Clasificación y principio de funcionamiento de la sonda ultrasónica

La sonda ultrasónica es un dispositivo que convierte la energía eléctrica en ondas ultrasónicas y las señales de eco en señales eléctricas. Su componente principal es un cristal piezoeléctrico, que genera vibraciones mecánicas de alta frecuencia bajo la acción de la corriente alterna y emite ondas ultrasónicas. Al entrar en contacto con los tejidos y órganos del cuerpo, las ondas ultrasónicas se reflejan y la sonda las recibe y las convierte en imágenes.

1. Principio de funcionamiento de la sonda ultrasónica
Un instrumento de diagnóstico ultrasónico genera ondas ultrasónicas incidentes (ondas transmitidas) y recibe ondas ultrasónicas reflejadas (ecos) a través de la sonda, que es un componente importante del equipo de diagnóstico. La función de la sonda ultrasónica es convertir señales eléctricas en señales ultrasónicas o viceversa. La sonda puede transmitir y recibir ultrasonidos, realizar conversión electroacústica y de señales, y convertir las señales eléctricas enviadas por el dispositivo en señales ultrasónicas oscilantes de alta frecuencia. También puede convertir las señales ultrasónicas reflejadas por tejidos y órganos en señales eléctricas y mostrarlas en la pantalla del dispositivo. La sonda ultrasónica se fabrica siguiendo este principio de funcionamiento. Al encenderse, el chip de la sonda puede producir una deformación elástica, generando así ondas ultrasónicas; por el contrario, al atravesar el chip, la onda ultrasónica puede producir una deformación elástica, lo que a su vez provoca un cambio de voltaje. Finalmente, la placa de procesamiento de señales procesa los cambios correspondientes en la señal eléctrica para completar la detección de la imagen del objeto detectado. Este proceso de procesamiento se denomina efecto piezoeléctrico (efecto piezoeléctrico positivo y negativo).

2. Composición de la sonda
Componente de núcleo de cristal piezoeléctrico
Función: Convertir la energía eléctrica en ondas ultrasónicas y el eco recibido en señales eléctricas. Materiales comunes: PZT (titanato zirconato de plomo), materiales compuestos piezoeléctricos, etc.
Principio de funcionamiento: Al activarse la corriente, el cristal se deforma y vibra para emitir ondas ultrasónicas; al recibir el eco, el cristal se deforma inversamente para generar señales eléctricas.
Cada sonda puede contener de decenas a cientos de matrices de cristales piezoeléctricos.

Capa de adaptación
Función: Mejora la adaptación de la impedancia acústica entre los cristales piezoeléctricos y los tejidos humanos, reduce la reflexión de la energía acústica y mejora la eficiencia de penetración de las ondas ultrasónicas.
Material: Generalmente resina o material compuesto; la impedancia acústica se produce entre los cristales y los tejidos humanos.
Generalmente, se trata de una estructura de 1 a 2 capas: la capa de adaptación multicapa ofrece un mejor efecto.

Lente acústica o elemento de enfoque
Función: Controla la dirección de propagación del haz ultrasónico, logra el efecto de enfoque y mejora la resolución de la imagen.
Tipo: Enfoque fijo o enfoque electrónico.
Sitio de acción: Instalado en el extremo frontal de la sonda (el lado que entra en contacto con el paciente). Capa de soporte
Función:
Absorbe las ondas sonoras emitidas desde la parte posterior del cristal para evitar interferencias de eco;
Acorta la duración del pulso ultrasónico y mejora la resolución axial.
Material: Generalmente resina epoxi con partículas metálicas.

Ventana acústica/película protectora
Función: Protege el cristal de daños externos, permitiendo que las ondas ultrasónicas se propaguen sin problemas.
Material: Película de poliuretano u otros materiales biocompatibles.

Sistema de cables y alambres
Función: Transmite los pulsos eléctricos emitidos por el dispositivo al cristal piezoeléctrico y transmite la señal de eco recibida por el cristal de vuelta al dispositivo.
Estructura: Cable coaxial multicanal de alta densidad para garantizar la integridad de la señal.
Precauciones: Evite tirar o doblar el cable de la sonda para evitar la pérdida de señal causada por daños en el cable.

Carcasa y asa
Función: Protege la estructura interna de precisión y proporciona una sensación de manejo agradable.
Material: Plástico médico, silicona, etc., con propiedades impermeables, a prueba de polvo y resistentes a la corrosión. Diseño: Estructura ergonómica, fácil de usar para el médico durante largos periodos.

Dispositivo guía (solo para sondas especiales)
Función: Instalación de la guía de la aguja de punción para guiar la aguja de biopsia o el dispositivo de punción. Aplicación: punción ecoguiada (como biopsia de nódulo tiroideo, punción hepática, etc.).


3. Clasificación de las sondas ecográficas

Clasificación por sitio de diagnóstico
Existen sondas oftálmicas, cardíacas, abdominales, craneales, intracavitarias y pediátricas, entre otras. Existen sondas intracavitarias características.
Clasificación según el número de transductores utilizados: sondas unitarias y sondas multielemento.
Clasificación según el método de control del haz
Existen sondas de barrido lineal, sondas de matriz en fase, sondas de barrido con ventilador mecánico y sondas de matriz cuadrada, entre otras.
Clasificación según la geometría de la sonda
Existen sondas rectangulares, diversas sondas para secciones columnares, sondas con forma de arco (también conocidas como convexas), sondas circulares, entre otras.
Clasificación según el número de chips piezoeléctricos en la sonda
Se pueden dividir en sondas monocristalinas, sondas de doble cristal y sondas policristalinas. Entre ellas, las sondas monocristalinas son de alto coste de material y su proceso es complejo. En comparación con las sondas tradicionales, se pueden obtener imágenes más uniformes, menos atenuadas y con un mayor ancho de banda. Yichao aplicará esta tecnología plenamente en abdomen, obstetricia y ginecología, corazón y otras partes del cuerpo.

Otras sondas de aplicación especial
En los últimos años, la ecografía ha experimentado un auge, con la aparición de sondas de punción, sondas de doble plano, sondas transesofágicas, sondas intraoperatorias, sondas laparoscópicas, etc.

4. Selección de la sonda
La frecuencia de emisión de la sonda es uno de sus parámetros característicos más importantes. En el diagnóstico por ultrasonido, se suelen seleccionar diferentes sondas según los diferentes objetos y partes del examen, como 2 MHz, 2,5 MHz, 5 MHz, 10 MHz, etc. La frecuencia de emisión de la sonda está determinada por el grosor del cristal. La forma del chip determina características importantes como la forma del haz de sonido y la distribución del campo sonoro. Sonda de escaneo sectorial mecánico
Su nombre completo es sonda de escaneo sectorial mecánico. Inicialmente, se utilizaba comúnmente para ecografías abdominales y cardíacas, y ahora se utiliza casi exclusivamente para ecografías oftálmicas A/B.
Matriz plano-lineal
Antes de la aparición de las matrices convexas, era la principal fuerza para las exploraciones abdominales, con una frecuencia de 3,5 MHz. Tras su aparición, se utilizó principalmente para el examen de órganos pequeños y tejidos superficiales, con una frecuencia de 5 MHz a 7,5 MHz (incluso 9 MHz).
Matriz convexa
El radio de curvatura (R) alto de la matriz convexa suele ser superior a 30 mm, lo que se utiliza para la exploración abdominal; el R bajo (10-20 mm, microconvexo) se utiliza para la exploración cardíaca.
Matriz en fase
Se utiliza para la obtención de imágenes del flujo sanguíneo cardiovascular en color mediante ecografía Doppler color. Dado que la imagen se superpone a la imagen en escala de grises de la estructura anatómica, las imágenes en blanco y negro, a color y el espectro Doppler se obtienen utilizando diferentes modos de funcionamiento de la misma sonda.


5. Escaneo del haz de sonido y sonogramas formados por diferentes sondas
Esta es una breve introducción. Creo que con el continuo desarrollo de la tecnología de ultrasonido, surgirán más sondas con imágenes excelentes y nuevas funciones para facilitar el diagnóstico por ultrasonido.

Como componente principal del sistema de ultrasonido médico, las sondas de ultrasonido no solo presentan diversos tipos y funciones, sino que también desempeñan un papel fundamental en el proceso de diagnóstico. Comprender las características y los principios de funcionamiento de las distintas sondas puede ayudar a los médicos a tomar decisiones más precisas y rápidas en aplicaciones clínicas, así como a los compradores de equipos a realizar selecciones razonables.