O que são os ultrassons usados em exames médicos?

Você sabia que a física está por trás do exame de ultrassom?

Spoiler: envolve ecos, ondas sonoras e até o efeito Doppler!

E não se preocupe se você não conhece alguma dessas coisas - nós te explicaremos melhor.

Introdução:  Quando a gente fala em ultrassonografia parece algo 100% médico, né? Mas por trás das imagens que vemos ali está um show de física acontecendo em tempo real.

Teoria: Tudo começa com som — mas não qualquer som.

 Quando algo vibra — como seu colega cantando uma música — essa vibração empurra as partículas de ar ao redor de vocês. Essas partículas, por sua vez, empurram as próximas, e assim por diante. Como uma corrente invisível, o ar carrega essa informação até o seu ouvido, onde seu cérebro transforma tudo em música. Isso é o som que conhecemos e ouvimos.

O aparelho usado nos exames, o transdutor,  emite ondas de som de altíssima frequência, chamadas de ultra-sons. Essas ondas estão acima de 20 mil Hz (além do que o ouvido humano pode captar). Elas penetram no corpo e são refletidas cada vez que encontram tecidos com densidades diferentes.

O transdutor envia o som e recebe os ecos de volta. A física desse processo envolve reflexão de ondas em interfaces — a reflexão das ondas em diferentes partes do seu corpo. A máquina então mede o tempo de ida e volta desses ecos e usa isso pra formar uma imagem! Estranho pensar isso, que o som vira uma imagem, mas é o que acontece, o eco que volta é traduzido em pixels para o médico.

 E tem mais: se o som encontra algo em movimento, como o sangue, ele sofre uma mudança na frequência — é o efeito Doppler.

 É o mesmo fenômeno que faz a sirene de uma ambulância soar diferente quando se aproxima ou se afasta. No exame, isso permite ver o fluxo sanguíneo em tempo real, com cores indicando a direção e velocidade do sangue.

Conclusão: O resultado? Uma imagem precisa e baseada em física de ondas.Cada ponto da imagem é uma informação vinda de um eco. A densidade (dos músculos, ossos) e o tempo que o eco leva pra chegar determinam o tons de cinza da imagem. 

Quando o som encontra tecidos mais densos (como ossos ou órgãos compactos), ele reflete muito,  o aparelho recebe um eco forte e essa parte da imagem fica mais clara.

Já em regiões com líquido (como o líquido amniótico ao redor do bebê), o som quase não encontra resistência e passa direto, sem refletir muito, isso gera um eco mais fraco e essa parte da imagem fica mais escura. 

O quanto de som é refletido depende da impedância acústica (Z) de cada tecido: 

onde:

• ρ é a densidade

• c é a velocidade do som no tecido

Quando uma onda sonora encontra uma interface entre dois tecidos diferentes (com impedâncias acústicas Z 1 e Z 2 ), o coeficiente de reflexão (R):

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Referências

Ondas sonoras: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/ondas-sonoras.htm

Ultrassom Doppler e Fluxo Sanguíneo: https://www.cuf.pt/saude-a-z/eco-doppler

Equações: https://www.nde-ed.org/NDETechniques/Ultrasonics/ultrasonicFormula.xhtml

Como funciona o  ultrassom: https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/ultrassons-suas-aplicacoes.htm