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Artículo de método

Un enfoque basado en ultrasonidos sin imágenes para la evaluación combinada de la rigidez arterial local y regional en humanos

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DOI:

10.3791/69002

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19 de diciembre de 2025

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1Department of Electrical Engineering, Indian Institute of Technology Madras, 2Healthcare Technology Innovation Centre, IIT Madras, 3Department of Physiology, All India Institute of Medical Sciences, New Delhi

En este artículo

Resumen

Este protocolo describe una técnica basada en ultrasonidos sin imagen para evaluar simultáneamente tanto la rigidez arterial local como regional en humanos. La técnica emplea una sonda de ultrasonido piezoeléctrico de un solo elemento para insonar la arteria carótida común y un manguito oscilométrico para capturar la onda del pulso femoral y determinar la rigidez arterial local y regional.

Resumen

La rigidez arterial es un marcador cardinal del envejecimiento vascular, representando el impacto acumulado de factores de estrés mecánicos y biológicos en la pared del vaso como resultado del envejecimiento y de diversos factores de riesgo cardiovascular, que conducen a alteraciones en las propiedades materiales y en la mecánica de la pared tanto de las arterias centrales como periféricas. Se ha identificado la rigidez arterial como un predictor independiente de la morbilidad y mortalidad cardiovascular. Según si la evaluación de rigidez se realiza en una ubicación anatómica específica o en un segmento del árbol arterial, las mediciones de rigidez arterial se clasifican ampliamente como evaluaciones locales y regionales. La medición local implica cuantificar las propiedades de la pared arterial, incluyendo la conformidad, la distensibilidad o el módulo elástico, mientras que la evaluación regional se basa en medir la velocidad de propagación de la onda de pulso a lo largo de un segmento arterial. Aquí presentamos un enfoque validado, libre de imagen y basado en ultrasonidos, capaz de evaluar simultáneamente tanto la rigidez arterial local como regional en humanos. La técnica consiste en insonar la arteria carótida común utilizando una sonda de ultrasonido piezoeléctrico de elemento único y el seguimiento en tiempo real de los ecos originados en las paredes arteriales para capturar la forma de onda de distensión de la arteria carótida. Las medidas locales de rigidez arterial se derivan de datos de distensión y presión arterial carotídea. Se utiliza un manguito oscilométrico aplicado al muslo para adquirir simultáneamente la forma de onda del pulso femoral y calcular la velocidad de onda del pulso carótido-fémorale determinando los tiempos de viaje del pulso hacia los sitios carótidos y femorales, junto con las longitudes de trayectoria arterial medidas en superficie.

Introducción

La rigidez arterial es un marcador clave del envejecimiento vascular, reflejando el impacto acumulativo de los insultos mecánicos y biológicos asociados al envejecimiento y varios factores de riesgo cardiovascular en la pared arterial 1,2. Patobiológicamente, estos cambios implican degradación de la elastina, deposición y reticulación de colágeno, endurecimiento del músculo liso y alteraciones en la matriz extracelular de la pared arterial, haciéndola más rígida y menos flexible, comprometiendo así las funciones de Windkessel de las grandes arteriaselásticas 1,2.

Las consecuencias fisiológicas del endurecimiento de la arteria grande (LAS) son multifacéticas. Un aumento en la impedancia característica de la aorta y la postcarga sistólica que actúa sobre el ventrículo izquierdo altera las interacciones normales ventricular-arteriales y promueve la disfunción miocárdica, la fibrosis miocárdica y la hipertrofia ventricularizquierda 1,2. Además, la pérdida del buffer mecánico atribuido a la función de Winkessel amplifica la pulsatilidad de presión y flujo en la microvasculatura de varios órganos objetivo, incluyendo el cerebro y el riñón, lo que conduce a disfunción microvascular y parenquimatosa en estos órganosvitales 1,2. Estos constructos fisiopatológicos del LAS y sus consecuencias se replican epidemiológicamente mediante grandes estudios poblacionales que han revelado de manera irrefutable la importancia de la rigidez arterial como predictor independiente de morbilidad y mortalidad cardiovascular más allá de los factores de riesgo cardiovascularesconvencionales 3,4,5,6 . La acumulación de evidencia en este sentido ha allanado el camino para la inclusión de la evaluación de rigidez arterial en las guías clínicas, si una decisión de tratamiento basada en el riesgo para reducir la presión arterial sigue siendo incierta en individuos con presiónarterial elevada 7. Estos avances subrayan la importancia de acceder a herramientas válidas y fiables para la medición no invasiva de la rigidez arterial en humanos, especialmente para la evaluación de la salud vascular y la estratificación de riesgos.

Los enfoques convencionales para cuantificar la rigidez arterial son de dosfrentes: (1) registrar los cambios pulsátiles en el diámetro y la presión arterial en una ubicación específica del árbol arterial para calcular la distensibilidad arterial u otros índices como una medida 'local' de la rigidez arterial, (2) medir la velocidad de propagación del pulso arterial entre dos puntos del árbol arterial para determinar la velocidad de la onda del pulso (PWV) como medida regional de la arterial rigidez. Teóricamente, el PWV está inversamente relacionado con la raíz cuadrada de la distensibilidad, como establece la ecuación de Bramwell-Hill, que demuestra la concurrencia fisiológica entre las dos medidas más amplias de rigidez arterial8. Cuantificar el PWV de arterias centrales grandes implica el uso de sensores dedicados, incluidos tônómetros, para registrar de forma no invasiva las formas de onda del pulso arterial desde dos ubicaciones accesibles en el árbol arterial. El PWV carotídeo-femoral, la medida estándar de oro de la rigidez de grandes arterias, se calcula utilizando formas de onda del pulso arterial capturadas secuencial o simultáneamente de las arterias carótidas comunesy femorales 2,8.

Cuantificar medidas locales de rigidez arterial suele implicar el uso de modalidades de imagen, incluyendo ultrasonidos o resonancias magnéticas, y requiere un procesamiento exhaustivo de las secuencias de imagen para extraer datos de diámetro y área para el cálculo de índices de rigidez 8,9. Las medidas de rigidez arterial local, cuando se capturan de las localizaciones barosensibles del árbol arterial, también pueden proporcionar información fisiológica vital sobre la ganancia mecánica del arco reflejo barorreceptor, una vía crucial para la homeostasis cardiovascular a corto plazo, que a menudo se altera en trastornos neurológicos ymetabólicos 10,11. Además de los índices de rigidez, las técnicas Doppler y de imagen vectorial basadas en ultrasonido proporcionan medidas cuantitativas de la velocidad del flujo sanguíneo, el caudal y el esfuerzo cortante en la pared, que ayudan a caracterizar los entornos hemodinámicos locales relevantes para la aterosclerosis y la remodelaciónvascular 12,13. De manera similar, la resonancia magnética con contraste de fase y la resonancia magnética de flujo 4D generan flujo sanguíneo volumétrico, gradientes de presión, esfuerzos cortantes de pared, patrones de flujo turbulento, vorticidad y velocidad de onda de pulso aórtico, ofreciendo una caracterización integral y no invasiva de la hemodinámica que complementa las mediciones de rigidez de la paredarterial 14,15. Recientemente, se han desarrollado tecnologías de presión arterial sin manguito basadas en fotopletismografía (PPG) para estimar la presión arterial local o regional y la velocidad de las ondas de pulso a partir de formas de onda periféricasdel pulso 16,17. Estos sistemas suelen obtener BP a partir del tiempo de tránsito de pulsos o del análisis de ondas pulsadas basados en PPG, a veces en combinación con ECG o PPG multisitio, y pueden rastrear cambios de ritmo a latido en la rigidez arterial local y la hemodinámica en un factor de forma 16,17,18 para wearable o smartphone.

Aquí presentamos una técnica validada basada en ultrasonidos sin imágenes para evaluar simultáneamente la rigidez arterial local y regional enhumanos 9,19,20. El método emplea una sonda de ultrasonido piezoeléctrico de un solo elemento para insonar la arteria carótida común, capturando señales de eco en tiempo real de las paredes arteriales para generar la forma de onda de distensión de la arteria carótida. La rigidez arterial local se cuantifica utilizando los datos de distensión junto con la presión arterial. Para evaluar la rigidez arterial regional, se aplica un manguito oscilométrico al muslo para capturar la forma de onda del pulso femoral de forma no invasiva. La velocidad de onda del pulso carotídeo-fémoral (cf-PWV) se calcula midiendo el retardo de llegada del pulso entre los sitios fémorales y carotídeos, junto con las longitudes de los caminos arteriales medidos en superficie.

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Protocolo

Los protocolos de estudio fueron aprobados por el Comité de Ética del Instituto de Ciencias Médicas de toda la India, Nueva Delhi (IEC-477/17.06.2022, RP-04/2022). Se obtuvo el consentimiento informado por escrito de todos los participantes que se ofrecieron voluntarios para el estudio. Los consumibles y equipos utilizados se enumeran en la Tabla de Materiales.

1. Componentes y conexiones del equipo

NOTA: El sistema de medición consta del dispositivo ARTSENS Plus PWV (dispositivo de medición de rigidez arterial sin imagen), dos manguitos inflables (braquial y femoral), una manguera, un transductor de ultrasonido en modo A, un cable micro-USB, cinta métrica y un adaptador de carga. Las interfaces disponibles en el dispositivo se muestran en la Figura 1. Se deben seguir los siguientes pasos para preparar el dispositivo para las mediciones:

  1. Conecta el adaptador de corriente al puerto de alimentación del dispositivo y conecta el otro extremo a un enchufe de corriente alterna. Este paso puede omitirse si el dispositivo cuenta con una batería de respaldo adecuada.
  2. Asegúrate de que el ordenador anfitrión esté alimentado durante el funcionamiento para evitar cualquier interrupción en el procesamiento o la comunicación.
  3. Conecta la manguera al puerto de manguito del dispositivo de medición de rigidez arterial libre de imagen hasta que un sonido de "clic" confirme el bloqueo seguro.
  4. Coloca el manguito (ya sea braquial o femoral) al otro extremo de la manguera, dependiendo de la medida deseada. El conector utiliza un mecanismo de giro para bloqueo.
  5. Conecta el cable micro-USB al dispositivo y el otro extremo al ordenador anfitrión. Se recomienda una conexión directa. Si el host no dispone de puertos USB Tipo-A, utiliza un hub USB 2.0 alimentado para asegurar una transferencia de datos estable.

2. Preparación de la evaluación

NOTA: Para comenzar una nueva medición, inicia la aplicación de software dedicada para ejecutar el dispositivo de medición de rigidez arterial sin imagen (versión de compilación del software: V1.0) en el ordenador anfitrión y sigue estos pasos:

  1. Selecciona NUEVO PACIENTE desde la página principal para iniciar una nueva sesión de pruebas.
  2. Introduce la información del paciente y accede a la página de Preparación de la Evaluación haciendo clic en el botón de flecha derecha en la parte inferior derecha de la página. Si algún campo obligatorio está incompleto o contiene entradas inválidas, el software mostrará un mensaje de error en la parte inferior de la pantalla.
  3. Indica al sujeto que descanse en posición supina durante al menos 5 minutos antes de la medición.
  4. Coloca los manguitos braquial y femoral en el brazo izquierdo y el muslo izquierdo, respectivamente, asegurando que queden ajustados pero sin excesivamente apretados.
  5. Conecta la manguera al manguito braquial. Asegúrate de que la conexión sea segura y no haya fugas de aire. Aparecerá un mensaje de error durante los pasos siguientes si se detecta una fuga o una colocación incorrecta del manguito.
  6. Haz clic en Medir Valores para registrar automáticamente las presiones arteriales sistólicas, diastólicas y medias, junto con la frecuencia cardíaca.
  7. Introduce los datos antropométricos si están disponibles.
  8. Palpa el lado izquierdo del cuello para localizar el pulso carotídeo.
  9. Mide e introduce (en milímetros) las siguientes longitudes de camino arterial (como se muestra en la Figura 2):
    1. Distancia desde el sitio de la arteria carótida hasta la muesca esternal
    2. Distancia desde la muesca esternal hasta la parte superior del manguito del muslo
    3. Distancia desde la zona de la arteria femoral hasta la parte superior del manguito del muslo
      NOTA: Estas distancias se ilustran en la interfaz del software para facilitar una entrada precisa. La distancia no debe usar contacto con el paciente, donde los contornos individuales del cuerpo del paciente pueden aumentar incorrectamente la distancia PWV basándose en su propia estructura anatómica externa individual. Además, multiplica las mediciones en centímetros por 10 para convertirlas en milímetros e introduce las distancias en el software.
  10. Desconecta el brazalete de la manguera y conéctalo al manguito del muslo.
  11. Navega a la siguiente pantalla para comenzar las mediciones de rigidez vascular haciendo clic en el botón Flecha derecha en la parte inferior derecha de la página. El software verifica la conectividad de sonda y cuff. El manguito se inflará y desinflará como parte de una comprobación automática antes de pasar a la pantalla de Medición.

3. Medición de la rigidez vascular

  1. Aplica una gota de gel de ultrasonido en el transductor en modo A.
  2. Coloque la sonda sobre el lugar donde se sienten las pulsaciones carotídeas (véase la Figura 3).
  3. Asegúrate de que la pantalla de medición muestre la siguiente retroalimentación:
    1. Forma de onda RF: Asegúrese de que muestre la señal de eco ultrasonética en bruto procedente de la arteria carótida ( Figura 4, columna derecha).
    2. Barras de calidad de señal: Indican la calidad de las señales de eco para la pared cercana (NW) y la pared lejana (FW) de la arteria. Estos están situados justo debajo de la forma de onda RF.
    3. Barra de progreso: Asegúrese de que indique el progreso mientras se registran los ciclos cardíacos válidos.
    4. Formas de onda de pulso: Muestran la distensión carótida y las formas de pulso de presión femoral.
  4. Mueve y orienta la sonda para localizar la arteria carótida (véase la Figura 4) usando la pantalla de la forma de onda RF.
    NOTA: La colocación correcta se confirma cuando dos patrones de eco alineados verticalmente (correspondientes a las paredes cercana y lejana de la arteria) presentan un movimiento de fase opuesta.
  5. Asegúrate de que la detección de la arteria esté indicada visualmente mediante un par de cursores que delimitan las paredes de las arterias.
    NOTA: El manguito femoral se infla automáticamente durante este proceso. Un cambio en el color de la forma de onda de rojo a azul indica una inflación adecuada de los manguetes. Una vez que la sonda se mantiene estable, aparecen tanto las formas de onda carótidas como femorales. Estas señales son de naturaleza cuasi-periódica.
  6. Registra las formas de onda durante una duración definida por el usuario, que se indica con la barra de progreso de relleno. La configuración predeterminada requiere al menos 10 ciclos cardíacos de alta calidad tanto de las arterias carótida como femoral.
    NOTA: Tras la adquisición exitosa de datos válidos, la barra de progreso alcanza su máximo y se muestra la página de Resultados. El número de ciclos necesarios para obtener resultados, y en consecuencia la duración de la grabación, es configurable por el operador.

4. Obtención de salidas de dispositivos

  1. Consulta la lista de medidas directas:
    1. Presión arterial braquial (SBP, DBP, MAP) por oscilometría.
    2. Forma de onda del pulso de diámetro carótido y valores absolutos (sistólica, diastólica, distensión máxima) por ultrasonido.
    3. Forma de onda del pulso de presión femoral por el transductor del manguito.
    4. El tiempo de tránsito del pulso carotídeo-fémoral (cf-PTT) se midió directamente a partir del retardo entre las formas de onda carótida y femoral adquiridas, sin conversión a una onda de presión estimada.
  2. Consulta la lista de medidas derivadas:
    1. La presión arterial central (PS, EP) deriva de la presión arterial braquial y las formas de onda del diámetro carotídeo. (Se obtiene calibrando la forma de onda de diámetro usando una relación fundamentalmente no lineal presión-diámetro, bajo la suposición de presiones diastólicas y medias consistentes a lo largo del árbolarterial 21,22.)
    2. Índices de rigidez carotídea: índice de rigidez (β), módulo elástico (Ep) y compliciencia arterial (AC) evaluados utilizando las mediciones directas mostradas en la Tabla 1.
    3. Velocidad de onda de pulso carotídeo-fémorale (cf-PWV), la métrica de rigidez regional estándar de oro evaluada utilizando las mediciones directas mostradas en la Tabla 1.

5. Configuración del dispositivo para mediciones fiables

  1. Ajustes de medición:
    1. Configura la frecuencia del transductor a 10 MHz.
      NOTA: También se soporta un transductor de 5 MHz que puede seleccionarse en la configuración básica.
    2. Ajusta la frecuencia de muestreo de la señal de ultrasonido a 80 MHz.
    3. Pon la tasa de fotogramas de ultrasonido a 250 Hz.
    4. Ajusta la frecuencia de muestreo de ondas pulsadas de presión femoral a 250 Hz.
    5. Aplica un filtro Golay con 20 puntos laterales para suavizar la señal.
    6. Establece el punto de ajuste de presión de inflado del manguito a 10 mmHg por debajo del DBP del paciente.
  2. Manejo de la sonda:
    1. Consulte la Figura 3 para identificar la región ideal para la palpación y la colocación del transductor.
    2. Palpar la zona indicada para localizar el pulso carotídeo más fuerte y asegurar una calidad óptima de la señal.
    3. Aplica una presión suave y constante para mantener el contacto con la sonda. Evita aplicar presión excesiva, ya que esto puede distorsionar la señal y causar incomodidad al paciente.
    4. Si es necesario, apoya la muñeca del operador sobre una superficie de soporte para mejorar la estabilidad.
  3. Colocación de los brazaletes:
    1. Envuelve el brazalete alrededor de la mitad del muslo, asegurándote de que la manguera salga hacia abajo.
    2. Coloca el envoltorio de Velcro sobre la parte interna del muslo.
    3. Asegúrate de que el puño esté bien ajustado sujetando un extremo firmemente sobre el muslo y envolviendo en sentido horario con la otra mano.
    4. Verifica que la manguera no esté atrapada bajo la tela del puño.

6. Uso de la interfaz gráfica de software para retroalimentación de medición en tiempo real

  1. Observa la pantalla de la forma de onda RF. Inicialmente no estructuradas, dos trazas de eco con movimiento opuesto aparecerán en el tercio superior de la pantalla una vez localizada la arteria.
  2. Monitoriza las barras de calidad de señal adyacentes a la forma de onda RF. Apunta a un nivel de relleno superior al 50% (indicado por el cambio de barras de blanco a verde).
  3. Utiliza el estado mostrado de la sonda, el estado del manguito, el color de la forma de onda de la presión femoral y otros diagnósticos del sistema para guiar la adquisición.
  4. Asegúrate de que el ordenador anfitrión esté correctamente configurado.
  5. Mantén el ordenador anfitrión conectado a un enchufe durante todo el procedimiento de medición para evitar limitaciones de rendimiento que puedan afectar negativamente la adquisición de datos y la comunicación USB.

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Resultados

La Figura 4 presenta registros representativos de ultrasonidos, ilustrando tanto señales de buena como de baja calidad resultantes de una orientación correcta e incorrecta de la sonda, respectivamente. En la Figura 5 se muestra una página de resultados de ejemplo, que indica las métricas medidas de rigidez y presión arterial. (Tenga en cuenta que la página está cargada con resultados para fines ilustrativos). Para la medición in...

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Discusión

El método descrito permite la evaluación simultánea tanto de la rigidez arterial local como regional en humanos mediante un único examen basado en ultrasonidos, sin imágenes. Este enfoque integra una sonda de ultrasonido piezoeléctrico de un solo elemento para capturar formas de onda del diámetro de la arteria carótida para la evaluación local de rigidez y un manguito en el muslo para registrar la forma de onda del pulso fémorale y determinar la velocidad de onda del pulso carótido-fémor...

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Divulgaciones

Los autores no tienen conflictos de interés que revelar.

Agradecimientos

Los autores reconocen las subvenciones institucionales proporcionadas por el Healthcare Technology Innovation Centre del IIT Madrás y el All India Institute of Medical Sciences, Nueva Delhi, por apoyar el desarrollo de esta tecnología y la producción y publicación de este trabajo.

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Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
Unidad ARTSENS PlusVascRisk LLCAP020201001Dimensiones: 240 mm x 170 mm x 60 mm, Peso: ~1Kg
Adaptador de corriente de corrienteVascRisk LLCAP0202010052 MOPP Clase II, 9V - 3.3A, 36W
Cable USBVascRisk LLCAP0202010091 x cable Micro USB a USB tipo A; Longitud: 1m
Espigón en el musloVascRisk LLCAP020201002Tamaño adulto y estándar
Esposa braquialVascRisk LLCAP0203020021Tamaño adulto y estándar
MangueraVascRisk LLCAP0202010041 tubo de 1/8"; Longitud: 1,5 m
Sonda transductora de ultrasonidosVascRisk LLCAP0202010081 x Sonda Piezoultrasónica de un solo elemento
MedidorVascRisk LLCAP0202010101 x 150 cm, con resolución de 1 mm
Ordenador anfitriónPreferencia del usuarioRequisitos mínimos: procesador Intel i5, 8GB de RAM, Microsoft Windows 10 y superior, 1 x puerto USB2.0
Unidad de softwareVascRisk LLCAP020202056archivo de instalación ISO; < 1 GB

Referencias

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