O ultrassom, também conhecido como ultrassonografia ou ecografia, é uma técnica de imagem médica que utiliza ondas sonoras de alta frequência para criar imagens em tempo real das estruturas internas do corpo humano. É amplamente utilizado para diagnóstico médico, monitoramento de gestações e avaliação de órgãos e tecidos. Neste guia, vou explicar detalhadamente como o ultrassom funciona e como é realizado.
Na engenharia, mergulhamos nas leis fundamentais da física para conceber e aprimorar tecnologias. Desde a mecânica clássica, que nos guia na estruturação de pontes e máquinas, até a eletricidade e magnetismo, fundamentais para o design de circuitos e dispositivos eletrônicos. A termodinâmica, essencial para entender o comportamento de sistemas térmicos, e a óptica, que nos permite criar lentes e sistemas de imagem. A Engenharia Biomédica é a área que se ocupa da construção e fabricação de equipamentos médicos incluindo Raio-x e Ultrassom por exemplo. A física é a base sobre a qual construímos inovações, combinando criatividade e rigor científico para resolver desafios práticos.
A engenharia do ultrassom envolve a criação, produção e aplicação de ondas sonoras de alta frequência para diversos fins. Os componentes fundamentais incluem transdutores piezoelétricos para gerar as ondas, circuitos eletrônicos para controlar a frequência e amplitude, além de sistemas de imagem para processar e exibir os dados. No campo médico, o ultrassom é usado para diagnóstico por imagem, enquanto em aplicações industriais pode ser empregado para inspeções não destrutivas. A capacidade do ultrassom de penetrar em materiais e gerar imagens detalhadas torna-o valioso em várias áreas da ciência e tecnologia.
O cristal piezoelétrico desempenha um papel crucial nos transdutores de ultrassom. A piezoeletricidade é a propriedade de certos materiais gerarem uma carga elétrica quando submetidos a pressão mecânica, e vice-versa. O cristal piezoelétrico mais comum usado em transdutores de ultrassom é o quartzo.
A descoberta da piezoeletricidade remonta ao século XIX. Em 1880, os irmãos Jacques e Pierre Curie observaram que certos cristais, como o quartzo, geravam eletricidade quando submetidos a pressão mecânica. Essa descoberta fundamental foi um marco na compreensão da relação entre energia mecânica e elétrica nos materiais.
Ao longo do tempo, o entendimento da piezoeletricidade permitiu o desenvolvimento de transdutores eficientes para aplicações ultrassônicas, incluindo na área médica para exames de imagem não invasivos.
Hertz é a medida de frequência das radiações, as radiações possuem frequência que podem altíssimas como as ionizantes que são aquelas acima de 10^16Hz como a radiação Gama que possui 10^26Hz. O som audível está entre 20 e 20000Hz. De 20 a 5000Hz são os chamados sons musicais, mais agradáveis aos ouvidos, enquanto acima de 5000Hz são os sons mais desagradáveis. Para os propósitos de obtenção de imagens (ultrassonografia), são usadas freqüências entre 1 e 10 MHz, ou seja, de 1000000 a 10000000. As imagens abaixo mostram a diferença da frequências sonoras medidas em Hertz.
O ultrassom baseia-se no princípio da emissão e recepção de ondas sonoras. Aqui está como o processo funciona: