Ultrassonografia! Conheça a história da evolução dessa tecnologia.

Ecografia: tema transversal para o ensino médio

A técnica popularmente conhecida como ultrassonografia, tão presente atualmente em nosso cotidiano, pode ser um ponto de partida promissor para a abordagem de conceitos científicos nas aulas de biologia e física. Nesta coluna, Carlos Alberto dos Santos mostra o caminho percorrido pela ecografia, desde seu surgimento até o sucesso de sua aplicação médica.

A ecografia é um recurso tecnológico presente em praticamente qualquer ambiente hospitalar e em muitos consultórios médicos. Surpreende que algo com essa presença em nosso cotidiano não mereça a devida atenção por parte dos autores de livros de física para o ensino médio. Para preencher essa lacuna, abordarei o assunto em duas colunas. Hoje tratarei do contexto médico-hospitalar e, na próxima coluna, apresentarei sugestões de intervenção didática em aulas de biologia e física.

Os nomes ecografia e ultrassonografia designam a mesma técnica, mas são ligeiramente diferentes na etimologia. Ecografia significa grafia do eco e ultrassonografia significa grafia do ultrassom. O interessante é que os dois termos são complementares em relação ao procedimento técnico usual, no qual tem-se eco do ultrassom. Ou seja, as imagens que vemos nos exames são provenientes de um eco, ou reflexão do som, quando emitido na frequência ultrassônica. A técnica é uma invenção humana, mas o uso desse fenômeno ocorre naturalmente nos morcegos e em alguns mamíferos marinhos, como o golfinho. Tratarei aqui apenas da técnica inventada pelo homem.

Usarei o recurso do mapa conceitual, elaborado com a ferramenta CMapTools, para orientar minha narrativa.

O mapa apresentado na figura foi elaborado a partir de dois artigos: ‘The interaction of physicians, physicists and industry in the development of echocardiography’, publicado em 1973 por Carl Hellmuth Hertz, um dos inventores da ecocardiografia, e ‘Evolution of Echocardiography’, publicado em 1996 por Harvey Feigenbaum, um dos responsáveis pelo renascimento da técnica, em 1963. O mapa é uma espécie de resenha gráfica do que consta na literatura, não apenas nos dois artigos citados.

O nascimento da técnica

A técnica que hoje conhecemos como ecocardiograma surgiu de um encontro casual entre dois estudantes de pós-graduação da Universidade de Lund (Suécia): o físico Carl Hertz, que usava ultrassom para a medida de distâncias, e o médico Inge Edler, que era responsável pelos diagnósticos que antecediam as cirurgias cardíacas. Ao longo da conversa, o médico perguntou ao físico se não havia algo como um radar que lhe permitisse fazer um diagnóstico mais preciso das enfermidades na válvula mitral para orientar procedimentos cirúrgicos.

O ano era 1953, e a Tekniska Röntgencentralen, empresa alemã que realizava ensaios não destrutivos de materiais, havia acabado de adquirir um reflectoscópio de ultrassom. Hertz visitou a Tekniska para verificar se algum eco do seu coração seria observado por meio daquele equipamento. Com o resultado positivo, ele conseguiu o equipamento por empréstimo, para experimentá-lo durante um fim de semana no hospital de Lund.

Estava nascendo a ideia da ecocardiografia, mas sua consolidação exigiria muito esforço da dupla e da comunidade científica. Não tendo ainda o título de doutor, Hertz e Edler não podiam solicitar recursos para a compra dos equipamentos necessários ao ambicioso projeto, mas convenceram os diretores da Siemens a lhes emprestar um reflectoscópio que a empresa estava construindo para um cliente. Era para ficar um ano no hospital de Lund, mas terminou sendo doado pela Siemens.

Logo nos primeiros ensaios, eles conseguiram registrar simultaneamente sinais de ultrassom e eletrocardiograma. Edler percebeu a correlação entre os sinais e a obstrução da válvula mitral. O problema era que os resultados só eram evidentes em pacientes com severas enfermidades cardíacas. Sinais de pacientes saudáveis apresentavam baixa resolução, por causa da baixa sensibilidade do cristal de quartzo, o transdutor de ultrassom (dispositivo que transforma um sinal ultrassônico em sinal elétrico e vice-versa) usado na época. A situação alcançou um patamar superior quando, em 1956, a Siemens fabricou, especialmente para eles, um transdutor de titanato de bário, o precursor dos modernos transdutores.

Atravessando a rebentação

Depois que a técnica atingiu um nível aceitável na resolução dos sinais, permitindo a análise de vários órgãos, a comunidade científica passou a enfrentar a falta de conhecimento da interação do ultrassom com os diferentes tecidos humanos, o que dificultava a interpretação dos novos resultados. Paralelamente a esses estudos, pesquisadores no Japão demonstraram que sinais de efeito Doppler (fenômeno presente em ondas emitidas ou refletidas por um objeto que se movimenta em relação a um observador) podiam ser detectados em função do movimento das válvulas do coração e do fluxo sanguíneo.

Em A, primeiro reflectoscópio de ultrassom utilizado por Edler e Hertz. O equipamento havia sido produzido para uso industrial, de modo que os pesquisadores tiveram que adaptar uma câmara fotográfica na frente da tela para registrar os exames médicos. Em B, ecocardiógrafo moderno, com Doppler, em uso no Hospital do Coração de Natal. (fotos: A – Wikimedia Commons; B – Carlos Alberto dos Santos).

Entre o fim dos anos 1960 e o início dos 1970, ninguém seria capaz de prever o sucesso que a ultrassonografia faz nos dias atuais. O uso do efeito Doppler tão festejado e banalizado atualmente enfrentou o ceticismo da comunidade médica por mais de duas décadas. Só depois de meados dos anos 1970, a ecografia Doppler entrou na rotina clínica. Na verdade, o grande salto se deu no final daquela década, quando ficou demonstrado que dados hemodinâmicos podiam ser precisamente obtidos com o efeito Doppler.

Embora possa ser usada para observar qualquer órgão do corpo humano, é na cardiologia que a ecografia, sob a denominação de ecocardiograma, se faz presente com maior intensidade. E foi por meio da cardiologia que a ecografia tornou-se popular na obstetrícia. Com o objetivo de monitorar a pulsação fetal, os médicos desenvolveram o que genericamente denomina-se ecografia fetal ou ultrassonografia fetal, em meados dos anos 1960. O uso rotineiro da técnica na clínica médica teve início nos anos 1980 e, hoje em dia, é impensável o acompanhamento de uma gestação sem o uso sistemático da ecografia.

O estrondoso sucesso da técnica deve ser creditado às inovações tecnológicas na captação e no tratamento de imagens, uma arte que passa pela fabricação de incríveis transdutores para emissão e captação de ultrassom, pela matemática envolvida na transformação de sinais elétricos em imagens tridimensionais e pela eletrônica associada.

Graças à criatividade de engenheiros, físicos e matemáticos, os médicos contemporâneos têm à sua disposição um recurso não invasivo capaz de acompanhar visualmente a dinâmica do corpo humano em tempo real.

 

Carlos Alberto dos Santos
Professor aposentado do Instituto de Física da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) e professor visitante da Universidade Federal Rural do Semi-árido (Ufersa).

Fonte: Ciência Hoje – Março de 2017