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Ecografía Doppler: Principios básicos y guía práctica pararesidentes

Poster no.: S-0379

Congreso: SERAM 2014

Tipo del póster: Presentación Electrónica Educativa

Autores: I. Rubio Marco, M. Tirapu Tapiz, H. Gómez Herrero, J. ZabalzaUnzue; Pamplona/ES

Palabras clave: , Vascular, Ultrasonidos, Ultrasonidos-Doppler color, Ultrasonidos-Doppler espectral

DOI: 10.1594/seram2014/S-0379

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Objetivo docente

(1) Revisar los principios básicos de ecografía Doppler.

(2) Señalar los parámetros que contribuyen a la calidad del estudio de ecografía Doppler.

(3) Proporcionar consejos prácticos y guías para conseguir un estudio de ecografíaDoppler de calidad.

Revisión del tema

La ecografía Doppler es una herramienta diagnóstica importante para detectaranomalías vasculares que constituyen en sí mismas y/o reflejan un estado patológico.

Esta técnica tiene algunas ventajas respecto a otras modalidades de imagen: se tratade una técnica no invasiva, no irradia al paciente y permite un estudio a tiempo real.Sin embargo, es claramente operador-dependiente ya que la calidad de los estudiosdepende en gran medida de la capacidad del explorador para obtener imágenes debuena calidad y evitar errores diagnósticos derivados de la omisión de informacióno de una mala interpretación de los artefactos que puedan producirse. Por tanto esfundamental conocer qué parámetros influyen en la formación de imágenes en ecografíaDoppler y cómo ajustarlos para realizar una buena exploración.

En este trabajo se revisan los conceptos físicos básicos que explican cómo se consiguenlas imágenes en ecografía Doppler y que ayudan a entender qué parámetros técnicosse pueden modificar y de qué manera para realizar una exploración válida. Pretende seruna guía práctica para residentes que se inician en esta técnica.

• PRINCIPIOS BÁSICOS DE ECOGRAFÍA DOPPLER

La ecografía es una técnica de imagen basada en el uso de ultrasonidos. El transductoremite pulsos de energía ultrasonora que se transmite en forma de ondas de presión.Estas ondas se propagan a través de los tejidos del organismo y cuando atraviesanuna unión de tejidos con propiedades físicas diferentes (interfase acústica) se reflejan.Es decir, cuando pasan de un tejido a otro o atraviesan la pared de un vaso o célulassanguíneas en circulación, parte de la energía sonora emitida es reflejada. La detección yrepresentación de ese sonido reflejado o eco da lugar a la imagen ecográfica. (También

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es posible la obtención de imagen basada en la propagación de los ultrasonidos, perono se utiliza con aplicación clínica.)

Fig. 2: El sonido se transmite en forma de ondas de presión alternantes. Comoresultado de estos cambios de presión surge la onda sinusoidal. En la figura semuestran los parámetros característicos de una onda sinusoidal.Referencias: Radiología, Complejo Hospitalario de Navarra C - Pamplona/ES

- El control del tiempo que tarda en llegar el eco permite determinar la profundidad a laque se origina.

- La amplitud de la onda reflejada contiene información acerca de la naturaleza de lainterfase responsable de la reflexión del pulso. Las distintas interfases se representan enuna escala de grises. Por ejemplo, las células sanguíneas se mueven rápidamente enel interior de los vasos y reflejan ondas de baja amplitud que se representan en "negro".Así, los vasos se muestran como estructuras anecogénicas en ecografía.

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Concemos por tanto qué tipo de tejido es y dónde se localiza. Si además enviamosmúltiples pulsos de ultrasonidos en forma de líneas sucesivas para que no sólo tengamosrepresentación de la interfase más cercana al transductor sino de todas, podremosobtener imágenes en 2D. Y si esto se realiza de forma repetida en el tiempo obtendremosla imagen convencional ecográfica (imagen en tiempo real, modo B o en escala degrises), que es el principal aporte de la ecografía.

Pero las ondas reflejadas, además de caracterizarse por su amplitud se caracterizan porsu frecuencia:

- si el pulso de ultrasonidos emitidos choca contra una superficie estacionaria, el sonidoreflejado tiene esencialmente la misma frecuencia

- pero si choca con una interfase en movimiento existe un cambio en la frecuencia deleco proporcional a la velocidad de la estructura reflectora. Este cambio de frecuenciase conoce como efecto Doppler, y su importancia radica en que midiéndolo podremosconocer el estado de movilidad de la interfase reflectora.

La relación entre estas variables se rige mediante la ecuación Doppler.

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Fig. 3: ECUACIÓN DOPPLER: El dibujo ilustra la influencia del ángulo doppler en larepresentación de la velocidad del flujo. Cuando el ángulo doppler se aproxima a 90º,como el cos 90º es o, no es posible detectar cambio de frecuencia y por tanto no sedetecta velocidad.Referencias: Radiología, Complejo Hospitalario de Navarra C - Pamplona/ES

De la ecuación Doppler se deduce que el cambio de frecuencia del eco, y por tanto lamedida de la velocidad del flujo estudiado, se ve también influenciado por el ánguloDoppler, formado entre el haz de ultrasonidos y la estructura en movimiento, de tal formaque:

- si el ángulo Doppler es de 90º no se detecta cambio alguno en la frecuencia Dopplerdado que el coseno de 90º es 0, y la imagen obtenida es "ausencia de flujo".

- el ángulo Doppler es mayor de 60º, pequeños cambios en el ángulo se asocian congrandes cambios en el coseno del ángulo Doppler y por tanto en el cálculo de lavelocidad.

Por tanto, el ángulo Doppler debe ser inferior a 60º para que la velocidad medida seafiable; lo ideal, entre 45º y 60º.

La representación en imagen del efecto doppler da lugar a las imágenes de ecografíaDoppler. La representación de la señal Doppler puede hacerse de manera cualitativao cuantitativa.

Cualitativamente:

a) Doppler color

Codifica el cambio de frecuencia Doppler en escala de color: rojo-azul según la direccióndel flujo (por consenso, el flujo es rojo si se acerca al transductor y azul si se aleja), y elcolor es de mayor o menor intensidad del color según la velocidad del flujo sea mayoro menor.

Proporciona por tanto una idea global sobre la presencia y dirección del flujo.

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Fig. 4Referencias: Radiología, Complejo Hospitalario de Navarra C - Pamplona/ES

b) Power color o Doppler potencia o angio-Doppler

Analiza el cambio de amplitud y lo codifica en escala de color, es decir, representa lapotencia integrada de la señal Doppler en lugar de su cambio de frecuencia. Por tanto,no proporciona información sobre la velocidad del flujo, no existe fenómeno de aliasing(posteriormente veremos en qué consiste) y es menos dependiente del ángulo Doppler.Únicamente señala la presencia de flujo en una estructura, siendo más sensible paradetectar flujo lento que el Doppler color. Tampoco aporta información sobre la direccióndel flujo.

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Fig. 5Referencias: Radiología, Complejo Hospitalario de Navarra C - Pamplona/ES

Cuantitativamente:

c) Doppler espectral

Analiza la velocidad del flujo del vaso insonado en función del tiempo. La morfología dela onda obtenida ilustra la hemodinámica de dicho vaso.

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Fig. 6Referencias: Radiología, Complejo Hospitalario de Navarra C - Pamplona/ES

• PARÁMETROS QUE CONTRIBUYEN A LA CALIDAD DEL ESTUDIODOPPLER

A) TRANSDUCTOR

Los transductores de baja frecuencia (aproximadamente 3,5 MHz) emiten ecos conmayor capacidad de penetración en los tejidos y por tanto mejor visualización de objetosprofundos aunque las imágenes obtenidas poseen menor resolución espacial. Por elcontrario, los transductores de alta frecuencia tienen mayor sensibilidad para detectarflujo aunque disminuye la penetración.

Los transductores lineales tiene menor campo de visión que los curvos.

Por tanto, los transductores lineales de alta frecuencia son adecuados para el estudiode estructuras superficiales, pero para un estudio de vasos abdominales por ejemplo,

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que generalmente se localizan unos centímetros por debajo de la piel generalmente seutilizarán transductores curvos de baja frecuencia (3-3,5 MHz).

También queremos señalar que la distancia a la estructura a estudiar puede modificarsecambiando la posición del paciente.

B) ABORDAJE

Es fundamental utilizar una ventana acústica adecuada y posicionar el transductor demanera que la estructura vascular a estudiar forme un ángulo de unos 45-60º con el hazde ultrasonidos (ángulo de insonación).

Si el ángulo de insonación es de 90º, no veremos señal Doppler color (falsa ausencia deflujo) y según sea mayor o menor de 90º el sentido del flujo detectado cambia (rojo-azul).

Como hemos dicho antes, lo ideal es que el ángulo de insonación se encuentre entre45º y 60º.

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Fig. 7: Como se muestra en la foto, un ángulo de insonación incorrrecto (90º)implica una falsa ausencia de flujo. Lo ideal es que sea de entre 45 y 60º. Dependeexclusivamente de la posición del transductor.Referencias: Radiología, Complejo Hospitalario de Navarra C - Pamplona/ES

C) FRECUENCIA DE REPETICIÓN DE PULSO (PRF)

Es un parámetro que ajusta el operador que define la tasa o frecuencia a la que eltransductor va a emitir pulsos de ultrasonido para muestrear. Está relacionada con lavelocidad del flujo a estudiar, de manera que si ésta es alta, requiere una alta tasa demuestreo para obtener datos fiables y por tanto el PRF ha de ser alto.

Cuando el PRF es bajo pero los cambios de frecuencia y por tanto la velocidad del flujoque voy a estudiar es alto, aparece un fenómeno denominado aliasing. Se define comoel artefacto que ocurre cuando el cambio de frecuencia (y por tanto la velocidad del flujo)detectada por el transductor es mayor que el doble del PRF -frecuencia Nyquist-.

Los cambios en el PRF implican cambios en la escala de velocidad, es decir, en elrango de velocidades representadas mediante Doppler color (representado en una barrade color) o Doppler espectral.

La escala de velocidad debe ajustarse a la velocidad del flujo a medir, de manera queésta se encuentre dentro del rango de velocidades que se incluyen en la escala. Por esoes interesante conocerla de antemano.

La escala de velocidad tiene que ser amplia (y por tanto el PRF alto) si la velocidad delflujo en el vaso que vamos a estudiar es alta, y también si el vaso a estudiar es profundo,ya que en este último caso la onda transmitida por el transductor tarda más tiempo enllegar y se requerirán más pulsos de ecos para obtener datos fiables.

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Fig. 8: La imagen muestra una escala de velocidad muy amplia, que puede dar laimpresión de ausencia de flujo al quedar la velocidad del flujo real en el rango delas velocidades filtradas. Si la escala de velocidad es demasiado estrecha aparecealiasing ya que la velocidad del flujo estudiado es mayor que el rango de velocidadesrepresentadas. Nótese el cambio en el PRF que implica el cambio en la escala develocidad.Referencias: Radiología, Complejo Hospitalario de Navarra C - Pamplona/ES

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Fig. 9: Como se observa en la imagen, si la escala espectral es mucho más ampliaque el rango de velocidades esperadas en ese vaso, la onda es más difícil decaracterizar. Por el contrario, si es demasiado estrecha, aparece aliasing. Nóteseasimismo el cambios en el PRF que implica el cambio en la escala de velocidad.Referencias: Radiología, Complejo Hospitalario de Navarra C - Pamplona/ES

La escala de velocidad (y por tanto el PRF) se ajustan por separado en el Dopplerespectral y Doppler color. La tasa de muestreo requerida para obtener imágenes deDoppler espectral es mucho mayor que la requerida para las imágenes de Doppler color(aproximadamente 256 pulsos frente a 8), por lo que el PRF espectral será mucho mayoral PRF del Doppler color.

D) LÍNEA DE BASE

Modificar la línea de base permite destacar ciertos aspectos del flujo. Se puede modificartanto en Doppler espectral como en Doppler color. De esta forma, bajar la línea de baseen la barra de color por ejemplo implica que vamos a enfatizar el flujo anterógrado yel rango de velocidades detectadas cuando el flujo se dirija hacia el transductor serámayor y reducirá el aliasing asociado a un flujo anterógrado alto. El rango de velocidades

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retrógradas detectadas será menor y por tanto la escala de velocidad y el PRF no semodifican.

Fig. 10: Las imágenes ilustran el efecto de modificar la línea de base en la barra decolor. Si bajamos la línea de base, potenciamos la detección del flujo anterógrado queaparece representado con color rojo. Si la subimos, potenciamos el flujo retrógrado, yen aquellos vasos con flujo anterógrado probablemente aparezca aliasing. Nótese queal modificar la línea de base no se modifica la escala de velocidad (en ambos casosabarca un rango de 32,4 cm/s) y por tanto el PRF se mantiene sin cambios.Referencias: Radiología, Complejo Hospitalario de Navarra C - Pamplona/ES

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Fig. 11: La línea de base también puede ajustarse en la escala de Doppler espectral.Al igual que en Doppler color, bajar la línea de base previene el aliasing en caso deflujo anterógrado.Referencias: Radiología, Complejo Hospitalario de Navarra C - Pamplona/ES

E) FILTROS DE PARED

Es un sistema que permite ignorar las señales de baja frecuencia (y alto ruido) queprovienen del movimiento de otras estructuras como la pared del vaso. Suelen venirprefijados por el fabricante. Hay tres opciones: alto, medio y bajo. El filtro alto elimina elflujo de baja velocidad, adyacente a la línea de base. Se aplica también separadamenteen Doppler color y Doppler espectral

En determinadas situaciones clínicas la velocidad del flujo en estudio puede seranormalmente baja y puede estar siendo filtrada, por lo que en estos casos hay que bajarel filtro a la opción más baja, generalmente en el rango de 50 a 100 Hz.

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Fig. 12: El filtro queda representado en la barra de color por una banda negra aambos lados de la línea de base (flecha). Al modificarlo suele adoptar un mayor omenor grosor. Las imágenes representan el efecto de modificar el filtro de pared. Silo aumentamos, habrá un mayor rango de velocidades filtradas y por tanto que notienen representación. Por eso la imagen superior muestra aparente ausencia de flujoderivada del filtro alto. Al bajarlo se detecta flujo.Referencias: Radiología, Complejo Hospitalario de Navarra C - Pamplona/ES

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Fig. 13: Al igual que en Doppler color, al aumentar el filtro aparece falsa ausencia dedetección de flujo. Cuando el filtro es menor se detecta flujo, y cuanto menor sea, máscerca de la línea de base aparecerá la onda (en el ejemplo la onda oculta la línea debase ya que el filtro puesto es el mínimo posible).Referencias: Radiología, Complejo Hospitalario de Navarra C - Pamplona/ES

F) ÁNGULO DOPPLER

Se aplica a Doppler espectral. Una vez que la imagen obtenida en escala de griseses adecuada, para medir la velocidad del flujo de dicha estructura de manera fiable esnecesario ajustar el ángulo Doppler. Por defecto el ángulo asignado es 0º.

Una sobrecorrección del ángulo (menor de lo real) conlleva la medición de velocidaddel flujo falsamente bajas, y una infracorrección del ángulo la velocidad del flujo sesobreestima.

No hay que confundir el ángulo Doppler con el ángulo de insonación.

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Fig. 14: Las imágenes muestran el efecto de corregir el ángulo Doppler en elcálculo de la velocidad del flujo. Sin corregirlo, la velocidad del flujo detectada eserróneamente menor. Nótese que el IR y otros índices se mantienen estables ya queson cocientes y no se ven afectados por el ángulo Doppler.Referencias: Radiología, Complejo Hospitalario de Navarra C - Pamplona/ES

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Fig. 15: La corrección del ángulo debe hacerse en su justa medida, ya que tanto lainfracorrección como la sobrecorrección del mismo conllevan el cálculo de velocidadesdel flujo falsamente menores o mayores respectivamente.Referencias: Radiología, Complejo Hospitalario de Navarra C - Pamplona/ES

G) GANANCIA

Hace referencia a la amplificación de los datos obtenidos. Es como un altavoz.Modificando la ganancia se consigue una mejor o peor detección de los mismos, en estecaso del flujo, pero si en un vaso no hay flujo aunque aumentemos la ganancia no lovamos a detectar ya que sólo amplifica la señal.

Es un factor independiente que no altera el resto de parámetros como el PRF o la escalade velocidad.

En el caso de la ganancia espectral, lo ideal es que sea aquella que permita delinearcorrectamente el contorno de la onda superior e inferiormente.

En el caso de la ganacia de color se aconseja que el color rellene la luz del vaso, deuna pared a otra.

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Fig. 16: Las imágenes muestran cómo aumentar o disminuir la ganancia (en laimagen CG -colour gain-) implica una mayor o menor intensidad de la señal de color.Nótese que la escala de velocidad y el PRF se mantienen sin cambios.Referencias: Radiología, Complejo Hospitalario de Navarra C - Pamplona/ES

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Fig. 17Referencias: Radiología, Complejo Hospitalario de Navarra C - Pamplona/ES

• CONSEJOS PRÁCTICOS PARA REALIZAR UN ESTUDIO DEECOGRAFÍA DOPPLER DE CALIDAD

A modo de síntesis, se presentan las siguientes recomendaciones prácticas.

(1) Elegir el transductor adecuado, que dependerá del objeto de estudio, el hábito delpaciente y la preferencia del operador.

(2) Posicionar al paciente de manera que podamos ver la estructura vascular a estudioa la menor distancia posible del transductor, y que el ángulo formado entre el eje del vasoy el haz de ultrasonidos (ángulo de insonación) sea menor de 60º, preferiblementeentre 45º y 60º.

(3) Como la capacidad del ecógrafo de procesar información es finita es aconsejableno estudiar simultáneamente mediante Doppler color y espectral una estructuravascular para obtener imágenes de mejor calidad sino analizarlos por separado. Esto

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será posible en vasos individualizables en imágenes en escala de grises como la venaporta, pero no en otros de menor calibre como las arterias arcuatas renales, que sedefinen al aplicar Doppler color.

(4) Ajustar la escala de velocidad a la velocidad del flujo habitual del vaso que vamosa estudiar. Los cambios en la escala de velocidad implican cambios en el PRF, ya queen realidad se trata del mismo concepto. La escala se ajusta por separado en Dopplercolor y en Doppler espectral.

Algunos ejemplos: velocidad del flujo de la vena porta: 16-40 cm/seg, velocidad del flujoen la arteria hepática 30-60 cm/seg (será mayor en casos de estenosis por ejemplo, atener en cuenta en transplantados)

(5) Al realizar un estudio de Doppler color, para que la resolución de las imágenessea mejor se aconseja que el tamaño de la "caja" sea lo menor posible, sobre todo enanchura, y que ésta se localice lo más superficial posible, ya que implica mayor númerode fotogramas por segundo y la imagen se formará más rápidamente.

En cuanto a la ganancia de color, lo normal es que el color rellene la luz del vaso deuna pared a otra.

La barra de color es un parámetro técnico que no hay que modificar ya que estáestandarizado: rojo si el flujo se acerca al transductor y azul si se aleja.

(6) Al realizar un estudio Doppler espectral es necesario corregir el ángulo Dopplerpara que la velocidad del flujo medida sea fiable.

Asimismo es aconsejable que la ganancia espectral se ajuste de manera que puedadelinearse el contorno de la onda superior e inferiormente.

El tamaño o la anchura del cursor debe ser el menor posible para evitar la señal erróneade los vasos adyacentes o del flujo marginal, aunque no demasiado pequeño que puedaparecer que no hay flujo.

El cursor debe localizarse en el centro del vaso para maximizar la detección de flujo.

(7) El filtro de pared, tanto el aplicado a Doppler color como a Doppler espectral vieneprefijado por el fabricante y rara vez hay que modificarlo. Únicamente en el caso de nodetectar flujo en un vaso puede ser porque su velocidad sea muy baja y esté siendofiltrado. En este caso habría que cambiar a un filtro bajo.

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(8) Si aparece aliasing, en primer lugar podemos intentar cambiar la línea de base (porejemplo, en el caso de un flujo anterógrado alto si bajamos la línea de base enfatizamosel flujo anterógrado ampliando el rango de velocidades anterógradas detectables aunqueconservando el rango de velocidades detectables en conjunto y por tanto sin cambio enel PRF).

En segundo lugar podemos subir el PRF, lo que implica ampliar el rango de velocidadesestudiadas.

En tercer lugar podemos ajustar el ángulo de insonación ya que si es demasiado amplio(<60º) puede sobreestimar la velocidad del flujo.

Por último podemos intentar valorar con el transductor de alta frecuencia.

Conclusiones

Al realizar una exploración de ecografía Doppler es necesario conocer y optimizardistintos parámetros técnicos modificables. De este modo, se evitan errores diagnósticosy mejora la eficacia diagnóstica de esta técnica tan ampliamente disponible.

Bibliografía

1.- Diagnóstico por Ecografía. Rumack. Ed. Marban.

2.- Optimizing Doppler and Color Flow US: Application to Hepatic Sonography. KruskalJB, Newman PA, Sammons LG et al. Radiographics 2004; 24:657-675.

3.- Doppler US of the liver made simple. McNaughton DA, Abu-Yousef MM.Radiographics 2011; 31:161-188.