DOPPLER ESPECTRAL

DR. JAIME INGAR PINEDO

UNIDAD DE MEDICINA FETAL INMP

2011

INTRODUCCIÓN

En los últimos años se han incrementado enormemente las capacidades de representación del flujo sanguíneo mediante el ultrasonido

El Doppler color es común y el Doppler poder proporciona nuevas formas de representación del flujo sanguíneo

La técnica se viene utilizando cada día con mayor frecuencia

PRINCIPIOS

El sonido se propaga en forma de energía

ondulatoria a través de un medio elástico.

Si el emisor está en reposo las ondas sólo

varían en intensidad.

Si el emisor se encuentra en movimiento las

ondas varían de frecuencia y se atenúan

progresivamente.

EFECTO PIEZO-ELÉCTRICOGENERADOR DE ULTRASONIDOS

El ultrasonido en

medicina es una

aplicación del “efecto

piezoeléctrico”

inverso descrito por

Pierre Curie en 1880

y Lippman en 1881.

PROPIEDADES DEL ULTRASONIDO

Frecuencia: número de vibraciones/ tiempo (ciclos/seg.) Herzios y MHz.

Intensidad o fuerza

Amplitud de la onda (Bells

o db).

Potencia es la energía

10-50 (mW/cm).

Velocidad del sonido depende del medio en que se propaga.

IMPEDANCIAS

ACÚSTICAS

Aire 330 m/s

Agua 1,495 m/s

Hígado 1,570 m/s

Riñón 1,560 m/s

Músculo 1,568 m/s

Grasa 1,476 m/s

T. Humanos 1,540 m/s

Hueso 3,360 m/s

FÍSICA DEL SONIDO

El sonido es una

energía vibratoria que

se propaga en un medio

elástico.

El oído humano es

capaz de percibir los

sonidos en el rango de

las 16 a 16,000 c/s (Hz)

Los ultrasonidos

diagnósticos oscilan

entre los 2,5 a 15 MHz

PROPIEDADES FÍSICAS

Refracción: Es el cambio de la velocidad del

sonido al atravesar medios de distinta

densidad.

Reflexión: Especular y Dispersa.

Atenuación: Es la pérdida de la energía

acústica por distancia a la fuente transmisora,

dispersión o por absorción del medio.

Resolución: Es la capacidad de diferenciar la

menor distancia entre dos puntos. Es direc-

tamente proporcional a la frecuencia.

ATENUACION

Onda Incidente

Onda Reflejada

Onda Transmitida

Impedancia Medio 1

Impedancia Medio 2

Dispersión: Perdida de energía solo por el hecho de alejarse del emisor.

Absorción: caída geométrica de energía que depende del

medio. Es del orden de 1 db/MHz por cada

cm. de penetración en los tejidos de los

mamíferos.

Refracción: Ondas reflejadas o transmitidas que alteran su

dirección.

Onda

Reflejada

Onda

Transmitida

Onda

Incidente

Interfaz

EFECTOS BIOLOGICOS DE LOS ULTRASONIDOS

Como procedimiento diagnóstico elultrasonido ha establecido un envidiablerécord de seguridad.

El Instituto Americano de Ultrasonido enMedicina (AIUM) en 1991 declaró:

“No confirmed biological effects on patients orinstrument operators caused by exposure atintensities typical of present diagnosticultrasound instruments have ever beenreported”

EFECTOS BIOLOGICOS DE LOS ULTRASONIDOS

En medicina se asume el principio de ofrecer el

mayor beneficio con los menores riesgos al

paciente.

El ultrasonido siempre se ha considerado del

mayor beneficio y prácticamente sin riesgos para

el paciente. Sobre todo, porque a pesar del

tiempo transcurrido y el aumento de los equipos,

aplicaciones y exámenes, no aparecen

evidencias de efectos nocivos atribuibles a la

técnica.

EFECTOS BIOLÓGICOS CELULAS: Ruptura de nucleolos y lisosomas con liberación de

enzimas.

Disrupción de las crestas mitocondriales.

Incremento de la permeabilidad de las membranas.

TEJIDOS Y ORGANOS: Calentamiento selectivo de nervios periféricos.

Reducción de los potenciales de acción.

Edema tisular.

Reducción del glucógeno en hígado y músculo.

Formación de cataratas.

Hemorragia.

CONCLUSION SOBRE EFECTOS

BIOLOGICOS El ultrasonido en medicina, no obstante la inocuidad de

los equipos actuales , no está exento de efectosbiológicos peligrosos por encima de cierta intensidad.

El hecho de que, hasta la fecha, no se hayan reportado

daños evidentes atribuibles, no excluye que los nuevos

aparatos con Doppler cada vez más potentes a

tiempos de exposición mayores puedan llegar al nivel

de considerarse la ecuación riesgos vs beneficios.

La comprensión de los efectos biológicos es esencial

para el uso prudente de la técnica.

Johann Christian DopplerFísico Austriaco

1803 - 1853

1842: correlación entre modificaciones de

frecuencia y velocidad, basado en el cambio

de color de las estrellas según si estuviesen

aproximándose o alejándose de la Tierra.

Describió el fenómeno que hoy lleva su

nombre, en relación con la luz.

HISTORIA

Detti laura, Mari Giancarlo, Cheng Chi, et al. Fetal doppler velocimtry.Obstet Gynecol Clin N Am. 2004; 211-214

1845, holandés Buys Ballot comprobó experimentalmente el efecto

Doppler en las ondas sonoras. Relación entre cambios de frecuencia y

velocidad. Consiste en el cambio de frecuencia de la onda sonora

reflejada con respecto a la emitida provocado por los tejidos en

movimiento atravesados por la onda US

EFECTO DOPPLER

Cuando el haz de US impacta sobre un

blanco móvil (GR) el eco retorna al

transductor con una Lo modificada. Esto

implica un cambio en la F en relación inversa.

EFECTO DOPPLER

Si el GR se aproxima al transductor

comprime la onda de retorno ( Lo y F)

Cuando la F de retorno es > F emitida, la

diferencia resultante (F doppler), en este

caso mayor que cero se codificará como

señal positiva (roja en D.color y por

encima de la línea basal en D.pulsado)

ECUACIÓN DOPPLER

Permite determinar la velocidad circulatoria de los GR

F = 2VGR x Fo x CosC

F: F diferencial (F recibida – F emitida)

V : Velocidad circulatoria de los GR

Fo : Frecuencia original emitida x transductor

C : Constante (Vel. Propagac del US en T. Blandos)

1540 mts/seg

ECUACIÓN DOPPLER

El equipo conoce todos las datos de la

fórmula excepto V.

Única intervención: corrección angular

adecuada para que el Cos sea el

correcto

Vaso sanguíneo: hematíes

.. velocidad

@

En medicina se utiliza

para la detección y

medida del flujo

sanguíneo.

Los reflectores de

onda son los hematíes.

Recepción US

Emisión US

EFECTO DOPPLER

EFECTO DOPPLER

60º

fR

fT

C

cosVffF

TR

INTRODUCCIÓN

Efecto Doppler

Se define como la variación del tono de un sonido en relación a la variación de distancia entre el origen y el observador. Cuando el origen es móvil esta cambia y se puede

cuantificar denominándose Modificación Doppler.

Cuando la frecuencia del sonido emitido es fija se puede calcular la Modificación Doppler y se correlaciona con la velocidad de movimiento relativo entre el blanco y el transductor.

Este principio aplicado al ultrasonido nos permite conocer ondas de velocidad de flujo de un vaso determinado.

Deane, C. Doppler Ultrasound: Principles and Practice. En: Doppler in Obstetrics. Nicolaides, K. Ed.

http://www.centrus.com.br/DiplomaFMF/SeriesFMF/doppler/capitulos-html/chapter_01.htm

INTRODUCCIÓN

La señal de Frecuencia

Doppler es mayor a mayor

alineación entre el haz de

ultrasonido y el flujo a

estudiar.

A > B > C > D

Deane, C. Doppler Ultrasound: Principles and Practice. En: Doppler in Obstetrics. Nicolaides, K. Ed.

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El transductor emisor y receptor

de las ondas de frecuencia,

transformándose como principal

variable el ángulo de incidencia

de las ondas

EVALUACIÓN DEL DOPPLER

Cuantitativa

Velocidad Sistólica máxima.

Velocidad de fin de Diástole.

Velocidad Promedio.

Semi-Cuantitativa

Indice de Pulsatilidad.

Indice de Resistencia.

Proporción S/D.

Deane, C. Doppler Ultrasound: Principles and Practice. En: Doppler in Obstetrics. Nicolaides, K. Ed.

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S

D

media

ANALISIS DEL ESPECTRO DOPPLER

TERMINOLOGÍA

INDICE DE RESISTENCIA

Se calcula por la diferencia de los picos de velocidad sistólica y diastólica dividida por el pico sistólico.

(entre 0 y 1)

* Pourcelot

..

....

SistVel

DiastVelSistVelRI

TERMINOLOGÍA

INDICE DE PULSATILIDAD

Se define como la diferencia entre el pico

sistólico y el pico de velocidad diastólica

dividida entre el promedio de los cambios de

frecuencia segundo a segundo.

IP = Vel.Sist. - Vel. Diast. (entre 0 y 7)

Prom. de Frec.

* Campbell

DOPPLER EN GINECOLOGÍA

Flujos vasculares de alta

resistencia: Condición Benigna

IR > 0,75 y IP > 3,25

Flujos Vasculares de baja

resistencia: Condición

peligrosa o maligna IR < 0,50

y IP < 2

DOPPLER EN OBSTETRICIA

Flujos vasculares de alta resistencia:

Situación ominosa para el feto.

IR cercano a 1 e IP cercano a 7

Flujos vasculares de baja resistencia:

Buena perfusión materna-fetal.

IR e IP cercanos a 0

Depende de:

Velocidad de la sangre: a medida que

aumenta la velocidad, también lo hace la

frecuencia Doppler

Frecuencia de ultrasonido dar aumento de

la ultrasonido: mayor frecuencia de

frecuencia Doppler.

Elección de la frecuencia

Angulo del haz de ultrasonidos

ANALISIS DEL ESPECTRO DOPPLER

Aunque se han implementado varios métodos de análisis espectral, la mayoría usa la “Transformación rápida digital de Fourier”.

Períodos de señal son digitalizadas y los componentes de frecuencia son analizadas matemáticamente a suficiente velocidad para obtener espectros en tiempo real.

Las características de la onda espectral son la consecuencia de las características hemodinámicas del vaso insonado.

TIPOS DE DOPPLER Doppler continuo

Doppler pulsado Duplex

Doppler color Triplex

Doppler de energía

(Power Angio)

Nuevas tecnologías 3D/4D Angiografía Power Doppler

(Glass Body).

Spatial Temporal Image

B - Flow

TIPOS DE DOPPLER: DOPPLER DE ONDA CONTÍNUA Usa la transmisión y

recepción contínua del ultrasonido.

El Transmisor esta separado del Receptor, y los haces se cruzan en un ángulo pre-definido.

Características:

baja energía de salida acústica.

No permite seleccionar la profundidad ni el volumen de muestra.

No se visualizan los vasos simultáneamente.

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USO Medición de LCF.

TIPOS DE DOPPLER: DOPPLER PULSADO

Transmite el ultrasonido

de manera pulsátil,

usando el transductor

como emisor y receptor.

Características:

Mayor energía de

salida acústica.

Permite seleccionar la

profundidad y la

amplitud del volumen

de muestra.

Permite visualizan los

vasos a estudiar.

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PARÁMETROS Y CONTROLES

Sistema Duplex:

Exhiben Modo B

con Doppler

pulsado simult. O

con Doppler color

PARÁMETROS Y CONTROLES

Sistema triplex:

Representación

simultánea de

Modo B,

doppler color y

espectral

MODOS DE IMAGEN DE FLUJO

Doppler Pulsado: “Spectral Doppler”

Información detallada del

flujo en un punto

específico.

Entrega un Sonograma

de la arteria o vena en

estudio.

Buena resolución

temporal.

Permite el cálculo de

velocidades e índices.

Doppler Color:

Información general del

flujo en una región.

Entrega un Mapa-Color

de los flujos superpuesto

en la imagen ecográfica

bidimensional, en tiempo

real.

Mala resolución temporal.

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MODOS DE IMAGEN DE FLUJO

El Doppler pulsado muestra el espectro completo de las señales Doppler en una muestra de volumen única.

El Doppler color presenta dos parámetros de la señal Doppler:

La varianza Ancho.

La velocidad media.

A ambos parámetros se les asignan colores y se representan en el monitor.

Un 3º parámetro es la Potencia o

Energía

POWER DOPPLER

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EQUIPOS DE DOPPLER

CONTINUO

Los equipos de onda contínua son los más

simples.

El transductor tiene 2 elementos: uno que

transmite y otro que recibe.

Un demodulador calcula la diferencia de

frecuencias emitidas y recibidas por los

cristales, originando el efecto Doppler.

EQUIPOS DE DOPPLER CONTINUO

El haz emitido puede captar cualquier

estructura en movimiento la cual origina

una señal “sucia” o superpuesta.

Trabajan a frecuencias de 7 - 10 MHz. Y

sirven para detectar velocidad de flujos

vasculares de vasos superficiales

periféricas y LF.

DOPPLER PULSADO

Combina la detección de velocidad de flujo delDoppler continuo con el rango de discriminaciónde un sistema pulsado.

El mismo transductor transmite y recibe lospulsos ultrasónicos provenientes de unamuestra seleccionada, permitiendo sintetizar laseñal Doppler.

La señal sintetizadas puede ser analizada en lapantalla “Doppler Espectral Analysis”.

DOPPLER DE LA UTERINA

GESTACION 17 SEMANAS

DOPPLER EN EL EMBARAZO ECTOPICO

POWER DOPPLER

También mencionada como

Energy Doppler, Amplitude

Doppler o Doppler

Angiography.

Muestra la magnitud del flujo

en vez de la frecuencia

Doppler.

Características:

Independiente del ángulo.

Permite ver volúmenes y

velocidades muy bajas.

No afecta a distorsión.

Desventaja Falta de un

método cuantitativo, objetivo y

confiable para la

interpretación de sus

resultados.Deane, C. Doppler Ultrasound: Principles and Practice. En: Doppler in Obstetrics. Nicolaides, K. Ed.

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COLOR DOPPLER DIGITAL

“POWER DOPPLER”

Se basa en los cambios de amplitud segundo a

segundo y no a los cambios de frecuencia, por

lo tanto, es independiente al ángulo de

incidencia.

El rango de color ya no es de azul a rojo sino

de rojo a naranja.

Permite visualizar mayor cantidad de vasos y

medir vasos pequeños.

POLÍGONO DE WILLIS

ANGIO-POWER 3D

DOPPLER COLOR Es una aplicación del Doppler-pulsado

multimuestral a diferentes profundidades del haz ultrasónico, en forma simultánea.

Permite mapear todas las fuentes de

señal Doppler en la imagen bidimensional.

Asigna un color según la dirección del

flujo: “color-flow-mapping”.

Aorta descendente

VCI

DOPPLER COLOR

DOPPLER COLOR

Requiere un tiempo mínimo (10 mseg.) para

que el demodulador calcule los cambios de

frecuencia en todo el corte bidimensional

manteniendo el transductor fijo.

Los equipos modernos han tratado de superar

esta incomodidad aumentando la tasa de

repetición de pulsos (RPF) lo cual obliga a

aumentar la potencia hasta cerca de 1

Watt/cm2.

EVALUACIÓN CUALITATIVA DEL DOPPLER

Encontrar o no flujo en un determinado vaso u

órgano blanco.

Visualmente Sonograma o Doppler Color.

Auditivamente.

Evaluación de la forma de la curva encontrada.

Escotadura diastólica.

Flujo Reverso.

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ARTEFACTOS

Categoría I: Por limitaciones tx.

- Aliasing.

- Ausencia de flujo ( x Angulo inapropiado)

Categoría II: Por la anatomía del

paciente

- Imagen especular.

- Color extravascular

Categoría III: Factores del ecógrafo

- Artefacto de borde.

- Artefacto de centelleo.

ARTEFACTOSAliasing: Saturación de la señal Doppler.

Los pulsos son transmitidos a una frecuencia dada (Frecuencia de Repetición de Pulso =FRP).

La máxima frecuencia Doppler (fd) medible adecuadamente es la mitad de la FRP.

Si la Velocidad sanguínea y el ángulo de incidencia dan una fdmayor, se obtiene una señal doppler ambigua en relación a la velocidad y a la dirección del flujo.

Deane, C. Doppler Ultrasound: Principles and Practice. En: Doppler in Obstetrics. Nicolaides, K. Ed.

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ALIASING

Artefacto producido

cuando la velocidad

de captación del

equipo (escala de

velocidad) es menor

que la velocidad de

la sangre en el vaso

explorado

Se manifiesta decapitando el pico de velocidad máxima en el límite alto de la escala, apareciendo este pico en la porción más inferior de la escala

ESPECTRAL

ALIASING

Se observa un mosaico

de colores de manera

que en vasos grandes,

los flujos que van hacia

el transductor, de los

bordes hacia el centro

del vaso se representan

los colores rojo-amarillo-

azul claro- azul oscuro

COLOR

ALIASING

Soluciones:

Descender la línea basal

Aumentar el PRF (velocidad)

Aumentar el ángulo de insonación

Cambiar a un transductor de menor

frecuencia

ARTEFACTOS

Color

extravascular

X ganancia color

excesiva

X movimiento del

paciente

ARTEFACTOS

Imagen especular

Ambigüedad direccional

X señal doppler excesivamente potente

X ángulo de 90º

ARTEFACTO DE BORDE

Falsa señal Doppler generada en el margen de una superficie fuertemente reflectante y lisa (cortical ósea) simulando un vaso.

El artefacto es más frecuente con Doppler angio y con escala de velocidad y PRF bajos y valores también bajos de filtro de pared.

El artefacto se identifica con el Doppler pulsado que demuestra un trazado simétrico por encima y debajo de la línea base típico de “ruido”.

ARTEFACTO DE CENTELLEO

Se presenta como señales de Doppler color por detrás de una superficie fuertemente reflectante (p.e. calcificación) que se comporta como si existiera flujo o un artefacto de movimiento (“cola de cometa en mosaico de colores”).

El Doppler pulsado identifica una imagen típica de ruido con trazado irregular de la misma amplitud a ambos lados de la línea base.

DOPPLER ESPECTRAL

INDICE DE PULSATILIDAD

IP = A – B

M

M : Velocidad Media (calculada

automáticamente por el SW)

Vena pulmonar

Arteria pulmonar

Vena pulmonar

Posición materna

FCF

Movimientos respiratorios

fetales

Viscosidad sanguínea

Esta frecuencia será > o < dependiendo desi el tejido se acerca o aleja de la sonda.

Podemos obtener la velocidad y dirección dela sangre (se representan con colores) yaque los US rebotan en los glóbulos rojos dela sangre en movimiento y esto cambia lafrecuencia.

Así, podemos seguir el movimiento de losórganos y detectar anomalías

EFECTO DOPPLER

Detti laura, Mari Giancarlo, Cheng Chi, et al. Fetal doppler velocimtry.Obstet Gynecol Clin N Am. 2004; 211-214

CORRECCIÓN ANGULAR

En Doppler obstétrico se trabaja con índices y no con velocidades absolutas

corrección angular es INNECESARIA

Mejor ángulo: 0º ó 180º

Peor ángulo: 90º

CORRECCIÓN ANGULAR

Si incidimos un vaso en ángulo recto (90º) no habrá señal color ni espectral (señal ausente)

La ausencia de flujo puede resultar un artefacto por ángulo de insonación desfavorable.

Señal ausente no siempre es flujo ausente

CORRECCIÓN ANGULAR

Única circunstancia

en obstetricia donde

es necesario tener en

cuenta el angulo de

insonación:

evaluación del pico

de velocidad sistólica

de la ACM

EFECTO DE LOS ÁNGULOS DEL

TRANSDUCTOR SOBRE EL VASO INSONADO

PARÁMETROS Y CONTROLES Frame Rate Es el número de cuadros por segundo que se

presentan en la pantalla. A > FR > calidad de imagen

Se afecta con

○El tamaño de la caja de color (a > tamaño < FR imagen lenta)

○La velocidad (PRF) (a < PRF < FRimagen lenta)

○El número de modos activos (Modo Triplex imagen más lenta)

PARÁMETROS Y CONTROLES

Pulse Repetition Frequency (PRF)

Es la velocidad (regulable) de muestreo del sistema. También se llama Velocity Range.

Se relaciona con:

○El tamaño del espectro (a >PRF < tamaño)

○El aliasing (PRF bajo)

FX QUE AFECTAN LA OVF

Posición materna

Frecuencia Cardiaca Fetal

Movimientos Respiratorios Fetales

Viscosidad sanguínea

POSICIÓN MATERNA

Evitar la Compresión de VCI

Origina Hipotensión y alteración de la circulación útero-placentaria

Realizar el examen con la paciente en posición semi-sentada y con un leve giro a la izquierda

FRECUENCIA CARDIACA FETAL

Existe relación inversa entre la FCF y la duración del ciclo cardíaco.

Cuando la FCF cae, se prolonga la fase diastólica y la frecuencia telediastólicadisminuye.

No existe significancia clínica si la FCF esta dentro de los valores normales (120-160)

MOVIMIENTOS RESPIRATORIOS

FETALES

Produce variaciones en la forma de las OVF, simulando ondas bi, trigeminadas.

La evaluación doppler fetal se debe realizar durante el apnea fetal, en ausencia de hipo o movimientos excesivos

VISCOSIDAD SANGUÍNEA

Aumento en la viscosidad sanguínea se asocia con disminución en el GC y aumento de la RP y viceversa

No se ha podido demostrar la relación entre viscosidad sanguinea y resistencia al flujo arterial umbilical en fetos humanos

Giles WB, Trudinger BJ, Paimer AA. Umbilical cord whole blood viscosity and

the umbilical artery flow velocity time waveforms: a correlation. Br J Obstet

Gynaecol 1986;93:466