Sistemas de ultrassom – Vendo o invisível com ondas sonoras

A tecnologia moderna de ultrassom transformou o diagnóstico por imagem na medicina, passando de imagens anatômicas estáticas para avaliações funcionais dinâmicas, tudo isso sem radiação ionizante. Este artigo explora a física, as aplicações clínicas e as inovações de ponta no ultrassom diagnóstico.

Princípios Físicos
O ultrassom médico opera em frequências de 2 a 18 MHz. O efeito piezoelétrico converte energia elétrica em vibrações mecânicas no transdutor. A compensação de ganho temporal (TGC) ajusta a atenuação dependente da profundidade (0,5 a 1 dB/cm/MHz). A resolução axial depende do comprimento de onda (λ = c/f), enquanto a resolução lateral está relacionada à largura do feixe.

Linha do tempo da evolução

• 1942: Primeira aplicação médica de Karl Dussik (imagem cerebral)
• 1958: Ian Donald desenvolve o ultrassom obstétrico.
• 1976: Conversores de varredura analógica possibilitam a geração de imagens em tons de cinza.
• 1983: Namekawa e Kasai introduzem o Doppler colorido.
• 2012: A FDA aprova os primeiros dispositivos de bolso.

Modalidades Clínicas

1. Modo B
   Imagem fundamental em tons de cinza com resolução espacial de até 0,1 mm.
2. Técnicas Doppler

• Doppler colorido: Mapeamento de velocidade (limite de Nyquist 0,5-2 m/s)
• Doppler de potência: 3 a 5 vezes mais sensível a fluxos lentos.
• Doppler espectral: Quantifica a gravidade da estenose (relações PSV >2 indicam estenose carotídea >50%)

3. Técnicas Avançadas

• Elastografia (rigidez hepática >7,1kPa indica fibrose F2)
• Ultrassonografia com contraste (microbolhas SonoVue)
• Imagens 3D/4D (o Voluson E10 atinge resolução de voxel de 0,3 mm)

Aplicações emergentes

• Ultrassom focalizado (FUS)
  • Ablação térmica (sobrevida de 85% em 3 anos em tremor essencial)
  • Abertura da barreira hematoencefálica para o tratamento da doença de Alzheimer
• Ultrassonografia à beira do leito (POCUS)
  • Exame FAST (sensibilidade de 98% para hemoperitônio)
  • Linhas B no ultrassom pulmonar (93% de precisão para edema pulmonar)

Fronteiras da Inovação

1. Tecnologia CMUT
   Transdutores ultrassônicos capacitivos micromecanizados permitem uma largura de banda ultralarga (3-18MHz) com 40% de largura de banda fracionária.
2. Integração de IA

• O Samsung S-Shearwave oferece medições de elastografia guiadas por IA.
• O cálculo automatizado da FE (fração de ejeção) mostra uma correlação de 0,92 com a ressonância magnética cardíaca.

3. Revolução Portátil
   O Butterfly iQ+ utiliza 9000 elementos MEMS em um design de chip único, pesando apenas 205g.
4. Aplicações terapêuticas
   A histotripsia realiza a ablação não invasiva de tumores por meio de cavitação acústica (ensaios clínicos para câncer de fígado).

Desafios técnicos

• Correção da aberração de fase em pacientes obesos
• Profundidade de penetração limitada (15 cm a 3 MHz)
• Algoritmos de redução de ruído speckle
• Obstáculos regulatórios para sistemas de diagnóstico baseados em IA

O mercado global de ultrassom (US$ 8,5 bilhões em 2023) está sendo remodelado por sistemas portáteis, que agora representam 35% das vendas. Com tecnologias emergentes como imagens de super-resolução (visualizando vasos de 50 μm) e técnicas de renderização neural, o ultrassom continua a redefinir os limites do diagnóstico não invasivo.