Ecocardiografía Doppler

La ecocardiografía Doppler es un procedimiento que utiliza la ecografía Doppler para examinar el corazón. Un ecocardiograma utiliza ondas sonoras de alta frecuencia para crear una imagen del corazón, mientras que el uso de la tecnología Doppler permite determinar la velocidad y la dirección del flujo sanguíneo utilizando el efecto Doppler.

Un ecocardiograma puede, dentro de ciertos límites, producir una evaluación precisa de la dirección del flujo sanguíneo y la velocidad de la sangre y el tejido cardíaco en cualquier punto arbitrario utilizando el efecto Doppler. Una de las limitaciones es que el haz de ultrasonidos debe ser lo más paralelo posible al flujo sanguíneo. Las mediciones de velocidad permiten la evaluación de las áreas y la función de las válvulas cardíacas, cualquier comunicación anormal entre el lado izquierdo y derecho del corazón, cualquier fuga de sangre a través de las válvulas (regurgitación valvular), el cálculo del gasto cardíaco y el cálculo de la relación E/A (una medida de la disfunción diastólica). Los medios de contraste de microburbujas rellenas de gas que utilizan ecografías mejoradas con contraste se pueden utilizar para mejorar la velocidad u otras mediciones médicas relacionadas con el flujo.

Una ventaja de la ecocardiografía Doppler es que se puede utilizar para medir el flujo sanguíneo dentro del corazón sin necesidad de procedimientos invasivos como el cateterismo cardíaco.

Además, con configuraciones de ganancia y filtro ligeramente diferentes, el método puede medir las velocidades tisulares mediante ecocardiografía Doppler tisular. La combinación de flujo y velocidades tisulares se puede utilizar para estimar la presión de llenado del ventrículo izquierdo, aunque solo en determinadas condiciones.

Aunque el término "Doppler" se ha convertido en sinónimo de "medición de velocidad" en el campo de las imágenes médicas, en muchos casos no se mide el desplazamiento de frecuencia (desplazamiento Doppler) de la señal recibida, sino el desplazamiento de fase (cuando llega la señal recibida). Sin embargo, el resultado del cálculo será idéntico.

Este procedimiento se utiliza con frecuencia para examinar el corazón de los niños en busca de enfermedades cardíacas porque no hay requisitos de edad o tamaño.

A diferencia de las imágenes Doppler 1D, que solo pueden proporcionar una velocidad unidimensional y dependen del ángulo entre el haz y el flujo, la estimación de la velocidad 2D mediante ultrasonido Doppler puede generar vectores de velocidad con componentes de velocidad axial y lateral. La velocidad 2D es útil incluso si existen condiciones de flujo complejas, como estenosis y bifurcación. Existen dos métodos principales de estimación de la velocidad 2D mediante ultrasonido: el seguimiento de moteado y el Doppler vectorial de haz cruzado, que se basan en la medición de los cambios de tiempo y de fase respectivamente.

El Doppler vectorial es una extensión natural de la imagen Doppler 1D tradicional basada en el cambio de fase. El cambio de fase se encuentra tomando la autocorrelación entre los ecos de dos disparos consecutivos. La idea principal del Doppler vectorial es dividir el transductor en tres aberturas: una en el centro como abertura de transmisión y dos a cada lado como aberturas de recepción. Los cambios de fase medidos desde las aberturas izquierda y derecha se combinan para dar los componentes de velocidad axial y lateral. Las posiciones y los ángulos relativos entre las aberturas deben ajustarse de acuerdo con la profundidad del vaso y la posición lateral de la región de interés.

El seguimiento de la hebilla, que es un método bien establecido en la compresión de vídeo y otras aplicaciones, se puede utilizar para estimar el flujo sanguíneo en sistemas de ultrasonido. La idea básica de rastreo de especímenes es encontrar el mejor partido de un determinado especículo de un marco dentro de una región de búsqueda en marcos posteriores. La decoración entre marcos es uno de los principales factores que degradan su desempeño. La decorrelación es causada principalmente por la diferente velocidad de píxeles dentro de un espectro, ya que no se mueven como un bloque. Esto es menos grave al medir el flujo en el centro, donde la velocidad de cambio es la más baja. El flujo en el centro generalmente tiene la mayor magnitud de velocidad, llamada "velocidad pico". Es la información más necesaria en algunos casos, como el diagnóstico de estenosis. Hay principalmente tres métodos para encontrar el mejor partido: SAD (Sum of absolute diferencia), SSD (Sum of squared diferencia) y correlación cruzada. Assume ${\displaystyle X_{0}(i,j)}$ es un píxel en el núcleo y ${\displaystyle X_{1}(i+\alphaj+\beta)}$ es el pixel de mapas cambiado por ${\displaystyle (\alpha\beta)}$ en la región de búsqueda.

SAD se calcula como: ${\displaystyle D(\alpha\beta)=\sum _{i=1}\sum _{j=1}SobrevivirX_{0}(i,j)-X_{1}(i+\alphaj+\beta)$

SSD se calcula como: ${\displaystyle D(\alpha\beta)=\sum _{i=1}\sum _{j=1}(X_{0}(i,j)-X_{1}(i+\alphaj+\beta)}{2}$

El coeficiente de correlación cruzada normalizado se calcula como: ${\displaystyle \rho (\alpha\beta)={\frac {\sum {\fnMicrosoft Sans Serif} {\fnMicrosoft Sans Serif} {\fnMicrosoft Sans Serif}$

Donde ${\displaystyle {\bar {X_{0}}}$ y ${\displaystyle {\bar {X_{1}}}}$ son los valores promedio de ${\displaystyle X_{0}(i,j)}$ y ${\displaystyle X_{1}(i,j)}$ respectivamente. El ${\displaystyle (\alpha\beta)}$ par que da el D más bajo para SAD y SSD, o el ρ más grande para la correlación cruzada, se selecciona como la estimación del movimiento. La velocidad se calcula entonces como el movimiento dividido por la diferencia de tiempo entre los marcos. Por lo general, se toma la mediana o media de múltiples estimaciones para dar un resultado más preciso.

En los sistemas de ultrasonidos, la resolución lateral suele ser mucho menor que la resolución axial. La mala resolución lateral en la imagen en modo B también da como resultado una mala resolución lateral en la estimación del flujo. Por lo tanto, se necesita una resolución de subpíxeles para mejorar la precisión de la estimación en la dimensión lateral. Mientras tanto, podríamos reducir la frecuencia de muestreo a lo largo de la dimensión axial para ahorrar cálculos y memoria si el movimiento de subpíxeles se estima con la suficiente precisión. En general, existen dos tipos de métodos para obtener la precisión de subpíxeles: métodos de interpolación, como el ajuste parabólico, y métodos basados en la fase en los que el desfase máximo se encuentra cuando la fase de la función de correlación cruzada analítica cruza cero.

Como se muestra en la figura correcta, el ajuste parabólico puede ayudar a encontrar el pico real de la función de correlación cruzada. La ecuación parabólica encaja en 1D es: ${\displaystyle k_{int}=k_{s}-{\frac {(R_{12}(k_{s}+1)-R_{12}(k_{s}-1)}{2(R_{12}(k_{s}+1)-2R_{12}(k_{s})+R_{12}(k_{s}-1)}}}}}}}$

Donde ${\displaystyle R_{12}$ es la función de correlación cruzada y ${\displaystyle k_{s}$ es el pico encontrado originalmente. ${\displaystyle k_{int}$ entonces se utiliza para encontrar el desplazamiento de dispersadores después de la interpolación. Para el escenario 2D, esto se hace tanto en las dimensiones axiales como laterales. Algunas otras técnicas se pueden utilizar para mejorar la precisión y la robustez del método de interpolación, incluyendo el ajuste parabólico con compensación de sesgo y la interpolación de filtros.

La idea principal de este método es generar una fase lateral sintética y usarla para encontrar la fase que cruza el cero en el desfase máximo.

La figura correcta ilustra el procedimiento de creación de la fase lateral sintética, como primer paso. Básicamente, el espectro lateral se divide en dos para generar dos espectros con frecuencias no centrales. La correlación cruzada se hace tanto para la señal de encendido como hacia abajo, creando ${\displaystyle R_{up}$ y ${\displaystyle R_{down}$ respectivamente. La función de correlación lateral y la función de correlación axial se calculan a continuación: ${\displaystyle R_{lateral}=R_{up}*R_{down}{*}R_{axial}=R_{up}*R_{down}$

Donde ${\displaystyle R_{down} {}}}$ es el complejo conjugado de ${\displaystyle R_{down}$.

Tienen la misma magnitud y el pico entero se encuentra utilizando métodos tradicionales de correlación cruzada. Una vez que se encuentra el pico entero, se extrae una región de 3 por 3 que rodea el pico con su información de fase. Para las dimensiones lateral y axial, se encuentran los cruces por cero de una función de correlación unidimensional en los rezagos de la otra dimensión y se crea una línea ajustada por mínimos cuadrados lineales en consecuencia. La intersección de las dos líneas proporciona la estimación del desplazamiento 2D.

Ambos métodos se pueden utilizar para imágenes vectoriales de velocidad en 2D, pero el seguimiento de moteado sería más fácil de extender a 3D. Además, en el Doppler vectorial, la profundidad y la resolución de la región de interés están limitadas por el tamaño de la apertura y el ángulo máximo entre las aperturas de transmisión y recepción, mientras que el seguimiento de moteado tiene la flexibilidad de alternar el tamaño del núcleo y la región de búsqueda para adaptarse a diferentes requisitos de resolución. Sin embargo, el Doppler vectorial es menos complejo desde el punto de vista computacional que el seguimiento de moteado.

La estimación de la velocidad mediante el Doppler convencional requiere el conocimiento del ángulo entre el haz y el flujo (ángulo de inclinación) para producir resultados razonables para flujos regulares y no es eficaz para estimar patrones de flujo complejos, como los que se deben a la estenosis o la bifurcación. La estimación del flujo volumétrico requiere la integración de la velocidad a lo largo de la sección transversal del vaso, con suposiciones sobre la geometría del vaso, lo que complica aún más las estimaciones del flujo. Los datos Doppler 2D se pueden utilizar para calcular el flujo volumétrico en ciertos planos de integración. El plano de integración se elige perpendicular al haz y la potencia Doppler (generada a partir del modo Doppler de potencia de la ecografía Doppler) se puede utilizar para diferenciar entre los componentes que están dentro y fuera del vaso. Este método no requiere conocimientos previos del ángulo Doppler, el perfil de flujo y la geometría del vaso.

Hasta hace poco, las imágenes de ultrasonidos eran vistas en 2D y dependían de especialistas altamente capacitados para orientar correctamente la sonda y seleccionar la posición dentro del cuerpo para obtener la imagen con solo unas pocas y complejas señales visuales. La medición completa de vectores de velocidad en 3D hace posible muchas técnicas de posprocesamiento. No solo se puede medir el flujo volumétrico en cualquier plano, sino que también se puede calcular otra información física, como el estrés y la presión, en función del campo de velocidad en 3D. Sin embargo, es bastante difícil medir el flujo sanguíneo complejo para obtener vectores de velocidad, debido a la rápida tasa de adquisición y los cálculos masivos necesarios para ello. La técnica de ondas planas es, por lo tanto, prometedora, ya que puede generar una frecuencia de cuadros muy alta.

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