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S087: Efectos térmicos de los ultrasonidos en aplicaciones médicas

May 29, 2013 in Ecografía, equipment medical, Equipo Biomédico, Hospital, Monitor de Signos Fetales, Neonatología, Tomógrafo, Ultrasonido, Universidad Nacional de Ingeniería
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Los ultrasonidos de intensidad relativamente baja se emplean por lo general en medicina clínica con fines de diagnóstico, sin efectos nocivos evidentes; pero es necesario recordar que es posible producir ondas sonoras dotadas de energía mecánica en grado de dañar o destruir los tejidos biológicos. Por ejemplo, el aparato original de Langevin para la revelación bajo el agua, podía generar intensidades de campo sonoro suficientes para matar los peces o provocar intenso dolor a la mano del operador. Investigaciones sucesivas han referido modificaciones funcionales y estructurales luego de la radiación ultrasonora, en una gran variedad de sistemas biológicos, incluyendo a los seres humanos.

Los efectos biológicos de los ultrasonidos parecen estar relacionados sobre todo con la capacidad de generar calor, con la fuerza mecánica producida durante el paso de la onda sonora así como con la cavitación, dependiendo del flujo total de energía a través de una determinada zona, de la distribución de esta última en el interior del haz sonoro, de la duración y del modo en que un sistema biológico se expone a la energía sonora y de la sensibilidad del tejido. Por último, es importante considerar los parámetros del campo ultrasonoro al cual se expone el tejido y la cantidad de energía absorbida por los elementos tisulares después de la exposición, la llamada «dosis».

La cantidad de energía acústica por unidad de tiempo producida por un dispositivo emisor de sonidos determina su capacidad de realizar un trabajo o de crear un efecto biológico. Esta cantidad es la llamada potencia acústica. Esta se mide en watts. Un watt es igual a un joule por segundo. Un joule es igual a 0,239 calorías. La caloría es la cantidad de calor necesaria para elevar 1°C la temperatura de 1 g de agua.

Cuando se transmite a un sistema de tejidos biológicos, la potencia acústica se concentra en el contexto del área atravesada por el haz sonoro. La concentración de potencia en el interior de una determinada área tisular se denomina intensidad. Esta, por lo general, se expresa en watts por metro cuadrado o milliwatts por centímetro cuadrado.

Para el imaging diagnóstico en medicina se emplean niveles de intensidad de pocos milliwatts por cm². Las intensidades mayores, del orden de pocos watts por cm², se usan con fines terapéuticos por el efecto de calentamiento de los tejidos. En los dispositivos lesionados se utilizan intensidades de ultrasonidos superiores a los 100 watts por cm².

Los efectos biológicos de una onda sonora se producen también en función de la frecuencia. Las frecuencias más elevadas favorecen la producción de calor, mientras las frecuencias más bajas favorecen la cavitación.

Sobre la base de numerosos datos recogidos por un período de tiempo, el comité para los efectos biológicos del American Institute of Ultrasound in Medicine, ha establecido que la exposición a ultrasonidos de intensidad inferior a 100 milliwatts por cm2, con fines diagnósticos, no produce efectos biológicos significativos en los tejidos de los mamíferos. Tampoco para ultrasonidos de mayor intensidad han sido demostrados efectos biológicos dañinos si el tiempo de exposición es superior a 500 milisegundos e inferior a un segundo.

A pesar de la optimista experiencia clínica, existen todavía puntos oscuros en relación con los efectos de los ultrasonidos en los tejidos humanos. Aún no ha sido definido el nivel límite por debajo del cual el sonido puede ser utilizado durante un período de tiempo ilimitado, sin ningún efecto nocivo. Por lo tanto, a pesar de la aparente inocuidad de los ultrasonidos de baja intensidad en el diagnóstico médico, estos instrumentos deben ser utilizados con prudencia y con justificaciones clínicas adecuadas.