El Doppler transcraneal ( TCD ) y el Doppler color transcraneal ( TCCD ) son tipos de ecografía Doppler que miden la velocidad del flujo sanguíneo a través de los vasos sanguíneos del cerebro midiendo los ecos de las ondas de ultrasonido que se mueven transcranealmente (a través del cráneo ). Estos modos de imágenes médicas realizan un análisis espectral de las señales acústicas que reciben y, por lo tanto, pueden clasificarse como métodos de acustocerebrografía activa . Se utilizan como pruebas para ayudar a diagnosticar émbolos , estenosis , vasoespasmo de una hemorragia subaracnoidea (sangrado de un aneurisma roto ) y otros problemas. Estas pruebas relativamente rápidas y económicas están ganando popularidad. [ cita requerida ] Las pruebas son efectivas para detectar la enfermedad de células falciformes , la enfermedad cerebrovascular isquémica , la hemorragia subaracnoidea , las malformaciones arteriovenosas y el paro circulatorio cerebral . Las pruebas posiblemente sean útiles para la monitorización perioperatoria y la infección meníngea . [1] El equipo que se utiliza para estas pruebas es cada vez más portátil, lo que permite que un médico se desplace a un hospital, a un consultorio médico o a un asilo de ancianos para realizar estudios tanto en pacientes hospitalizados como ambulatorios. Las pruebas se utilizan a menudo junto con otras pruebas como la resonancia magnética , la angiografía por resonancia magnética , la ecografía dúplex carotídea y las tomografías computarizadas . Las pruebas también se utilizan para la investigación en neurociencia cognitiva (véase Doppler transcraneal funcional, a continuación).
Se pueden utilizar dos métodos de registro para este procedimiento. El primero utiliza imágenes en "modo B" , que muestran una imagen bidimensional del cráneo, el cerebro y los vasos sanguíneos tal como se ven a través de la sonda de ultrasonido . Una vez que se encuentra el vaso sanguíneo deseado , se pueden medir las velocidades del flujo sanguíneo con una sonda de efecto Doppler pulsado , que representa gráficamente las velocidades a lo largo del tiempo. Juntos, estos métodos forman una prueba dúplex . El segundo método de registro utiliza solo la función de la segunda sonda, y se basa en cambio en la capacitación y la experiencia del médico para encontrar los vasos correctos. Las máquinas TCD actuales siempre permiten ambos métodos. [ cita requerida ]
La sonda de ultrasonidos emite una onda sonora de alta frecuencia (normalmente un múltiplo de 2 MHz ) que rebota en varias sustancias del cuerpo. Estos ecos son detectados por un sensor en la sonda. En el caso de la sangre en una arteria , los ecos tienen diferentes frecuencias dependiendo de la dirección y la velocidad de la sangre debido al efecto Doppler . [2] Si la sangre se aleja de la sonda, entonces la frecuencia del eco es menor que la frecuencia emitida; si la sangre se mueve hacia la sonda, entonces la frecuencia del eco es mayor que la frecuencia emitida. Los ecos se analizan y se convierten en velocidades que se muestran en el monitor de la computadora de la unidad. De hecho, debido a que la sonda se pulsa a una velocidad de hasta 10 kHz, la información de frecuencia se descarta de cada pulso y se reconstruye a partir de los cambios de fase de un pulso al siguiente.
Debido a que los huesos del cráneo bloquean la mayor parte de la transmisión de ultrasonidos, se deben utilizar para el análisis regiones con paredes más delgadas (llamadas ventanas de insonación), que ofrecen la menor distorsión a las ondas sonoras. Por esta razón, el registro se realiza en la región temporal por encima del pómulo / arco cigomático , a través de los ojos, debajo de la mandíbula y desde la parte posterior de la cabeza. La edad, el sexo, la raza y otros factores del paciente afectan el grosor y la porosidad de los huesos, lo que hace que algunos exámenes sean más difíciles o incluso imposibles. La mayoría aún se pueden realizar para obtener respuestas aceptables, lo que a veces requiere el uso de sitios alternativos desde los cuales ver los vasos.
En ocasiones, la historia clínica y los signos clínicos de un paciente sugieren un riesgo muy alto de sufrir un ictus. El ictus oclusivo causa daño tisular permanente durante las tres horas siguientes (quizás incluso 4,5 horas [3] ), pero no de forma instantánea. Diversos fármacos (p. ej., aspirina, estreptoquinasa y activador tisular del plasminógeno (TPA) en orden ascendente de eficacia y coste) [4] [5] [6] pueden revertir el proceso del ictus. El problema es cómo saber inmediatamente que se está produciendo un ictus. Una forma posible es el uso de un dispositivo Doppler transcraneal implantable "conectado operativamente a un sistema de administración de fármacos". [7] Alimentado por batería, utilizaría un enlace de RF a una computadora portátil que ejecutaría una rutina de análisis espectral junto con la entrada de un oxímetro (que monitoriza el grado de oxigenación de la sangre, que un ictus podría afectar) para tomar la decisión automática de administrar el fármaco. [ cita requerida ]
La ecografía Doppler transcraneal funcional (fTCD) es una herramienta de neuroimagen para medir los cambios en la velocidad del flujo sanguíneo cerebral debido a la activación neuronal durante las tareas cognitivas. [8] La TCD funcional utiliza la tecnología Doppler de onda de pulso para registrar las velocidades del flujo sanguíneo en las arterias cerebrales anterior, media y posterior. De manera similar a otras técnicas de neuroimagen, como la resonancia magnética funcional (fMRI) y la tomografía por emisión de positrones (PET), la fTCD se basa en un acoplamiento estrecho entre los cambios regionales del flujo sanguíneo cerebral y la activación neuronal. Debido a un monitoreo continuo de la velocidad del flujo sanguíneo, la TCD ofrece una mejor resolución temporal que la fMRI y la PET. La técnica no es invasiva y es fácil de aplicar. Las mediciones de la velocidad del flujo sanguíneo son robustas frente a los artefactos de movimiento. Desde su introducción, la técnica ha contribuido sustancialmente a la elucidación de la organización hemisférica de las funciones cognitivas, motoras y sensoriales en adultos y niños. [9] [10] La fTCD se ha utilizado para estudiar la lateralización cerebral de las principales funciones cerebrales, como el lenguaje, [11] [12] [13] el procesamiento facial, [14] el procesamiento del color, [15] y la inteligencia. [16] Además, la mayoría de los sustratos neuroanatómicos establecidos para la función cerebral están perfundidos por las principales arterias cerebrales que podrían ser insonadas directamente. Por último, la fTCD se ha utilizado como una modalidad de interfaz cerebro-computadora . [17]
La FTCD convencional tiene limitaciones para el estudio de la lateralización cerebral. Por ejemplo, puede no diferenciar los efectos lateralizantes debidos a las características del estímulo de los debidos a la respuesta a la luz, y no distingue entre las señales de flujo que emanan de las ramas corticales y subcorticales de las arterias cerebrales del polígono de Willis. Cada arteria cerebral basal del polígono de Willis da origen a dos sistemas diferentes de vasos secundarios. El más corto de estos dos se llama sistema ganglionar, y los vasos que pertenecen a él irrigan los tálamos y los cuerpos estriados; el más largo es el sistema cortical, y sus vasos se ramifican en la piamadre e irrigan la corteza y la sustancia cerebral subyacente. Además, las ramas corticales se pueden dividir en dos clases: largas y cortas. Las arterias largas o medulares pasan a través de la sustancia gris y penetran en la sustancia blanca subyacente hasta una profundidad de 3-4 cm. Los vasos cortos se limitan a la corteza. Tanto el sistema cortical como el ganglionar no se comunican en ningún punto de su distribución periférica, sino que son completamente independientes entre sí, y entre las partes irrigadas por ambos sistemas existe una línea divisoria de actividad nutritiva disminuida. [18] Mientras que los vasos del sistema ganglionar son vasos terminales, los vasos del sistema arterial cortical no son tan estrictamente "terminales". El flujo sanguíneo en estos dos sistemas en el territorio de la arteria cerebral media (ACM) irriga el 80% de ambos hemisferios, [19] incluyendo la mayoría de los sustratos neuronales implicados en el procesamiento facial, el procesamiento del lenguaje y el procesamiento de la inteligencia en las estructuras corticales y subcorticales. Las mediciones de la velocidad media del flujo sanguíneo (VMS) en el tronco principal de la ACM podrían proporcionar potencialmente información sobre los cambios posteriores en los sitios corticales y subcorticales dentro del territorio de la ACM. Cada brazo distal del sistema vascular de la ACM podría separarse en sitios de reflexión distal "cercanos" y "lejanos" para los sistemas cortical y ganglionar (subcortical), respectivamente. Para lograr este objetivo, un método consiste en aplicar el análisis de Fourier a las series temporales periódicas de MFV adquiridas durante las estimulaciones cognitivas. El análisis de Fourier produciría picos que representan la energía pulsátil de los sitios de reflexión en varios armónicos, que son múltiplos de la frecuencia fundamental. [20] [21] McDonald en 1974 demostró que los primeros cinco armónicos suelen contener el 90% de toda la energía pulsátil dentro del sistema de oscilaciones de presión/flujo en la circulación periférica. Se podría suponer que cada brazo del sistema vascular representa un único tubo viscoelástico terminado por impedancia, creando un único sitio de reflexión. [22]La actividad vasomotora inducida por estimulación psicofisiológica en cada sitio terminal establece una oscilación de onda sinusoidal estacionaria, que comprende una suma de ondas debido a los efectos de las ondas incidentes, reflejadas y re-reflejadas desde el punto de medición distal al proximal. Los estudios fTCDS se realizan con el participante colocado en una postura supina con la cabeza hacia arriba a unos 30 grados. El arnés de sujeción de la sonda (por ejemplo, LAM-RAK, DWL, Sipplingen, Alemania) se utiliza con un soporte de base en dos tapones para los oídos y en la cresta nasal. Se fijan dos sondas de 2 MHz en el soporte de la sonda y se realiza una insonación para determinar la posición óptima para el monitoreo continuo de ambos tallos principales de la ACM a 50 mm de profundidad desde la superficie de la sonda. Se adquiere un registro en serie de MFV para cada estímulo y luego se utiliza para el análisis de Fourier. El algoritmo de transformada de Fourier utiliza software estándar (por ejemplo, módulo de series temporales y pronóstico, STATISTICA , StatSoft, Inc. ). El algoritmo de Fourier estándar más eficiente requiere que la longitud de la serie de entrada sea igual a una potencia de 2. Si este no es el caso, se deben realizar cálculos adicionales. Para derivar la serie de tiempo requerida, los datos se promediaron en segmentos de 10 segundos para una duración de 1 minuto o cada estímulo, lo que produjo 6 puntos de datos para cada participante y un total de 48 puntos de datos para los ocho hombres y mujeres, respectivamente. El suavizado de los valores del periodograma se logró utilizando una transformación de promedio móvil ponderado. Se aplicó la ventana de Hamming como suavizador. [23] [24] Se graficaron las estimaciones de densidad espectral, derivadas del análisis de Fourier de una sola serie, y las regiones de frecuencia con las estimaciones más altas se marcaron como picos. Los orígenes de los picos son de interés para determinar la confiabilidad de la presente técnica. Los picos fundamentales (F), corticales (C) o de memoria (M) y subcorticales (S) ocurrieron a intervalos de frecuencia regulares de 0,125, 0,25 y 0,375, respectivamente. Estas frecuencias se podrían convertir a Hz, suponiendo que la frecuencia fundamental de la oscilación cardíaca fuera la frecuencia cardíaca media. La frecuencia fundamental (F) del primer armónico se podría determinar a partir de la frecuencia cardíaca media por segundo. Por ejemplo, una frecuencia cardíaca de 74 lpm sugiere 74 ciclos/60 o 1,23 Hz. En otras palabras, los picos F, C y S se produjeron en múltiplos del primer armónico, en el segundo y tercer armónico, respectivamente. Se podría suponer que la distancia del sitio de reflexión para el pico F emana de un sitio en D 1= longitud de onda/4 = cf/4 = 6,15 (m/s)/(4×1,23 Hz) = 125 cm, donde c es la velocidad de propagación de onda asumida del árbol arterial periférico según McDonald, 1974. Dada la tortuosidad vascular, la distancia estimada se aproxima a la del sitio de medición en el tallo principal de la ACM, a un sitio imaginario de reflexiones sumadas de las extremidades superiores, cerca de las puntas de los dedos cuando se estiran lateralmente. [25] El pico C ocurrió en el segundo armónico, de modo que la longitud arterial estimada (usando c de la carótida común = 5,5 m/s) [26] estuvo dada por D 2 = longitud de onda/8 = cf 2 /8 = 28 cm, y una frecuencia f de 2,46 Hz. La distancia se aproxima a la longitud arterial visible desde el tronco principal de la ACM, a través de la tortuosidad vascular y alrededor de la convexidad cerebral, hasta los vasos terminales en sitios corticales distales como la unión occipito-temporal en angiogramas carotídeos de adultos. [25] El pico S ocurrió en el tercer armónico, y puede haber surgido de un sitio estimado en D3 = longitud de onda/16 = cf3 / 16 = 9,3 cm y una frecuencia f3 de 3,69 Hz. Este último se aproxima a la longitud arterial visible de los vasos lenticuloestriados desde el tronco principal de la ACM en angiogramas carotídeos. [27] Aunque no se muestra, se esperaría que el cuarto armónico surgiera de la bifurcación de la ACM en la proximidad más cercana al sitio de medición en el tronco principal de la ACM. La longitud de pre-bifurcación desde el punto de medición vendría dada por D 4 = longitud de onda/32 = cf 4 /32 = 3,5 cm y una frecuencia f 4 de 4,92 Hz. La distancia calculada se aproxima a la del segmento del tallo principal de la ACM justo después de la bifurcación carotídea, donde probablemente se colocó el volumen de muestra de ultrasonido, hasta la bifurcación de la ACM. Por lo tanto, estas estimaciones se aproximan a las longitudes reales. Sin embargo, se ha sugerido que las distancias estimadas pueden no correlacionarse exactamente con las dimensiones morfométricas conocidas del árbol arterial según Campbell et al., 1989. El método fue descrito por primera vez por Philip Njemanze en 2007, y se denominó espectroscopia Doppler transcraneal funcional (fTCDS). [25] La fTCDS examina las estimaciones de densidad espectral de los procesos periódicos inducidos durante las tareas mentales y, por lo tanto, ofrece una imagen mucho más completa de los cambios relacionados con los efectos de un estímulo mental determinado. Las estimaciones de densidad espectral se verían menos afectadas por artefactos que carecen de periodicidad, y el filtrado reduciría el efecto del ruido. [28] Los cambios en el pico C pueden mostrar potencial cortical a largo plazo (CLTP) o depresión cortical a largo plazo (CLTD), que se ha propuesto como equivalentes sugeridos de la actividad cortical durante el aprendizaje [25]. y procesos cognitivos. Los trazados de velocidad de flujo se monitorean durante el paradigma 1 que comprende un cuadrado de tablero de ajedrez a medida que la percepción de objetos se compara con la cara completa (paradigma 2) y la tarea de clasificación de elementos faciales (paradigma 3). Los cálculos de transformada rápida de Fourier se utilizan para obtener los gráficos de densidad espectral y amplitud cruzada en las arterias cerebrales medias izquierda y derecha. El pico C también llamado pico cortical de memoria (pico M) se pudo ver surgir durante el paradigma 3, una tarea de clasificación de elementos faciales que requiere una recuperación de memoria iterativa a medida que un sujeto ajusta constantemente el rompecabezas espacialmente haciendo coincidir cada elemento facial en el paradigma 3 con el almacenado en la memoria (paradigma 2) antes de proceder a formar la imagen de la cara completa.
Aunque la TCD no siempre es precisa debido a la velocidad relativa del flujo sanguíneo, sigue siendo útil para el diagnóstico de oclusiones arteriales en pacientes con accidente cerebrovascular isquémico agudo, especialmente cuando se utiliza la arteria cerebral media. Se ha realizado un estudio de investigación para comparar la TCD con Power Motion Doppler (PMD-TCD) con la angiografía por TC (CTA); ambas son válidas, pero la precisión de la PMD-TCD no es superior al 85 por ciento. Las ventajas de la PMD-TCD son la portabilidad (por lo que se puede utilizar en la cama del paciente o en la sala de emergencias), somete a los pacientes a menos radiación en comparación con la CTA (por lo que se puede repetir, si es necesario para el seguimiento) y es menos costosa que la CTA o la angiografía por resonancia magnética. [29]
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