Imágenes por ultrasonido de alta frecuencia de la Aorta abdominal

Biomedical Engineering
 

Overview

Fuente: Amelia R. Adelsperger, Evan H. Phillips, y Craig J. Goergen, Weldon School of Biomedical Engineering, Purdue University, West Lafayette, Indiana

Los sistemas de ultrasonido de alta frecuencia se utilizan para adquirir imágenes de alta resolución. Aquí, se demostrará el uso de un sistema de última generación para imaginar la morfología y la hemodinámica de pequeñas arterias pulsátils y venas que se encuentran en ratones y ratas. El ultrasonido es un método relativamente barato, portátil y versátil para la evaluación no invasiva de vasos en seres humanos, así como animales grandes y pequeños. Estas son varias ventajas clave que ofrece ultraound en comparación con otras técnicas, como la tomografía computarizada (TC), la resonancia magnética (RM) y la tomografía por fluorescencia infrarroja cercana (NIRF). La tomografía computarizada requiere radiación ionizante y la RMN puede ser prohibitivamente costosa e incluso poco práctica en algunos escenarios. El NIRF, por otro lado, está limitado por la profundidad de penetración de la luz necesaria para excitar los agentes de contraste fluorescentes.

El ultrasonido tiene limitaciones en términos de profundidad de imagen; sin embargo, esto puede ser superado sacrificando la resolución y usando un transductor de frecuencia más baja. El gas abdominal y el exceso de peso corporal pueden disminuir gravemente la calidad de la imagen. En el primer caso, la propagación de ondas sonoras es limitada, mientras que en el último caso, se atenúan por tejidos que se encuentran en exceso, como la grasa y el tejido conectivo. Como resultado, no se puede observar ningún contraste o contraste débil. Por último, el ultrasonido es una técnica altamente dependiente del usuario, que requiere que el ecografista esté familiarizado con la anatomía y que pueda solucionar problemas, como la aparición de artefactos de imagen o interferencia acústica.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Ingeniería Biomédica. Imágenes por ultrasonido de alta frecuencia de la Aorta abdominal. JoVE, Cambridge, MA, (2020).

Principles

El ultrasonido es una modalidad de imagen clínica común. Los principios fundamentales del ultrasonido implican la propagación de ondas acústicas, su interacción con el tejido y el registro de ondas reflejadas y dispersas (es decir, ecos). Los transductores de alta frecuencia desarrollados recientemente pueden emitir ondas acústicas entre aproximadamente 13-70 MHz. Por ejemplo, un transductor con un rango de frecuencia entre 22 y 55 MHz tiene una frecuencia central de 40 MHz. Este rango permite una resolución espacial en el orden de 50 m en la dirección del haz de ultrasonido, por lo que es adecuado para estructuras de imagen a escala milimétrica. Para escanear, un transductor emite primero un haz de ondas acústicas. Algunas de estas ondas se reflejan de nuevo en el transductor cuando chocan con un límite entre dos tejidos, que tienen diferentes impedancias acústicas. El tiempo de tránsito de una onda (es decir, el tiempo entre la emisión y la detección) se utiliza para determinar líneas horizontales individuales en una imagen. La dispersión de ondas acústicas, es decir, la desviación de las ondas en muchas direcciones cuando interactúan con estructuras mucho más pequeñas que la longitud de onda, es responsable de la mayor parte de la información de la imagen de ultrasonido. Parte de esta dispersión de ondas acústicas es registrada por el transductor, proporcionando los detalles finos dentro de una imagen de ultrasonido. Las ondas acústicas de alta frecuencia tienen menor penetración de profundidad debido a la mayor atenuación del sonido en el tejido. Por esta razón, los transductores de alta frecuencia sólo son prácticos para la toma de imágenes de hasta una profundidad de 15-30 mm. En las imágenes vasculares, el contraste de la imagen de ultrasonido aparece a lo largo de las paredes de los vasos. Los glóbulos rojos y las plaquetas también proporcionan contraste de motas dentro de la sangre. La velocidad (v en cm/s) se puede medir de acuerdo con el principio del efecto Doppler:

v á c á F / (2 o Fo - coso)

donde c - velocidad del sonido en el tejido (154 cm/s); •F - Frecuencia de desplazamiento Doppler (1/s); Fo - frecuencia transmitida (1/s); y el ángulo entre el haz de ultrasonido y la dirección del flujo sanguíneo. La toma de imágenes Doppler de los vasos se utiliza para evaluar la dinámica del flujo sanguíneo en estados sanos y enfermos.

Procedure

1. Configuración de la imagen

  1. Encienda el sistema de ultrasonidos con el interruptor de la parte posterior. Encienda el monitor.
  2. Enchufe la unidad de monitoreo fisiológico y encienda la frecuencia cardíaca y la temperatura. Encienda el calentador de gel y asegúrese de que la luz esté encendida.
  3. Compruebe el nivel de isoflurano en el vaporizador anestésico y rellene si es necesario.
  4. Encienda el tanque O2 o la fuente de aire filtrada y ajuste el flujo de aire en el vaporizador a aproximadamente 1 L/min.
  5. Conecte el ratón o la etapa de rata y, a continuación, conecte el cable VGA a esa etapa. Fije el nosecono correspondiente en su lugar, y compruebe que los tubos de isoflurano (negro) y gas residual (azul) están correctamente conectados a nosecone.
  6. Elija un transductor para su procedimiento y conéctelo al puerto "activo" debajo del sistema de imágenes. Pase el cable del transductor a través de soportes de plástico por encima del soporte de la sonda y fije el transductor en la abrazadera. Tenga en cuenta que hay una pequeña línea elevada en un lado de cada transductor para determinar la orientación de la imagen.
  7. Anestesiar al animal de acuerdo con las pautas de AVMA y preparándolo para la toma de imágenes. Añadir pomada oftálmica a los ojos, asegurar las patas a los electrodos del escenario, y eliminar el pelo en el área de interés utilizando una crema depilatoria. Cubra el área a fotografiar con gel de transducción ultrasónico calentado.

2. Adquisición de imágenes

  1. En el sistema, inicie un nuevo estudio seleccionando Nuevo y Estudio,o busque un estudio que haya iniciado anteriormente y seleccione Nuevo y Serie. Una vez en una nueva serie, seleccione un usuario fuera del menú y asigne un nombre apropiado a la serie.
  2. Una vez creada la serie, seleccione Modo B (modo de brillo) en el teclado. Todas las teclas de modalidad de imagen están en la fila inferior del teclado negro.
  3. Enrolle el transductor hasta la ubicación deseada asegurándose de mirar la pantalla para evitar aplicar demasiada presión al animal. Compruebe la frecuencia respiratoria (RR) que aparece en la pantalla también, porque demasiada presión puede hacer que el RR caiga.
  4. Mientras mira la imagen en modo B, ajuste la posición del transductor girando suavemente las perillas de los ejes X e Y que se encuentran en el escenario hasta que encuentre la ubicación deseada.
  5. Una vez que tenga la ubicación deseada, espere a que la barra blanca en la parte inferior de la imagen se llene antes de presionar Etiqueta de imagen para guardar la imagen. Al etiquetar la imagen, el tipo de modalidad se indicará junto a la etiqueta de la imagen en la pantalla de gestión del estudio, por lo que no tiene que preocuparse de incluirlo en la etiqueta de la imagen.
  6. Para imágenes en modo M, seleccione Modo M (modo de movimiento) en el teclado. Utilice la puerta SV para estrechar o ensanchar las barras amarillas y el cursor para alinear las barras sobre la ubicación deseada. Una vez colocado correctamente, presione el modo M de nuevo. La colocación de las barras se puede ajustar en modo M.
  7. Para la creación de imágenes EKV, seleccione modo B y asegúrese de que se encuentra en la ubicación correcta. A continuación, seleccione EKV, ajuste la configuración y presione Escanear. La modalidad EKV promedia muchas imágenes en modo B en varios ciclos cardíacos.
  8. Para utilizar color doppler, seleccione Modo B, compruebe que se encuentra en la ubicación adecuada y, a continuación, seleccione Color. Seleccione Actualizar y mueva el cursor hacia arriba, abajo, izquierda o derecha para lograr el tamaño de cuadro deseado y seleccione Actualizar para bloquearlo. A continuación, puede utilizar el cursor para mover el cuadro a la ubicación deseada. Al girar la perilla de velocidad hacia arriba se aumenta el umbral de velocidad y puede disminuir la señal de fondo.
  9. Para utilizar doppler de onda pulsada para medir la velocidad del flujo sanguíneo, es útil estar primero en color modo Doppler antes de presionar PW. Aparecerán dos líneas amarillas en ángulo. El usuario debe alinear la línea más corta y punteada para que sea paralela a las paredes del recipiente anterior y posterior ajustando el ángulo de la viga y girando la perilla del ángulo PW. La línea amarilla punteada se volverá azul si el ángulo entre las dos líneas es demasiado grande. Una vez que esto esté alineado, presione PW y, a continuación, ajuste los controles Línea base, Velocidad y Ganancia Doppler para centrar e iluminar las formas de onda.
  10. Para utilizar el modo 3D, comience en modo B y alinee la sonda en el centro de la estructura que desea crear. Utilice gating respiratorio y EKG-trigger para aplicaciones cardiovasculares. Pulse 3D y ajuste la distancia de escaneado y el tamaño del paso deseados. Una vez completada la exploración, haga clic en Cargar en 3D para visualizar los datos 3D.
  11. Puede ver las imágenes adquiridas en cualquier momento durante la toma de imágenes pulsando Gestión de estudios desde la parte superior derecha de las dos columnas de botones en el lado izquierdo.
  12. Cuando haya terminado de adquirir imágenes en una serie, seleccione Cerrar serie en la pantalla de gestión de estudios. Ahora puede abrir una nueva serie dentro de su estudio, si es necesario.

3. Transferencia y limpieza de datos

  1. Para transferir datos para el análisis, seleccione los estudios o series individuales que desea copiar desde la pantalla de gestión de estudios.
  2. Haga clic en Copiar a en la esquina superior derecha de la pantalla de gestión de estudios. Seleccione la ubicación de archivo deseada y pulse OK.
  3. Ahora puede retirar el anmial y devolverlo a su vivienda para recuperarlo.
  4. Para limpiar la configuración del ultrasonido, rocíe una toalla de papel con T-spray y limpie la etapa calentada y la sonda rectal. Nunca rocíe el desinfectante directamente en el escenario.
  5. El transductor debe limpiarse con 70% de etanol en una toalla de papel antes de volver a colocarlo en el soporte.
  6. Para apagar el aire, apague el tanque O2 o la fuente de aire filtrada. Usted debe ver el flujo de aire cuenta sin querer lentamente a 0 en el vaporizador.
  7. Una vez que haya terminado con el sistema, haga clic en el botón de encendido en la pantalla de gestión del estudio en la esquina superior derecha y permita que el monitor se apague por completo.
  8. Apague el botón de encendido de la parte posterior del sistema solo después de que el monitor esté completamente apagado. Usted debe escuchar el ventilador parar una vez que se ha apagado correctamente.

El ultrasonido es una tecnología de imágenes no invasivas de uso común en diagnósticos y imágenes clínicas.

El ultrasonido emite ondas sonoras y mide su reflejo para generar imágenes en vivo de estructuras y órganos anatómicos. Tiene ventajas sobre otras modalidades de diagnóstico por imágenes, como tomografías computarizadas, resonancias magnéticas y niRF, ya que es relativamente económica, portátil y versátil y no requiere agentes de contraste. Sin embargo, tiene limitaciones en la resolución y profundidad de penetración.

Este video ilustrará los principios clave detrás de la tecnología de ultrasonido, demostrará la utilidad de un sistema de ultrasonido de alta frecuencia para tomar imágenes de vasos sanguíneos en roedores y proporcionará ejemplos de aplicaciones de imágenes por ultrasonido.

Las imágenes de ultrasonido se producen emitiendo un haz de ondas acústicas desde el transductor y registrando los ecos creados a medida que las ondas se reflejan en el límite entre tejidos diferentes en el cuerpo. Las ondas también pueden ser refractadas, absorbidas o incluso esparcidas por objetos más pequeños como las células sanguíneas.

La cantidad de ondas reflejadas es proporcional a la diferencia en la impedancia acústica entre los tejidos. La impedancia acústica, Z, depende de la densidad del tejido y la velocidad de la onda sonora. Si la diferencia es alta, como con el hueso, entonces las ondas sonoras se reflejan completamente. Si la diferencia es menor, como con un órgano, entonces las ondas sonoras sólo se reflejan parcialmente.

La intensidad de las ondas reflejadas recibidas en el transductor junto con la distancia desde el transductor hasta el límite del tejido se utiliza para crear una imagen anatómica. Estas distancias se determinan utilizando la velocidad media de propagación para el sonido a través del tejido corporal, que es de aproximadamente 1540 metros por segundo, y el tiempo que tarda la onda en propagarse al tejido y a la espalda.

El ultrasonido se puede utilizar para recopilar diferentes tipos de imágenes mediante la utilización de modos especiales que se adaptan a aplicaciones únicas. El modo más común es el brillo o el modo B, que muestra la impedancia acústica de una rebanada bidimensional de tejido. Alternativamente, el movimiento o la imagen en modo M proporcionan una mirada al movimiento rápido en el tejido como con la función cardíaca. Finalmente, el modo Doppler se utiliza para evaluar el flujo sanguíneo.

Ahora que hemos discutido cómo funciona el ultrasonido vamos a echar un vistazo a cómo capturar imágenes utilizando los diferentes modos de imágenes de ultrasonido con un animal pequeño.

En primer lugar, encienda el sistema de ultrasonido con el interruptor de la parte posterior. A continuación, encienda el monitor y el ordenador con el interruptor del lado izquierdo del sistema. A continuación, conecte el transductor al puerto activo dedicado del sistema. A continuación, pase el cable del transductor a través de los soportes de plástico por encima del soporte de la sonda.

Observe la línea elevada en un lado del transductor. Utilícelo como punto de referencia al hacer referencia a la imagen que se muestra en el monitor. Por encima de la barra de escala de grises de la imagen hay un pequeño círculo que representa el sujeto de la imagen y una línea vertical que representa la línea elevada en el transductor. Para empezar, el transductor debe fijarse en la abrazadera y colocarse a 90 grados para el animal.

Asegúrese de que la unidad de monitoreo fisiológico esté enchufada y presione los botones de frecuencia cardíaca y temperatura para encender estos monitores. A continuación, encienda el calentador de gel y asegúrese de que la luz indicadora esté encendida.

Para la anestesia animal, compruebe primero el nivel de isoflurano en el vaporizador y rellene si el nivel está por debajo de la línea vacía. A continuación, encienda el tanque de oxígeno y ajuste el flujo de aire en el caudalímetro a aproximadamente un litro por minuto.

Ahora, conecte la etapa animal y conecte el cable VGA para recoger las señales de ECG y respiración. Fije el cono nasal del animal en su lugar y compruebe que el tubo de isoflurano negro y el tubo de gas de desecho azul están correctamente conectados al cono de la nariz. El animal ahora puede ser anestesiado y preparado para la toma de imágenes. Gire el dial del vaporizador a dos o tres por ciento una vez que el animal esté en una cámara de anestesia asegurada.

Una vez que el animal aparece profundamente anestesiado, muévelo al cono nasal en el escenario, asegurándote de cambiar el flujo de isoflurano. Realice un pellizco del dedo del dedo del dedo del dedo del dedo del dedo del dedo del dedo del dedo del dedo del dedo del dedo del dedo del dedo del dedo del dedo del dedo del dedo del dedo del bañador, luego aplique pomada oftálmica en los ojos. A continuación, fije las patas a los electrodos del escenario usando adhesivo y retire el vello abdominal usando una crema depilatoria. Aplique lubricante a la sonda rectal e insértela en el recto del animal para mediciones de temperatura corporal. El abdomen se cubre entonces con gel transductor ultrasónico calentado.

Para comenzar, abra el software y seleccione "Nuevo estudio". Una vez en una nueva serie, seleccione un usuario en el menú y asigne un nombre apropiado a la serie. Una vez creada la serie, selecciona el modo B, que significa modo de brillo, desde el teclado. Todas las teclas de modalidad de imagen están en la fila inferior del teclado negro.

Ahora está listo para comenzar a tomar imágenes. Rodar el transductor por el abdomen del animal. Mira la pantalla para controlar la frecuencia respiratoria. Se observará una caída en la tasa si el transductor está aplicando demasiada presión sobre el animal. Gire suavemente las perillas de los ejes X e Y en el escenario para ajustar la colocación del transductor. Hágalo hasta que se encuentre una imagen clara de la aorta abdominal. Una vez que las imágenes deseadas en la pantalla, espere a que la barra blanca en la parte inferior de la imagen se llene antes de pulsar el botón de etiqueta de imagen para guardar la imagen. La modalidad se guardará automáticamente con la etiqueta de la imagen y no es necesario incluirla en el nombre guardado.

Para capturar imágenes de modo M o modo de movimiento, seleccione Modo M con el teclado. Ajuste la marcha SV para estrechar o ensanchar las barras amarillas y el cursor para alinear las barras sobre una sección de la aorta abdominal. Una vez colocado correctamente, presione el modo M de nuevo. La colocación de las barras se puede ajustar en modo M. Al igual que con el modo B, espere a que se llene la barra blanca en la parte inferior de la imagen antes de pulsar el botón de etiqueta de imagen.

Para realizar imágenes de visualización de kilohercios eKV o ECG, primero seleccione el modo B en el teclado, coloque el transductor sobre una sección de la aorta abdominal y asegúrese de que haya una señal DE ECG limpia. A continuación, pulse EKV, elija el tipo de adquisición, la densidad de línea y la velocidad de fotogramas deseados e inicie el análisis. Después de la adquisición, se mostrarán los datos de la imagen.

Para utilizar el color Doppler, primero seleccione modo B, compruebe que el transductor está sobre la aorta abdominal y seleccione Color. Pulse Actualizar, mueva el trackball para ajustar el tamaño del cuadro al área que desea escanear y pulse Actualizar de nuevo para bloquear el tamaño. A continuación, utilice el cursor para mover el cuadro. Gire la perilla de velocidad hacia arriba para aumentar el umbral de velocidad y disminuir la señal de fondo.

Para cuantificar la velocidad del flujo sanguíneo, se utiliza el modo Doppler de onda pulsada. Comience en color modo Doppler y luego presione PW. Aparecerán dos líneas en ángulo amarillo en la pantalla. Ajuste el ángulo de la viga y gire la perilla de ángulo PW para llevar la línea de puntos más corta paralela a la pared del recipiente anterior y posterior. La línea amarilla punteada se volverá azul si el ángulo se gira demasiado lejos. Una vez que haya alineación, presione PW y luego ajuste la línea base, la velocidad y los controles de juego Doppler para centrar y iluminar las formas de onda. Puede ver las imágenes adquiridas anteriormente en cualquier momento durante la toma de imágenes pulsando la gestión del estudio y seleccionando las imágenes deseadas.

Después de adquirir todas las imágenes necesarias para una serie, seleccione Cerrar serie en la pantalla de gestión de estudios. Para transferir datos para su posterior análisis en un equipo diferente, vaya a la pantalla de gestión de estudios y haga clic en las casillas de verificación de los estudios o series individuales. Haga clic en Copiar a y seleccione la ubicación de archivo deseada y pulse OK. Finalmente, gire el dial del vaporizador a cero, retire al animal del escenario y permita que se recupere de la anestesia.

Después de cada procedimiento, limpie la configuración del ultrasonido y limpie la etapa animal y la sonda rectal. Nunca rocíe el desinfectante directamente en el escenario. El transductor debe limpiarse con 70% de etanol en una toalla de papel antes de volver a colocarlo en el soporte. Recuerde apagar el tanque de oxígeno y dejar que el flujo de aire se reduzca a cero en el caudalímetro.

Una vez que todas las imágenes y la exportación estén completas, haga clic en el botón de encendido de la pantalla de administración del estudio y espere a que el monitor y el ordenador se apaguen. Después de que el monitor esté completamente apagado, apague el botón de encendido/apagado de la parte posterior del sistema a "apagado". Usted debe escuchar los ventiladores parar una vez que se ha apagado correctamente.

Una vez completada la sesión de imágenes y apagado el sistema, se pueden analizar los resultados.

Con este procedimiento, se realizaron imágenes anatómicas y funcionales de la aorta abdominal. Algunos datos, como los escaneos en modo B, se analizan fácilmente durante o inmediatamente después de la recopilación de datos, mientras que los escaneos en otros modos se analizan mejor después de que los datos se copian para su análisis con el software.

Los escaneos bidimensionales en modo B pueden proporcionar mediciones de diámetro aórtico o de área transversal. El diámetro se puede medir utilizando la herramienta de medición de longitud sobre distancia y el área utilizando la herramienta de medición de área. El modo M se puede utilizar para determinar la tensión cíclica circunferencial en el recipiente. Mirando un escaneo en modo M de la aorta, un usuario puede ver dónde las líneas brillantes corresponden a la pared del recipiente anterior y posterior. La pared anterior exhibe más movimiento que la pared posterior.

La tensión cíclica circunferencial se determina a partir de los valores de diámetro aórtico interno durante la sístole pico, DS y la diástole final, DD. La sístole pico se produce cuando la aorta se extiende a su tamaño más grande, y termina la diástole cuando está en su tamaño más pequeño. Por lo tanto, la deformación unitaria cíclica circunferencial se calcula utilizando esta fórmula.

Color Doppler se puede utilizar para determinar la dirección y velocidad del flujo sanguíneo. Las imágenes Doppler a color proporcionan al usuario una evaluación cualitativa de la dinámica sanguínea. La escala de color rojo y azul indica la dirección y magnitud de la velocidad del flujo sanguíneo detectado. El rojo indica el flujo hacia el transductor y el flujo azul. El color más oscuro representa el flujo de baja velocidad y el flujo de velocidad más alto del color más claro.

Ahora que se han revisado los principios generales y el procedimiento para las imágenes por ultrasonido, echemos un vistazo a algunas aplicaciones en las que se utiliza esta modalidad de diagnóstico por imágenes.

La placenta humana es altamente inaccesible para la investigación mientras todavía está en el útero. El ultrasonido de alta frecuencia se puede utilizar para visualizar la vena umbilical y la arteria uterina. Esto se realiza para medir el diámetro del vaso y la velocidad máxima del flujo sanguíneo en ambos lados de la placenta. Esto se combina con los datos de muestras de sangre recogidas de los lados materno y fetal de la placenta para calcular las concentraciones arteriovenosas de nutrientes y sustancias liberadas a la circulación. Este estudio proporciona información sobre la función placentaria humana.

El ultrasonido craneal es una herramienta fiable para neonatos con anomalías congénitas o lesiones cerebrales. El método no es invasivo y se puede hacer junto a la cama en las unidades de cuidados intensivos neonatales. Las imágenes por ultrasonido se recogen en los planos coronal y sagital para ayudar en la visualización del cerebro neonatal. Estas imágenes pueden ayudar a visualizar cualquier lesión presente en el cerebro. El modo Color Doppler se utiliza generalmente para la visualización de los vasos intracerebrales. Se utilizan los senos paranasales transversales y se pueden detectar cualquier coágulo.

Acabas de ver la Introducción de JoVE a las imágenes por ultrasonido. Ahora debe comprender los principios de la imagen por ultrasonido, los métodos generales para la recopilación y el análisis de imágenes y varias aplicaciones. ¡Gracias por mirar!

Results

Este procedimiento permitió la toma de imágenes anatómicas y funcionales de la aorta abdominal. La adquisición de imágenes en tiempo real en eje corto y eje largo por modo B, modo M y ultrasonido Doppler toma al menos treinta minutos y por lo tanto requiere un control cuidadoso del animal anestesiado. Algunos datos se analizan fácilmente sobre la marcha, como los escaneos bidimensionales en modo B (Fig. 1). Estos datos pueden proporcionar mediciones de diámetro aórtico o de área transversal. Otros datos, como el modo B tridimensional (Fig. 2), el modo M (Fig. 3), el Color Doppler (Fig. 4) y las imágenes PW Doppler (Fig. 5), generalmente se analizan fuera de línea para determinar el volumen aórtico, la tensión cíclica circunferencial y la velocidad del flujo sanguíneo. Juntos, estos conjuntos de datos proporcionan información cuantitativa y cualitativa sobre la morfología tridimensional, así como la hemodinámica y la pulsat de la aorta abdominal.

Figure 1

Figura 1: Diseción del aneurisma aórtico en un ratón. La arteria celíaca y la arteria mesentérica superior se pueden ver ramificando fuera de la parte superior del vaso. La señal ECG (línea verde) del ratón y la señal de respiración (línea amarilla) se muestran debajo de la imagen.

Figure 4
Figura 2: Gráfico del modo de movimiento (modo M) de la aorta suprarrenal en un ratón sano. Una imagen de exploración en modo B se muestra encima de los datos unidimensionales en modo M, que se adquieren en la dirección anteroposterior. Los datos en modo M muestran un movimiento pulsante, especialmente en la pared anterior. Esto sugiere que las mediciones de la tensión del recipiente serán normales.

Figure 5
Figura 3: Representaciones de volumen (malla cian) de una aorta suprarrenal de ratón con (izquierda) y sin (derecha) un aneurisma de la aorta abdominal disección. Se muestran datos de ultrasonido de un plano coronal y la cabeza del animal está hacia la parte superior de la pantalla. El aneurisma se ha expandido hacia la izquierda y el volumen y el diámetro aórtico máximo son notablemente más grandes que antes de la expansión.

Figure 7
Figura 4: Imagen de Color Doppler de una aorta suprarrenal saludable. La cabeza del ratón está a la izquierda, la cola está a la derecha, y el animal se coloca supino. Las señales EKG (verde) y respiratoria (amarilla) del ratón se muestran debajo de la imagen. La escala de la izquierda cuantifica la velocidad del flujo sanguíneo por color. El flujo rojo es hacia el transductor, mientras que el flujo azul está lejos del transductor. La escala de la derecha representa la profundidad en mm.

Figure 6
Figura 5: Imagen de onda pulsada (PW) de una aorta suprarrenal saludable. El cursor amarillo se coloca paralelo a las paredes del recipiente en el centro de la aorta. El modo doppler de color ayuda al usuario a decidir dónde recogerá una señal fuerte. Las formas de onda de velocidad se muestran debajo de la imagen. La escala a la derecha de los picos es la velocidad del flujo sanguíneo en mm/s. Los picos afilados representan el flujo arterial.

Applications and Summary

Los transductores de ultrasonido de alta frecuencia desarrollados recientemente son adecuados para visualizar pequeñas estructuras a una profundidad de hasta 3 cm. Aquí se demostró que la versatilidad de un pequeño sistema de ultrasonido animal adquirió datos de imagen in vivo de la dinámica de la aorta de ratón. Esta técnica requiere la práctica y el reconocimiento de dificultades comunes, como sombras abdominales y alineación de escaneo Doppler. A pesar de estas limitaciones, es una técnica potente y versátil para obtener rápidamente datos de imágenes no invasivas. Es importante destacar que esta técnica se presta bien a las imágenes en serie del mismo animal para estudios longitudinales de progresión o tratamiento de la enfermedad.

El ultrasonido de alta frecuencia animal pequeño se puede utilizar en una variedad de aplicaciones cardiovasculares. Las aplicaciones vasculares incluyen la detección de la enfermedad aórtica (como aneurismas aórticos y disecciones), la detección de placa aterosclerótica y la medición del flujo sanguíneo en pacientes con enfermedad arterial periférica. Las arterias carótidas, las arterias ilíacas y la vena cava inferior se pueden imaginar fácilmente con ultrasonido. La imagen cardíaca es también una aplicación importante de esta técnica y se utiliza para poder visualizar las aurículas y ventrículos de ratones o corazones de rata. Las imágenes por ultrasonido cardíaco pueden proporcionar al usuario mucha información sobre el corazón, incluyendo dimensiones anatómicas, contractilidad, rigidez, salida cardíaca, patrones de flujo, función de la válvula y/o formación de trombos, por nombrar algunos. El ultrasonido también se puede utilizar para imágenes del sistema reproductivo (como el útero y el cuello uterino) o en la vejiga. Las imágenes del sistema reproductivo serían útiles para examinar las estructuras y obtener dimensiones para el útero, el cuello uterino y/o la vagina. Los cachorros también se pueden visualizar y medir en un ratón o rata embarazada. Debido a los avances en la tecnología de transductores e innovaciones en la tecnología de ultrasonido, estas aplicaciones funcionan bien en animales pequeños y también pueden tener aplicabilidad a imágenes humanas superficiales.

1. Configuración de la imagen

  1. Encienda el sistema de ultrasonidos con el interruptor de la parte posterior. Encienda el monitor.
  2. Enchufe la unidad de monitoreo fisiológico y encienda la frecuencia cardíaca y la temperatura. Encienda el calentador de gel y asegúrese de que la luz esté encendida.
  3. Compruebe el nivel de isoflurano en el vaporizador anestésico y rellene si es necesario.
  4. Encienda el tanque O2 o la fuente de aire filtrada y ajuste el flujo de aire en el vaporizador a aproximadamente 1 L/min.
  5. Conecte el ratón o la etapa de rata y, a continuación, conecte el cable VGA a esa etapa. Fije el nosecono correspondiente en su lugar, y compruebe que los tubos de isoflurano (negro) y gas residual (azul) están correctamente conectados a nosecone.
  6. Elija un transductor para su procedimiento y conéctelo al puerto "activo" debajo del sistema de imágenes. Pase el cable del transductor a través de soportes de plástico por encima del soporte de la sonda y fije el transductor en la abrazadera. Tenga en cuenta que hay una pequeña línea elevada en un lado de cada transductor para determinar la orientación de la imagen.
  7. Anestesiar al animal de acuerdo con las pautas de AVMA y preparándolo para la toma de imágenes. Añadir pomada oftálmica a los ojos, asegurar las patas a los electrodos del escenario, y eliminar el pelo en el área de interés utilizando una crema depilatoria. Cubra el área a fotografiar con gel de transducción ultrasónico calentado.

2. Adquisición de imágenes

  1. En el sistema, inicie un nuevo estudio seleccionando Nuevo y Estudio,o busque un estudio que haya iniciado anteriormente y seleccione Nuevo y Serie. Una vez en una nueva serie, seleccione un usuario fuera del menú y asigne un nombre apropiado a la serie.
  2. Una vez creada la serie, seleccione Modo B (modo de brillo) en el teclado. Todas las teclas de modalidad de imagen están en la fila inferior del teclado negro.
  3. Enrolle el transductor hasta la ubicación deseada asegurándose de mirar la pantalla para evitar aplicar demasiada presión al animal. Compruebe la frecuencia respiratoria (RR) que aparece en la pantalla también, porque demasiada presión puede hacer que el RR caiga.
  4. Mientras mira la imagen en modo B, ajuste la posición del transductor girando suavemente las perillas de los ejes X e Y que se encuentran en el escenario hasta que encuentre la ubicación deseada.
  5. Una vez que tenga la ubicación deseada, espere a que la barra blanca en la parte inferior de la imagen se llene antes de presionar Etiqueta de imagen para guardar la imagen. Al etiquetar la imagen, el tipo de modalidad se indicará junto a la etiqueta de la imagen en la pantalla de gestión del estudio, por lo que no tiene que preocuparse de incluirlo en la etiqueta de la imagen.
  6. Para imágenes en modo M, seleccione Modo M (modo de movimiento) en el teclado. Utilice la puerta SV para estrechar o ensanchar las barras amarillas y el cursor para alinear las barras sobre la ubicación deseada. Una vez colocado correctamente, presione el modo M de nuevo. La colocación de las barras se puede ajustar en modo M.
  7. Para la creación de imágenes EKV, seleccione modo B y asegúrese de que se encuentra en la ubicación correcta. A continuación, seleccione EKV, ajuste la configuración y presione Escanear. La modalidad EKV promedia muchas imágenes en modo B en varios ciclos cardíacos.
  8. Para utilizar color doppler, seleccione Modo B, compruebe que se encuentra en la ubicación adecuada y, a continuación, seleccione Color. Seleccione Actualizar y mueva el cursor hacia arriba, abajo, izquierda o derecha para lograr el tamaño de cuadro deseado y seleccione Actualizar para bloquearlo. A continuación, puede utilizar el cursor para mover el cuadro a la ubicación deseada. Al girar la perilla de velocidad hacia arriba se aumenta el umbral de velocidad y puede disminuir la señal de fondo.
  9. Para utilizar doppler de onda pulsada para medir la velocidad del flujo sanguíneo, es útil estar primero en color modo Doppler antes de presionar PW. Aparecerán dos líneas amarillas en ángulo. El usuario debe alinear la línea más corta y punteada para que sea paralela a las paredes del recipiente anterior y posterior ajustando el ángulo de la viga y girando la perilla del ángulo PW. La línea amarilla punteada se volverá azul si el ángulo entre las dos líneas es demasiado grande. Una vez que esto esté alineado, presione PW y, a continuación, ajuste los controles Línea base, Velocidad y Ganancia Doppler para centrar e iluminar las formas de onda.
  10. Para utilizar el modo 3D, comience en modo B y alinee la sonda en el centro de la estructura que desea crear. Utilice gating respiratorio y EKG-trigger para aplicaciones cardiovasculares. Pulse 3D y ajuste la distancia de escaneado y el tamaño del paso deseados. Una vez completada la exploración, haga clic en Cargar en 3D para visualizar los datos 3D.
  11. Puede ver las imágenes adquiridas en cualquier momento durante la toma de imágenes pulsando Gestión de estudios desde la parte superior derecha de las dos columnas de botones en el lado izquierdo.
  12. Cuando haya terminado de adquirir imágenes en una serie, seleccione Cerrar serie en la pantalla de gestión de estudios. Ahora puede abrir una nueva serie dentro de su estudio, si es necesario.

3. Transferencia y limpieza de datos

  1. Para transferir datos para el análisis, seleccione los estudios o series individuales que desea copiar desde la pantalla de gestión de estudios.
  2. Haga clic en Copiar a en la esquina superior derecha de la pantalla de gestión de estudios. Seleccione la ubicación de archivo deseada y pulse OK.
  3. Ahora puede retirar el anmial y devolverlo a su vivienda para recuperarlo.
  4. Para limpiar la configuración del ultrasonido, rocíe una toalla de papel con T-spray y limpie la etapa calentada y la sonda rectal. Nunca rocíe el desinfectante directamente en el escenario.
  5. El transductor debe limpiarse con 70% de etanol en una toalla de papel antes de volver a colocarlo en el soporte.
  6. Para apagar el aire, apague el tanque O2 o la fuente de aire filtrada. Usted debe ver el flujo de aire cuenta sin querer lentamente a 0 en el vaporizador.
  7. Una vez que haya terminado con el sistema, haga clic en el botón de encendido en la pantalla de gestión del estudio en la esquina superior derecha y permita que el monitor se apague por completo.
  8. Apague el botón de encendido de la parte posterior del sistema solo después de que el monitor esté completamente apagado. Usted debe escuchar el ventilador parar una vez que se ha apagado correctamente.

El ultrasonido es una tecnología de imágenes no invasivas de uso común en diagnósticos y imágenes clínicas.

El ultrasonido emite ondas sonoras y mide su reflejo para generar imágenes en vivo de estructuras y órganos anatómicos. Tiene ventajas sobre otras modalidades de diagnóstico por imágenes, como tomografías computarizadas, resonancias magnéticas y niRF, ya que es relativamente económica, portátil y versátil y no requiere agentes de contraste. Sin embargo, tiene limitaciones en la resolución y profundidad de penetración.

Este video ilustrará los principios clave detrás de la tecnología de ultrasonido, demostrará la utilidad de un sistema de ultrasonido de alta frecuencia para tomar imágenes de vasos sanguíneos en roedores y proporcionará ejemplos de aplicaciones de imágenes por ultrasonido.

Las imágenes de ultrasonido se producen emitiendo un haz de ondas acústicas desde el transductor y registrando los ecos creados a medida que las ondas se reflejan en el límite entre tejidos diferentes en el cuerpo. Las ondas también pueden ser refractadas, absorbidas o incluso esparcidas por objetos más pequeños como las células sanguíneas.

La cantidad de ondas reflejadas es proporcional a la diferencia en la impedancia acústica entre los tejidos. La impedancia acústica, Z, depende de la densidad del tejido y la velocidad de la onda sonora. Si la diferencia es alta, como con el hueso, entonces las ondas sonoras se reflejan completamente. Si la diferencia es menor, como con un órgano, entonces las ondas sonoras sólo se reflejan parcialmente.

La intensidad de las ondas reflejadas recibidas en el transductor junto con la distancia desde el transductor hasta el límite del tejido se utiliza para crear una imagen anatómica. Estas distancias se determinan utilizando la velocidad media de propagación para el sonido a través del tejido corporal, que es de aproximadamente 1540 metros por segundo, y el tiempo que tarda la onda en propagarse al tejido y a la espalda.

El ultrasonido se puede utilizar para recopilar diferentes tipos de imágenes mediante la utilización de modos especiales que se adaptan a aplicaciones únicas. El modo más común es el brillo o el modo B, que muestra la impedancia acústica de una rebanada bidimensional de tejido. Alternativamente, el movimiento o la imagen en modo M proporcionan una mirada al movimiento rápido en el tejido como con la función cardíaca. Finalmente, el modo Doppler se utiliza para evaluar el flujo sanguíneo.

Ahora que hemos discutido cómo funciona el ultrasonido vamos a echar un vistazo a cómo capturar imágenes utilizando los diferentes modos de imágenes de ultrasonido con un animal pequeño.

En primer lugar, encienda el sistema de ultrasonido con el interruptor de la parte posterior. A continuación, encienda el monitor y el ordenador con el interruptor del lado izquierdo del sistema. A continuación, conecte el transductor al puerto activo dedicado del sistema. A continuación, pase el cable del transductor a través de los soportes de plástico por encima del soporte de la sonda.

Observe la línea elevada en un lado del transductor. Utilícelo como punto de referencia al hacer referencia a la imagen que se muestra en el monitor. Por encima de la barra de escala de grises de la imagen hay un pequeño círculo que representa el sujeto de la imagen y una línea vertical que representa la línea elevada en el transductor. Para empezar, el transductor debe fijarse en la abrazadera y colocarse a 90 grados para el animal.

Asegúrese de que la unidad de monitoreo fisiológico esté enchufada y presione los botones de frecuencia cardíaca y temperatura para encender estos monitores. A continuación, encienda el calentador de gel y asegúrese de que la luz indicadora esté encendida.

Para la anestesia animal, compruebe primero el nivel de isoflurano en el vaporizador y rellene si el nivel está por debajo de la línea vacía. A continuación, encienda el tanque de oxígeno y ajuste el flujo de aire en el caudalímetro a aproximadamente un litro por minuto.

Ahora, conecte la etapa animal y conecte el cable VGA para recoger las señales de ECG y respiración. Fije el cono nasal del animal en su lugar y compruebe que el tubo de isoflurano negro y el tubo de gas de desecho azul están correctamente conectados al cono de la nariz. El animal ahora puede ser anestesiado y preparado para la toma de imágenes. Gire el dial del vaporizador a dos o tres por ciento una vez que el animal esté en una cámara de anestesia asegurada.

Una vez que el animal aparece profundamente anestesiado, muévelo al cono nasal en el escenario, asegurándote de cambiar el flujo de isoflurano. Realice un pellizco del dedo del dedo del dedo del dedo del dedo del dedo del dedo del dedo del dedo del dedo del dedo del dedo del dedo del dedo del dedo del dedo del dedo del dedo del dedo del bañador, luego aplique pomada oftálmica en los ojos. A continuación, fije las patas a los electrodos del escenario usando adhesivo y retire el vello abdominal usando una crema depilatoria. Aplique lubricante a la sonda rectal e insértela en el recto del animal para mediciones de temperatura corporal. El abdomen se cubre entonces con gel transductor ultrasónico calentado.

Para comenzar, abra el software y seleccione "Nuevo estudio". Una vez en una nueva serie, seleccione un usuario en el menú y asigne un nombre apropiado a la serie. Una vez creada la serie, selecciona el modo B, que significa modo de brillo, desde el teclado. Todas las teclas de modalidad de imagen están en la fila inferior del teclado negro.

Ahora está listo para comenzar a tomar imágenes. Rodar el transductor por el abdomen del animal. Mira la pantalla para controlar la frecuencia respiratoria. Se observará una caída en la tasa si el transductor está aplicando demasiada presión sobre el animal. Gire suavemente las perillas de los ejes X e Y en el escenario para ajustar la colocación del transductor. Hágalo hasta que se encuentre una imagen clara de la aorta abdominal. Una vez que las imágenes deseadas en la pantalla, espere a que la barra blanca en la parte inferior de la imagen se llene antes de pulsar el botón de etiqueta de imagen para guardar la imagen. La modalidad se guardará automáticamente con la etiqueta de la imagen y no es necesario incluirla en el nombre guardado.

Para capturar imágenes de modo M o modo de movimiento, seleccione Modo M con el teclado. Ajuste la marcha SV para estrechar o ensanchar las barras amarillas y el cursor para alinear las barras sobre una sección de la aorta abdominal. Una vez colocado correctamente, presione el modo M de nuevo. La colocación de las barras se puede ajustar en modo M. Al igual que con el modo B, espere a que se llene la barra blanca en la parte inferior de la imagen antes de pulsar el botón de etiqueta de imagen.

Para realizar imágenes de visualización de kilohercios eKV o ECG, primero seleccione el modo B en el teclado, coloque el transductor sobre una sección de la aorta abdominal y asegúrese de que haya una señal DE ECG limpia. A continuación, pulse EKV, elija el tipo de adquisición, la densidad de línea y la velocidad de fotogramas deseados e inicie el análisis. Después de la adquisición, se mostrarán los datos de la imagen.

Para utilizar el color Doppler, primero seleccione modo B, compruebe que el transductor está sobre la aorta abdominal y seleccione Color. Pulse Actualizar, mueva el trackball para ajustar el tamaño del cuadro al área que desea escanear y pulse Actualizar de nuevo para bloquear el tamaño. A continuación, utilice el cursor para mover el cuadro. Gire la perilla de velocidad hacia arriba para aumentar el umbral de velocidad y disminuir la señal de fondo.

Para cuantificar la velocidad del flujo sanguíneo, se utiliza el modo Doppler de onda pulsada. Comience en color modo Doppler y luego presione PW. Aparecerán dos líneas en ángulo amarillo en la pantalla. Ajuste el ángulo de la viga y gire la perilla de ángulo PW para llevar la línea de puntos más corta paralela a la pared del recipiente anterior y posterior. La línea amarilla punteada se volverá azul si el ángulo se gira demasiado lejos. Una vez que haya alineación, presione PW y luego ajuste la línea base, la velocidad y los controles de juego Doppler para centrar y iluminar las formas de onda. Puede ver las imágenes adquiridas anteriormente en cualquier momento durante la toma de imágenes pulsando la gestión del estudio y seleccionando las imágenes deseadas.

Después de adquirir todas las imágenes necesarias para una serie, seleccione Cerrar serie en la pantalla de gestión de estudios. Para transferir datos para su posterior análisis en un equipo diferente, vaya a la pantalla de gestión de estudios y haga clic en las casillas de verificación de los estudios o series individuales. Haga clic en Copiar a y seleccione la ubicación de archivo deseada y pulse OK. Finalmente, gire el dial del vaporizador a cero, retire al animal del escenario y permita que se recupere de la anestesia.

Después de cada procedimiento, limpie la configuración del ultrasonido y limpie la etapa animal y la sonda rectal. Nunca rocíe el desinfectante directamente en el escenario. El transductor debe limpiarse con 70% de etanol en una toalla de papel antes de volver a colocarlo en el soporte. Recuerde apagar el tanque de oxígeno y dejar que el flujo de aire se reduzca a cero en el caudalímetro.

Una vez que todas las imágenes y la exportación estén completas, haga clic en el botón de encendido de la pantalla de administración del estudio y espere a que el monitor y el ordenador se apaguen. Después de que el monitor esté completamente apagado, apague el botón de encendido/apagado de la parte posterior del sistema a "apagado". Usted debe escuchar los ventiladores parar una vez que se ha apagado correctamente.

Una vez completada la sesión de imágenes y apagado el sistema, se pueden analizar los resultados.

Con este procedimiento, se realizaron imágenes anatómicas y funcionales de la aorta abdominal. Algunos datos, como los escaneos en modo B, se analizan fácilmente durante o inmediatamente después de la recopilación de datos, mientras que los escaneos en otros modos se analizan mejor después de que los datos se copian para su análisis con el software.

Los escaneos bidimensionales en modo B pueden proporcionar mediciones de diámetro aórtico o de área transversal. El diámetro se puede medir utilizando la herramienta de medición de longitud sobre distancia y el área utilizando la herramienta de medición de área. El modo M se puede utilizar para determinar la tensión cíclica circunferencial en el recipiente. Mirando un escaneo en modo M de la aorta, un usuario puede ver dónde las líneas brillantes corresponden a la pared del recipiente anterior y posterior. La pared anterior exhibe más movimiento que la pared posterior.

La tensión cíclica circunferencial se determina a partir de los valores de diámetro aórtico interno durante la sístole pico, DS y la diástole final, DD. La sístole pico se produce cuando la aorta se extiende a su tamaño más grande, y termina la diástole cuando está en su tamaño más pequeño. Por lo tanto, la deformación unitaria cíclica circunferencial se calcula utilizando esta fórmula.

Color Doppler se puede utilizar para determinar la dirección y velocidad del flujo sanguíneo. Las imágenes Doppler a color proporcionan al usuario una evaluación cualitativa de la dinámica sanguínea. La escala de color rojo y azul indica la dirección y magnitud de la velocidad del flujo sanguíneo detectado. El rojo indica el flujo hacia el transductor y el flujo azul. El color más oscuro representa el flujo de baja velocidad y el flujo de velocidad más alto del color más claro.

Ahora que se han revisado los principios generales y el procedimiento para las imágenes por ultrasonido, echemos un vistazo a algunas aplicaciones en las que se utiliza esta modalidad de diagnóstico por imágenes.

La placenta humana es altamente inaccesible para la investigación mientras todavía está en el útero. El ultrasonido de alta frecuencia se puede utilizar para visualizar la vena umbilical y la arteria uterina. Esto se realiza para medir el diámetro del vaso y la velocidad máxima del flujo sanguíneo en ambos lados de la placenta. Esto se combina con los datos de muestras de sangre recogidas de los lados materno y fetal de la placenta para calcular las concentraciones arteriovenosas de nutrientes y sustancias liberadas a la circulación. Este estudio proporciona información sobre la función placentaria humana.

El ultrasonido craneal es una herramienta fiable para neonatos con anomalías congénitas o lesiones cerebrales. El método no es invasivo y se puede hacer junto a la cama en las unidades de cuidados intensivos neonatales. Las imágenes por ultrasonido se recogen en los planos coronal y sagital para ayudar en la visualización del cerebro neonatal. Estas imágenes pueden ayudar a visualizar cualquier lesión presente en el cerebro. El modo Color Doppler se utiliza generalmente para la visualización de los vasos intracerebrales. Se utilizan los senos paranasales transversales y se pueden detectar cualquier coágulo.

Acabas de ver la Introducción de JoVE a las imágenes por ultrasonido. Ahora debe comprender los principios de la imagen por ultrasonido, los métodos generales para la recopilación y el análisis de imágenes y varias aplicaciones. ¡Gracias por mirar!

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