprensión precisa de las propiedades de los tejidos pueden mejorar significativamente la calidad diagnóstica.

La absorción ocurre cuando el tejido convierte la energía del ultrasonido en calor. Diferentes tipos de tejido absorben el ultrasonido en diferentes grados, lo que afecta la profundidad de penetración de la señal.

Dispersión y Retrodispersión

En el contexto de la anatomía y biología, las interfaces entre tejidos no suelen ser superficies perfectamente lisas. En cambio, las estructuras anatómicas presentan superficies rugosas y heterogéneas que tienden a dispersar el ultrasonido en múltiples direcciones. Este fenómeno, conocido como dispersión, provoca que el sonido se transmita de forma multidireccional y la energía reflejada se distribuya en varias direcciones. Un ejemplo de dispersión en la vida cotidiana es la niebla, donde las partículas en el aire dispersan la luz en múltiples direcciones.

Analogías para Comprender la Dispersión

Imagina que el cuerpo humano es un bosque denso, lleno de árboles y arbustos de diferentes tamaños y formas. Cada árbol representa un órgano, y las hojas, las células que lo componen. Cuando enviamos un haz de ultrasonido hacia este bosque, es como lanzar una piedra en un estanque. Las ondas sonoras se dispersan en todas direcciones, rebotando en las hojas y ramas.

La dispersión del sonido es precisamente lo que ocurre cuando las ondas de ultrasonido encuentran obstáculos en su camino dentro del cuerpo. En lugar de rebotar directamente hacia el transductor, como una pelota de tenis contra una pared, las ondas se dispersan en múltiples direcciones, similar a cómo la luz del sol atraviesa un bosque y crea manchas de luz en el suelo.

El Fenómeno del Speckle

Esta dispersión crea un efecto visual en la imagen ecográfica que llamamos speckle. Es como mirar una fotografía a través de una ventana empañada. Las pequeñas gotas de agua en la ventana difractan la luz y crean un patrón irregular de manchas. En la ecografía, estas manchas son causadas por la interferencia de las ondas sonoras dispersadas.

Retrodispersión: El Regreso de la Energía

La retrodispersión es un caso particular de la dispersión, donde una parte de la energía del sonido regresa hacia el transductor. Piensa en un radar: envía una señal y escucha el eco que regresa de los objetos. En la ecografía, los tejidos actúan como pequeños radares, reflejando parte de la energía ultrasónica hacia el transductor.

Anisotropía y Su Impacto en la Imagen

La forma en que los tejidos dispersan el sonido depende de su estructura. Algunos tejidos, como el hígado, son bastante homogéneos y dispersan el sonido de manera uniforme en todas direcciones. Otros tejidos, como los músculos, tienen una estructura más compleja y dispersan el sonido de forma más variable, dependiendo del ángulo en el que incida la onda. Esta variabilidad en la dispersión se conoce como anisotropía.

Imagina un haz de luz que incide sobre una pila de libros. Si la luz incide perpendicularmente a los libros, se reflejará de manera uniforme. Sin embargo, si la luz incide en un ángulo oblicuo, se reflejará de manera diferente dependiendo de la orientación de las hojas de los libros. Lo mismo ocurre con el sonido en los tejidos: la forma en que se dispersa depende de la orientación de las estructuras que lo componen.

Importancia de la Anisotropía

La anisotropía es importante porque puede afectar la calidad de las imágenes ecográficas. Si un tejido es altamente anisotrópico, la imagen puede variar significativamente dependiendo del ángulo de exploración. Por ejemplo, un tendón puede aparecer como una estructura ecogénica (brillante) si se explora perpendicularmente a sus fibras, pero puede aparecer como una estructura hipoecogénica (oscura) si se explora en paralelo a sus fibras.

En casos en los que el ultrasonido es reflejado de regreso hacia el transductor desde estas superficies irregulares, hablamos de retrodispersión. Dependiendo de las características de la superficie y de los tejidos, la retrodispersión puede clasificarse en diferentes niveles de anisotropía:

• Anisotropía baja: Ocurre cuando la retrodispersión es uniforme en todas direcciones, independientemente del ángulo de incidencia. Esto puede ocurrir en tejidos con estructuras homogéneas o en superficies con pequeñas irregularidades.
• Anisotropía elevada: En este caso, la retrodispersión varía significativamente según el ángulo de incidencia. Esto ocurre en tejidos con estructuras complejas o en superficies altamente heterogéneas. A medida que cambia el ángulo de incidencia, la intensidad de los ecos de retrodispersión también cambia, lo cual puede afectar la consistencia de la imagen ecográfica.
• Anisotropía completa: Se produce cuando la retrodispersión solo se produce en un ángulo específico de incidencia, y se pierde completamente en otros ángulos. Este fenómeno es común en tejidos como el tendón, donde la orientación de las fibras afecta la transmisión y retrodispersión de la señal ultrasónica.

La retrodispersión es una característica esencial en la ecografía, ya que permite la detección de texturas y estructuras internas de los tejidos. Sin embargo, también puede generar artefactos en la imagen, como el speckle o moteado, una textura granular resultante de la interferencia entre los múltiples ecos retrodispersados. Aunque el speckle puede afectar la claridad de la imagen, contiene información valiosa sobre la microestructura de los tejidos y puede ser útil en la caracterización de ciertos tipos de tejido.

Refracción

La refracción es un cambio de dirección del haz en un límite entre dos medios en los que el ultrasonido viaja a diferentes velocidades. Está causado por un cambio de longitud de onda a medida que el ultrasonido pasa del primer medio al segundo, mientras que la frecuencia del haz permanece sin cambios. Recordemos que:

La refracción es un fenómeno en el que el haz de ultrasonido cambia de dirección al pasar de un medio a otro con diferentes velocidades de propagación. Este cambio ocurre porque, al cruzar el límite entre los medios, la longitud de onda del haz cambia mientras que la frecuencia permanece constante. Recordemos la relación fundamental:

Velocidad = frecuencia x longitud de onda

Por lo tanto, cuando la velocidad cambia y la frecuencia se mantiene, la longitud de onda también debe ajustarse para conservar la ecuación.

En ecografía, este fenómeno puede observarse de forma sencilla: imagina que el haz de ultrasonido atraviesa desde un tejido blando hacia otro de mayor densidad, como un hueso. La velocidad del ultrasonido en el hueso es mayor que en el tejido blando, lo que provoca que el haz se desvíe al entrar en el hueso. Este cambio de dirección ocurre en función del ángulo con el que el haz incide sobre la superficie entre los dos tejidos.

La Figura 3.2 ilustra este proceso de refracción. Si el haz incide perpendicularmente (a 90 grados) sobre el límite entre los tejidos, solo una parte de la energía se refleja y el resto continúa sin cambiar de dirección. Sin embargo, si el haz entra con un ángulo oblicuo, se desvía. Dependiendo de la diferencia en las velocidades de los medios, el haz se inclinará más hacia el tejido con menor velocidad de propagación o se desviará hacia el medio de mayor velocidad.

La desviación del haz obedece a la ley de Snell, como se usa en la óptica:

Sen(I) / Sen(R) = V1 / V2
(Ley de Snell)

A diferencia de la reflexión, la refracción en ultrasonido no aporta imágenes útiles, pero contribuye a la pérdida de intensidad del haz y puede generar artefactos de imagen. Un ejemplo clínico común de este fenómeno se observa al intentar evaluar una lesión en la piel con un ángulo inadecuado. La refracción puede alterar la forma aparente de la lesión, dificultando una interpretación precisa de su estructura y tamaño.

¿Qué es la Refracción?

Imagina que estás lanzando una piedra plana a un estanque. Al tocar el agua, la piedra cambia de dirección y sigue una trayectoria diferente dentro del agua. Algo similar ocurre con el ultrasonido cuando pasa de un tejido a otro. Este fenómeno se llama refracción.

¿Por qué se Produce la Refracción?

La refracción ocurre porque el ultrasonido viaja a diferentes velocidades en distintos tejidos. Es como si el ultrasonido fuera un coche que circula a diferentes velocidades por carreteras con distintos límites de velocidad. Al cambiar de carretera, el coche cambia de dirección.

La velocidad del ultrasonido depende de las propiedades del tejido, como su densidad y elasticidad. Por ejemplo, el ultrasonido viaja más rápido en el hueso que en el tejido blando. Cuando el haz de ultrasonido pasa de un tejido a otro, cambia su velocidad y, como consecuencia, también cambia su dirección.

Representación de la Refracción

La refracción se puede representar mediante la ley de Snell, que establece que la relación entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción es igual a la relación entre las velocidades del sonido en los dos medios.

Consecuencias de la Refracción en la Ecografía

La refracción puede tener varias consecuencias en la ecografía:

• Pérdida de intensidad: Parte de la energía del haz se pierde debido a la refracción, lo que puede dificultar la visualización de las estructuras más profundas.
• Artefactos: La refracción puede generar artefactos en la imagen, como la distorsión de la forma de las estructuras o la aparición de sombras acústicas.
• Dificultad en la interpretación de las imágenes: La refracción puede hacer que las estructuras aparezcan en una posición diferente a la real, lo que puede dificultar la interpretación de la imagen.

Ejemplo Práctico

Imagina que quieres estudiar una lesión en la piel con el ecógrafo. Si inclinas demasiado el transductor, el haz de ultrasonido se refractará al entrar en la piel y la lesión puede aparecer en una posición diferente a la real. Esto puede llevar a una interpretación errónea de la lesión.