Várias variações são possíveis em torno do quadro principal deste protocolo.
Preocupações com hardware
Se o usuário fornece seu computador host personalizado, a placa-mãe e a caixa do computador devem ter um slot expresso PCI disponível. A CPU também deve ter pistas PCIe suficientes para lidar com todos os dispositivos.
Seleção de sondas
A sonda de ultrassom (também chamada transdutor) é escolhida de acordo com a resolução espacial necessária e com a geometria do campo de visão. Quanto maior a frequência central da sonda, melhor a resolução espacial, mas menor a profundidade de imagem. Sondas lineares, curvadas ou em fases fornecem campo de visão de formas respectivamente retangulares, circulares e setores de topo plano.
Dependência de ângulo
O Ultrarrápido Doppler compartilha a mesma restrição que doppler convencional em relação à dependência do ângulo de fluxo sanguíneo. De fato, o efeito Doppler subjacente só permite a detecção de movimento na direção axial, significando em direção à superfície da sonda, ou longe da sonda. Assim, apenas os componentes axiais dos vetores de velocidade dos dispersores sanguíneos são realmente medidos. A verdadeira velocidade pode ser recuperada indicando manualmente o ângulo local do fluxo sanguíneo com o eixo vertical, mas este ângulo nem sempre pode ser avaliado corretamente. Em um caso extremo onde o fluxo é perfeitamente ortogonal para o eixo de profundidade vertical, o efeito Doppler não pode ser usado para medir de forma confiável a velocidade sanguínea. Técnicas mais avançadas podem medir múltiplas projeções dos vetores de velocidade em vários eixos e podem finalmente reconstruir o verdadeiro vetor de velocidade. Essas abordagens independentes de ângulo são referidas como imagens de fluxo vetorial8,9,10,24.
Aliasing
O protocolo descrito neste manuscrito tem várias limitações. Em primeiro lugar, o teorema amostral de Shannon-Nyquist afirma que a frequência máxima mensurável no sinal amostrado não pode exceder metade da taxa de quadros. Com 3 ângulos e um PRF de 12 kHz, o framerate é de 4 kHz. Consequentemente, podemos derivar de Eq. 3 que a velocidade axial detectável máxima é de 30 cm/s. Considerando o ângulo do canal no fantasma, esta framerate permite a detecção de fluxo com velocidades de até 96 cm/s. Velocidades acima deste limiar aparecerão aliased no espectrograma Doppler. Para a configuração apresentada, as velocidades máximas variavam entre 95 cm e 8 cm/s.
Otimização do filtro de desordem
A visualização do fluxo sanguíneo depende fortemente da capacidade de separar os sinais sanguíneos do fundo do tecido em movimento lento. Dependendo da respiração ou do movimento da mão do sonografista, o tecido pode se mover com velocidades semelhantes ao fluxo sanguíneo lento. Portanto, o chamado estágio "filtro de desordem" visa cancelar sinais teciduais. A capacidade de detectar fluxos sanguíneos lentos depende apenas da eficiência deste estágio de filtro de desordem. Foi demonstrado que aproveitar a coerência esposteto do ultrassom ultrarrápido aumenta fortemente o resultado desses filtros. O filtro de decomposição de valor singular descrito por Demene et al.15 é amplamente utilizado. Otimização desse método18 ou mais algoritmos complexos, como SVD25de alta ordem , perseguição de componentes principais26,análise de componentesindependentes 27 ou outra decomposição de baixo nível28 podem melhorar a qualidade dos dados filtrados. Vale ressaltar que na configuração in vitro apresentada, a única fonte de desordem é o movimento manual do operador. In vivo, muitos outros fatores como respiração e pulsatilidade arterial são susceptivos de induzir desordem que é mais predominante. Nestes casos, o filtro SVD avançado descrito neste protocolo torna-se de grande importância.
Interpretação do espectrograma
Os espectrogramas são a ferramenta mais comum para estudar características de fluxo sanguíneo tanto no ultrassom doppler convencional quanto ultrarrápido. Para cada ponto de tempo, o espectrograma mostra em escala de cinza a distribuição de velocidade dentro do ROI considerado. Fluxos complexos, como fluxos não laminar, naturalmente ampliarão esse espectro. No entanto, essa ligação entre a ampliação espectral e a distribuição da velocidade só é verdadeira até certo ponto. Foi demonstrado por vários estudos que a largura do espectrograma, também chamada de ampliação espectral, está de fato ligada à distribuição de velocidade no ROI, mas também a vários parâmetros geométricos do sistema de imagem (largura da matriz, ângulos, etc)29,30,31. Portanto, enquanto o espectrograma de um laminar constante e fluxo homogêneo deve ser uma linha fina e plana, ele mostra na prática uma certa largura que não reflete a distribuição de velocidade, mas sim a geometria da configuração de imagem. Esta armadilha potencial pode levar a medições de velocidade incorretas. Recomenda-se considerar a velocidade média dentro do ROI (Figura 1C traçou linha verde) para evitar esses efeitos32.
Aquisições 3D
O presente protocolo foi realizado com um transdutor de matriz linear padrão, resultando em imagens 2D. No entanto, aquisições 3D podem ser realizadas, seja digitalizando mecanicamente o meio com uma sonda linear motorizada16,ou usando matrizes de coluna de linha33 ou matrizes34. As desvantagens desses novos métodos são os altos custos de computação e, para sondas de matriz, a necessidade de scanners específicos. Um exemplo de aquisição 3D é mostrado na Figura 3E.
Questões de segurança
A maioria dos scanners de ultrassom ultrarrápidos da pesquisa não são aprovados para uso clínico. É responsabilidade do experimentador cumprir as normas vigentes em seu país, tanto em termos de segurança elétrica quanto de produção acústica. Para este último, devem ser consideradas as normas FDA35 e iEC 62127-1 International Standard36.
Conclusão
Neste artigo, propusemos um protocolo padrão para imagem do fluxo sanguíneo com o Ultrafast Doppler. Ao praticar em um fantasma de fluxo calibrado, o operador pode eventualmente verificar a precisão de suas medidas. O protocolo permite que o usuário projete e execute uma aquisição de ultrassom ultrarrápido usando compostos de ondas de plano. Em última análise, uma estrutura pós-processamento é descrita e fornece a primeira ferramenta para exibir o perfil de fluxo sanguíneo em qualquer região de interesse da imagem.