Sistemes d'ultrasons: veure l'invisible amb ones sonores

La tecnologia moderna d'ecografia ha transformat les imatges mèdiques d'imatges anatòmiques estàtiques a avaluacions funcionals dinàmiques, tot sense radiació ionitzant. Aquest article explora la física, les aplicacions clíniques i les innovacions d'avantguarda en l'ecografia diagnòstica.

Principis físics
L'ecografia mèdica funciona a freqüències de 2-18 MHz. L'efecte piezoelèctric converteix l'energia elèctrica en vibracions mecàniques al transductor. La compensació de guany de temps (TGC) ajusta l'atenuació dependent de la profunditat (0,5-1 dB/cm/MHz). La resolució axial depèn de la longitud d'ona (λ = c/f), mentre que la resolució lateral es relaciona amb l'amplada del feix.

Cronologia de l'evolució

• 1942: Primera aplicació mèdica de Karl Dussik (imatges cerebrals)
• 1958: Ian Donald desenvolupa l'ecografia obstètrica
• 1976: Els convertidors d'escaneig analògic permeten obtenir imatges en escala de grisos
• 1983: Namekawa i Kasai introdueixen el Doppler en color
• 2012: La FDA aprova els primers dispositius de butxaca

Modalitats clíniques

1. Mode B
   Imatges fonamentals en escala de grisos amb una resolució espacial de fins a 0,1 mm
2. Tècniques Doppler

• Doppler en color: mapatge de velocitats (límit de Nyquist 0,5-2 m/s)
• Doppler de potència: de 3 a 5 vegades més sensible al flux lent
• Doppler espectral: quantifica la gravetat de l'estenosi (les ràtios PSV > 2 indiquen una estenosi carotídia > 50%)

3. Tècniques avançades

• Elastografia (rigidesa hepàtica >7.1kPa indica fibrosi F2)
• Ecografia amb contrast (microbombolles SonoVue)
• Imatges 3D/4D (Voluson E10 aconsegueix una resolució de vòxel de 0,3 mm)

Aplicacions emergents

• Ultrasons Focalitzats (FUS)
  • Ablació tèrmica (85% de supervivència a 3 anys en tremolor essencial)
  • Obertura de la barrera hematoencefàlica per al tractament de l'Alzheimer
• Ecografia al punt d'atenció (POCUS)
  • Examen FAST (sensibilitat del 98% per a l'hemoperitoneu)
  • Línies B d'ecografia pulmonar (93% de precisió per a l'edema pulmonar)

Fronteres de la innovació

1. Tecnologia CMUT
   Els transductors ultrasònics micromaquinats capacitius permeten un ample de banda ultraampli (3-18 MHz) amb un ample de banda fraccional del 40%.
2. Integració d'IA

• Samsung S-Shearwave proporciona mesures d'elastografia guiades per IA
• El càlcul automatitzat de la FE mostra una correlació de 0,92 amb la ressonància magnètica cardíaca

3. Revolució de les mans
   Butterfly iQ+ utilitza 9000 elements MEMS en un disseny d'un sol xip, amb un pes de només 205 g.
4. Aplicacions terapèutiques
   La histotrípsia elimina els tumors de manera no invasiva amb cavitació acústica (assajos clínics per al càncer de fetge).

Reptes tècnics

• Correcció de l'aberració de fase en pacients obesos
• Profunditat de penetració limitada (15 cm a 3 MHz)
• Algoritmes de reducció de soroll de motejat
• Obstacles normatius per als sistemes de diagnòstic basats en IA

El mercat mundial dels ultrasons (8.500 milions de dòlars el 2023) s'està remodelant gràcies als sistemes portàtils, que ara representen el 35% de les vendes. Amb tecnologies emergents com les imatges de superresolució (visualització de vasos de 50 μm) i les tècniques de renderització neuronal, els ultrasons continuen redefinint els límits del diagnòstic no invasiu.