¿En qué consiste una ecografía?

Originalmente, la mini-serie sobre tomografías se iba a restringir a TEP, TAC y RMN. Sin embargo, puesto que algunos de vosotros sugerísteis añadir un artículo más sobre las ecografías, aquí lo tenéis. De este modo la serie está más completa como referencia “tomográfica”. En cuanto tenga tiempo, reviso las cuatro entradas, las adecento y las combinamos en un pequeño libro electrónico gratuito; os mantendré informados.

Creo que, de las cuatro, esta tomografía es la más conocida y es relativamente fácil de entender sin necesidad de recurrir a conceptos muy complejos (el único algo escabroso es el efecto Doppler), de modo que vamos con ello sin más dilación. ¿En qué consiste una ecografía?

Dicho mal y pronto, una ecografía no es más que la emisión de ultrasonidos que penetran en el cuerpo, rebotan y vuelven a salir: midiendo el tiempo que tardan en hacerlo es posible saber dónde han rebotado y utilizar esa información para formar una imagen del interior del cuerpo. De ahí el nombre, pues es una imagen formada a partir del eco. Un equipo de ecografía médica emite ultrasonidos, los recoge y los interpreta mediante un ordenador.

Por lo tanto, el primer paso en la realización de una ecografía es la producción de ultrasonidos. El oído humano es capaz de percibir frecuencias sonoras de entre 20 y 20.000 Hz (aunque la mayor parte de nosotros, especialmente según nos hacemos mayores, no llegamos a percibir sonidos tan agudos). Sin embargo, los sonidos que podemos percibir no sirven para el propósito de una ecografía: la razón está en el tamaño de las ondas.

Las ondas sonoras que podemos percibir tienen una longitud de onda de entre 17 metros (para los sonidos más graves) y 2 cm (para los más agudos), de modo que no es posible tener una resolución mayor de unos 2 cm utilizando sonidos audibles. Los murciélagos, por ejemplo, emiten ultrasonidos de mucha mayor frecuencia para alcanzar una resolución mayor: algunos llegan hasta los 100.000 Hz, lo cual se traduce en una longitud de onda de unos 3 milímetros. Pero ni siquiera esta precisión es suficiente para una ecografía de una resolución razonable.

En primer lugar, 3 mm sigue siendo una distancia demasiado grande para obtener imágenes decentes, pero además hay que tener en cuenta que las longitudes de onda que he mencionado están calculadas en el aire, donde la velocidad del sonido es de unos 340 m/s. En el interior de nuestro cuerpo, el sonido se mueve a unos 1.500 m/s, con lo que la longitud de onda es unas 4 veces mayor que en el aire, y los 3 mm de 100.000 Hz se convierten en 12 mm.

De modo que los aparatos de ecografía utilizan frecuencias muchísimo mayores: de entre 2 y 15 MHz (¡2 y 15 millones de Hz!). Esto se traduce en ondas ultrasónicas de longitud de onda entre 0,1 y 0,8 mm, lo cual permite una resolución bastante buena. El problema es que cuanto mayor es la frecuencia (y por tanto la resolución) menos capacidad de penetración tienen las ondas en el cuerpo, de modo que cuanto más profundamente se quiera observar, menor debe ser la resolución.

Por eso se intenta que la sonda esté lo más cerca posible de la zona a estudiar: en la televisión suelen verse sondas que se deslizan sobre la piel, pero existen otras que se acercan mucho más al órgano que se quiere observar. Por ejemplo, una ecografía de próstata suele realizarse introduciendo la sonda en el ano (¿quién dijo que sería divertido hacerse viejo?), mientras que algunas ecografías abdominales en mujeres se hacen con una sonda en el interior de la vagina.

En el interior de cualquiera de estas sondas hay un transductor capaz de convertir la energía eléctrica en una onda de ultrasonido:

Afortunadamente, producir ultrasonidos de frecuencias muy altas es relativamente fácil. Al fin y al cabo, no hace falta más que hacer vibrar algo a gran velocidad. En este caso hace falta que vibre hasta quince millones de veces cada segundo, pero para lograrlo se utiliza una propiedad muy interesante de ciertos cristales y materiales cerámicos: la piezoelectricidad.

Aunque no voy a entrar aquí en detalle sobre este fenómeno, los materiales piezoeléctricos, al ser comprimidos (o estirados), modifican la posición de las cargas eléctricas en su interior, produciendo una diferencia de potencial entre sus extremos (es decir, un voltaje eléctrico). Pero, lo que es más importante en este caso, también son capaces de hacer lo contrario: cuando se aplica una diferencia de potencial eléctrico a los extremos de un material piezoeléctrico, éste se comprime (o estira). De modo que el transductor de una ecografía contiene un material piezoeléctrico (normalmente cerámico) al que se aplica una diferencia de potencial alterna de muy alta frecuencia.

El material cerámico empieza a comprimirse y relajarse millones de veces por segundo como respuesta al voltaje alterno, es decir, se pone a vibrar millones de veces cada segundo: ya tenemos una onda ultrasónica de altísima frecuencia. Desde luego, absolutamente inaudible para cualquier ser vivo. Esta onda de ultrasonido es enfocada, o bien por la propia forma de la cabeza de la sonda, o bien por una “lente” sonora de material con el índice de refracción adecuado respecto al sonido, de modo que sale de la sonda como un haz más o menos plano.

Aquí se encuentra la razón de otra de las cosas que seguro has notado si has visto realizar una ecografía: no se aplica la sonda directamente contra la piel, sino que antes se aplica un gel sobre ésta, y la sonda se desliza sobre el gel. El propósito del gel no es sólo permitir que la sonda se deslize suavemente sobre la piel, sino evitar que una parte considerable de la onda se refleje en ella y no llegue siquiera a entrar en el cuerpo.

La cuestión está en que las ondas, cuando se encuentran con un cambio de medio (es decir, la velocidad con la que se mueven cambia bruscamente), pueden entrar en el segundo medio o bien reflejarse. Nunca hacen una cosa o la otra de manera absoluta: parte de la onda se refleja y parte de la onda penetra en el segundo medio (y suele cambiar de dirección, es decir, se refracta). Puesto que nuestro cuerpo es, en su mayor parte, agua, si la onda pasase del aire al interior del cuerpo una gran parte de ella se reflejaría. El gel tiene un índice de refracción respecto al sonido muy parecido al de nuestro cuerpo, con lo que la onda ultrasónica pasa del gel al cuerpo casi íntegramente.

Una vez en el interior del cuerpo, las ondas sonoras se encuentran cambios de densidad entre los huesos, órganos y tejidos, zonas con mayor o menor cantidad de agua, etc. Cada vez que sucede esto, la velocidad del sonido cambia, y una parte del sonido se refleja. Desde luego, parte de la onda sonora nunca vuelve a salir por donde entró (pues vuelve a reflejarse cuando está saliendo, por ejemplo), pero una parte considerable sale de nuevo después de reflejarse y vuelve al transductor.

De modo que el transductor emite una onda de muy corta duración (un pulso) de una frecuencia e intensidad determinadas, y luego espera a recibir el eco. Desde luego, no tiene que esperar mucho: las ondas se reflejan y vuelven a él en menos de una milésima de segundo. Aquí entra en acción de nuevo la piezoelectricidad: cuando las ondas vuelven al material cerámico, lo hacen vibrar… ¡pero cuando vibra, produce una diferencia de potencial entre sus extremos! Midiendo esta diferencia de potencial en la sonda, es posible detectar las ondas que vuelven.

El aparato recoge dos datos fundamentales para tener información suficiente para formar la imagen: el primero, evidentemente, es el tiempo que ha tardado en reflejarse la onda. Sabiendo la velocidad del sonido en el interior del cuerpo y este tiempo, es posible saber a qué profundidad se reflejó la onda. Por supuesto, el dato obtenido no es perfecto, porque el valor de la velocidad del sonido no es constante en nuestro interior, pero las diferencias son suficientemente pequeñas como para que sea una estimación muy buena.

Además, se mide la intensidad de la onda reflejada: cuanto mayor sea (es decir, mayor proporción de la onda original se ha reflejado), más grande es el contraste de densidad en ese punto. Esto se traduce en la imagen posterior en un mayor brillo en ese píxel, mientras que una intensidad muy baja se convierte en un punto menos brillante. A veces se mide además la frecuencia de la onda reflejada, que no tiene por qué ser igual que la que se emitió originalmente, pero de esto hablaremos dentro de un momento porque es algo más avanzado.

Aunque suene un poco simplón, espero que este ejemplo te ayude a comprender cómo se combina la información obtenida para formar una imagen a partir de cada pulso:

Imagina una cuadrícula (o una hoja de Excel): la fila de arriba del todo contiene las piezas de material cerámico, de izquierda a derecha. Todas ellas emiten un pulso de ultrasonido y a continuación esperan. El pulso se transmite “hacia abajo” a lo largo de cada columna, y en un momento dado se refleja. Es posible que en la primera columna haya recorrido cinco “celdas”, en la segunda diez “celdas” y en la tercera siete “celdas”. Además, el de la primera columna tiene un 20% de la intensidad original, el de la segunda un 50% y el de la tercera un 7%. Con esos datos, es posible conocer la densidad y profundidad de todos los puntos a lo largo de la fila (es decir, a lo largo de la anchura del haz de ultrasonidos).

Moviendo la sonda y girándola se va barriendo la zona a estudiar, y el ordenador conectado a ella va traduciendo los datos obtenidos a partir de las ondas reflejadas en píxeles, que forman una “rodaja” del cuerpo. Lo que se obtiene con una de estas ecografías normales y corrientes es una imagen bidimensional de esa “rodaja”:

Sin embargo, aparte del método básico existen formas de obtener mayor información o resolución de determinadas zonas. Para empezar, según los años han ido pasando y la capacidad de proceso de los ordenadores aumentando, ha sido posible simplemente interpretar las imágenes básicas más elaboradamente para ofrecer la información de un modo más útil.

Por ejemplo, es posible combinar las “rodajas” para formar una imagen en tres dimensiones en vez de dos, como la que aparece justo al principio del artículo o esta otra:

Pero también es posible ir enlazando una ecografía 3D de este tipo con otra tomada un tiempo después, y así una y otra vez para obtener una “película de vídeo ecográfica”, es decir, una ecografía 4D. Puedes ver una ecografía de este tipo aquí.

Pero además puede aumentarse la nitidez de la imagen utilizando procesos ligeramente diferentes. Como he dicho antes al hablar del gel, el paso de un medio a otro con índices de refracción muy distintos (como el aire al agua o al revés) hace que una parte muy grande de la onda se refleje. Esto puede ser un problema pero también puede ser muy útil: al fin y al cabo, el contraste entre unas zonas y otras del cuerpo no es muy grande (pues somos básicamente agua), de modo que puede lograrse mayor nitidez introduciendo artificialmente variaciones de densidad en el cuerpo.

La manera en la que se logra esto es mediante una ecografía de contraste. Lo que se hace es inyectar en el torrente sanguíneo burbujas de gas minúsculas (denominadas microburbujas). Cuando la onda de ultrasonido llega a una de estas burbujas, la burbuja se comprime y expande en resonancia con la onda, y vuelve a emitirla en todas direcciones (incluyendo de vuelta), de modo que el transductor recibe la onda con gran intensidad desde todas y cada una de las microburbujas y puede localizarlas con enorme precisión en el interior del cuerpo.

Estas microburbujas suelen tener una “corteza” elástica, para que puedan oscilar al recibir la onda en vez de simplemente romperse. Esta corteza está compuesta por albúmina, galactosa o algún polímero que, con el tiempo, o bien se disuelve en la sangre o bien es eliminado por el sistema inmune. No suelen durar mucho tiempo, de modo que hace falta inyectarlas poco antes de realizar la ecografía. En el interior de la “cáscara” se encuentra el gas (que puede ser simplemente aire, nitrógeno, o bien otros más pesados, como perfluorocarbono u octafluoropropano).

Las ecografías de contraste son especialmente útiles, por lo tanto, al estudiar el sistema circulatorio, especialmente el corazón: se utilizan mucho en las ecocardiografías (es decir, las ecografías del corazón), con las que pueden detectarse defectos en la estructura de este órgano con gran precisión.

Finalmente, es posible obtener más información aún a partir de la onda reflejada si, además de medir el tiempo que tarda en volver y la intensidad, se registra la frecuencia con la que vuelve. La cuestión aquí está en el efecto Doppler. Una vez más, no puedo entrar a discutir este fenómeno en detalle en este artículo, pero consiste en la variación de la frecuencia de una onda cuando quien la emite y tú os movéis uno hacia el otro, o al revés.

Es el efecto por el cual el sonido de la sirena de una ambulancia –por poner un ejemplo– es diferente cuando el vehículo se está acercando a ti y cuando se aleja. Cuanto más rápido os acercáis uno al otro, más agudo se vuelve el sonido (mayor es la frecuencia), porque las ondas se “aprietan” unas contra otras; por el contrario, al alejarse uno y otro las ondas se “alargan”, con lo que la frecuencia disminuye y el sonido se hace más grave.

Bien, este fenómeno es de gran utilidad al utilizarlo en ecografía: así es posible saber si el objeto en el que ha rebotado la onda ultrasónica se mueve hacia el transductor, se aleja de él, o ninguna de las dos cosas, además de medir su velocidad con mucha exactitud. ¿Para qué diablos sirve esto dentro del cuerpo? Para observar la velocidad de la sangre, por ejemplo, con lo que la imagen del sistema cardiovascular no sólo muestra su estructura, sino el flujo sanguíneo.

No hace falta decir que las ecografías tienen multitud de aplicaciones en el diagnóstico de casi cualquier cosa. Sí quiero hacer énfasis en las ventajas e inconvenientes que tiene respecto a las otras tomografías de la serie, como el TAC o la TEP, pues son considerables.

En primer lugar, como has visto en varias de las imágenes del artículo, las ecografías se utilizan muchísimo en obstetricia. Como mencioné en los artículos de las otras tomografías, se hace todo lo posible por no utilizar radiaciones “duras” cuando hay niños involucrados: lo mismo sucede, por supuesto, durante el embarazo. La ecografía es una técnica muchísimo más segura que cualquiera de las otras, pues no existe ningún tipo de prueba clínica que haya demostrado peligro para el ser humano, ni siquiera durante la gestación, al ser expuesto a los ultrasonidos de estas frecuencias.

En segundo lugar, el precio es muchísimo menor que en las otras tomografías: un equipo de ecografía es más barato y asequible, de modo que existen muchos más y no hay listas de espera ni costes –para el paciente, la empresa de seguros o el gobierno– de la magnitud de los de un TAC.

Además, la ecografía funciona muy bien para distinguir tejidos de distinta densidad, especialmente de distinto estado (sólido, líquido y gaseoso) cuando están adyacentes, por la gran proporción de la onda que se refleja y vuelve al transductor. Finalmente, es muy rápida – cada “rodaja” formada por el haz de ultrasonido es prácticamente instantánea, con lo que el paciente no tiene que esperar ni someterse a situaciones tan incómodas como el claustrofóbico “túnel” de la RMN.

Sin embargo, las ecografías no son perfectas (si lo fueran, los otros tipos de tomografías no existirían): existen tejidos en el cuerpo que los ultrasonidos tienen mucha dificultad en penetrar, como el hueso. Esto hace que una ecografía del cerebro de un humano adulto no sea fácil, pues las ondas deben penetrar el cráneo y una intensidad muy pequeña lo consigue. Las ecografías funcionan mejor cuando el órgano a estudiar está cerca de la piel o existen sólo tejidos blandos entre el transductor y él. Incluso una capa de grasa bien gruesa puede apantallar las ondas lo suficiente como para que no lleguen muy profundamente en el interior del cuerpo, un verdadero problema si el paciente es muy obeso.

Pero es que si lo que hay entre la sonda y el órgano es demasiado poco denso, tampoco sirven: puesto que una gran cantidad de energía se refleja al pasar del agua al aire o al revés, si hay una zona con gas entre la piel y el órgano, muy poca intensidad lo alcanza. Esto hace, por ejemplo, que los gases intestinales puedan ocultar zonas a la ecografía (como el páncreas), o que a veces se pida a la paciente en pruebas de obstetricia que realice la prueba con la vejiga a rebosar, para que al estar llena de orina (básicamente agua) las ondas puedan atravesarla sin dificultades.

Además, la ecografía es una tomografía “artística”. Con esto me refiero a que un TAC helicoidal, por ejemplo, sigue un proceso programado en un ordenador, que toma un número de imágenes y con una estructura prefijada y precisa. Sin embargo, la calidad de una ecografía depende mucho de la habilidad del operador de la sonda. Hace falta bastante talento y experiencia para ser capaz de obtener imágenes de gran calidad y ser capaz de identificar lo que en ellas aparece para realizar un diagnóstico acertado.

En cualquier caso, es una técnica no invasiva, que permite una buena resolución de forma barata y rápida, y con ella se ha avanzado muchísimo en el diagnóstico precoz de muchos problemas en el desarrollo embrionario, aparte ya de su utilidad en el caso de tumores de mama y muchas otras enfermedades; puede ser la tomografía con menos glamour de las cuatro que hemos estudiado, pues su fundamento físico no es muy “elevado”, pero a veces lo simple es lo más eficaz.

Un aviso, el mismo que hemos dejado bien claro en el resto de los artículos de esta mini-serie: está muy bien leer cosas como ésta para satisfacer tu curiosidad sobre cómo funcionan las cosas. Sin embargo, recuerda que tu médico es la persona a la que acudir si tienes alguna preocupación o duda sobre si una ecografía es lo más adecuado para ti; quedarte simplemente en lo que lees por la red, en lo que a asuntos médicos se refiere, es un grave error, de modo que el mensaje de El Tamiz es bien clarito: habla con tu médico.

Para saber más:

• Ecografía (en español, escasito, algún “wikipédico” podría echar un ojo al enlace de abajo y completarlo un poco si tenéis tiempo y ganas).
• Medical ultrasonography (en inglés, mucho más completo).

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Pedro Gómez-Esteban González. (2009). El Tamiz. Recuperado de: https://eltamiz.com/