Fisica Biologica-Bioacustica

8/7/2019 Fisica Biologica-Bioacustica

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sonorasondas

BIOACUSTICA

APLICACIONES DEL SONIDOEN DIAGNSTICO Y

TERAPUTICA


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Sonido

Sonido = movimiento oscilatorio que sepropaga por diferentes medios materiales.

Onda longitudinal

Amplitud Perodo Frecuencia Perodo y Frecuencia son inversamente proporcionales.

simple


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Longitud de onda

Frecuencia

Amplitud

Tiempo

Onda Sonora

Frecuencia: Ndepicos de la onda porsegundo.

Amplitud: mximocambio producido en lapresin de la onda.

Intensidad: potenciade la onda.


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Las ondas longitudinales se propagan

produciendo alternativamente compresin ydilatacin.


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Peridica(vocales = tonos)

Aperidica(Consonantes = ruidos)


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Reflexin Una onda sonora al alcanzar la superficie

de separacin de dos medios distintos sepropaga con igual frecuencia pero en

sentido contrario.

Usos: Sonar


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Cuando un delfnviaja, por lo generalmueve la cabezalentamente a un lado yal otro, hacia arriba yhacia abajo. Estemovimiento es unaespecie de exploracinglobal, que le permite al

delfn definir un caminoms ancho frente l.


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Refraccin

Onda sonora que atraviesa la superficielmite y se propaga en un segundo medio.

Cambio de velocidad de propagacin y dedireccin del movimiento ondulatorio. En el aire sufre refracciones (temperatura

no uniforme). Aumenta con la temperatura (mayor en las

capas bajas que en las altas)


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Reverberacin

En espacios cerrados el sonido se reflejasucesivas veces en las paredes

Empeora las condiciones acsticas de un

ambiente Se elimina recubriendo las paredes demateriales (corcho, telas) que absorban lasondas sonoras.

El eco se produce cuando elsonido se refleja en unasuperficie que se encuentra,como mnimo, a 17 m dedistancia del emisor.


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Interferencia

Superposicin de ondas. Fenmeno ms representativo del

comportamiento ondulatorio.

El valor de la suma de ondas superpuestasdepende de cun retrasada o adelantada estuna respecto de la otra. Ondas en fase:oscilaciones sincrnicas o

acompasadas en un punto (Suma= interferenciaconstructiva).

Ondas en oposicin de fase:oscilacionescontrapuestas en un punto. (Neutralizacin =interferencia destructiva).


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Difraccin

Las ondas traspasanorificios y bordeanobstculos.

Cada punto limitado porla rendija, se convierte enfoco emisor de ondassecundarias de idnticafrecuencia.

En los puntos intermedios

se producen zonas deintensidad mxima ymnima (interferencia).


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Sentido de la audicin

Las ondas sonoras estimulan el odo y generan lasensacin sonora.

Aspectos fsicos y aspectos fisiolgicos. Fsica: propiedades caractersticas del comportamiento

ondulatorio. Fisiologa: slo existe sonido cuando se puede percibir. Sonido fisiolgico: la sensacin que se produce cuando

las vibraciones longitudinales de las partculas en el

medio externo, actan sobre la membrana del tmpano


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Audicin en los mamferos

Relacionan con el medio Relacin con individuos de su especie y/o de otras. Estmulos sobre el Sistema Nervioso Central (sentidos)

Odo = rgano de la audicin En mamferos: odo externo (pabelln auditivoo auricularu oreja, y conducto

auditivo externo

membrana timpnica(tmpano) odo medio (cavidad timpnica: huesecillos(martillo, yunque y

estribo), y la trompa de Eustaquio odo interno (ccleao caracol, vestbuloy conductos

semicirculares)


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Funcionamiento del odo

Modificaciones de presin odo vibra el tmpano transmisin por huesecillos ccleaconversin en impulsos nerviosos nervio auditivo cerebro sensacin sonora


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Intervalo de audibilidad

Unidad de medida = decibelioo decibel(dB) Escala con divisiones = potencias de diez 0 decibeles = 10-12 Watt/m2

10 dB = energa 10 veces mayor que 0 dB 20 dB = energa 100 veces mayor que 0 dB 30 dB = energa 1000 veces mayor que 0 dB


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Nivel de Sensacin Sonora

0

log10I

INS

Siendo:I = Intensidad del sonido que llega al odoI0

=Intensidad mnima audible

1 decibel (1dB) = 10-12

2m

watt


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Frecuencias perceptibles

Humano: entre 20 y20.000/22.000 Hertz.

Rango en animales

domsticos:canino: 67 a 45.000Hzfelino: 45 a 64.000Hzbovino: 23 a 35.000Hz

equino: 55 a 33.500Hzovino: 100 a 30.000Hzgallinceas: 125 a 2000 Hz.


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CUALIDADES DEL SONIDO

Intensidad acstica

Tono

Timbre

Frecuencia o altura


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Sonoridad o Intensidad

Relacionada con amplitudde onda sonora.

Energa que atraviesa launidad de superficie

dispuestaperpendicularmente a ladireccin de propagacinpor segundo

Equivale a potencia por

unidad de superficie(Joules/seg . m2).

Los sonidos pueden serdbileso fuertes.

rea

potencia

reatiempo

energaI


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Puede variar en varios millones de rdenesde magnitud = escala logartmica


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Forma de onda de altaintensidad

Forma de una onda debaja intensidad

Intensidad o amplitud


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Tono

Cualidad del sonido por la que el odoasigna un lugar en la escala musical

Permite distinguir entre graves y agudos Asociado a Frecuencia Se mide en Hertz (Hz)

Graves = frecuencias bajas Agudos = frecuencias altas


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Sonido graveSonido agudo

TONO


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Timbre

Distingue sonidos de diferentes instrumentos,aun cuando posean igual tono e intensidad

Permite reconocer a una persona por su voz,

que resulta caracterstica de cada individuo Est relacionado con la forma de la onda

Violn


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Forma de onda de unaflauta.

Forma de onda de unatrompeta

Timbre o color(sonidos provenientes de distintas fuentes)


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Infrasonidos: sonidos por debajo de los 20 Hz, muybaja frecuencia.

Ultrasonidos: sonidos por sobre los 20.000Hz, muyalta frecuencia.

La ecografa trabaja con ultrasonidos (1MHz = 1milln de ciclos por segundo).

Los objetos y seres vivos tienen un rango de

frecuencias de resonancia. Cuando suena vibran porsimpata. Puede ser estrecha y amplia.

Frecuencia y altura


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EL SONIDOproducido por

VIBRACIONES de los cuerpos

MEDIO NATURAL

ONDAS SONORAS

se transmiten a travs de un

en forma de

ODO REFLEJARSE

Eco Reverberacin

que recibe el que pueden

originando

Tiene 3cualidades

INTENSIDAD

TONO

TIMBRE

AMPLITUD dela onda

FRECUENCIAde la onda

FORMA de laonda

depende de

depende de

depende de


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El efecto DopplerEl efecto DopplerAplicaciones diagnsticas


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Cambio de frecuencia debido al movimientorelativo de la fuente o del receptor conrespecto al medio donde se propaga la onda.

Fuente

fija

Fuente en

movimiento


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Inicios de la Ecografa


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1881: Jacques yPierre Curieproducen ondas

sonoras de altafrecuencia concristales de cuarzo

Inicio de latecnologa depiezoelctricos


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1883: Silbato de Galton para controlar perros.1912: Ecos ultrasnicos para detectar objetos sumergidos.1917: Primer generador piezoelctrico de ultrasonido.

1939-1945: SONAR (SOund NAvigation Ranging).1945: primera aplicacin teraputica, Hospital Martn Lutero,

de Berln.1949: Denver (Colorado), primer equipo para detectar ecos en

las interfases de tejidos, y primeras imgenes ultrasnicas.

1951: ultrasonido compuesto, imgenes unidimensionales.1957: Scanner de contacto bidimensional.1960: Primer scanner automtico.1968:Primer reproductor de imgenes en tiempo real.

1971: Introduccin escala de grises.1982: Desarrollo del Doppler color bidimensional.1983: Comercializacin y digitalizacin del Doppler color.1994: Proceso en color de ecografas diagnsticas.Actualidad: Imgenes 3D.


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Definicin

Tcnica que utiliza ultrasonidos para definirestructuras y rganos en el interior delcuerpo, permitiendo obtener imgenes de

los mismos. Medio diagnstico basado en el efecto

Doppler, que analiza imgenes obtenidasmediante el procesamiento de ecos de

ultrasonidos reflejados por las estructurascorporales.


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Caractersticas de la Ecografa oUltrasonografa

Utiliza ondas de sonido de alta frecuencia para producir imgenes.

Equipos en Medicina Veterinaria = frecuencias entre 3,5 a 7 MHz.

Generacin del ultrasonido por un objeto muy pequeo que vibra.

Estimulacin elctrica de cristales piezoelctricos (cuarzo ocermica) ubicados en un transductor.

Transformacin de energa elctrica en mecnica = transduccin.

Mecanismo: Las ondas ultrasnicas reflejadas por los tejidos (ecos)son recibidas por los cristales piezoelctricos del transductor,convertidas a corriente elctrica y visualizadas en una pantallacomo puntos con diferentes tonos de gris.


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Caractersticas ecogrficas de los tejidos

Depende de su habilidad para reflejar lasondas sonoras.

Interfase:lmite entre dos tejidos

adyacentes de distintas densidad. Permiten delimitar rganos, y evaluar los

cambios normales o anormales por sus

distintas densidades. Impedancia Acstica=Prdida deintensidad o atenuacin(resistencia decada tejido al pasaje del ultrasonido)


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Clasificacin de los tejidos No ecognicos o anecognicos o anecoicos

no reflejan las ondas de sonido lquidos y su imagen en diferentes estructuras (folculos,

vesculas embrionarias, etc.) pantalla de color negro

Hipoecognicos o hipoecoicos

reflejan menos sonidos que el tejido que los rodea (hgado conrespecto al bazo) mayor densidad que los anecognicos pantalla de color gris oscuro

Isoecoicos diferentes tonos de gris dependiendo de su densidad

tejidos blandos Hiperecognicos o hiperecoicos

reflejan una gran parte de las ondas tejidos densos (hueso) color blanco


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Imgenes anecoicas: el haz de ultrasonidoatraviesa un medio sin interfasesreflectantes.

Imgenes hipoecicas: en el interior de laestructura a estudiar existen fases dediferentes densidades.

Imgenes hiperecoicas: tumores conestructuras glandulares y vasos de paredesgruesas.

Tipos de imgenes


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Anecoica Hipoecoica

Hiperecoica


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Equipos y Transductores

Transductor: emite las ondas y recibe el eco Consola: interpretar y transforma en imagen


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Lineales Sectoriales Convexos Intracavitarios

Tipos de Transductores


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Formato de imagen rectangular. Msculos, tendones, mama y

tiroides.

Frecuencia: 7,5 - 20MHz.

LinealesLineales


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Formato de imagen triangular o enabanico. Exploracin cardiaca y abdominal. Frecuencia de trabajo: 3,5-5MHz.

SectorialesSectoriales


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Realizacin de una Ecografa

Gel conductor. Envo de ultrasonido. Reflexin del sonido en

las estructuras delcuerpo. Anlisis de informacin

por computadora.

Creacin de imagen enuna pantalla.


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Otras cuestiones Ganancia:grado de amplificacin de la imagen.

La controla el operador y es importantes para obteneruna imagen apropiada.

Calidad de la imagen. Depende de: nmero de cristales del transductor escala de grises

nmero de imgenes/seg. que analiza mtodos de enfoque, etc. Poder de resolucin:Capacidad de distinguir dos tejidos

con ecogenicidad similar. Indicador del poder de resolucin = Frecuencia (N de

vibraciones/seg de los cristales) A mayor frecuencia menor poder de penetracin.


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EFECTOS BIOLGICOS

Modificacin de la materiapor:

Mecanismo Trmico:absorcin de E del

ultrasonido (despreciable). Mecanismo de

Cavitacin: aumento de P yT en cavidades con gas ylquido que producealteracin de la tensinsuperficial.


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Riesgos potenciales del ultrasonido

Estudios epidemiolgicos en humanos e in vivoen animales No se observ relacin entre su uso y

malformaciones congnitas

No se conoce totalmente la interaccin entreultrasonido y clulas de alta divisin Se recomienda no utilizar doppler en el primer

trimestre de gestacin mientras se usaecografa.

Se desconocen los efectos biolgicos de laecografa en los tejidos en desarrollo.


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Ventajas del ultrasonido A la fecha la ecografa ha demostrado ser inocua (pequeas

intensidades de ultrasonido utilizadas, corto tiempo real deaplicacin)

Sustituye al radiodiagnstico en las cavidades abdominal ypelviana.

Es apta especialmente para la exploracin de aparatodigestivo, urinario, retroperitoneo, obstetricia, ginecologa ypediatra.

Presenta problemas por su dificultad en atravesar zonas deimpedancia acstica muy distinta a la de las partes, tanto enms (como el hueso) como en menos (el aire), por reflejar casitotalmente el haz ultrasnico. (no es til para exmenespulmonares (excepto en derrames pleurales) o intracraneales).


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Aplicaciones Diagnsticas

Exploracin de rganos: hgado, riones, bazo,corazn, ganglios linfticos. En oftalmologa (frecuencias altas). Toma de biopsias de forma precisa.

Evaluar caudal circulatorio. Evaluar vasos sanguneos y cordn umbilical.

Diagnstico de quistes y tumores.

Control de reproduccin animal. Mejora de la explotacin ganadera. Estudio de especies en peligro de extincin.


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Imagen Fetal

Deteccin de tumores


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Tumor de vejiga atte. Dr. Gatti


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cardiopatas congnitas


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Ecocardiograma El efecto Doppler permite estudiar el flujo de una

muestra de sangre o la velocidad a lo largo delflujo. El doppler color codifica con colores lasdistintas velocidades obtenidas.

flujo flujo


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Tipos de Doppler Color

Doppler color convencional

Limitada sensibilidad al flujo.

Doppler color por amplitud de ecosMayor sensibilidad en la deteccin

de vasos.


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IMGENES ECOCARDIOGRFICAS


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Cmaras cardacas


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