La Física y Proceso de Imagen Acústica: Cómo el Sonido Crea Imágenes

La imagen acústica (sonografía, sonar, microscopía acústica) convierte interacciones ondas sonoras en representaciones visuales de estructuras internas. La física es universal; la implementación varía por aplicación.

Física Núcleo: Principio Pulso-Eco

1. Generación: Transductor piezoeléctrico convierte pulsos eléctricos → ondas presión mecánicas (1 MHz – 50 MHz típico)
2. Propagación: Ondas viajan través medio a velocidad c (1540 m/s en tejido blando)
3. Interacción: En límites impedancia acústica (Z = ρ × c), ondas reflejan, refractan, dispersan
4. Recepción: Mismo transductor (pulso-eco) o receptor separado detecta ondas retorno
5. Tiempo Vuelo: Δt = 2d / c → Distancia d = c × Δt / 2
6. Análisis Amplitud: Coeficiente reflexión R = (Z₂ - Z₁) / (Z₂ + Z₁). Mayor mismatch impedancia = eco más fuerte

Cadena Procesamiento Señal

• Amplificación: Preamp bajo ruido (LNA) — 60–100 dB ganancia
• Filtrado: Pasa-banda (freq centro ± ancho banda). Rechaza ruido fuera banda
• Digitalización: ADC (12–16 bit, 40–200 MS/s)
• Formación Haz: Delay-and-sum across elementos array → enfoque/steering electrónico
• Detección Envolvente: Transformada Hilbert o rectifica+LPF → envolvente amplitud
• Conversión Escaneo: Polar (sector) → Grid Cartesiano para display
• Post-Procesado: Reducción speckle, realce bordes, imaging compuesto

Modalidades Principales Imagen

Formación Imagen

Brillo píxel ∝ amplitud eco. Color Doppler: matiz = dirección velocidad, saturación = magnitud. 3D: slices 2D apilados o adquisición volumétrica.

Límites resolución: Axial ≈ λ/2 (longitud onda). Lateral ≈ ancho haz. Tradeoff: frecuencia ↑ → resolución ↑, penetración ↓.

La imagen acústica es no-ionizante, tiempo real, portátil, y únicamente sensible a propiedades mecánicas tejidos — complementaria a modalidades ópticas y EM.