Ultrassonografia de alta frequência da aorta abdominal

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

Sistemas de ultrassom de alta frequência são usados para adquirir imagens de alta resolução. Aqui, o uso de um sistema de última geração será demonstrado para a imagem da morfologia e hemodinâmica de pequenas artérias pulsantes e veias encontradas em camundongos e ratos. O ultrassom é um método relativamente barato, portátil e versátil para a avaliação não invasiva de vasos em humanos, bem como animais grandes e pequenos. Essas são várias vantagens fundamentais que o ultraound oferece em comparação com outras técnicas, como tomografia computadorizada (TC), ressonância magnética (RM) e tomografia de fluorescência quase infravermelha (NIRF). A tomografia requer radiação ionizante e a ressonância magnética pode ser proibitivamente cara e até impraticável em alguns cenários. O NIRF, por outro lado, é limitado pela profundidade de penetração da luz necessária para excitar os agentes de contraste fluorescentes.

O ultrassom tem limitações em termos de profundidade de imagem; no entanto, isso pode ser superado sacrificando a resolução e usando um transdutor de menor frequência. O gás abdominal e o excesso de peso corporal podem diminuir severamente a qualidade da imagem. No primeiro caso, a propagação de ondas sonoras é limitada, enquanto, neste último caso, são atenuadas por tecidos sobrelados, como gordura e tecido conjuntivo. Como resultado, não pode ser observado contraste ou contraste fraco. Finalmente, o ultrassom é uma técnica altamente dependente do usuário, exigindo que o sonografista esteja familiarizado com a anatomia e seja capaz de contornar problemas, como o aparecimento de artefatos de imagem ou interferência acústica.

O ultrassom é uma modalidade comum de imagem clínica. Os princípios fundamentais do ultrassom envolvem a propagação de ondas acústicas, sua interação com o tecido e o registro de ondas refletidas e dispersas (ou seja, ecos). Transdutores de alta frequência recentemente desenvolvidos podem emitir ondas acústicas entre aproximadamente 13-70 MHz. Por exemplo, um transdutor com uma faixa de frequência entre 22 e 55 MHz tem uma frequência central de 40 MHz. Esta faixa permite uma resolução espacial na ordem de 50 μm na direção do feixe de ultrassom, tornando-o adequado para estruturas de imagem na escala milimétrica. Para escanear, um transdutor primeiro emite um feixe de ondas acústicas. Algumas dessas ondas são refletidas de volta ao transdutor quando colidem com um limite entre dois tecidos, que têm diferentes impedâncias acústicas. O tempo de trânsito para uma onda (ou seja, o tempo entre emissão e detecção) é usado para determinar linhas horizontais individuais em uma imagem. A dispersão de ondas acústicas, ou seja, a deflexão das ondas em muitas direções quando interagem com estruturas muito menores que o comprimento de onda, é responsável pela maioria das informações de imagem de ultrassom. Parte dessa dispersão de onda acústica é registrada pelo transdutor, fornecendo os detalhes finos dentro de uma imagem de ultrassom. Ondas acústicas de alta frequência têm menor penetração de profundidade devido à maior atenuação do som no tecido. Por essa razão, transdutores de alta frequência são apenas práticos para imagens até uma profundidade de 15-30 mm. Na imagem vascular, o contraste da imagem do ultrassom aparece ao longo das paredes dos vasos. Glóbulos vermelhos e plaquetas também fornecem contraste de manchas dentro do sangue. A velocidade (v em cm/s) pode ser medida de acordo com o princípio do efeito Doppler:

v = c × ΔF / (2 × F_o × cosφ)

onde c = velocidade do som no tecido (154 cm/s); ΔF = Frequência de turno doppler (1/s); F_o = frequência transmitida (1/s); e φ = ângulo entre o feixe de ultrassom e a direção do fluxo sanguíneo. A imagem doppler dos vasos é usada para avaliar a dinâmica do fluxo sanguíneo em estados saudáveis e doentes.

1. Configuração de imagem

1. Ligue o sistema de ultrassom usando o interruptor na parte de trás. Ligue o monitor.
2. Ligue a unidade de monitoramento fisiológico e ligue a frequência cardíaca e o monitoramento da temperatura. Ligue o aquecedor de gel e certifique-se de que a luz está acesa.
3. Verifique o nível isoflurane no vaporizador anestésico e rechee se necessário.
4. Ligue o tanque O₂ ou a fonte de ar filtrada e ajuste o fluxo de ar no vaporizador para aproximadamente 1 L/min.
5. Conecte o mouse ou o estágio do rato e, em seguida, conecte o cabo VGA a esse estágio. Fixar o nariz correspondente no lugar e verificar se os tubos de isoflurane (preto) e gás de resíduo (azul) estão devidamente conectados ao nariz.
6. Escolha um transdutor para usar para o seu procedimento e conecte-o na porta "ativa" abaixo do sistema de imagem. Execute o cabo transdutor através de suportes plásticos acima do suporte da sonda e fixe o transdutor no grampo. Observe que há uma linha pequena e elevada em um lado de cada transdutor para determinar a orientação da imagem.
7. Anestesiar o animal de acordo com as diretrizes da AVMA e prepará-lo para a imagem. Adicione pomada oftalmica aos olhos, segure as patas nos eletrodos do palco e remova os cabelos na área de interesse usando um creme depilatório. Cubra a área a ser imagens com gel transdutor ultrassônico aquecido.

2. Aquisição de Imagens

1. No sistema, inicie um novo estudo selecionando o New and Study, ou encontre um estudo que você tenha iniciado anteriormente e selecione Novo e Série. Uma vez em uma nova série, selecione um usuário fora do menu e nomeie sua série apropriadamente.
2. Uma vez criada a série, selecione o modo B (modo de brilho) do teclado. Todas as teclas da modalidade de imagem estão na linha inferior do teclado preto.
3. Role o transdutor até o local desejado, certificando-se de olhar para a tela para evitar aplicar muita pressão ao animal. Verifique a taxa respiratória (RR)que aparece na tela também, pois muita pressão pode fazer com que o RR caia.
4. Ao olhar para a imagem do modo B, ajuste a colocação do transdutor girando suavemente os botões do eixo x e y encontrados no palco até encontrar o local desejado.
5. Depois de ter o local desejado, aguarde que a barra branca na parte inferior da imagem seja preenchida antes de pressionar o Rótulo da Imagem para salvar a imagem. Ao rotular sua imagem, o tipo de modalidade será indicado ao lado do rótulo de imagem na tela de gerenciamento do estudo, para que você não precise se preocupar em incluí-la na etiqueta de imagem.
6. Para imagens no modo M, selecione o modo M (modo de movimento) do teclado. Use o portão SV para estreitar ou ampliar as barras amarelas e o cursor para alinhar as barras sobre o local desejado. Uma vez colocado corretamente, empurre o modo M novamente. A colocação das barras pode ser ajustada no modo M.
7. Para imagens EKV, selecione o modo B e certifique-se de que você está no local adequado. Em seguida, selecione EKV, ajuste as configurações e empurre Digitalizar. A modalidade EKV tem uma média de muitas imagens de modo B ao longo de vários ciclos cardíacos.
8. Para usar doppler de cores, selecione o modo B,verifique se você está no local adequado e selecione Cor. Selecione Atualizar e mova o cursor para cima, para baixo, para a esquerda ou para a direita para alcançar o tamanho da caixa desejada e selecione Atualizar para bloqueá-lo. Em seguida, você pode usar o cursor para mover a caixa para o local desejado. Girar o botão Velocity aumenta o limiar de velocidade e pode diminuir o sinal de fundo.
9. Para usar doppler de onda pulsada para medir a velocidade do fluxo sanguíneo, é útil primeiro estar no modo Doppler colorido antes de pressionar PW. Duas linhas amarelas e angulares aparecerão. O usuário deve alinhar a linha mais curta e pontilhada para ser paralela às paredes anteriores e posteriores do vaso, ajustando o ângulo do feixe e girando o botão PW Angle. A linha pontilhada e amarela ficará azul se o ângulo entre as duas linhas for muito grande. Uma vez que isso esteja alinhado, pressione PW e, em seguida, ajuste os controles Baseline, Velocity e Doppler Gain para centralizar e iluminar as formas de onda.
10. Para usar o modo 3D, comece no modo B e alinhe a sonda no centro da estrutura que deseja imaginar. Use gating respiratório e eCG-trigger para aplicações cardiovasculares. Pressione 3D e defina a distância de varredura desejada e o tamanho da etapa. Uma vez que a varredura esteja concluída, clique em Carregar em 3D para visualizar seus dados 3D.
11. Você pode visualizar suas imagens adquiridas a qualquer momento durante a imagem pressionando o Gerenciamento de Estudos do canto superior direito das duas colunas de botões do lado esquerdo.
12. Quando terminar de adquirir imagens em uma série, selecione Série fechada na tela de gerenciamento do estudo. Agora você pode abrir uma nova série dentro do seu estudo, se necessário.

3. Transferência e limpeza de dados

1. Para transferir dados para análise, selecione os estudos ou séries individuais que deseja copiar na tela de gerenciamento do estudo.
2. Clique em Copiar para o canto superior direito na tela de gerenciamento de estudo. Selecione o local do arquivo desejado e pressione ok.
3. Agora você pode remover a anmial e devolvê-la à sua casa para se recuperar.
4. Para limpar a configuração do ultrassom, pulverize uma toalha de papel com t-spray e limpe o estágio aquecido e a sonda retal. Nunca pulverize o desinfetante diretamente no palco.
5. O transdutor deve ser limpo com 70% de etanol em uma toalha de papel antes de ser colocado de volta no suporte.
6. Para desligar o ar, desligue o tanque O2 ou a fonte de ar filtrada. Você deve ver o fluxo de ar cair lentamente para 0 no vaporizador.
7. Depois de terminar o sistema, clique no botão de alimentação na tela de gerenciamento de estudo no canto superior direito e deixe que o monitor desligue completamente.
8. Desligue o botão de alimentação na parte de trás do sistema somente depois que o monitor estiver completamente desligado. Você deve ouvir o ventilador parar uma vez que ele foi devidamente desligado.

Este procedimento permitiu a imagem anatômica e funcional da aorta abdominal. A aquisição de imagens em tempo real em eixo curto e longo eixo por modo B, modo M e ultrassom Doppler leva pelo menos trinta minutos e, portanto, requer um monitoramento cuidadoso do animal anestesiado. Alguns dados são facilmente analisados em tempo real, como varreduras bidimensionais do modo B (Fig. 1). Esses dados podem fornecer medições de diâmetro aórtico ou área transversal. Outros dados, como o modo B tridimensional (Fig. 2), o modo M (Fig. 3), o Doppler colorido (Fig. 4) e as imagens PW Doppler (Fig. 5), geralmente são analisados offline para determinar o volume aórtico, a tensão cíclica circunferencial e a velocidade do fluxo sanguíneo. Juntos, esses conjuntos de dados fornecem informações quantitativas e qualitativas sobre a morfologia tridimensional, bem como a hemodinâmica e pulsalidade da aorta abdominal.

Figura 1: Dissecando aneurisma de aorta em um rato. A artéria celíaca e a artéria mesentérica superior podem ser vistas ramificando-se do topo da nave. O sinal ECG do mouse (linha verde) e o sinal de respiração (linha amarela) são mostrados abaixo da imagem.

Figura 2: Traço do modo de movimento (modo M) da aorta suprarenal em um rato saudável. Uma imagem de scout no modo B é mostrada acima dos dados unidimensionais do modo M, que são adquiridos na direção anteroposterior. Os dados do modo M mostram movimento pulsante, particularmente na parede anterior. Isso sugere que as medições da tensão do vaso serão normais.

Figura 3: Renderizações de volume (malha ciano) de uma aorta suprarenal de camundongos com (esquerda) e sem (direita) um aneurisma de aorta abdominal dissecando. Os dados de ultrassom de um plano coronal são mostrados e a cabeça do animal está em direção ao topo da tela. O aneurisma expandiu-se para a esquerda e o volume e o diâmetro máximo do aórtico são notavelmente maiores do que antes da expansão.

Figura 4: Imagem doppler de cor de uma aorta suprarenal saudável. A cabeça do rato é para a esquerda, a cauda é para a direita, e o animal está posicionado supino. Os sinais de ECG (verde) e respiratório (amarelo) do camundongo são mostrados abaixo da imagem. A escala à esquerda quantifica a velocidade do fluxo sanguíneo por cor. O fluxo vermelho é em direção ao transdutor enquanto o fluxo azul está longe do transdutor. A escala à direita representa a profundidade em mm.

Figura 5: Imagem de Onda Pulsada (PW) de uma aorta suprarenal saudável. O cursor amarelo é colocado paralelamente às paredes do vaso no centro da aorta. O modo doppler de cores ajuda o usuário a decidir onde ele vai captar um sinal forte. As formas de onda de velocidade são mostradas abaixo da imagem. A escala à direita dos picos é a velocidade de fluxo sanguíneo em mm/s. Os picos acentuados representam o fluxo arterial.

Transdutores de ultrassom de alta frequência recentemente desenvolvidos são adequados para visualizar pequenas estruturas a uma profundidade de até 3 cm. Aqui foi demonstrada a versatilidade de um pequeno sistema de ultrassom animal para a aquisição de dados de imagem in vivo da dinâmica da aorta do rato. Essa técnica requer prática e reconhecimento de dificuldades comuns, como sombras abdominais e alinhamento de doppler scan. Apesar dessas limitações, é uma técnica poderosa e versátil para a obtenção rápida de dados de imagem não invasivos. É importante ressaltar que essa técnica se presta bem à imagem serial do mesmo animal para estudos longitudinais de progressão ou tratamento da doença.

O ultrassom de alta frequência de animais de pequeno porte pode ser usado em uma variedade de aplicações cardiovasculares. As aplicações vasculares incluem a triagem de doenças aórticas (como aneurismas e dissecções de aorta), a detecção de placa aterosclerótica e a medição do fluxo sanguíneo em pacientes com doença arterial periférica. Artérias carótidas, artérias ilíacas e a veia cava inferior, podem ser facilmente imagens com ultrassom. A imagem cardíaca também é uma grande aplicação desta técnica e é usada para ser capaz de visualizar os atria e ventrículos de camundongos ou corações de ratos. A imagem de ultrassom cardíaco pode dar ao usuário muitas informações sobre o coração, incluindo dimensões anatômicas, contrateriedade, rigidez, saída cardíaca, padrões de fluxo, função da válvula e/ou formação de trombos, para citar alguns. O ultrassom também pode ser usado para imagens do sistema reprodutivo (como útero e colo do útero) ou na bexiga. A imagem do sistema reprodutivo seria útil para olhar as estruturas e obter dimensões para o útero, colo uterino e/ou vagina. Filhotes também podem ser visualizados e medidos em um rato ou rato grávida. Devido aos avanços na tecnologia transdutor e inovações na tecnologia de ultrassom, essas aplicações funcionam bem em animais de pequeno porte e também podem ter aplicabilidade à imagem humana superficial.