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Artículo de método

Imágenes vasculares Doppler ultrarrápidas para el monitoreo fisiológico intraoperatorio de la médula espinal humana

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DOI:

10.3791/68260

29 de agosto de 2025

En este artículo

Resumen

Este estudio presenta la aplicación de imágenes vasculares Doppler ultrarrápidas para el monitoreo fisiológico durante la cirugía de la médula espinal humana.

Resumen

La monitorización de los parámetros fisiológicos es esencial para evaluar el estado del paciente durante los escenarios intraoperatorios. La información hemodinámica, como la presión arterial y la frecuencia cardíaca, se puede derivar de las señales Doppler de ultrasonido, que reflejan la función vascular e indican los riesgos patológicos en tiempo real. En comparación con la oscilometría, la resonancia magnética (RM), el Doppler convencional y los métodos piezoeléctricos, el Doppler ultrarrápido proporciona una resolución temporal superior y una alta sensibilidad para los vasos pequeños. En este estudio, se describe una aplicación intraoperatoria de imágenes Doppler ultrarrápidas en la médula espinal de un paciente con malformación de Chiari. El posprocesamiento de los datos generó imágenes Doppler de potencia de la vasculatura de la médula espinal y los parámetros fisiológicos, incluido el mapeo detallado del índice de resistividad (RI) y el índice de pulsatilidad (PI). Tanto la IR como la IP mostraron reducciones significativas después de la intervención quirúrgica (media de IR: 0,47 → 0,32; Media PI: 0,63 → 0,39; p < 0,001), con tendencias consistentes observadas en las medianas, lo que indica una mejora de la hemodinámica de la médula espinal. La evaluación de los cambios en los parámetros de IP / RI utilizando este método puede ofrecer una comprensión más amplia de la progresión de la enfermedad y la eficacia del tratamiento, lo que podría guiar las estrategias quirúrgicas y los enfoques terapéuticos.

Introducción

La dinámica de la presión arterial, como un importante indicador fisiológico intraoperatorio, proporciona una valiosa orientación para la estrategia quirúrgica y garantiza la seguridad operativa1. Las ondas de pulso, generadas por la contracción y relajación periódicas del corazón, se propagan a través del sistema vascular arterial desde la aorta como ondas de presión2. Estas ondas pueden considerarse como una manifestación directa de la función cardiovascular, ofreciendo información crítica para comprender la dinámica de la presión arterial y la hemodinámica general3. En la práctica clínica, las ondas de pulso se utilizan ampliamente para la evaluación continua del estado hemodinámico4.

Como estación de relevo y centro reflejo dentro del sistema nervioso central, la médula espinal juega un papel fundamental en la transmisión de información motora y sensorial. La estabilidad de su suministro de sangre es crucial para mantener y restaurar la función neurológica6. La señal de flujo sanguíneo pulsátil de la médula espinal está estrechamente asociada con la onda del pulso, que contiene información sobre la elasticidad vascular y la hemodinámica, lo que refleja los cambios fisiológicos y patológicos de la médula espinal. El monitoreo de estas señales enfrenta desafíos considerables debido al pequeño tamaño de la médula espinal, la intrincada arquitectura vascular7 y los complejos patrones de flujo sanguíneo8, que complican la evaluación efectiva de las ondas de pulso de la médula espinal.

Se han propuesto varias técnicas para evaluar las ondas de pulso. El método de análisis oscilométrico es fácil de operar y proporciona mediciones rápidas. Sin embargo, la precisión de los resultados puede verse influenciada por factores como los artefactos, la postura del paciente y el tamaño y la ubicación adecuados del manguito 9,10. Algunos sensores de bioseñales piezoeléctricos, como los sensores de pulso piezoeléctricos, pueden detectar de manera eficiente las ondas de pulso, pero su precisión puede verse comprometida por vibraciones mecánicas o fluctuaciones de temperatura; mientras tanto, los sensores ópticos como la fotopletismografía (PPG) son susceptibles a la luz ambiental y a los artefactos de movimiento11. Además, estas técnicas solo pueden capturar señales de ondas de pulso localizadas y carecen de la capacidad de proporcionar información de imágenes de la estructura observada simultáneamente12.

Como una poderosa modalidad de imagen, la resonancia magnética (RM) ofrece una medición de resolución espacial relativamente alta de las paredes arteriales de la médula espinal, pero es costosa y tiene una accesibilidad limitada13. La tomografía computarizada (TC) proporciona tiempos de exploración más rápidos y una mayor disponibilidad, pero emite radiación ionizante, lo que restringe su uso para evaluaciones repetidas14. El ultrasonido Doppler convencional permite la evaluación en tiempo real de la dinámica del flujo sanguíneo a través de dos modos de imagen complementarios: Doppler color y Doppler de onda de pulso (PWD). El Doppler color proporciona una visión general cualitativa de las velocidades de flujo en todo el campo de visión escaneando el medio línea por línea, pero sufre de bajas velocidades de fotogramas y poca sensibilidad a flujos lentos o profundos. PWD ofrece información temporal cuantitativa sobre las formas de onda del flujo sanguíneo, pero se limita a una sola región de interés definida por el usuario. Como resultado, es aplicable para hemodinámica fuerte en arterias y venas y cuantifica formas de onda de pulso instantáneas dentro de un pequeño campo de visión15. El ultrasonido mejorado con contraste mejora la visualización del flujo sanguíneo mediante el uso de agentes de microburbujas; sin embargo, el requisito de inyección de contraste plantea preocupaciones de seguridad en entornos intraoperatorios, lo que lo hace menos adecuado para la evaluación en tiempo real de la pulsatilidad vascular16. Las técnicas de imagen fotoacústica y óptica proporcionan un alto contraste y resolución espacial para imágenes vasculares, particularmente en tejidos superficiales. Sin embargo, su fuerte dependencia del acceso óptico limita significativamente su aplicabilidad a estructuras profundas como la médula espinal17.

En los últimos años, la ecografía ultrarrápida ha avanzado rápidamente con un gran potencial en la imagen vascular18. A diferencia de la exploración de haz enfocado tradicional, el Doppler ultrarrápido utiliza técnicas de onda plana compuesta de múltiples ángulos, que mejoran la sensibilidad de las imágenes de ultrasonido en aproximadamente 50 veces y mejoran en gran medida la detección de vasos pequeños 15,19,20. Se puede obtener un espectro Doppler completo para cada píxel de la imagen, lo que facilita la adquisición de información completa sobre la velocidad y dirección del flujo sanguíneo21. Esto se puede utilizar para estimar índices vasculares como el índice de resistividad (RI) y el índice de pulsatilidad (PI) en toda el área de imágenes. En particular, en 2014, Demene et al.22 aplicaron la tecnología Doppler ultrarrápida a las imágenes del flujo sanguíneo cerebral neonatal, presentando un mapa de distribución detallado de la RI vascular cerebral en neonatos. Este avance proporciona una nueva herramienta para comprender los mecanismos de autorregulación del flujo sanguíneo cerebral y la patogénesis de enfermedades relacionadas en recién nacidos prematuros y a término. En 2020, Bourquin et al.23,24 propusieron la microscopía dinámica de localización por ultrasonidos (DULM) basada en tecnología de ultrasonidos ultrarrápidos para lograr mediciones in vivo de la microcirculación pulsátil en el cerebro de los roedores y extendieron esta técnica a la imagen tridimensional, ofreciendo una nueva dimensión para el análisis cuantitativo.

Hacia la imagen vascular de la médula espinal, en 2021, Zang et al.25 lograron imágenes microvasculares de la médula espinal sin agentes de contraste utilizando Doppler ultrarrápido, con una resolución de imagen comparable a la longitud de onda transmitida. Sui et al.26. empleó un método de muestreo aleatorio basado en un análisis robusto de componentes principales (RPCA) para lograr imágenes Doppler ultrarrápidas rápidas y de alta relación señal-ruido de la microcirculación en el cerebro y la médula espinal. Pezet et al.27 observaron reconstrucción vascular después de una lesión crónica de la médula espinal. En 2022, Yu et al.28 lograron una microscopía ultrarrápida de localización por ultrasonido de superresolución de la microcirculación de la médula espinal en ratas basada en RPCA, con una resolución de imagen que alcanza los 13-16 μm, significativamente más pequeña que la longitud de onda de 100 μm. Otros estudios incluyeron observación continua y análisis cuantitativo de la microcirculación en la penumbra de la médula espinal después de una lesión de la médula espinal29. En 2023, Yan et al.30 utilizaron Doppler de vectores de ultrasonido ultrarrápido para realizar imágenes vectorizadas del flujo sanguíneo de vasos pequeños en tumores de la médula espinal humana y evaluaron la seguridad relacionada con la secuencia en detalle en función de los parámetros de secuencia experimentales. En 2024, Agyeman et al.31 realizaron la primera ecografía funcional de la médula espinal en humanos, que demostró la integración de las respuestas funcionales de la médula espinal a la estimulación eléctrica. Khaing et al.32 validaron la correlación entre los indicadores de imágenes de perfusión y la gravedad de la lesión tanto en ratas como en humanos después de una lesión traumática aguda de la médula espinal. Sin embargo, la detección y el análisis de los índices hemodinámicos en las ondas de pulso de la médula espinal aún requieren más investigación.

La malformación de Chiari representa un trastorno significativo y prevalente que afecta la médula espinal. Induce alteraciones dinámicas en el líquido cefalorraquídeo y la compresión de la médula espinal, interrumpiendo el flujo sanguíneo de la médula espinal y la regulación vascular, lo que puede resultar en drenaje venoso anormal33, aumento de la resistencia vascular34 y posible isquemia de la médula espinal35. La observación de las ondas de pulso de la médula espinal facilita una comprensión más profunda de los cambios hemodinámicos de la médula espinal, ofreciendo información valiosa para diagnosticar y tratar la malformación de Chiari y otros trastornos de la médula espinal36.

Este estudio presenta un protocolo integral para utilizar imágenes vasculares Doppler ultrarrápidas para monitorear intraoperatoriamente los parámetros fisiológicos de la médula espinal en humanos, con un enfoque específico en su aplicación en un paciente con malformación de Chiari. Este método permite la adquisición en tiempo real de datos Doppler ultrarrápidos de alta velocidad de fotogramas durante la exposición de la médula espinal, seguido de un posprocesamiento para generar mapas de píxeles de RI y PI.

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Protocolo

Este estudio involucró sujetos humanos y todos los procedimientos se llevaron a cabo de acuerdo con los protocolos aprobados por el Comité de Ética de Investigación Humana, Hospital Huashan afiliado a la Universidad de Fudan (2021-065). Se obtuvo el consentimiento informado de todos los participantes. La implementación estaba destinada únicamente a fines de investigación preliminar y validación, no para el diagnóstico clínico. Se evaluaron los índices de seguridad relevantes recomendados por la FDA para garantizar el cumplimiento de los estándares de seguridad establecidos. Los pacientes incluidos en este estudio fueron diagnosticados con malformación de Chiari. Los criterios de inclusión, exclusión y retiro de los participantes se proporcionan en el Archivo complementario 1. Los reactivos y equipos utilizados se enumeran en la Tabla de materiales.

1. Preparación del instrumento

  1. Prepare el sistema de imágenes por ultrasonido.
    1. Conecte la matriz lineal de 128 canales al sistema de ultrasonido programable.
      NOTA: Proteja la sonda de ultrasonido utilizando una carcasa diseñada a medida, modelada con software 3D y fabricada mediante impresión 3D. La sonda utilizada en este estudio fue una versión personalizada miniaturizada en lugar de una versión comercial. La plataforma del sistema de ultrasonido empleada en este estudio se ha aplicado previamente en varios estudios para la investigación de imágenes vasculares humanas 37,38,39,40.
    2. Establezca la frecuencia central del transductor en 15,625 MHz, correspondiente a una resolución espacial de 100 μm.
    3. Asegúrese de que el paso entre elementos adyacentes esté configurado como 0,1 mm.
  2. Calibre el dispositivo, pruebe el código y asegúrese de que el sistema funcione correctamente.
  3. Configure una plataforma para imágenes estables.
    1. Coloque el brazo robótico al lado de la cama quirúrgica y bloquéelo de forma segura en su lugar para la fijación posterior de la sonda.
    2. Asegúrese de que la sonda permanezca fija durante toda la sesión de imágenes.
      NOTA: Esta configuración minimiza las sacudidas y los cambios de posición causados por la operación manual, lo que mejora la estabilidad y consistencia del posicionamiento de la sonda durante la obtención de imágenes.

2. Preparación de la secuencia de ultrasonido

  1. Establezca una profundidad de imagen adecuada de acuerdo con las imágenes de ultrasonido en modo B.
  2. Establezca la velocidad de fotogramas compuesta en 1000 Hz.
  3. Establezca el tiempo de adquisición en 0,4 s.
  4. Transmita 11 ondas planas inclinadas espaciadas uniformemente entre -10° y +10°, con una frecuencia de repetición de pulsos de 11.000 Hz.
    NOTA: Las ondas planas inclinadas se emiten en varios ángulos en relación con el eje lateral de la sonda. En este estudio, 11 ondas planas se distribuyeron uniformemente de -10 ° a + 10 °.

3. Posicionamiento de la sonda

  1. Cubra la sonda de ultrasonido con una bolsa protectora estéril para instrumentos médicos (Figura 1A).
    1. Aplique una cantidad generosa de gel de ultrasonido dentro de la bolsa estéril.
    2. Inserte la sonda en la bolsa.
    3. Asegure la sonda dentro de la bolsa con una banda elástica.
      NOTA: El acoplamiento acústico se logró aplicando gel de ultrasonido estéril a la superficie interna de la bolsa estéril, que encerraba la sonda. La bolsa en sí se colocó directamente en contacto con el tejido humano, lo que permite una transmisión de ultrasonidos efectiva sin contacto directo entre el medio de acoplamiento y el tejido.
  2. Asegure la sonda con el brazo robótico (Figura 1B).
    1. Coloque la sonda con precisión en la superficie expuesta de la médula espinal después de la laminectomía.
    2. Estabilice la sonda utilizando el brazo robótico para mantener un posicionamiento constante durante la obtención de imágenes.
      NOTA: El brazo robótico neumático se utilizó para estabilizar la sonda de ultrasonido. Aunque carece de capacidades de escaneo automático, el brazo permite un posicionamiento manual preciso y estabilidad durante todo el proceso de adquisición de datos. El brazo, equipado en el quirófano, fue controlado y fijado manualmente por el cirujano primario. Al principio, se aseguraron todas las articulaciones principales, seguido de un ajuste fino de la articulación terminal que sostiene la sonda bajo la guía de ultrasonido en modo B.

4. Adquisición de datos

  1. Establezca una profundidad de imagen adecuada de acuerdo con las imágenes de ultrasonido en modo B.
  2. Utilice imágenes de ultrasonido en modo B en tiempo real para identificar el plano de imagen apropiado.
  3. Localizar las amígdalas cerebelosas herniadas y la médula espinal.
    NOTA: Confirme la alineación adecuada cuando tanto la médula espinal como las amígdalas cerebelosas se visualicen claramente dentro del mismo plano de imagen, con límites distinguibles y orientación anatómica adecuada. En el plano de imágenes en modo B, asegúrese de que las amígdalas cerebelosas parezcan superiores a la médula espinal y que el margen dorsal de la médula esté claramente definido con simetría izquierda-derecha. Después de confirmar el plano de imagen correcto, adquiera una sola imagen Doppler ultrarrápida para verificar la presencia y estabilidad de las señales de flujo sanguíneo.
  4. Termine la secuencia en modo B e inicie la secuencia ultrarrápida para la adquisición de datos.
    NOTA: Realice el procedimiento en condiciones normales de temperatura ambiente. La duración de las imágenes es corta y la sonda no mostró ningún aumento notable de temperatura durante la adquisición. Este método proporciona una visualización clara de las estructuras de la médula espinal durante la cirugía, lo que permite ajustes precisos de la sonda para lograr imágenes vasculares óptimas y permite la comparación con imágenes de resonancia magnética preoperatorias. En el caso presentado en este estudio, el rango de profundidad de imagen original fue de 0,5 a 9,5 mm. La profundidad real de la imagen se mantuvo constante en todos los paneles.

5. Análisis de la señal de flujo sanguíneo pulsátil de la médula espinal antes de la terapia (Figura 2)

  1. Generar imágenes Doppler de potencia de la vasculatura de la médula espinal. (Figura 3)
    NOTA: La estabilidad de la sonda se evaluó mediante análisis de imágenes Doppler de potencia. La visualización consistente de vasos espacialmente distintos desprovistos de artefactos de mancha demuestra la eficacia del brazo robótico para preservar una ventana acústica estable durante la adquisición.
    1. Realice la formación de haces en los datos de radiofrecuencia adquiridos.
    2. Aplique el método de filtrado espaciotemporal basado en la descomposición de valores singulares (SVD) para separar las señales tisulares de las señales de flujo sanguíneo y eliminar el ruido de alta frecuencia. Establezca umbrales apropiados para extraer los componentes deseados del flujo sanguíneo.
      NOTA: La señal de imagen de ultrasonido comprende componentes de tejido blando, flujo sanguíneo y ruido aleatorio. El filtrado espaciotemporal basado en SVD separa estos componentes en función de sus características espaciotemporales41. Este método descompone los datos de la imagen de ultrasonido en vectores singulares y sus correspondientes valores singulares. Al establecer un umbral de filtrado de los valores singulares, los valores singulares grandes se asocian con vectores propios que representan componentes tisulares con una fuerte correlación espaciotemporal, los valores singulares medios corresponden a señales dinámicas de flujo sanguíneo y los valores singulares pequeños representan principalmente ruido. En este estudio, los umbrales de SVD se establecieron para retener componentes singulares 80-380 antes del tratamiento con electrocauterio y 50-380 después de la intervención quirúrgica. Este umbral se determinó empíricamente en función de la experiencia previa (Figura complementaria 7).
    3. Demodular la señal de flujo sanguíneo filtrada en señales figure-protocol-1complejas en fase/cuadratura (IQ). Calcule la intensidad media de la señal en cada píxel para obtener la potencia de la imagen Doppler PW (x,z) (Ecuación 1)15. Nt es el número de fotogramas adquiridos.
      figure-protocol-2 (1)
      NOTA: Los datos Doppler elegibles se caracterizan por una representación vascular clara y una alta relación señal-ruido. Si la visualización vascular no es óptima, vuelva al paso 5.1.2 y ajuste el rango de umbral de SVD en consecuencia.
  2. Realice un análisis de tiempo-frecuencia de la señal Doppler (Figura 4).
    1. Segmente la señal de flujo sanguíneo utilizando una ventana de tiempo corta (Figura 4A).
    2. Aplique la transformada rápida de Fourier (FFT) para estimar la densidad espectral de potencia en cada píxel (Figura 4B).
      NOTA: La longitud de la ventana se eligió para cubrir suficientemente al menos un ciclo cardíaco, asegurando que los componentes de frecuencia sistólica y diastólica pudieran identificarse de manera confiable. Se utilizó una ventana de Hann para reducir la fuga espectral y las ventanas adyacentes se superpusieron para mejorar la resolución temporal. En este estudio, se aplicó FFT utilizando una ventana de Hann de longitud 80 con una superposición del 70%.
    3. Deslice la ventana continuamente para obtener la frecuencia Doppler media variable en el tiempo.
  3. Calcule los mapas RI y PI (Figura 4C y Figura 5A-D).
    1. Analice la frecuencia Doppler promedio de las señales de flujo sanguíneo a lo largo del tiempo en píxeles específicos (Figura 4C).
      NOTA: La validez del análisis de frecuencia se puede confirmar observando fluctuaciones periódicas en la frecuencia Doppler promedio que corresponden al ciclo cardíaco.
    2. Determinar la velocidad del flujo sanguíneo y sus variaciones para calcular RI (Ecuación 2)15 y PI (Ecuación 3)15. VPSV es la velocidad sistólica máxima, VEDV es la velocidad diastólica final y Vmedia es la velocidad media del flujo.
      figure-protocol-3 (2)
      figure-protocol-4 (3)
    3. Simplifique el cálculo de RI y PI utilizando la frecuencia Doppler. Calcule RI (Ecuación 4) y PI (Ecuación 5) en toda la médula espinal. fmean(x,z,t) es la frecuencia Doppler media dentro de una ventana de tiempo definida15.
      figure-protocol-5 (4)
      figure-protocol-6 (5)
      NOTA: Debido al flujo sanguíneo, la señal de ultrasonido sufre una desviación de frecuencia conocida como desplazamiento Doppler, que está relacionada con la velocidad del flujo sanguíneo V (Ecuación 6). fDoppler representa el cambio de frecuencia Doppler, c0 denota la velocidad del sonido en los tejidos blandos humanos, fpulso es la frecuencia transmitida de la sonda de ultrasonido y es el ángulo entre el haz de ultrasonido y la dirección del flujo sanguíneo15.
      figure-protocol-7 (6)
    4. La frecuencia Doppler promedio representa el valor medio del cambio dentro de una ventana de tiempo específica. Dado que V es proporcional al desplazamiento Doppler, se puede aproximar evaluando la frecuencia Doppler promedio en cada píxel a lo largo del tiempo.
  4. Análisis estadístico de RI e IP
    1. Utilice máscaras lógicas para extraer valores válidos de RI y PI de regiones de interés y excluya valores atípicos mediante el método de rango intercuartílico (IQR).
    2. Realice una prueba t de Student ponderada para evaluar las diferencias entre las afecciones pre y posquirúrgicas, teniendo en cuenta la estructura de datos por píxeles.
      NOTA: Los análisis estadísticos de RI e IP se realizaron a nivel de píxel, y las diferencias de grupo se visualizaron utilizando diagramas de caja con niveles de significación indicados por asteriscos (*p < 0,05, **p < 0,01, ***p < 0,001).

6. Manejo del paciente y seguridad de los protocolos de imagen

  1. Controle de cerca los signos vitales. Controle continuamente la frecuencia cardíaca, la presión arterial, la frecuencia respiratoria, la saturación de oxígeno y la temperatura corporal durante las imágenes. Garantizar la seguridad y comodidad del paciente durante todo el procedimiento.
    NOTA: También se realiza un monitoreo neurofisiológico intraoperatorio (como potenciales evocados somatosensoriales y potenciales evocados motores), considerando que puede ocurrir daño a los nervios durante la cirugía.
  2. Asegure la presión adecuada de la sonda. Utilice el brazo robótico para mantener una presión estable y adecuada sobre la sonda. Evite la fuerza excesiva que podría dañar la superficie de la médula espinal.
  3. Mantener la comunicación con el equipo quirúrgico. Comuníquese claramente con el equipo quirúrgico durante todo el proceso de obtención de imágenes. Responda con prontitud a cualquier molestia del paciente o situaciones inesperadas.

7. Adquisición y análisis de la señal de flujo sanguíneo pulsátil de la médula espinal después de la terapia

  1. Repita los pasos descritos en el paso 5 para analizar la señal de flujo sanguíneo de la médula espinal después del tratamiento.
    NOTA: Después del tratamiento con electrocauterio, las amígdalas cerebelosas se retrajeron con volumen reducido, bordes desafilados y restauraron las relaciones anatómicas con las estructuras tisulares circundantes (Figura 6). La adquisición de datos se realizó en dos momentos intraoperatorios distintos: antes del tratamiento con electrocauterio y después de la intervención quirúrgica. Actualmente, la exploración de RI e IP permanece en una etapa preliminar y no se ha implementado para la orientación quirúrgica en tiempo real. Como resultado, poco después de la rápida adquisición de datos, el procedimiento quirúrgico continuó sin interrupciones significativas. Luego, los datos recopilados se procesaron fuera de línea (aproximadamente 5-10 minutos, los detalles de los pasos de procesamiento y el tiempo se proporcionan en el Archivo complementario 2), lo que garantiza que no haya impacto en el flujo de trabajo quirúrgico. En el futuro, si RI e IP se pueden usar para ayudar a la toma de decisiones intraoperatorias, se espera que se integren sin interrumpir el cronograma quirúrgico.

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Resultados

El Doppler ultrarrápido ofrece una alta sensibilidad, lo que permite obtener imágenes de alta resolución temporal de la red de vasculatura de la médula espinal. En comparación con el Doppler color, el Doppler de potencia ofrece una mayor relación señal-ruido (SNR)42. Se utilizó un rango de umbral apropiado para el filtro espaciotemporal basado en SVD, lo que permitió la identificación de señales de flujo sanguíneo válidas y la obtención de imágenes de la dirección del flujo sanguíneo.

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Discusión

En este estudio, se emplearon imágenes Doppler ultrarrápidas intraoperatorias para extraer el flujo sanguíneo de la médula espinal humana. Posteriormente, se realizó un análisis espectral y un cálculo de los RI y PI de las señales de flujo sanguíneo, proporcionando imágenes Doppler de potencia de la vasculatura de la médula espinal y los correspondientes mapas RI y PI del paciente con malformación de Chiari. En el contexto de la ecografía ultrarrápida, los vasos pequeños se refieren a va...

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Divulgaciones

Los autores declaran que no tienen conflictos de intereses financieros en competencia.

Agradecimientos

Este trabajo fue apoyado por el Programa Nacional de Investigación y Desarrollo Clave de China (No. 2023YFC2410900), la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (No. 12274093) y el Programa Internacional de Cooperación en Ciencia y Tecnología de Shanghai (Subvención No. 23490713500).

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Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
MATLAB  Referencia R2022bMathWorksN/APara el procesamiento posterior de datos
MicroscopioZEISSPENTERO 8O0 SPara observación microscópica intraoperatoria
Sistema de ultrasonido programableVerosónicaVentaja 256Para imágenes de ultrasonido de los vasos espinales
Brazo robóticoAesculap RT060RPara fijar la sonda
Transductores monocristalinos de matriz lineal de alta frecuenciaVerosónicaL22-14vX Para imágenes de ultrasonido de los vasos espinales
Gel de ultrasonidoDiversión para bebésTipo MEliminar el espacio de aire entre la sonda y la superficie de contacto

Referencias

  1. Zucker, N., et al. Physio-fus: A tissue-motion based method for heart and breathing rate assessment in neurofunctional ultrasound imaging. EBioMedicine. 112, 105581(2025).
  2. Ghosh, A., et al. Impact of cardiovascular factors on pulse wave velocity and t otal vascular resistance in different age group patients with cardiovascular disorders. Curr Aging Sci. 11 (4), 261-268 (2019).
  3. Allen, J. Photoplethysmography and its application in clinical physiological measurement. Physiol Meas. 28 (3), R1-R39 (2007).
  4. Kouz, K., Scheeren, T. W. L., De Backer, D., Saugel, B. Pulse wave analysis to estimate cardiac output. Anesthesiology. 134 (1), 119-126 (2021).
  5. Hochman, S. Spinal cord. Curr Biol. 17 (22), R950-R955 (2007).
  6. Montalbano, M. J., Loukas, M., Oskouian, R. J., Tubbs, R. S. Innervation of the blood vessels of the spinal cord: A comprehensive review. Neurosurg Rev. 41 (3), 733-735 (2018).
  7. Soloukey, S., et al. Towards high-resolution functional ultrasound (fUS) imaging of the murine spinal cord. IEEE International Ultrasonics Symposium (IUS). , 2259-2262 (2019).
  8. Stroman, P. W., et al. The current state-of-the-art of spinal cord imaging: Methods. Neuroimage. 84, 1070-1081 (2014).
  9. Del Giorno, R., Troiani, C., Gabutti, S., Stefanelli, K., Gabutti, L. Comparing oscillometric and tonometric methods to assess pulse wave velocity: A population-based study. Ann Med. 53 (1), 1-16 (2021).
  10. Bothe, T. L., et al. Impact of oscillometric measurement artefacts in ambulatory blood pressure monitoring on estimates of average blood pressure and of its variability: A pilot study. J Hypertens. 41 (1), 140-149 (2023).
  11. Alqudah, A. M., et al. Multiple time and spectral analysis techniques for comparing the photoplethysmography to piezoelectric plethysmography with electrocardiography. Med Hypotheses. 143, 109870(2020).
  12. Zieff, G., et al. Pulse-wave velocity assessments derived from a simple photoplethysmography device: Agreement with a reference device. Front Cardiovasc Med. 10, 1108219(2023).
  13. Vargas, M. I., Boto, J., Meling, T. R. Imaging of the spine and spinal cord: An overview of magnetic resonance imaging (MRI) techniques. Rev Neurol (Paris). 177 (5), 451-458 (2021).
  14. Shabani, S., Meyer, B. P., Budde, M. D., Wang, M. C. Diagnostic imaging in spinal cord injury. Neurosurg Clin N Am. 32 (3), 323-331 (2021).
  15. Faure, F., et al. Quantification of brain-wide vascular resistivity via ultrafast Doppler in human neonates helps early detection of white matter injury. J Cereb Blood Flow Metab. 44 (9), 1577-1590 (2024).
  16. Hu, C., Feng, Y., Huang, P., Jin, J. Adverse reactions after the use of SonoVue contrast agent: Characteristics and nursing care experience. Medicine. 98 (44), e17745(2019).
  17. Han, S. H. Review of photoacoustic imaging for imaging-guided spinal surgery. Neurospine. 15 (4), 306-322 (2018).
  18. Van Den Bos-Van De Steeg, M. G. M., Fekkes, S., Saris, A., De Korte, C. L., Hansen, H. H. G. In vivo comparison of pulse wave velocity estimation based on ultrafast plane wave imaging and high-frame-rate focused transmissions. Ultrasound Med Biol. 48 (11), 2335-2343 (2022).
  19. Montaldo, G., Tanter, M., Bercoff, J., Benech, N., Fink, M. Coherent plane-wave compounding for very high frame rate ultrasonography and transient elastography. IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control. 56 (3), 489-506 (2009).
  20. Mace, E., et al. Functional ultrasound imaging of the brain: Theory and basic principles. IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control. 60 (3), 492-506 (2013).
  21. Bercoff, J., et al. Ultrafast compound Doppler imaging: Providing full blood flow characterization. IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control. 58 (1), 134-147 (2011).
  22. Demené, C., et al. Ultrafast Doppler reveals the mapping of cerebral vascular resistivity in neonates. J Cereb Blood Flow Metab. 34 (6), 1009-1017 (2014).
  23. Bourquin, C., Poree, J., Lesage, F., Provost, J. In vivo pulsatility measurement of cerebral microcirculation in rodents using dynamic ultrasound localization microscopy. IEEE Trans Med Imaging. 41 (4), 782-792 (2022).
  24. Bourquin, C., et al. Quantitative pulsatility measurements using 3d dynamic ultrasound localization microscopy. Phys Med Biol. 69 (4), (2024).
  25. Zang, J. -Q., et al. Non-contrast-enhanced ultrafast ultrasound Doppler imaging of spinal cord micro-vessels. Acta Physica Sinica. 70 (11), (2021).
  26. Sui, Y., et al. Randomized spatial downsampling based robust PCA clutter filtering for ultrafast ultrasound imaging. IEEE International Ultrasonics Symposium (IUS). , 1-4 (2021).
  27. Beliard, B., et al. Ultrafast Doppler imaging and ultrasound localization microscopy reveal the complexity of vascular rearrangement in chronic spinal lesions. Sci Rep. 12 (1), 6574(2022).
  28. Yu, J. -J., et al. Ultrafast ultrasound localization microscopy method for spinal cord mircovasculature imaging. Acta Physica Sinica. 71 (17), 174302(2022).
  29. Yu, J., Dong, H., Ta, D., Xie, R., Xu, K. Super-resolution ultrasound microvascular angiography for spinal cord penumbra imaging. Ultrasound Med Biol. 49 (9), 2140-2151 (2023).
  30. Yan, S., et al. Ultrafast ultrasound vector Doppler for small vasculature imaging. IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control. 70 (7), 613-624 (2023).
  31. Agyeman, K. A., et al. Functional ultrasound imaging of the human spinal cord. Neuron. 112 (10), 1710-1722 (2024).
  32. Khaing, Z. Z., et al. Perfusion imaging metrics after acute traumatic spinal cord injury are associated with injury severity in rats and humans. Sci Transl Med. 16 (765), eadn4970(2024).
  33. Williams, H. A unifying hypothesis for hydrocephalus, Chiari malformation, syringomyelia, anencephaly, and spina bifida. Cerebrospinal Fluid Res. 5, 7(2008).
  34. Heiss, J. D. Cerebrospinal fluid hydrodynamics in Chiari I malformation and syringomyelia: Modeling pathophysiology. Neurosurg Clin N Am. 34 (1), 81-90 (2023).
  35. Pinna, G., Alessandrini, F., Alfieri, A., Rossi, M., Bricolo, A. Cerebrospinal fluid flow dynamics study in Chiari I malformation: Implications for syrinx formation. Neurosurg Focus. 8 (3), E3(2000).
  36. Da Cunha, B. L. B., et al. Intraoperative neuromonitoring in Chiari I malformation surgery: A systematic review and meta-analysis. Neurosurg Rev. 47 (1), 634(2024).
  37. Verhoef, L., et al. Freehand ultrafast Doppler ultrasound imaging with optical tracking allows for detailed 3d reconstruction of blood flow in the human brain. IEEE Trans Med Imaging. , (2025).
  38. Fakhari, N., et al. Longitudinal assessment of cerebral blood volume variation in human neonates using ultrafast power Doppler and diverging waves. IEEE Trans Med Imaging. 42 (8), 2223-2234 (2023).
  39. Huang, L., et al. Improved ultrafast power Doppler imaging by using spatiotemporal Non-Local means filtering. IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control. 69 (5), 1610-1624 (2022).
  40. Lok, U. W., et al. Ultrasound microvessel imaging of the human placenta demonstrates altered vessel densities in fetal growth restriction with vascular and immune pathologies: A pilot case-control study. J Ultrasound Med. 44 (2), 285-299 (2025).
  41. Desailly, Y., et al. Contrast enhanced ultrasound by real-time spatiotemporal filtering of ultrafast images. Phys Med Biol. 62 (1), 31-42 (2017).
  42. Martinoli, C., et al. Power Doppler sonography: Clinical applications. Eur J Radiol. 27 Suppl2, S133-S140 (1998).
  43. Tanter, M., Fink, M. Ultrafast imaging in biomedical ultrasound. IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control. 61 (1), 102-119 (2014).
  44. Bonow, R. H., Young, C. C., Bass, D. I., Moore, A., Levitt, M. R. Transcranial Doppler ultrasonography in neurological surgery and neurocritical care. Neurosurg Focus. 47 (6), E2(2019).
  45. Wagshul, M. E., et al. The pulsating brain: A review of experimental and clinical studies of intracranial pulsatility. Fluids Barriers CNS. 8 (1), 5(2011).
  46. Sun, Q., Fu, Y., Yan, S., Xu, K. 4-D vector Doppler imaging using row-column addressed array. IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control. 72 (2), 202-214 (2025).
  47. Sun, Q., et al. Single crystal row-column array-based rat brain 3-D ultrasound localization microscopy. IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control. 72 (6), 698-708 (2025).
  48. Posada, D., et al. Staggered multiple-prf ultrafast color Doppler. IEEE Trans Med Imaging. 35 (6), 1510-1521 (2016).
  49. Poree, J., et al. Dealiasing high-frame-rate color Doppler using dual-wavelength processing. IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control. 68 (6), 2117-2128 (2021).
  50. Tuccio, G., Afrakhteh, S., Iacca, G., Demi, L. Time-efficient ultrasound localization microscopy based on a novel radial basis function 2d interpolation. IEEE Trans Med Imaging. 43 (5), 1690-1701 (2024).
  51. Afrakhteh, S., Mento, F., Demi, L. Application of tensor completion for reducing the beamforming time in ultrafast ultrasound imaging: A Doppler ultrasound assessment. IEEE Ultrason Ferroelectr Freq Control Joint Symp (UFFC-JS). , 1-4 (2024).
  52. Afrakhteh, S., Iacca, G., Demi, L. A two-dimensional angular interpolation based on radial basis functions for high frame rate ultrafast imaging. J Acoust Soc Am. 154 (5), 3454-3465 (2023).
  53. Denarie, B., et al. Coherent plane wave compounding for very high frame rate ultrasonography of rapidly moving targets. IEEE Transactions on Medical Imaging. 32 (7), 1265-1276 (2013).
  54. Poree, J., et al. High-frame-rate echocardiography using coherent compounding with Doppler-based motion-compensation. IEEE Trans Med Imaging. 35 (7), 1647-1657 (2016).
  55. Hingot, V., Errico, C., Tanter, M., Couture, O. Subwavelength motion-correction for ultrafast ultrasound localization microscopy. Ultrasonics. 77, 17-21 (2017).
  56. Harput, S., et al. Two-stage motion correction for super-resolution ultrasound imaging in the human lower limb. IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control. 65 (5), 803-814 (2018).
  57. Yu, J., Cai, Y., Zeng, Z., Xu, K. Voxelmorph-based deep learning motion correction for ultrasound localization microscopy of spinal cord. IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control. , 1752-1764 (2024).

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