27. Efectos biomecánicos del ultrasonido.

Habéis contactado conmigo algunos de vosotros por redes sociales a raíz del post sobre la potencia de transmisión y los posibles efectos adversos del sonido y aunque lo quería dejar para un poco más adelante vamos a tratar este tema para intentar despejar algunas dudas.

Hemos dicho y está probado científicamente que el ultrasonido utilizado en medicina puede ocasionar una serie de efectos en el tejido que atraviesa y que deben estar representados en la pantalla por los índices referidos en este post que te enlazo https://ecografiafacil.com/2018/02/04/24-la-potencia-de-transmision/ y que podemos dividir muy genéricamente en Efectos Térmicos y Efectos No Térmicos. Si bien, es una obviedad que el ultrasonido es una técnica segura en el ámbito de diagnóstico.

Por tanto, aunque es una técnica segura, vamos a estudiar aquellos efectos referidos en el párrafo anterior para comprender un poco más sobre los efectos del ultrasonido en el tejido.

Como norma general tenemos que el ultrasonido y sus efectos dependerán de:

–Duración de la exposición.

–Tipo de tejido expuesto.

–Tasa de proliferación celular.

–Potencial de regeneración.

–Edad y estado del desarrollo (Fetales y Neonatos).

Debemos considerar además que:

• Los adultos son más tolerantes a aumentos de temperatura.
• En exposiciones a 50 horas de US no se ha observado efectos biológicos lo que hace entender a las claras que esta técnica es absolutamente segura en el ámbito del diagnóstico, pero debemos tener muy claro que la potencia acústica de salida en los dispositivos de US es suficiente para elevar la temperatura fetal y por tanto, debemos usarla, como recomiendan los organismos internacionales de modo responsable y siempre por profesionales cualificados.

You have contacted me some of you on social networks following the post on the power of transmission and the possible adverse effects of the sound and although I wanted to leave it for a little later we will try this topic to try to clear up some doubts. We have said and is scientifically proven that the ultrasound used in medicine can cause a series of effects on the tissue that crosses and that must be represented on the screen by the indexes referred to in this post that I link https://ecografiafacil.com/2018 / 02/04/24-the-power-of-transmission / and that we can divide very generically in Thermal Effects and Non-Thermal Effects. Although, it is a truism that ultrasound is a safe technique in the diagnostic field. Therefore, although it is a safe technique, we will study those effects referred to in the previous paragraph to understand a little more about the effects of ultrasound on tissue. As a general rule we have that ultrasound and its effects depend on:

-Duration of the exhibition.

-Type of exposed tissue.

-Cell proliferation rate.

-Potential regeneration.

-Age and state of development (Fetal and Neonatal).

We must also consider that: Adults are more tolerant of temperature increases. In exposures to 50 hours in the US, no biological effects have been observed, which makes it clear that this technique is absolutely safe in the field of diagnosis, but we must be very clear that the output acoustic power in US devices is sufficient to raise fetal temperature and therefore, we must use it, as recommended by international organizations in a responsible way and always by qualified professionals.

El riesgo más importante es por tanto, el aumento de temperatura reflejado en los Efectos Térmicos.

Efectos Térmicos:

Cuando hablábamos de que el ultrasonido recorre el tejido y pierde energía por la atenuación, es decir, energía debilitada en parte, por su transformación en calor que absorben los tejidos.Dicho de otro modo, la atenuación es la resulta de dos procesos, la dispersión del haz y la absorción del calor, nos interesa el último.

Con la absorción hay aumento de la temperatura tisular debido a una serie de factores muy claros en los que destacan estos. A saber:

• Intensidad del ultrasonido o la forma en que la potencia de transmisión es entregada en los tejidos y de ellos depende mucho los modos de trabajo, donde el modo M y el PW mantienen un haz de ultrasonido quieto, inmóvil y por tanto,más dañino. En modo B o Doppler Color y Power doppler no son inmóviles, siendo por tanto en estos últimos menos acusado el efecto térmico.
• Tiempo de permanencia a la exposición de los ultrasonidos, lógicamente el efecto será mayor,dependiendo de cuánto tiempo estemos realizando una prueba diagnóstica…pensemos en los comienzos o cuando tenemos poca práctica, los tiempos se alargan.
• Coeficiente de atenuación  de los tejidos, es decir, no todos los tejidos absorben del mismo modo el calor provocado por el ultrasonido,por ejemplo, es irrelevante en tejido sanguíneo, pero es muy alto para el hueso, donde en la superficie de este tejido se puede presentar un aumento de temperatura muy rápido.

Thermal Effects: When we talked about the ultrasound travels through the tissue and loses energy by attenuation, that is, energy weakened in part, by its transformation into heat absorbed tissues. Said otherwise, the attenuation is the result of two processes, the dispersion of the beam and the absorption of heat, we are interested in the last one. With absorption, there is an increase in tissue temperature due to a series of very clear factors in which these stand out. Namely: Intensity of the ultrasound or the way in which the transmission power is delivered in the tissues and they depend on the modes of work, where the M mode and the PW maintain a still, motionless and, therefore, more harmful ultrasound beam. In B mode or Doppler Color and Power Doppler are not immobile, being therefore in these last less accused the thermal effect. Time of permanence to the exposure of the ultrasounds, logically the effect will be greater, depending on how long we are performing a diagnostic test … think of the beginnings or when we have little practice, the times lengthen. Attenuation coefficient of the tissues, that is, not all tissues absorb the heat caused by ultrasound in the same way, for example, it is irrelevant in blood tissue, but it is very high for the bone, where on the surface of this tissue it is It can present a very rapid temperature increase.

Todo estos condicionantes y algunos otros van a hacer que el IT deba estar representado en la pantalla si bien no es necesario que aparezca en todos los equipos.

Podemos resumir según las conclusiones de la  AIUM, lo siguiente:

• Es muy difícil que las exploraciones en adultos produzcan un aumento de hasta 2 grados centígrados y por tanto ocasionen efectos térmicos.
• En exposiciones al feto, pueden producirse incrementos de temperatura superiores a los grados mencionados en el punto anterior.
• Este efecto es multifactorial:–Atenuación–Absorción–Velocidad del sonido–Impedancia acústica–Conductibilidad térmica

  –Estructura anatómica

• El hueso osificado es especialmente sensible.
• El IT es el índice que mejor refleja los aumentos de temperatura.

Es especialmente sensible el Feto, como es comprensible, y debemos tener en cuenta estas consideraciones que detallamos a continuación siempre según la AIUM:

• Cerca del hueso la temperatura es mayor que en tejidos blandos, aumentando pues con la osificación.
• Mayores efectos visualizados en la Organogénesis.
• Exposiciones que elevan la temperatura fetal + de 4ºC durante 5 minutos o más pueden inducir a Alteraciones graves del desarrollo

–Los equipos disponibles en la práctica clínica habitual hacen que sea improbable que se den este tipo de exposiciones térmicas.

Efectos Mecánicos (no térmicos):

• Estos efectos son alteraciones mecánicas producidas por los ultrasonidos en los cuerpos gaseosos, se conoce como cavitación.
• Pueden manifestarse como burbujas de aire microscópicas.
• El índice mecánico (IM) se relaciona con la probabilidad de la formación de estas cavidades.
• El IM es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de la frecuencia del ultrasonido.
• La Cavitación es un efecto producido por la presión ejercida por el ultrasonido para desencadenar el crecimiento de una cavidad de líquido. Esa presión mínima necesaria para originar dicho efecto cavitador tiene un umbral que sobrepasado, puede dar origen a este efecto.
  • Es un efecto mucho menos conocido y estudiado que el efecto térmico y sus consecuencias.
  • Tiene que ver obviamente con técnicas donde se emplee contraste ecográfico ya que dicho contraste se basa en microburbujas de gas estabilizadas.

Los efectos mecánicos tienen dos agentes participantes, el primero el ultrasonido y sus características, frecuencias, repeticiones de pulsos, etc. El segundo agente, es donde se produce el efecto, el líquido y sus características, por ejemplo, su viscosidad o su densidad.

Por tanto y para terminar, dos causas, el calor y sus efectos térmicos y la base mecánica de producción del ultrasonido como culpable de los efectos «no térmicos».

All these conditions and some others are going to make the IT should be represented on the screen although it is not necessary to appear on all computers. We can summarize according to the conclusions of the AIUM, the following: It is very difficult that the explorations in adults produce an increase of up to 2 degrees centigrade and therefore cause thermal effects. In exposures to the fetus, temperature increases higher than the degrees mentioned in the previous point may occur.

This effect is multifactorial: -Attenuation-Absorption-Speed ​​of sound-Acoustic impedance -Conductibility thermal -Anatomical structure Ossified bone is especially sensitive. IT is the index that best reflects temperature increases. The Fetus is especially sensitive, as is understandable, and we must take into account these considerations that we detail below according to the AIUM: Near the bone, the temperature is higher than in soft tissues, increasing with ossification. Greater effects visualized in the Organogenesis. Exposures that raise fetal temperature + 4 ° C for 5 minutes or more may induce severe developmental disturbances -The equipment available in routine clinical practice makes it unlikely that this type of thermal exposures will occur. Mechanical effects (non-thermal): These effects are mechanical alterations produced by ultrasounds in gaseous bodies, known as cavitation. They can manifest as microscopic air bubbles. The mechanical index (MI) is related to the probability of the formation of these cavities. The IM is inversely proportional to the square root of the ultrasound frequency. Cavitation is an effect produced by the pressure exerted by ultrasound to trigger the growth of a fluid cavity. That minimum pressure necessary to cause this cavitador effect has a threshold that exceeded, can give rise to this effect. It is a much less known and studied effect than the thermal effect and its consequences. It obviously has to do with techniques where ultrasound contrast is used since said contrast is based on stabilized gas microbubbles. The mechanical effects have two participating agents, the first the ultrasound and its characteristics, frequencies, repetitions of pulses, etc. The second agent is where the effect occurs, the liquid and its characteristics, for example, its viscosity or its density. Therefore and to finish, two causes, heat and its thermal effects and the mechanical basis of production of ultrasound as the culprit of the «non-thermal» effects.