Sistemas de ultrasonido: ver lo invisible con ondas sonoras

La tecnología de ultrasonido moderna ha transformado la imagenología médica, pasando de imágenes anatómicas estáticas a evaluaciones funcionales dinámicas, todo ello sin radiación ionizante. Este artículo explora la física, las aplicaciones clínicas y las innovaciones de vanguardia en el diagnóstico por ultrasonido.

Principios físicos
El ultrasonido médico opera en frecuencias de 2 a 18 MHz. El efecto piezoeléctrico convierte la energía eléctrica en vibraciones mecánicas en el transductor. La compensación de ganancia de tiempo (TGC) ajusta la atenuación dependiente de la profundidad (0,5-1 dB/cm/MHz). La resolución axial depende de la longitud de onda (λ = c/f), mientras que la resolución lateral se relaciona con el ancho del haz.

Cronología de la evolución

• 1942: La primera aplicación médica de Karl Dussik (imágenes cerebrales)
• 1958: Ian Donald desarrolla la ecografía obstétrica
• 1976: Los convertidores de escaneo analógico permiten la obtención de imágenes en escala de grises
• 1983: Namekawa y Kasai introducen el Doppler color
• 2012: La FDA aprueba los primeros dispositivos de bolsillo

Modalidades clínicas

1. Modo B
   Imágenes fundamentales en escala de grises con resolución espacial de hasta 0,1 mm
2. Técnicas Doppler

• Doppler color: mapeo de velocidad (límite de Nyquist 0,5-2 m/s)
• Doppler de potencia: 3-5 veces más sensible al flujo lento
• Doppler espectral: cuantifica la gravedad de la estenosis (los índices PSV >2 indican una estenosis carotídea >50%)

3. Técnicas avanzadas

• Elastografía (una rigidez hepática >7,1 kPa indica fibrosis F2)
• Ultrasonido con contraste (microburbujas SonoVue)
• Imágenes 3D/4D (Voluson E10 alcanza una resolución de vóxel de 0,3 mm)

Aplicaciones emergentes

• Ultrasonido focalizado (FUS)
  • Ablación térmica (85% de supervivencia a los 3 años en temblor esencial)
  • Apertura de la barrera hematoencefálica para el tratamiento del Alzheimer
• Ultrasonido en el punto de atención (POCUS)
  • Examen FAST (sensibilidad del 98% para hemoperitoneo)
  • Líneas B de la ecografía pulmonar (93 % de precisión para edema pulmonar)

Fronteras de la innovación

1. Tecnología CMUT
   Los transductores ultrasónicos capacitivos micromaquinados permiten un ancho de banda ultra amplio (3-18 MHz) con un ancho de banda fraccional del 40 %.
2. Integración de IA

• Samsung S-Shearwave proporciona mediciones de elastografía guiadas por IA
• El cálculo automatizado de la FE muestra una correlación de 0,92 con la resonancia magnética cardíaca.

3. Revolución portátil
   Butterfly iQ+ utiliza 9000 elementos MEMS en un diseño de chip único y pesa solo 205 g.
4. Aplicaciones terapéuticas
   La histotricia elimina tumores de forma no invasiva con cavitación acústica (ensayos clínicos para cáncer de hígado).

Desafíos técnicos

• Corrección de la aberración de fase en pacientes obesos
• Profundidad de penetración limitada (15 cm a 3 MHz)
• Algoritmos de reducción de ruido moteado
• Obstáculos regulatorios para los sistemas de diagnóstico basados ​​en IA

El mercado mundial de la ecografía (8.500 millones de dólares en 2023) está siendo transformado por los sistemas portátiles, que ahora representan el 35 % de las ventas. Con tecnologías emergentes como la imagen de superresolución (visualización de vasos sanguíneos de 50 μm) y las técnicas de renderizado neuronal, la ecografía continúa redefiniendo los límites del diagnóstico no invasivo.