La opción libre de radiación: Aplicaciones del ultrasonido en la medicina moderna

El ultrasonido es una tecnología de imagen 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 es 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 realizado varios avances a lo largo de los años. Este artículo analiza el progreso del ultrasonido a lo largo del tiempo y cómo se utiliza en la atención médica hoy en día.

¿Cómo funciona el dispositivo de imágenes por ultrasonido?

Como su nombre indica, funciona empleando 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 golpean la interfaz entre dos tejidos (por ejemplo, entre músculo y hueso o entre fluido y tejido blando). Dependiendo del tipo de tejido presente, las ondas sonoras pueden reflejarse o continuar viajando más lejos. Las ondas que se reflejan (llamadas ecos) se transmiten de vuelta al dispositivo de imágenes por ultrasonido. Basándose en 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 por ultrasonido.

¿Cómo se compara el ultrasonido con otras modalidades de imágenes médicas?

La mayor ventaja del ultrasonido es que, a diferencia de la mayoría de las otras técnicas de imagen, no utiliza radiación ionizante. Por lo tanto, es seguro para poblaciones de pacientes susceptibles a los efectos de la exposición a la radiación, como mujeres embarazadas y niños. Captura los tejidos blandos mucho mejor que los rayos X y las tomografías computarizadas (TC), y es ideal para ver órganos internos. Durante la misma sesión, se pueden obtener múltiples planos de imagen sin cambiar la posición del paciente; simplemente mover la sonda manual es suficiente. Además del hecho de que no utiliza radiación, otra ventaja clave del uso del ultrasonido en entornos médicos es el bajo costo. Es mucho menos costoso que las tomografías computarizadas y las imágenes por resonancia magnética (IRM).

Por otro lado, el ultrasonido tradicional no puede proporcionar la precisión de imagen detallada que está disponible con técnicas avanzadas, como la tomografía computarizada. No puede visualizar adecuadamente el hueso y los tejidos duros. La sesión de imágenes por ultrasonido toma más tiempo que otras modalidades de imagen. Mientras que una tomografía computarizada se puede obtener en 30 segundos, un ultrasonido tomaría de 15 a 30 minutos.

¿Cómo se utiliza el ultrasonido en las imágenes médicas?

Un sistema de imágenes médicas por ultrasonido se puede utilizar 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/lejos de la fuente), también se puede rastrear el flujo de sangre a través de los vasos. A continuación se enumeran algunas aplicaciones de las imágenes médicas por ultrasonido:

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

• Sonograma abdominal y pélvico: 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.

• Ultrasonido vascular: Se utiliza para evaluar la cantidad y la tasa de flujo sanguíneo en los vasos y para detectar la presencia de constricciones o estenosis.

• Ecocardiografía: Este ultrasonido es específicamente para el corazón y sus principales vasos sanguíneos, incluyendo la aorta y la arteria pulmonar.

• Aplicaciones terapéuticas: Al usar 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 profundo o quiste para aspirar su contenido. El ultrasonido Doppler también se puede utilizar para detectar venas antes de la venopunción o para detectar vasos sanguíneos antes de levantar un colgajo quirúrgico para reconstrucción.

¿Cuáles son los avances recientes en las 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 llevado a varias innovaciones. Ha habido una mejora en el propio sistema de imágenes por ultrasonido, incluyendo mejor hardware y sistemas de transductores. Los fabricantes de sistemas de diagnóstico por imágenes de ultrasonido han trabajado arduamente para lograr mejoras en la adquisición, almacenamiento e interpretación de imágenes de ultrasonido. Algunos de los avances notables en imágenes por ultrasonido que han llevado a avances significativos en la atención médica se analizan a continuación:

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

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

• Mejor relación señal-ruido y adquisición de señal: Estos permiten una mejor transmisión y recepción de la onda sonora. Esto conduce 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 archivo de imágenes también se facilita porque se puede hacer electrónicamente. Esto significa que hay una menor probabilidad de extraviar los registros de los pacientes.

• Portabilidad: La capacidad de empaquetar grandes cantidades de información en pequeños microchips ha permitido que los dispositivos de ultrasonido, antes voluminosos, reduzcan su tamaño. Esto permite al fabricante de equipos de imágenes por ultrasonido proporcionar 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 por ultrasonido multipropósito, que se puede utilizar para cualquier fin. Por ejemplo, la detección de acumulación de líquido en el abdomen, el análisis del flujo sanguíneo y la detección de 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 comprender 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, se pueden obtener imágenes de ultrasonido 3D reconstruyendo 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 enfermedades valvulares cardíacas.
  
  El ultrasonido 4D también se ha desarrollado como parte del sistema de imágenes médicas por ultrasonido. En las imágenes 4D, el médico puede visualizar las imágenes reconstruidas de la misma manera que en las imágenes de ultrasonido 3D, pero también pueden evaluar la función en tiempo real. Por ejemplo, al usar ultrasonido 4D en obstetricia, es posible visualizar al feto abriendo los ojos o chupándose el dedo con imágenes 4D.

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

• Elastografía: Ciertas enfermedades pueden causar un cambio en la elasticidad del tejido. 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 diversas afecciones. Por ejemplo, se puede utilizar para detectar fibrosis hepática, analizar la causa del agrandamiento de los ganglios linfáticos e identificar nódulos tiroideos. También se puede utilizar para detectar malignidad tisular.

• Vibroacustografía: Esta técnica implica el uso de dos haces de ultrasonido para enfocarse en 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 del tejido blando, como masas calcificadas. Por ejemplo, se pueden detectar cálculos salivales o microcalcificaciones mamarias utilizando esta técnica.

• Ultrasonido con contraste: Los agentes de contraste se han aplicado con éxito en otras técnicas de imagen, como tomografías computarizadas e imágenes por resonancia magnética. Los agentes de contraste suelen ser tintes radiactivos que se inyectan en los vasos sanguíneos para ayudar a monitorear el patrón de 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 un ultrasonido normal, los vasos sanguíneos no se pueden distinguir fácilmente del tejido normal circundante. Sin embargo, cuando se introducen microburbujas en la 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 tan pequeñas como 10 µm de diámetro. Debido a su tamaño microscópico, incluso pueden cruzar los lechos capilares, lo que permite a los médicos tener una vista detallada de la red vascular. Esta técnica es particularmente útil en ecocardiografía y se puede utilizar para evaluar la función ventricular izquierda 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 órganos internos con endoscopios. El ultrasonido endoluminal se ha utilizado para biopsias guiadas de lesiones ubicadas 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 depara el futuro? “Ultrasonido en un chip”

La sonda transductora tradicional (que utiliza cristales piezoeléctricos) puede estar en camino de desaparecer. Los investigadores y empresarios han encontrado una manera de incorporar inteligencia artificial en un microchip, que forma la nueva sonda transductora. Esta sonda elegante y portátil simplemente se puede conectar al teléfono inteligente 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 utilizar para monitorear a los pacientes en casa.

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Con el moderno sistema digital de diagnóstico por imágenes de ultrasonido 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 el advenimiento del estándar DICOM, todas las imágenes digitales de ultrasonido adquiridas se almacenan en el 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 de 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, así como una 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 imágenes digitales de ultrasonido necesitan un amplio espacio de almacenamiento, y usted necesitaría un servidor que le permita acomodar varios archivos de imágenes de pacientes. Dicho sistema de almacenamiento le permite recuperar esos archivos del archivo cuando sea necesario.

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