La opción sin radiación: aplicaciones del ultrasonido en la medicina moderna

El ultrasonido es una tecnología de imágenes que es incluso más antigua que las imágenes de rayos X tradicionales. Sin embargo, se adaptó para su uso en el campo médico mucho más tarde. Su primer uso registrado fue en obstetricia en la década de 1950. Desde entonces, el uso del ultrasonido se ha expandido para cubrir otras áreas de la medicina, y la tecnología de imágenes médicas por ultrasonido ha logrado varios avances a lo largo de los años. Este artículo analiza el progreso del ultrasonido a lo largo del tiempo y cómo se usa en la atención médica hoy en día.

¿Cómo funciona el dispositivo de imágenes por ultrasonido?

Como su nombre indica, funciona mediante el empleo de ondas sonoras. Los dispositivos de imágenes por ultrasonido generan ondas sonoras de alta frecuencia, generalmente entre 1 y 5 MHz. Estas ondas sonoras se transmiten al cuerpo mediante una sonda manual. Las ondas sonoras viajan ininterrumpidamente dentro del cuerpo, hasta que llegan a la interfaz entre dos tejidos (por ejemplo, entre el músculo y el hueso o entre el líquido y el tejido blando). Según el tipo de tejido presente, las ondas sonoras pueden reflejarse o continuar viajando más lejos. Las ondas que se reflejan hacia atrás (llamadas ecos) se transmiten de vuelta al dispositivo de imágenes por ultrasonido. Según el tiempo de retorno de cada eco y la velocidad del sonido en el tejido, el dispositivo de imágenes médicas por ultrasonido calcula la distancia entre la sonda y cada estructura. La distancia y la intensidad de todos los ecos se transforman en una imagen bidimensional que aparece en la pantalla de imágenes de ultrasonido.

¿Cómo se compara la ecografía con otras modalidades de imágenes médicas?

La mayor ventaja del ultrasonido es que, a diferencia de la mayoría de las otras técnicas de diagnóstico por imágenes, no utiliza radiación ionizante. Por lo tanto, es seguro para las poblaciones de pacientes que son susceptibles a los efectos de la exposición a la radiación, como las mujeres embarazadas y los niños. Captura los tejidos blandos mucho mejor que las radiografías y las tomografías computarizadas, y es ideal para observar los órganos internos. Durante la misma sesión, se pueden obtener múltiples planos de imágenes sin cambiar la posición del paciente; basta con mover la sonda portátil. Además del hecho de que no utiliza radiación, otra ventaja clave del uso del ultrasonido en instalaciones médicas es el bajo costo. Es mucho más económico que las tomografías computarizadas y las imágenes por IRM

Por otro lado, la ecografía tradicional no puede proporcionar la precisión de imagen detallada que está disponible con las técnicas avanzadas, como la tomografía computarizada. No puede visualizar adecuadamente los huesos y los tejidos duros. La sesión de imágenes por ultrasonido lleva más tiempo que otras modalidades de diagnóstico por imágenes. Si bien una tomografía computarizada se puede obtener en 30 segundos, una ecografía tardaría entre 15 y 30 minutos.

¿Cómo se usa la ecografía en las imágenes médicas?

Se puede utilizar un sistema de imágenes de ultrasonido médico para visualizar la estructura de cualquiera de los órganos internos del cuerpo en tiempo real. Al aplicar el efecto Doppler (que es un cambio en la frecuencia del sonido a medida que el objeto se mueve hacia la fuente o se aleja de ella), también se puede rastrear el flujo de sangre a través de los vasos. A continuación se enumeran algunas aplicaciones de imágenes médicas por ultrasonido:

• Obstetricia/Ginecología: La ecografía se puede utilizar para evaluar el sistema reproductor femenino, así como el desarrollo del feto en el útero. Esto es muy útil para detectar posibles anomalías fetales antes del nacimiento.

• Ecografía del abdomen y la pelvis: se pueden visualizar órganos sólidos, como el hígado y el páncreas en el abdomen o la vejiga y el útero en la pelvis. Es difícil observar el intestino porque el gas abdominal a menudo obstruye las ondas sonoras.

• Neurosonografía: ayuda a visualizar el cerebro y detectar anomalías en el flujo sanguíneo al cerebro.

• Ecografía vascular: se utiliza para evaluar la cantidad y la velocidad del flujo sanguíneo en los vasos y para detectar la presencia de constricciones o estenosis.

• Ecocardiografía: esta ecografía es específica para el corazón y sus vasos sanguíneos principales, incluidas la aorta y la arteria pulmonar.

• Aplicaciones terapéuticas: Mediante el uso de ultrasonido para obtener /imágenes de órganos en tiempo real, se pueden realizar intervenciones guiadas. Por ejemplo, la aspiración con aguja fina guiada por ultrasonido implica el uso de ultrasonido para guiar la aguja hacia un absceso o quiste profundo con el fin de aspirar su contenido. El ultrasonido Doppler también se puede utilizar para detectar venas antes de la punción venosa o para detectar vasos sanguíneos antes de levantar un colgajo quirúrgico para la reconstrucción.

¿Cuáles son los avances recientes en imágenes médicas por ultrasonido?

Los fabricantes de equipos de imágenes por ultrasonido siempre se han esforzado por superar las limitaciones del ultrasonido tradicional. Esto ha dado lugar a varias innovaciones. Ha habido una mejora en el propio sistema de imágenes por ultrasonido, incluyendo mejores sistemas de hardware y transductores. Los fabricantes de sistemas de diagnóstico por imágenes por ultrasonido han trabajado arduamente para lograr mejoras en la adquisición, almacenamiento e interpretación de ecografías/imágenes. A continuación se analizan algunos de los avances notables en las imágenes por ultrasonido que han llevado a avances significativos en la atención médica:

• Digitalización: Al igual que las radiografías, la adquisición de ultrasonidos ha pasado a la era digital. En comparación con el ultrasonido analógico convencional, el sistema de imágenes de diagnóstico por ultrasonido digital es más confiable y tiende a producir mejores imágenes. Esto se debe a que el ultrasonido digital tiene mejores características, entre las que se incluyen las siguientes:

• Producción de haz digital: los fabricantes de sistemas de imágenes de diagnóstico por ultrasonido han introducido dispositivos en los que el haz de ondas sonoras se puede controlar por medios digitales. El control del haz de imagen puede mejorar la resolución espacial y reducir los artefactos. Esto mejora el contraste de la imagen.

• Relación señal-ruido y adquisición de señal mejoradas: permiten una mejor transmisión y recepción de la onda de sonido. Esto lleva a una mejor visualización de la imagen.

• Mejor almacenamiento y archivo: las imágenes digitales se almacenan automáticamente en el sistema de imágenes por ultrasonido. El archivado de /imágenes también es más fácil porque se puede hacer electrónicamente. Esto significa que hay una probabilidad reducida de extraviar los registros de los pacientes.

• Portabilidad: la capacidad de empaquetar grandes cantidades de información en microchips pequeños ha permitido que los dispositivos de ultrasonido, que alguna vez fueron voluminosos, reduzcan su tamaño. Esto permite que el fabricante del equipo de imágenes por ultrasonido brinde una ventaja importante a los profesionales de la salud: la portabilidad. Los nuevos dispositivos de ultrasonido son portátiles y el médico puede llevarlos fácilmente a diferentes salas de examen y al quirófano. Los dispositivos portátiles a menudo contienen un sistema de imágenes de ultrasonido multipropósito, que se puede usar para cualquier propósito. Por ejemplo, la detección de la acumulación de líquido en el abdomen, el análisis del flujo sanguíneo y la detección de los latidos cardíacos fetales se pueden realizar con el mismo dispositivo.

• Ultrasonidos 3D y 4D: La principal limitación del ultrasonido tradicional es su naturaleza bidimensional. El médico necesita entender las relaciones estructurales y espaciales entre varias estructuras anatómicas y debe intentar «ensamblar» las /imágenes en su mente para una orientación adecuada. Hoy en día, sin embargo, las imágenes de ultrasonido 3D se pueden obtener mediante la reconstrucción de una serie de imágenes bidimensionales. La principal ventaja de esta técnica es que puede ayudar en las mediciones volumétricas. Por ejemplo, con la ecocardiografía 3D, se puede realizar la cuantificación del volumen auricular y ventricular. La visualización tridimensional de la anatomía también puede ayudar a diagnosticar afecciones como las enfermedades cardíacas valvulares.
  
  La ecografía 4D también se ha desarrollado como parte del sistema de imágenes de ultrasonido médico. En las imágenes 4D, el médico puede visualizar las imágenes reconstruidas de la misma manera que en las ecografías 3D, pero también puede evaluar la función en tiempo real. Por ejemplo, mediante el uso de ultrasonido 4D en obstetricia, es posible con imágenes 4D visualizar al feto abriendo los ojos o chupándose el dedo.

• Métodos para evaluar las propiedades físicas de los tejidos: Convencionalmente, el ultrasonido y otras técnicas de diagnóstico por imágenes para los tejidos permiten la inspección y no la palpación. Así que si bien podemos «ver» el tejido u órgano en estudio, no podemos «sentirlo». Sin embargo, los avances en los métodos de imágenes médicas por ultrasonido lo han hecho posible:

• Elastografía: ciertas enfermedades pueden provocar un cambio en la elasticidad de los tejidos. El grado de elasticidad o rigidez de los tejidos se puede medir a través del módulo de elasticidad (módulo de Young). Esto se hace aplicando compresión sobre los tejidos a través del transductor y midiendo el grado de distorsión del tejido bajo esta fuerza de compresión. Esto se puede aplicar para varias condiciones. Por ejemplo, se puede usar para detectar fibrosis del hígado, analizar la causa del agrandamiento de los ganglios linfáticos e identificar los nódulos tiroideos. También se puede usar para detectar tumores malignos de tejidos.

• Vibro-acustografía: esta técnica implica el uso de dos haces de ultrasonido para enfocar la región de interés. Ambos haces tienen frecuencias diferentes y tienden a interferir entre sí. Esto hace que el objeto de interés vibre a baja frecuencia. La vibración es capturada por un micrófono y convertida en una imagen. Esto es útil para detectar masas más duras dentro de los tejidos blandos, como las masas calcificadas. Por ejemplo, con esta técnica se pueden detectar cálculos salivales o microcalcificaciones mamarias.

• Ultrasonido de contraste: los agentes de contraste se han aplicado con éxito en otras técnicas de diagnóstico por imágenes, como las tomografías computarizadas y Los agentes de contraste suelen ser tintes radiactivos que se inyectan en los vasos sanguíneos para ayudar a controlar el patrón del flujo sanguíneo a través de ellos. Los agentes de contraste para ultrasonido se introdujeron recientemente. Estos no son tintes radiactivos, sino microburbujas de gases de alto peso molecular encapsuladas dentro de una cubierta elástica. En una ecografía normal, los vasos sanguíneos no se pueden distinguir fácilmente del tejido normal circundante. Sin embargo, cuando se introducen microburbujas en circulación, las burbujas de gas oscilan en respuesta a las ondas sonoras. Por lo tanto, el eco recibido de los vasos sanguíneos puede distinguirse del tejido circundante. Hoy en día, están disponibles microburbujas de tan solo 10 µm de diámetro. Debido a su tamaño microscópico, pueden incluso cruzar lechos capilares, lo que permite a los médicos tener una visión detallada de la red vascular. Esta técnica es particularmente útil en la ecocardiografía y se puede utilizar para evaluar la función del ventrículo izquierdo y el flujo sanguíneo a través de los grandes vasos.

• Ultrasonido endoluminal: El desarrollo de transductores de ultrasonido más pequeños ha permitido su inclusión en dispositivos endoscópicos. Por lo tanto, es posible obtener imágenes de mejor calidad de los órganos internos con endoscopios. La ecografía endoluminal se ha utilizado para realizar biopsias guiadas de lesiones localizadas en áreas como el árbol traqueobronquial, el tracto urogenital o el tracto biliar. También se ha utilizado en la región intravascular para guiar procedimientos como la angioplastia.

¿Qué nos depara el futuro? «Ultrasonido en un chip»

La sonda transductora tradicional (que utiliza cristales piezoeléctricos) puede estar a punto de desaparecer. Investigadores y empresarios han encontrado una manera de incorporar inteligencia artificial en un microchip, que forma la nueva sonda transductora. Esta elegante sonda portátil se puede conectar fácilmente al smartphone del usuario y las imágenes se pueden ver en el dispositivo. El «ultrasonido en un chip» reduce los costos de hardware y también se puede usar para monitorear a los pacientes en el hogar.

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Con el moderno sistema de imágenes de diagnóstico por ultrasonido digital de hoy en día, los médicos también requieren un software de visualización de imágenes de alta calidad para que las imágenes de ultrasonido se puedan ver con alta resolución y claridad. Con la llegada del estándar DICOM, todas las imágenes y ultrasonidos digitales adquiridos se almacenan en formato DICOM. Por lo tanto, el software debe ser capaz de leer y editar /imágenes en este formato. Un software ideal también permitiría a los médicos obtener información de las /imágenes a través de varias técnicas, como la representación del volumen y la reconstrucción. El software permitiría la fusión de imágenes. Esto significa que la imagen de ultrasonido se puede superponer a otra modalidad de imagen, como la tomografía computarizada. Esto permite a los expertos médicos obtener orientación anatómica y evaluación funcional al mismo tiempo.

También es esencial que el software de visualización de imágenes se combine con un sistema de almacenamiento igualmente eficiente. Esto se debe a que las ecografías/imágenes digitales necesitan un amplio espacio de almacenamiento y se necesita un servidor que le permita acomodar varios archivos de imágenes de los pacientes. Un sistema de almacenamiento de este tipo puede permitirle recuperar esos archivos del archivo cuando sea necesario.

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