La ecocardiografía Doppler es un procedimiento que utiliza la ultrasonografía Doppler para examinar el corazón . [1] 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 [2] (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 procedimientos invasivos como el cateterismo cardíaco .
Además, con configuraciones de ganancia/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. [3]
Aunque "Doppler" se ha convertido en sinónimo de "medición de velocidad" en el campo de la imagenología médica, 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 los corazones 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, [4] 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. Hay dos métodos principales de estimación de la velocidad 2D mediante ultrasonido: el seguimiento de motas y el Doppler vectorial de haz cruzado, que se basan en la medición de los cambios de tiempo y de fase respectivamente. [5]
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. [6] 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. [5]
El seguimiento de motas, que es un método bien establecido en la compresión de vídeo y otras aplicaciones, se puede utilizar para estimar el flujo sanguíneo en los sistemas de ultrasonidos. La idea básica del seguimiento de motas es encontrar la mejor coincidencia de una determinada mota de un fotograma dentro de una región de búsqueda en fotogramas posteriores. [5] La decorrelación entre fotogramas es uno de los principales factores que degradan su rendimiento. La decorrelación se debe principalmente a la diferente velocidad de los píxeles dentro de una mota, ya que no se mueven como un bloque. Esto es menos grave cuando se mide el flujo en el centro, donde la tasa de cambio de la velocidad es la más baja. El flujo en el centro suele tener la mayor magnitud de velocidad, denominada "velocidad pico". Es la información más necesaria en algunos casos, como el diagnóstico de estenosis. [7] Existen principalmente tres métodos para encontrar la mejor coincidencia: SAD (suma de la diferencia absoluta), SSD (suma de la diferencia al cuadrado) y correlación cruzada. Supongamos que es un píxel en el núcleo y es el píxel mapeado desplazado en la región de búsqueda. [8]
El SAD se calcula como:
El SSD se calcula así:
El coeficiente de correlación cruzada normalizado se calcula como:
donde y son los valores promedio de y respectivamente. El 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 luego como el movimiento dividido por la diferencia de tiempo entre los fotogramas. Por lo general, se toma la mediana o el promedio de múltiples estimaciones para dar un resultado más preciso. [8]
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. [9]
Como se muestra en la figura de la derecha, el ajuste parabólico puede ayudar a encontrar el pico real de la función de correlación cruzada. La ecuación para el ajuste parabólico en 1D es: [4]
donde es la función de correlación cruzada y es el pico encontrado originalmente. Luego se utiliza para encontrar el desplazamiento de los dispersores después de la interpolación. Para el escenario 2D, esto se hace tanto en la dimensión axial como en la lateral. Se pueden utilizar otras técnicas para mejorar la precisión y la robustez del método de interpolación, incluido el ajuste parabólico con compensación de sesgo y la interpolación de filtro adaptado. [10]
La idea principal de este método es generar una fase lateral sintética y usarla para encontrar la fase que cruza cero en el desfase máximo. [9]
La figura de la derecha 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 centrales distintas de cero. La correlación cruzada se realiza tanto para la señal ascendente como para la descendente, creando y respectivamente. [9] A continuación, se calculan la función de correlación lateral y la función de correlación axial de la siguiente manera:
¿Dónde está el conjugado complejo de ?
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. [9]
Ambos métodos se pueden utilizar para la obtención de imágenes de vectores 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 computacionalmente que el seguimiento de moteado. [ cita requerida ]
La estimación de la velocidad a partir del Doppler convencional requiere el conocimiento del ángulo del haz con el flujo ( ángulo de inclinación ) para producir resultados razonables para flujos regulares y no es muy buena 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. [11] El plano de integración se elige para que sea 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. [11]
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 a través de 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 onda plana es, por lo tanto, prometedora, ya que puede generar una frecuencia de cuadros muy alta. [12]
