É necessária uma assinatura do JoVE para visualizar este conteúdo. Faça login ou inicie seu teste gratuito.

Artigo de método

Imagem vascular Doppler ultrarrápida para monitoramento fisiológico intraoperatório da medula espinhal humana

689 vistas

⸱

DOI:

10.3791/68260

⸱

29 de agosto de 2025

 ,  ,  ,  ,  , 
1College of Biomedical Engineering, Fudan University, 2Department of Neurosurgery, Huashan Hospital, Fudan University, 3Poda Medical Technology Co., Ltd., 4State Key Laboratory of Integrated Chips and Systems, Fudan University

Neste artigo

Resumo

Este estudo apresenta a aplicação da imagem vascular Doppler ultrarrápida para monitoramento fisiológico durante a cirurgia medular humana.

Resumo

O monitoramento dos parâmetros fisiológicos é essencial para avaliar a condição do paciente durante os cenários intraoperatórios. Informações hemodinâmicas, como pressão arterial e frequência cardíaca, podem ser derivadas de sinais de ultrassom Doppler, refletindo a função vascular e indicando riscos patológicos em tempo real. Comparado à oscilometria, ressonância magnética (RM), Doppler convencional e métodos piezoelétricos, o Doppler ultrarrápido fornece resolução temporal superior e alta sensibilidade para pequenos vasos. Neste estudo, é descrita uma aplicação intraoperatória de Doppler ultrarrápido na medula espinhal de um paciente com malformação de Chiari. O pós-processamento dos dados gerou imagens de power Doppler da vasculatura da medula espinhal e parâmetros fisiológicos, incluindo mapeamento detalhado do índice de resistividade (IR) e índice de pulsatilidade (IP). Tanto o IR quanto o IP apresentaram reduções significativas após a intervenção cirúrgica (média do IR: 0,47 → 0,32; Média do IP: 0,63 → 0,39; p < 0,001), com tendências consistentes observadas nas medianas, indicando melhora da hemodinâmica medular. A avaliação das alterações nos parâmetros de PI/IR usando esse método pode oferecer uma compreensão mais ampla da progressão da doença e da eficácia do tratamento, potencialmente orientando estratégias cirúrgicas e abordagens terapêuticas.

Introdução

A dinâmica da pressão arterial, como um importante indicador fisiológico intraoperatório, fornece uma orientação valiosa para a estratégia cirúrgica e garante a segurança operacional1. As ondas de pulso, geradas pela contração e relaxamento periódicos do coração, propagam-se através do sistema vascular arterial a partir da aorta na forma de ondas de pressão2. Essas ondas podem ser consideradas como uma manifestação direta da função cardiovascular, oferecendo informações críticas para a compreensão da dinâmica da pressão arterial e da hemodinâmica geral3. Na prática clínica, as ondas de pulso são amplamente utilizadas para avaliação contínua do estado hemodinâmico4.

Como estação de retransmissão e centro reflexo dentro do sistema nervoso central, a medula espinhal desempenha um papel fundamental na transmissão de informações motoras e sensoriais. A estabilidade de seu suprimento sanguíneo é crucial para manter e restaurar a função neurológica6. O sinal do fluxo sanguíneo pulsátil da medula espinhal está intimamente associado à onda de pulso, contendo informações sobre elasticidade vascular e hemodinâmica, refletindo assim as alterações fisiológicas e patológicas da medula espinhal. O monitoramento desses sinais enfrenta desafios consideráveis devido ao pequeno tamanho da medula espinhal, à intrincada arquitetura vascular7 e aos padrões complexos de fluxo sanguíneo8, que complicam a avaliação eficaz das ondas de pulso da medula espinhal.

Várias técnicas para avaliar as ondas de pulso têm sido propostas. O método de análise oscilométrica é fácil de operar e fornece medições rápidas. No entanto, a acurácia dos resultados pode ser influenciada por fatores como artefatos, postura do paciente e tamanho e posicionamento adequados do manguito 9,10. Alguns sensores de biossinal piezoelétricos, como sensores de pulso piezoelétricos, podem detectar ondas de pulso com eficiência, mas sua precisão pode ser comprometida por vibrações mecânicas ou flutuações de temperatura; enquanto isso, sensores ópticos como a fotopletismografia (PPG) são suscetíveis a artefatos ambientais de luz e movimento11. Além disso, essas técnicas só podem capturar sinais de ondas de pulso localizadas e não têm a capacidade de fornecer informações de imagem da estrutura observada simultaneamente12.

Como uma poderosa modalidade de imagem, a ressonância magnética (RM) oferece uma medida de resolução espacial relativamente alta das paredes arteriais da medula espinhal, mas é cara e tem acessibilidade limitada13. A tomografia computadorizada (TC) proporciona tempos de varredura mais rápidos e maior disponibilidade, mas emite radiação ionizante, o que restringe seu uso para avaliações repetidas14. O ultrassom Doppler convencional permite a avaliação em tempo real da dinâmica do fluxo sanguíneo por meio de dois modos de imagem complementares: Doppler colorido e Doppler de onda de pulso (PWD). O Doppler colorido fornece uma visão geral qualitativa das velocidades de fluxo em todo o campo de visão, digitalizando o meio linha por linha, mas sofre de baixas taxas de quadros e baixa sensibilidade a fluxos lentos ou profundos. O PWD oferece informações temporais quantitativas sobre as formas de onda do fluxo sanguíneo, mas é limitado a uma única região de interesse definida pelo usuário. Como resultado, é aplicável para hemodinâmica forte em artérias e veias e quantifica formas de onda de pulso instantâneas dentro de um pequeno campo de visão15. O ultrassom com contraste melhora a visualização do fluxo sanguíneo por meio do uso de agentes de microbolhas; no entanto, a necessidade de injeção de contraste levanta preocupações de segurança em ambientes intraoperatórios, tornando-a menos adequada para avaliação em tempo real da pulsatilidade vascular16. As técnicas de imagem fotoacústica e óptica fornecem alto contraste e resolução espacial para imagens vasculares, particularmente em tecidos superficiais. No entanto, sua forte dependência do acesso óptico limita significativamente sua aplicabilidade a estruturas profundas, como a medula espinhal17.

Nos últimos anos, a ultrassonografia ultrarrápida avançou rapidamente com grande potencial em imagensvasculares 18. Ao contrário da varredura de feixe focalizado tradicional, o Doppler ultrarrápido usa técnicas de ondas planas compostas multiangulares, que aumentam a sensibilidade da imagem de ultrassom em cerca de 50 vezes e melhoram muito a detecção de pequenos vasos 15,19,20. Um espectro Doppler completo pode ser obtido para cada pixel da imagem, facilitando a aquisição de informações abrangentes sobre a velocidade e direção do fluxo sanguíneo21. Isso pode ser usado para estimar índices vasculares, como índice de resistividade (IR) e índice de pulsatilidade (IP) em toda a área de imagem. Notavelmente, em 2014, Demene et al.22 aplicaram a tecnologia Doppler ultrarrápida à imagem do fluxo sanguíneo cerebral neonatal, apresentando um mapa de distribuição detalhado do IR vascular cerebral em neonatos. Esse avanço fornece uma nova ferramenta para entender os mecanismos de autorregulação do fluxo sanguíneo cerebral e a patogênese de doenças relacionadas em bebês prematuros e a termo. Em 2020, Bourquin et al.23,24 propuseram a microscopia de localização por ultrassom dinâmico (DULM) baseada na tecnologia de ultrassom ultrarrápido para obter medições in vivo da microcirculação pulsátil no cérebro de roedores e estenderam essa técnica para imagens tridimensionais, oferecendo uma nova dimensão para análise quantitativa.

Em relação à imagem vascular da medula espinhal, em 2021, Zang et al.25 obtiveram imagens microvasculares da medula espinhal sem agentes de contraste usando Doppler ultrarrápido, com resolução de imagem comparável ao comprimento de onda transmitido. Sui et al.26. empregou um método de amostragem aleatória baseado em análise robusta de componentes principais (RPCA) para obter imagens Doppler ultrarrápidas rápidas e de alta relação sinal-ruído da microcirculação no cérebro e na medula espinhal. Pezet et al.27 observaram reconstrução vascular após lesão medular crônica. Em 2022, Yu et al.28 alcançaram microscopia ultrassônica ultrarrápida de localização ultrarrápida de super-resolução da microcirculação da medula espinhal em ratos com base em RPCA, com resolução de imagem atingindo 13-16 μm, significativamente menor que o comprimento de onda de 100 μm. Outros estudos envolveram observação contínua e análise quantitativa da microcirculação na penumbra medular após lesão medular29. Em 2023, Yan et al.30 utilizaram Doppler vetorial de ultrassom ultrarrápido para realizar imagens vetorizadas do fluxo sanguíneo de pequenos vasos em tumores da medula espinhal humana e avaliaram a segurança relacionada à sequência em detalhes com base em parâmetros de sequência experimental. Em 2024, Agyeman et al.31 realizaram a primeira ultrassonografia funcional da medula espinhal em humanos, que demonstrou a integração das respostas funcionais da medula espinhal à estimulação elétrica. Khaing et al.32 validaram a correlação entre os indicadores de imagem de perfusão e a gravidade da lesão em ratos e humanos após lesão medular traumática aguda. No entanto, a detecção e análise de índices hemodinâmicos em ondas de pulso da medula espinhal ainda carecem de maior investigação.

A malformação de Chiari representa um distúrbio significativo e prevalente que afeta a medula espinhal. Induz alterações dinâmicas na compressão do líquido cefalorraquidiano e da medula espinhal, interrompendo o fluxo sanguíneo da medula espinhal e a regulação vascular, o que pode resultar em drenagem venosa anormal33, aumento da resistência vascular34 e potencial isquemia da medula espinhal35. A observação das ondas de pulso da medula espinhal facilita uma compreensão mais profunda das alterações hemodinâmicas da medula espinhal, oferecendo informações valiosas para o diagnóstico e tratamento da malformação de Chiari e outros distúrbios da medula espinhal36.

Este estudo apresenta um protocolo abrangente para a utilização de imagens vasculares Doppler ultrarrápidas para monitorar intraoperatório parâmetros fisiológicos da medula espinhal em humanos, com foco específico em sua aplicação em um paciente com malformação de Chiari. Este método permite a aquisição em tempo real de dados Doppler ultrarrápidos de alta taxa de quadros durante a exposição da medula espinhal, seguido de pós-processamento para gerar mapas em pixels de RI e PI.

Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.

Protocolo

Este estudo envolveu seres humanos e todos os procedimentos foram conduzidos de acordo com protocolos aprovados pelo Comitê de Ética em Pesquisa Humana do Hospital Huashan afiliado à Universidade Fudan (2021-065). O consentimento informado foi obtido de todos os participantes. A implementação foi destinada exclusivamente para fins de pesquisa preliminar e validação, não para diagnóstico clínico. Os índices de segurança relevantes recomendados pela FDA foram avaliados para garantir a conformidade com os padrões de segurança estabelecidos. Os pacientes incluídos neste estudo foram diagnosticados com malformação de Chiari. Os critérios de inclusão, exclusão e retirada para os participantes são fornecidos no Arquivo Suplementar 1. Os reagentes e equipamentos utilizados estão listados na Tabela de Materiais.

1. Preparação do instrumento

  1. Prepare o sistema de imagem de ultrassom.
    1. Conecte a matriz linear de 128 canais ao sistema de ultrassom programável.
      NOTA: Proteja a sonda de ultrassom usando um invólucro personalizado, modelado com software 3D e fabricado por impressão 3D. A sonda usada neste estudo foi uma versão personalizada miniaturizada em vez de uma versão comercial. A plataforma do sistema de ultrassom empregada neste estudo já foi aplicada em vários estudos para a investigação de imagens vasculares humanas 37,38,39,40.
    2. Defina a frequência central do transdutor para 15.625 MHz, correspondendo a uma resolução espacial de 100 μm.
    3. Certifique-se de que o passo entre os elementos adjacentes esteja configurado como 0,1 mm.
  2. Calibre o dispositivo, teste o código e verifique se o sistema está funcionando corretamente.
  3. Configure uma plataforma para imagens estáveis.
    1. Posicione o braço robótico ao lado da cama cirúrgica e trave-o firmemente no lugar para posterior fixação da sonda.
    2. Certifique-se de que a sonda permaneça fixa durante toda a sessão de imagem.
      NOTA: Esta configuração minimiza a trepidação e as mudanças de posição causadas pela operação manual, melhorando a estabilidade e a consistência do posicionamento da sonda durante a geração de imagens.

2. Preparação da sequência de ultrassom

  1. Defina uma profundidade de imagem apropriada de acordo com a imagem de ultrassom do modo B.
  2. Defina a taxa de quadros composta para 1000 Hz.
  3. Defina o tempo de aquisição para 0,4 s.
  4. Transmita 11 ondas planas inclinadas uniformemente espaçadas entre -10° e +10°, com uma frequência de repetição de pulso de 11.000 Hz.
    NOTA: Ondas planas inclinadas são emitidas em vários ângulos em relação ao eixo lateral da sonda. Neste estudo, 11 ondas planas foram distribuídas uniformemente de -10° a +10°.

3. Posicionamento da sonda

  1. Cubra a sonda de ultrassom com uma bolsa protetora estéril para instrumentos médicos (Figura 1A).
    1. Aplique uma quantidade generosa de gel de ultrassom dentro da bolsa estéril.
    2. Insira a sonda na bolsa.
    3. Prenda a sonda dentro da bolsa com um elástico.
      NOTA: O acoplamento acústico foi obtido pela aplicação de gel de ultrassom estéril na superfície interna da bolsa estéril, que envolvia a sonda. A bolsa em si foi colocada diretamente em contato com o tecido humano, permitindo a transmissão eficaz do ultrassom sem contato direto entre o meio de acoplamento e o tecido.
  2. Prenda a sonda com o braço robótico (Figura 1B).
    1. Posicione a sonda precisamente na superfície exposta da medula espinhal após a laminectomia.
    2. Estabilize a sonda usando o braço robótico para manter um posicionamento consistente durante a geração de imagens.
      NOTA: O braço robótico pneumático foi usado para estabilizar a sonda de ultrassom. Embora não tenha recursos de varredura automática, o braço permite posicionamento manual preciso e estabilidade durante todo o processo de aquisição de dados. O braço, equipado na sala de cirurgia, foi controlado manualmente e fixado pelo cirurgião principal. No início, todas as articulações principais foram fixadas, seguidas pelo ajuste fino da junta terminal que mantém a sonda sob orientação de ultrassom em modo B.

4. Aquisição de dados

  1. Defina uma profundidade de imagem apropriada de acordo com a imagem de ultrassom do modo B.
  2. Use imagens de ultrassom em modo B em tempo real para identificar o plano de imagem apropriado.
  3. Localize as amígdalas cerebelares herniadas e a medula espinhal.
    NOTA: Confirme o alinhamento adequado quando a medula espinhal e as amígdalas cerebelares forem claramente visualizadas dentro do mesmo plano de imagem, com limites distinguíveis e orientação anatômica apropriada. No plano de imagem do modo B, certifique-se de que as amígdalas cerebelares pareçam superiores à medula espinhal e que a margem dorsal da medula esteja claramente definida com simetria esquerda-direita. Depois de confirmar o plano de imagem correto, adquira uma única imagem Doppler ultrarrápida para verificar a presença e a estabilidade dos sinais de fluxo sanguíneo.
  4. Encerre a sequência do modo B e inicie a sequência ultrarrápida para aquisição de dados.
    NOTA: Execute o procedimento em condições normais de temperatura ambiente. A duração da imagem é curta e a sonda não exibiu nenhum aumento perceptível de temperatura durante a aquisição. Este método fornece uma visualização clara das estruturas da medula espinhal durante a cirurgia, permitindo ajustes precisos da sonda para obter imagens vasculares ideais e permite a comparação com imagens de ressonância magnética pré-operatórias. No caso apresentado neste estudo, a faixa de profundidade de imagem original foi de 0,5 a 9,5 mm. A profundidade real da imagem foi mantida constante em todos os painéis.

5. Análise do sinal do fluxo sanguíneo pulsátil da medula espinhal antes da terapia (Figura 2)

  1. Gere imagens de power Doppler da vasculatura da medula espinhal. (Figura 3)
    NOTA: A estabilidade da sonda foi avaliada por meio de análise de imagem com power Doppler. A visualização consistente de vasos espacialmente distintos desprovidos de artefatos de mancha demonstra a eficácia do braço robótico na preservação de uma janela acústica estável durante a aquisição.
    1. Execute a formação de feixes nos dados de radiofrequência adquiridos.
    2. Aplique o método de filtragem espaço-temporal baseado em decomposição de valor singular (SVD) para separar os sinais teciduais dos sinais do fluxo sanguíneo e remover o ruído de alta frequência. Defina limites apropriados para extrair os componentes do fluxo sanguíneo desejados.
      NOTA: O sinal de imagem de ultrassom compreende componentes de tecidos moles, fluxo sanguíneo e ruído aleatório. A filtragem espaço-temporal baseada em SVD separa esses componentes com base em suas características espaço-temporais41. Este método decompõe os dados da imagem de ultrassom em vetores singulares e seus valores singulares correspondentes. Ao definir um limite de filtragem dos valores singulares, grandes valores singulares são associados a autovetores que representam componentes de tecido com forte correlação espaço-temporal, valores médios singulares correspondem a sinais dinâmicos de fluxo sanguíneo e pequenos valores singulares representam principalmente ruído. Neste estudo, os limiares de DVS foram definidos para reter componentes singulares 80-380 antes do tratamento com eletrocautério e 50-380 após a intervenção cirúrgica. Esse limite foi determinado empiricamente com base na experiência anterior (Figura Suplementar 7).
    3. Demodule o sinal de fluxo sanguíneo filtrado em sinais figure-protocol-1complexos em fase/quadratura (IQ). Calcule a intensidade média do sinal em cada pixel para obter a imagem Doppler de potência PW (x,z) (Equação 1)15. Nt é o número de quadros adquiridos.
      figure-protocol-2 (1)
      NOTA: Os dados Doppler elegíveis são caracterizados por uma representação vascular clara e uma alta relação sinal-ruído. Se a visualização vascular estiver abaixo do ideal, revisite a etapa 5.1.2 e ajuste a faixa de limiar SVD de acordo.
  2. Realizar análise tempo-frequência do sinal Doppler (Figura 4).
    1. Segmente o sinal de fluxo sanguíneo usando uma janela de tempo curto (Figura 4A).
    2. Aplique a Transformada Rápida de Fourier (FFT) para estimar a densidade espectral de potência em cada pixel (Figura 4B).
      NOTA: O comprimento da janela foi escolhido para cobrir suficientemente pelo menos um ciclo cardíaco, garantindo que os componentes da frequência sistólica e diastólica pudessem ser identificados de forma confiável. Uma janela de Hann foi usada para reduzir o vazamento espectral e as janelas adjacentes foram sobrepostas para melhorar a resolução temporal. Neste estudo, a FFT foi aplicada usando uma janela de Hann de comprimento 80 com uma sobreposição de 70%.
    3. Deslize a janela continuamente para obter a frequência Doppler média variável no tempo.
  3. Calcule os mapas RI e PI (Figura 4C e Figura 5A-D).
    1. Analise a frequência média de Doppler dos sinais de fluxo sanguíneo ao longo do tempo em pixels específicos (Figura 4C).
      NOTA: A validade da análise de frequência pode ser confirmada pela observação de flutuações periódicas na frequência média do Doppler que correspondem ao ciclo cardíaco.
    2. Determinar a velocidade do fluxo sanguíneo e suas variações para calcular o IR (Equação 2)15 e o IP (Equação 3)15. VPSV é a velocidade sistólica de pico, VEDV é a velocidade diastólica final e Vmédia é a velocidade média do fluxo.
      figure-protocol-3 (2)
      figure-protocol-4 (3)
    3. Simplifique o cálculo de RI e PI usando a frequência Doppler. Calcule RI (Equação 4) e PI (Equação 5) em toda a medula espinhal. fmédia(x,z,t) é a frequência média de Doppler dentro de uma janela de tempo definida15.
      figure-protocol-5 (4)
      figure-protocol-6 (5)
      NOTA: Devido ao fluxo sanguíneo, o sinal de ultrassom sofre um desvio de frequência conhecido como deslocamento Doppler, que está relacionado à velocidade do fluxo sanguíneo V (Equação 6). fDoppler representa a mudança de frequência Doppler, c0 denota a velocidade do som nos tecidos moles humanos, fpulso é a frequência transmitida da sonda de ultrassom e é o ângulo entre o feixe de ultrassom e a direção do fluxo sanguíneo15.
      figure-protocol-7 (6)
    4. A frequência média do Doppler representa o valor médio do deslocamento dentro de uma janela de tempo específica. Como V é proporcional ao deslocamento Doppler, ele pode ser aproximado avaliando a frequência média do Doppler em cada pixel ao longo do tempo.
  4. Análise estatística de IR e PI
    1. Use máscaras lógicas para extrair valores válidos de RI e PI de regiões de interesse e exclua outliers usando o método de intervalo interquartil (IQR).
    2. Realize um teste t de Student ponderado para avaliar as diferenças entre as condições pré e pós-cirúrgicas, levando em conta a estrutura de dados em pixels.
      NOTA: As análises estatísticas de IR e PI foram realizadas no nível de pixel, e as diferenças de grupo foram visualizadas usando boxplots com níveis de significância indicados por asteriscos (*p < 0,05, **p < 0,01, ***p < 0,001).

6. Gerenciamento do paciente e segurança dos protocolos de imagem

  1. Monitore os sinais vitais de perto. Monitore continuamente a frequência cardíaca, pressão arterial, frequência respiratória, saturação de oxigênio e temperatura corporal durante a imagem. Garanta a segurança e o conforto do paciente durante todo o procedimento.
    NOTA: O monitoramento neurofisiológico intraoperatório (como potenciais evocados somatossensoriais e potenciais evocados motores) também é realizado, considerando que podem ocorrer danos nos nervos durante a cirurgia.
  2. Garanta a pressão apropriada da sonda. Use o braço robótico para manter a pressão estável e adequada na sonda. Evite força excessiva que possa danificar a superfície da medula espinhal.
  3. Mantenha a comunicação com a equipe cirúrgica. Comunique-se claramente com a equipe cirúrgica durante todo o processo de imagem. Responda prontamente a qualquer desconforto do paciente ou situações inesperadas.

7. Aquisição e análise do sinal do fluxo sanguíneo pulsátil da medula espinhal após a terapia

  1. Repita as etapas descritas na etapa 5 para analisar o sinal do fluxo sanguíneo da medula espinhal após o tratamento.
    NOTA: Após o tratamento com eletrocautério, as tonsilas cerebelares retraíram-se com volume reduzido, bordas embotadas e restauraram as relações anatômicas com as estruturas teciduais circundantes (Figura 6). A aquisição de dados foi realizada em dois momentos intraoperatórios distintos: antes do tratamento com eletrocautério e após a intervenção cirúrgica. Atualmente, a exploração de IR e IP permanece em estágio preliminar e não foi implementada para orientação cirúrgica em tempo real. Como resultado, logo após a rápida aquisição dos dados, o procedimento cirúrgico continuou sem interrupção significativa. Em seguida, os dados coletados foram processados offline (aproximadamente 5-10 min, os detalhes das etapas e do tempo de processamento são fornecidos no Arquivo Suplementar 2), garantindo que não haja impacto no fluxo de trabalho cirúrgico. No futuro, se o IR e o IP puderem ser usados para auxiliar na tomada de decisões intraoperatórias, espera-se que sejam integrados sem interromper o cronograma cirúrgico.

Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.

Resultados

O Doppler ultrarrápido oferece alta sensibilidade, permitindo imagens de alta resolução temporal da rede de vasculatura da medula espinhal. Comparado ao Doppler colorido, o power Doppler oferece uma relação sinal-ruído (SNR) mais alta42. Uma faixa de limiar apropriada foi usada para o filtro espaço-temporal baseado em SVD, permitindo a identificação de sinais de fluxo sanguíneo válidos e a imagem da direção do fluxo sanguíneo. A Figura 3E,F apresenta ...

Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.

Discussão

Neste estudo, a imagem Doppler ultrarrápida foi empregada no intraoperatório para extrair o fluxo sanguíneo da medula espinhal humana. A análise espectral e o cálculo do IR e IP foram posteriormente realizados nos sinais de fluxo sanguíneo, fornecendo imagens de power Doppler da vasculatura da medula espinhal e mapas correspondentes de IR e IP do paciente com malformação de Chiari. No contexto da ultrassonografia ultrarrápida, os vasos pequenos referem-se a vasos com diâmetros da ordem d...

Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.

Divulgações

Os autores declaram que não têm conflitos de interesse financeiros concorrentes.

Agradecimentos

Este trabalho foi apoiado pelo Programa Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento da China (nº 2023YFC2410900), Fundação Nacional de Ciências Naturais da China (nº 12274093) e Programa Internacional de Cooperação em Ciência e Tecnologia de Xangai (Concessão nº 23490713500).

Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
MATLAB  R2022bObras de MatemáticaN/APara pós-processamento de dados
MicroscópioZEISSPENTERO 8O0 SPara observação microscópica intraoperatória
Sistema de ultrassom programávelVerasonicsVantagem 256Para imagens de ultrassom de vasos espinhais
Braço robóticoEsculapRT060RPara fixar a sonda
Transdutores de matriz linear de alta frequência de cristal únicoVerasonicsL22-14vX Para imagens de ultrassom de vasos espinhais
Gel de ultrassomDiversão do bebêTipo MElimine o espaço de ar entre a sonda e a superfície de contato

Referências

  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).

Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.

Reimpressões e permissões

Etiquetas

Monitoriza o da Medula EspinhalMonitoriza o Intraoperat riaImagem Power DopplerAvalia o Hemodin micandice de Resistividadendice de PulsatilidadeHemodin mica da Medula EspinhalMalforma o de Chiari
Vídeo em breve
Entre em contato
Recomendar à biblioteca

Privacidade

Termos de uso

Políticas

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Todos os direitos reservados.