Imaging a ultrasuoni ad alta frequenza dell'aorta addominale

Gli ultrasuoni sono una tecnologia di imaging non invasiva comunemente utilizzata nell'imaging clinico e nella diagnostica.

Gli ultrasuoni emettono onde sonore e ne misurano la riflessione per generare immagini dal vivo di strutture anatomiche e organi. Presenta vantaggi rispetto ad altre modalità di imaging come le scansioni TC, MRI e NIRF perché è relativamente economica, portatile e versatile e non richiede agenti di contrasto. Tuttavia, ha limitazioni in termini di risoluzione e profondità di penetrazione.

Questo video illustrerà i principi chiave alla base della tecnologia a ultrasuoni, dimostrerà l'utilità di un sistema a ultrasuoni ad alta frequenza per l'imaging dei vasi sanguigni nei roditori e fornirà esempi di applicazioni di imaging a ultrasuoni.

Le immagini ecografiche vengono prodotte emettendo un fascio di onde acustiche dal trasduttore e registrando gli echi creati quando le onde si riflettono al confine tra tessuti dissimili nel corpo. Le onde possono anche essere rifratte, assorbite o addirittura disperse da oggetti più piccoli come le cellule del sangue.

La quantità di onde riflesse è proporzionale alla differenza di impedenza acustica tra i tessuti. L'impedenza acustica, Z, dipende dalla densità del tessuto e dalla velocità dell'onda sonora. Se la differenza è elevata, come con l'osso, le onde sonore vengono completamente riflesse. Se la differenza è inferiore, come nel caso di un organo, le onde sonore vengono riflesse solo parzialmente.

L'intensità delle onde riflesse ricevute dal trasduttore insieme alla distanza dal trasduttore al confine del tessuto viene utilizzata per creare un'immagine anatomica. Queste distanze sono determinate utilizzando la velocità media di propagazione del suono attraverso i tessuti corporei, che è di circa 1540 metri al secondo, e il tempo impiegato dall'onda per propagarsi al tessuto e viceversa.

Gli ultrasuoni possono essere utilizzati per raccogliere diversi tipi di immagini utilizzando modalità speciali che soddisfano applicazioni uniche. La modalità più comune è la luminosità o B-mode, che visualizza l'impedenza acustica di una fetta di tessuto bidimensionale. In alternativa, l'imaging in movimento o in modalità M fornisce uno sguardo al rapido movimento nei tessuti, come con la funzione cardiaca. Infine, la modalità Doppler viene utilizzata per valutare il flusso sanguigno.

Ora che abbiamo discusso di come funzionano gli ultrasuoni, diamo un'occhiata a come acquisire immagini utilizzando le diverse modalità di imaging a ultrasuoni con un piccolo animale.

Innanzitutto, accendi l'ecografo utilizzando l'interruttore sul retro. Quindi, accendere il monitor e il computer utilizzando l'interruttore sul lato sinistro del sistema. Quindi, collegare il trasduttore alla porta attiva dedicata del sistema. Quindi, far passare il cavo del trasduttore attraverso i supporti in plastica sopra il supporto della sonda.

Notare la linea rialzata su un lato del trasduttore. Utilizzare questo come punto di riferimento quando si fa riferimento all'immagine visualizzata sul monitor. Sopra la barra della scala di grigi per l'immagine c'è un piccolo cerchio che rappresenta il soggetto dell'immagine e una linea verticale che rappresenta la linea in rilievo sul trasduttore. Per iniziare, il trasduttore deve essere fissato nel morsetto e posizionato a 90 gradi rispetto all'animale.

Assicurarsi che l'unità di monitoraggio fisiologico sia collegata e premere i pulsanti della frequenza cardiaca e della temperatura per accendere questi monitor. Quindi, accendi lo scaldagel e assicurati che la sua spia sia accesa.

Per l'anestesia animale, controllare prima il livello di isoflurano nel vaporizzatore e riempire se il livello è inferiore alla linea vuota. Quindi, accendi il serbatoio dell'ossigeno e regola il flusso d'aria sul flussometro a circa un litro al minuto.

Ora, collega il tavolino dell'animale e collega il cavo VGA per raccogliere i segnali ECG e respiratori. Fissare il cono dell'animale in posizione e verificare che il tubo nero dell'isoflurano e il tubo blu dei gas di scarico siano collegati correttamente al cono del naso. L'animale può ora essere anestetizzato e preparato per l'imaging. Ruota la manopola del vaporizzatore al due o tre percento una volta che l'animale si trova in una camera di anestesia sicura.

Una volta che l'animale appare profondamente anestetizzato, spostalo sul cono del naso sul palco, assicurandoti di cambiare il flusso di isoflurano. Eseguire un pizzicotto per confermare che l'animale non si svegli immediatamente, quindi applicare un unguento oftalmico sugli occhi. Successivamente, fissare le zampe agli elettrodi del tavolino utilizzando l'adesivo e rimuovere i peli addominali utilizzando una crema depilatoria. Applicare lubrificante sulla sonda rettale e inserirla nel retto dell'animale per la misurazione della temperatura corporea. L'addome viene quindi coperto con gel trasduttore ad ultrasuoni riscaldato.

Per iniziare, apri il software e seleziona "Nuovo studio". Una volta in una nuova serie, seleziona un utente dal menu e assegna un nome appropriato alla serie. Una volta creata la serie, seleziona la modalità B, che sta per modalità luminosità, dalla tastiera. Tutti i tasti della modalità di imaging si trovano nella riga inferiore della tastiera nera.

A questo punto è possibile iniziare l'imaging. Far rotolare il trasduttore lungo l'addome dell'animale. Guarda lo schermo per monitorare la frequenza respiratoria. Si osserverà un calo della velocità se il trasduttore applica troppa pressione sull'animale. Ruotare delicatamente le manopole degli assi X e Y sul tavolino per regolare il posizionamento del trasduttore. Fallo fino a quando non viene trovata un'immagine chiara dell'aorta addominale. Una volta visualizzate le immagini desiderate sullo schermo, attendere che la barra bianca nella parte inferiore dell'immagine si riempia prima di premere il pulsante dell'etichetta dell'immagine per salvare l'immagine. La modalità verrà salvata automaticamente con l'etichetta dell'immagine e non è necessario includerla nel nome salvato.

Per acquisire immagini in modalità M o in modalità movimento, selezionare la modalità M utilizzando la tastiera. Regolare l'andatura SV per restringere o allargare le barre gialle e il cursore per allineare le barre su una sezione dell'aorta addominale. Una volta posizionato correttamente, premere nuovamente la modalità M. Il posizionamento delle barre può essere regolato in modalità M. Come per la modalità B, attendere che la barra bianca nella parte inferiore dell'immagine si riempia prima di premere il pulsante dell'etichetta dell'immagine.

Per eseguire l'imaging di visualizzazione EKV o kilohertz con controllo ECG, selezionare prima la modalità B sulla tastiera, posizionare il trasduttore su una sezione dell'aorta addominale e assicurarsi che il segnale ECG sia pulito. Quindi premere EKV, scegliere il tipo di acquisizione, la densità di linea e la frequenza dei fotogrammi desiderati e avviare la scansione. Dopo l'acquisizione, verranno visualizzati i dati dell'immagine.

Per utilizzare il color Doppler, selezionare prima la modalità B, verificare che il trasduttore si trovi sopra l'aorta addominale e selezionare Colore. Premere Aggiorna, spostare la trackball per regolare le dimensioni della casella in base all'area da scansionare e premere nuovamente Aggiorna per bloccare le dimensioni. Quindi, usa il cursore per spostare la casella. Ruotare la manopola della velocità verso l'alto per aumentare la soglia di velocità e diminuire il segnale di fondo.

Per quantificare la velocità del flusso sanguigno, viene utilizzata la modalità Doppler a onde pulsate. Avviare in modalità Color Doppler e quindi premere PW. Sullo schermo appariranno due linee angolate gialle. Regolare l'angolo del fascio e ruotare la manopola dell'angolo PW per portare la linea tratteggiata più corta parallela alla parete del vaso anteriore e posteriore. La linea gialla tratteggiata diventerà blu se l'angolo è ruotato troppo. Una volta che c'è l'allineamento, premi PW e quindi regola la linea di base, la velocità e i controlli di gioco Doppler per centrare e illuminare le forme d'onda. È possibile visualizzare le immagini acquisite in precedenza in qualsiasi momento durante l'imaging premendo la gestione dello studio e selezionando le immagini desiderate.

Dopo aver acquisito tutte le immagini necessarie per una serie, selezionare Chiudi serie dalla schermata di gestione dello studio. Per trasferire i dati per ulteriori analisi su un altro computer, accedere alla schermata di gestione dello studio e fare clic sulle caselle di controllo per gli studi o le singole serie. Fare clic su Copia in, selezionare la posizione del file desiderata e premere OK. Infine, gira la manopola del vaporizzatore su zero, rimuovi l'animale dal tavolino e lascialo riprendersi dall'anestesia.

Dopo ogni procedura, pulire l'impianto ecografico e rimuovere il tavolino dell'animale e la sonda rettale. Non spruzzare mai il disinfettante direttamente sul tavolino. Il trasduttore deve essere pulito con etanolo al 70% su un tovagliolo di carta prima di essere riposto nel supporto. Ricordarsi di spegnere la bombola di ossigeno e lasciare che il flusso d'aria si riduca a zero sul flussometro.

Una volta completate tutte le immagini e l'esportazione, fare clic sul pulsante di accensione nella schermata di gestione dello studio e attendere che il monitor e il computer si spengano. Dopo che il monitor è completamente spento, portare il pulsante di accensione/spegnimento sul retro del sistema su "off". Dovresti sentire le ventole fermarsi una volta che è stato spento correttamente.

Al termine della sessione di imaging e dopo che il sistema è stato spento, i risultati possono essere analizzati.

Con questa procedura è stato eseguito l'imaging anatomico e funzionale dell'aorta addominale. Alcuni dati, come le scansioni in modalità B, vengono prontamente analizzati durante o immediatamente dopo la raccolta dei dati, mentre le scansioni in altre modalità vengono analizzate al meglio dopo che i dati sono stati copiati per l'analisi con il software.

Le scansioni bidimensionali B-mode possono fornire misurazioni del diametro aortico o dell'area della sezione trasversale. Il diametro può essere misurato utilizzando lo strumento di misurazione della lunghezza rispetto alla distanza e l'area utilizzando lo strumento di misurazione dell'area. La modalità M può essere utilizzata per determinare la deformazione ciclica circonferenziale sul vaso. Osservando una scansione M-mode dell'aorta, l'utente può vedere dove le linee luminose corrispondono alla parete del vaso anteriore e posteriore. La parete anteriore mostra più movimento rispetto alla parete posteriore.

La deformazione ciclica circonferenziale è determinata dai valori del diametro dell'aorta interna durante il picco di sistole, DS, e la diastole terminale, DD. Il picco di sistole si verifica quando l'aorta è estesa alla sua dimensione più grande e la diastole terminale quando è alla sua dimensione più piccola. La deformazione ciclica circonferenziale viene quindi calcolata utilizzando questa formula.

Il color Doppler può essere utilizzato per determinare la direzione e la velocità del flusso sanguigno. Le immagini Color Doppler forniscono all'utente una valutazione qualitativa della dinamica del sangue. La scala dei colori rosso e blu indica la direzione e l'entità della velocità del flusso sanguigno rilevato. Il rosso indica il flusso verso il trasduttore e il blu il flusso verso il trasduttore. Il colore più scuro rappresenta il flusso a bassa velocità e il colore più chiaro il flusso a velocità più elevata.

Ora che i principi generali e la procedura per l'imaging a ultrasuoni sono stati rivisti, diamo un'occhiata ad alcune applicazioni in cui viene utilizzata questa modalità di imaging.

La placenta umana è altamente inaccessibile per la ricerca mentre si è ancora in utero. L'ecografia ad alta frequenza può essere utilizzata per visualizzare la vena ombelicale e l'arteria uterina. Questo viene eseguito per misurare il diametro del vaso e la velocità massima del flusso sanguigno su entrambi i lati della placenta. Questo è combinato con i dati dei campioni di sangue raccolti dai lati materno e fetale della placenta per calcolare le concentrazioni arterovenose di nutrienti e sostanze rilasciate in circolazione. Questo studio fornisce informazioni sulla funzione placentare umana.

L'ecografia cranica è uno strumento affidabile per i neonati con anomalie congenite o lesioni cerebrali. Il metodo non è invasivo e può essere eseguito al letto del paziente nelle unità di terapia intensiva neonatale. Le immagini ecografiche vengono raccolte sia sul piano coronale che su quello sagittale per facilitare la visualizzazione del cervello neonatale. Queste immagini possono aiutare a visualizzare eventuali lesioni presenti nel cervello. La modalità Color Doppler viene solitamente utilizzata per la visualizzazione dei vasi intracerebrali. I seni trasversali vengono ripresi e possono essere rilevati eventuali coaguli.

Hai appena visto l'introduzione di JoVE all'imaging a ultrasuoni. A questo punto è necessario comprendere i principi dell'imaging a ultrasuoni, i metodi generali per la raccolta e l'analisi delle immagini e diverse applicazioni. Grazie per l'attenzione!