efecto doopler

VII CURSO TEORICO-PRACTICO

DE DOPPLER CARDIACO

Principio físico de los Ultrasonidos.

Sonido. Ondas Sonoras. Sus características.

Parámetros de los Ultrasonidos Pulsados.

Generación de los Ultrasonidos. Transductores.

El haz ultrasónico. Atenuación. Reflexión. Refracción. Resolución.

Formación de la imagen. Procesamiento de la señal.

El Efecto Doppler.

Principio.

Fórmula doppler.

Exhibición doppler. Análisis Espectral. Perfiles de Flujos.

Tipos de Doppler.

Doppler Continuo.

Dopper Pulsado. Nyquist. Aliasing.

Doppler Color.

Doppler de Energía. Power.

Doppler de Pared.

Parámetros y controles.

Información fisiológica obtenida por ecografía doppler

Cálculo de Gradientes. Fórmula de Benoulli. Cálculo de presiones a través de

gradientes.

Cálculo de Volumenes. Cálculo de area. Cálculo de Volumen Regurgiante. Cálculo de

QP/QS.

PISA.

Doppler Normal.

Sonido. Ondas Sonoras.

El sonido son vibraciones mecánicas que se transmiten a través de un medio físico determinado en

la forma de ondas de presión. Estas vibraciones constituyen una serie de compresiones y

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rarefacciones alternadas que se ejercen sobre las partículas del medio de transmisión, transmitiendo

solamente su energía.

El sonido se representa gráficamente como ondas de naturaleza sinusoidal. Sus picos y depresiones

representan las zonas en que la presión aumenta o disminuye respectivamente, con relación a la

presión del medio que atraviesa.

Por ser un fenómeno periódico el sonido se caracteriza por una frecuencia, período, longitud de

onda, amplitud, intensidad y velocidad de propagación.

Frecuencia: (f)es la cantidad de variaciones completas que se producen en la unidad de tiempo. Se

miden en ciclos por segundo (cps) o Hertz o sus múltiplos Kilohertz (Khz) Megahertz (Mhz).

Periodo: es el tiempo que tarda en producirse un ciclo completo y es inverso a la frecuencia. Se

mide en segundos o μsegs.

Periodo = 1

frecuencia.

Amplitud: Es el máximo cambio producido en la presión de la onda. Se relaciona con la intensidad

del ultrasonido y es una expresión directa de la energía del sonido. En el registro gráfico de la onda,

se mide sobre el eje vertical. Correspondería al valor máximo que alcanza la presión durante un

ciclo completo.

Intensidad: es la potencia de la onda. Corresponde a la fuerza o presión que ejerce la onda sonora.

Puede expresarse en forma absoluta: watts por centímetro cuadrado (W/cm2) o relativa con respecto

a una onda sonora de referencia (decibeles, dB). Un dB implica que la intensidad referencial es

10 –16

W/cm2, la más baja que el oido humano puede percibir. La intensidad es directamente

proporcional a la amplitud.

Intensidad (W/cm2) = potencia (W)

área del haz (cm2)

dB = 10 –16 W/cm2

Velocidad de propagación: (c)es la velocidad con que el sonido se desplaza a través de un medio y

depende de las características del mismo. Las propiedades que condicionan la velocidad de

propagación son la elasticidad (compresibilidad) del medio que a su vez esta en relación con la

temperatura y la densidad del mismo (nº de átomos por unidad de volumen tisular). A mayor

densidad, mayor velocidad de conducción. La velocidad de conducción en los tejidos es de 1540

mts/seg.

Longitud de Onda: (λ) es la distancia entre dos puntos similares a lo largo de la onda. La longitud

de onda está en relación inversa con la frecuencia, a mayor frecuencia menor longitud de onda y

viceversa. La longitud de onda esta en relación con la resolución de ahí su importancia.

La frecuencia, periodo, amplitud e intensidad son determinadas por la fuente sonora; la velocidad de

propagación depende del medio y la longitud de onda de ambos.

La longitud de onda esta en relación inversa a la frecuencia (dependiente del emisor) y en relación

directa con la velocidad de propagación (dependiente del medio), como lo expresa la siguiente

fórmula.

λ = c

f

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Parámetros de los Ultrasonidos Pulsados

El pulsado de la señal consiste en la emisión de ultrasonido seguido de un tiempo de espera hasta

que se produce la siguiente emisión, todo este intervalo constituye un pulso.

Frecuencia de repetición de pulsos (PRF): es el numero de pulsos que ocurren en un segundo. Se

miden en Khz. El PRF depende de la velocidad de conducción en los tejidos y de la profundidad del

examen.

Periodo de repetición de pulsos: es el tiempo entre el comienzo de un pulso y el comienzo del

siguiente.

Factor de ocupación: es la fracción de tiempo en que el sonido, en forma de pulsos es generado.

Longitud espacial del pulso: es la longitud de espacio en la que ocurre un pulso. Es el producto de

la longitud de onda por la cantidad de ciclos.

Generación de los Ultrasonidos.

Transductores.

Un transductor es un transformador de un tipo de energía en otra. En ecografía transformamos

electricidad en ultrasonidos.

El funcionamiento del transductor se fundamenta en el efecto piezoeléctrico. Cuando se comprime

un cristal de cuarzo se generan cargas eléctricas en su superficie y si se aplica una carga eléctrica al

cristal este cambia de forma o sea comienza a vibrar.

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Las sustancias que poseen capacidad piezoeléctrica son cristales anisotrópicos (sin centro de

simetría). En la actualidad los transductores se construyen con sustancias artificiales conocidas

como cerámicas ferroélectricas.

La frecuencia con que emite un transductor esta determinada por su grosor y la velocidad con la que

en ese material se transmite el US. La frecuencia fundamental de resonancia de un transductor es

aquella en que la mitad de su longitud de onda es igual al espesor del cristal. Actualmente

disponemos de unos transductores capaces de emitir en un rango amplio de frecuencia o sea que no

tienen una única frecuencia fundamental de resonancia. Se los conoce con el nombre de

transductores de banda ancha.

Existen dos tipos de transductores según el barrido bidimensional en tiempo real: mecánico y

electrónico. Actualmente la mayoría de los equipos disponen de transductores electrónicos.

Los transductores de tiempo real más utilizados en ecocardiografía utilizan el principio de

disposición fásica (phase array). Estos transductores están formados por múltiples elementos

pequeños que pueden ser disparados individualmente creando un único haz ultrasónico cuya

dirección y foco son controlados electrónicamente por medio de un microprocesador.

Ultrasonidos.

El haz ultrasónico.

Si el generador de sonido es pequeño respecto a la longitud de onda sonora lo que sucede con los

sonidos audibles, la propagación se realiza en forma concéntrica a partir del generador. Cuando la

frecuencia aumenta el sonido se vuelve direccional.

El sonido audible tiene un rango de 20 a 20.000 Hz. Los sonidos por encima de 20.000 Hz se

denominan ultrasonidos (US). Las frecuencias que presentan utilidad diagnóstica se encuentran

entre 1 a 10 Mhz. A estas frecuencias el US se transforma en un haz de ondas que se mueve como

línea recta las cuales se pueden dirigir hacia un objeto, obedecen a las leyes de la reflexión y

refracción y puede ser reflejado por objetos pequeños.

En el haz de los US podemos diferenciar 2 campos.

La zona proximal o campo cercano de Fresnel o de interferencia se caracteriza por múltiples

superposiciones (aditivas o substractivas) de las ondas generadas en distintos puntos de la superficie

emisora lo que condiciona una distribución heterogénea de la intensidad del sonido y la presencia

de haces laterales concéntricos y divergentes (lóbulos laterales). El haz es aproximadamente

cilíndrico en el campo cercano y la longitud del mismo depende de la longitud de onda y del

diámetro del transductor.

En la zona distal o campo de Fraunhofer el haz es divergente y la intensidad es homogénea. El

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ángulo de divergencia depende de la frecuencia y el área de la superficie emisora.

A mayor frecuencia (menor longitud de onda) y mayor área más largo será el campo cercano y

menor divergencia y viceversa.

Los transductores pueden ser enfocados ya sea utilizando una lente acústica o electrónicamente. El

foco siempre será proximal al que corresponda al mismo transductor no enfocado y si bien mejora

la intensidad de los ecos, la resolución lateral y la relación señal - ruido en la zona focal aumenta el

ángulo de divergencia en la zona distal.

El haz ultrasónico no es absoluto. Su amplitud e intensidad es mayor en el centro con disminución

de la intensidad hacia los bordes.

Atenuación

El haz de sonido disminuye su amplitud e intensidad a medida que se desplaza a través del medio

de conducción. Este fenómeno se denomina atenuación. La atenuación se debe a la reflexión,

dispersión, absorción y disipación (scattering) de los US.

La unidad de atenuación es el decibel (dB) y depende del coeficiente de atenuación y la distancia.

El coeficiente de atenuación esta en relación directa a la frecuencia. De forma simple se calcula 1

dB de atenuación por cm por cada Mhz de frecuencia para tejidos blandos.

Atenuación (dB) = Coeficiente de Atenuación x distancia

La atenuación es mayor en el hueso y en el pulmón que en los tejidos blandos.

La penetración de US disminuye a medida que aumenta la frecuencia. US de alta frecuencia tienen

mayor absorción y dispersión, por lo tanto la penetración es pobre.

Por lo tanto a mayor frecuencia de emisión obtendremos mejor resolución pero menor penetración

para evaluar estructuras mas profundas.

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Reflexión - Refracción.

La magnitud del sonido reflejado depende de la diferencia de la impedancia de los dos medios. La

impedancia acústica se define como el producto entre la densidad y la velocidad de propagación. Su

unidad es el rayl.

Impedancia (rayl) = densidad x vel propagación.

A medida que el US atraviesa un medio homogéneo viaja en linea recta. Cuando llega a una

interfase de diferente impedancia acústica parte del mismo se refleja y parte se refracta. El haz

reflejado lo hace con un ángulo igual al de incidencia y su intensidad es proporcional a la diferencia

de impedancia entre los dos medios. En el caso de la interfaz músculo - sangre la diferencia de

impedancia es mínima y la cantidad de US reflejado es pequeña.

El US restante (su energía) continua conduciéndose por el medio sufriendo una desviación llamada

refracción. El ángulo de refracción depende de la diferencia de velocidad de conducción entre los 2

medios y el seno del ángulo de incidencia (Ley de Snell).

La reflexión o no de un US también depende del tamaño relativo del medio conn relación a la

longitud de onda. Cuando un haz de US alcanza una interfase mayor que su longitud de onda parte

del mismo se refleja.

Resolución.

Resolución es la capacidad de identificar dos objetos próximos como dos objetos individuales. La

resolución se expresa como la distancia que debe existir entre dos puntos para que se registren

separadamente.

Existen varios tipos de resolución:

Resolución axial: depende de la frecuencia y la cantidad de ciclos por pulso (longitud espacial del

pulso). A mayor longitud de onda o sea a menor frecuencia menor será su resolución axial.

A mayor frecuencia, mayor resolución pero menor penetración.

Resolución lateral: el haz debe ser lo mas angosto posible para poder separar 2 objetos situados

perpendicularmente a la dirección del haz. El ancho del haz depende del tamaño del transductor, su

focalizacion, la frecuencia de transmisión y la forma o ancho del haz (esta en relación con la

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ganancia ya que a mayor ganancia mayor ancho del haz).

Resolución temporal: Es la capacidad de diferenciar eventos separados en el tiempo. Aumenta con

el número de cuadros por segundo (frame rate) y con los PRF.

Formación de la Imagen. Procesamiento de la señal.

El transmisor regula el envío del US por el transductor por medio de un cronómetro que controla la

duración y frecuencia de los pulsos ultrasónicos emitidos por el transductor. El transductor

convierte los ecos de retorno en impulsos eléctricos, que pasan al receptor y luego al amplificador

de señal. Los ecos de retorno o impulsos son procesados y mostrados en el monitor.

Tras la emisión o estallido del US, el transductor se convierte en un receptor a la espera de registrar

alguna reflexión de ondas o ecos. La velocidad a la cual se producen las emisiones de energía

ultrasónica es la frecuencia de repetición de pulsos (PRF) que suelen oscilar entre 3.000 a 5.000 Hz.

Así el transductor funciona como receptor casi el 99 % del tiempo y es un receptor tan sensible que

puede detectar una señal incluso cuando se refleja menos del 1 % de la energía ultrasónica.

Si se conoce la velocidad a la que el sonido viaja a través del medio examinado, al igual que el

tiempo que toma al US dejar el transductor, pegar en la interfase y regresar como un eco, entonces

se puede convertir el tiempo en distancia y registrarlo en pantalla como un eco más o menos

brillante con relación a su intensidad (Modo B) a lo largo del haz y su localización estará con

relación a la profundidad desde la cual proviene.

Distancia = Velocidad x tiempo

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La imagen ecocardiográfica bidemensional se obtiene por un barrido sectorial planar de múltiples

haces secuenciales disparados electrónicamente, lo que permite agregar información anatómica y de

movimiento en tiempo real.

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Esto nos agrega otras variables a considerar para la obtención de la imagen ecocardiográfica como

son la profundidad del examen, la frecuencia de repetición de pulsos, el ángulo de barrido, la

densidad de líneas y tasa de barrido o cuadros por segundo (frame rate).

Cuanto mayor sea el número de líneas, mayor será la resolución espacial y el grado de detalle

anatómico obtenido. Esto se ve limitado por el tiempo necesario para el barrido y el procesamiento

de datos lo que limita el frame rate. A su vez a mayor frame rate mayor resolución temporal.

Para una imagen ideal es deseable una frecuencia de imágenes por encima de la frecuencia de

parpadeo del ojo (15/seg).

El procesamiento posterior de la imagen por parte del equipo depende de su compresión dentro de

la escala de rango dinámico y del manejo del mapa de escala de grises que relaciona la intensidad o

amplitud del eco de retorno con el brillo.

De la interrelación de todos estos factores dependerá la la calidad final de la imagen, debiéndose

recurrir a soluciones de compromiso en algunos casos.

La ganancia regula la amplificación de los ecos recibidos, no actúa sobre al potencia de salida. La

potencia de salida del sistema es regulada por el Output.

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EFECTO DOPPLER

Principio doppler.

El efecto doppler es el cambio en la frecuencia de ond atribuible al movimiento relativo entre la

fuente y el observador y en la cual la frecuencia resultante será proporcional a la velocidad relativa

del movimiento entre estos dos. El efecto se puede representar de la siguiente manera:

Fd = fr - ft

Frecuencia doppler o cambio de frecuencia es igual a la diferencia entre la frecuencia reflejada por

el objeto (en nuestro caso el GR) y la frecuencia transmitida por el transductor.

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Cuando la fuente de US (transductor) emite lo hace a una frecuencia de onda determinada, dichas

ondas se reflejan sobre el objeto (GR) y son recaptadas por el transductor. Si la fuente se encuentra

quieta la frecuencia emitida y reflejada serian iguales por lo cual no se produciría cambio de

frecuencia o efecto doppler. Cuando los eritrocitos se hallan en movimiento hacia la fuente le

imprimen al US un aumento de frecuencia que será proporcional a su velocidad de aproximación,

por lo tanto la frecuencia reflejada será mayor a la frecuencia emitida lo que da por resultado una

frecuencia doppler positiva. Si los GR se alejan de la fuente la frecuencia de retorno será menor que

la de emisión por lo que se produciría el efecto inverso lo que da lugar al efecto doppler negativo.

Fórmula doppler.

La frecuencia doppler producida depende de una serie de factores cuya relación se expresa en la

ecuación doppler.

Fd = 2 ft. V. Cos θ

c

Vamos a analizar dicha ecuación en cada uno de sus componentes.

El efecto Doppler descansa sobre tres suposiciones básicas:

1- la velocidad de propagación es constante

2- es la misma en todas direcciones (medio isotrópico)

3- una onda es independiente de su fuente cuando se propaga en un medio que la transporta,

independiente de esta y de sus posteriores modificaciones, de que se mueva o aun desaparezca.

Como veremos estas condiciones no se cumplen en forma estricta en los tejidos.

Si estos supuestos se cumplen una fuente estacionaria emitirá sonido en forma simétrica en el medio

que la rodea y la distancia entre dos perturbaciones sucesivas estará definida por la ecuación

longitud de onda - frecuencia. c = λ x f

Vamos a analizar cada uno de los elementos de la fórmula.

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Fd = 2 ft. V. Cos θ / c

Existen 2 efectos doppler. El primer efecto doppler involucra una fuente estacionaria y un

observador en movimiento. El segundo efecto doppler se refiere a una fuente en movimiento y un

observador estacionario. Por ello el factor 2 indica la presencia de ambas condiciones: transmisor

estacionario (transductor) - receptor movil (GR) y transmisor móvil (GR) - receptor estacionario

(transductor).

Fd = 2 ft. V. Cos θ / c

De acuerdo al segundo efecto doppler si la fuente emisora se encuentra en movimiento, al

producirse un segundo ciclo (perturbación) este al ingresar al medio estará (respecto a sí fuese

estacionario) más cerca del primero en el sentido del movimiento y más lejos en el sentido opuesto,

dicho de otra manera cada onda es concéntrica a la fuente en el momento en que es emitida, si el

objeto emisor es estacionario el centro de todas las ondas coincide, pero si se encuentra en

movimiento no serán concéntricas. Igualmente en el primer efecto doppler si el observador se

acerca a la fuente recibirá la perturbación en una fase más precoz y percibirá que la frecuencia del

mismo se incrementa, y de igual manera si se detiene percibirá el sonido con la frecuencia que es

emitido y si se aleja la perturbación será recibida en una fase mas tardía disminuyendo la

frecuencia.

El cambio de frecuencia doppler será proporcional a la velocidad con que nos alejemos o

acerquemos a la fuente o a la que dicha fuente se acerque o aleje del receptor.

Fd = 2 ft . V . Cos θ / c

Si la fuente de sonido emite a una frecuencia mayor y manteniendo constante los otros términos las

ondas serán recibidas mas frecuentemente por el receptor por lo que la frecuencia doppler será

mayor.

El uso de transductores de mayor frecuencia permite obtener mayor desvío doppler por lo que

aumenta la sensibilidad del sistema para detectar flujos de baja velocidad pero disminuye la

capacidad del sistema para detectar flujos de alta velocidad.

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Los transductores de menor frecuencia de transmisión pueden detectar mayores velocidades. Es lo

opuesto al EcoBi en el que las mejores imágenes y con mayor resolución se obtienen con

transductores de alta frecuencia.

Fd = 2 ft. V. Cos θ / c

Para una velocidad determinada cuanto menor sea la velocidad de conducción el receptor recibirá la

segunda onda más cercana por lo que aumenta la frecuencia doppler. Por lo tanto dicha relación es

inversa.

Fd = 2 ft. V. Cos θ / c

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Por último el cambio de frecuencia no es el mismo en todo el campo de sonido, siendo su máximo

positivo en el sentido del movimiento y el máximo negativo en el sentido opuesto. Entre ambos el

cambio es progresivo. Dicho cambio dependerá del coseno del ángulo entre la dirección del

movimiento (vector velocidad) y una línea que une a la fuente con el receptor.

La mejor información doppler se obtiene cuando el haz de US esta paralelo al objeto en

movimiento. Si ambos están paralelos, el ángulo resultante es de 0 y el coseno es igual a 1 por lo

que no modifica la velocidad, pero a medida que dicho ángulo se incrementa y el coseno toma un

valor menor que 1 por lo que la frecuencia doppler será menor. Si dicho ángulo alcanza los 90º, y

dado que el coseno de 90 es 0, no habrá señal o desvio doppler.

Como vimos la mejor información de doppler se obtiene cuando el haz está paralelo al flujo, esto es

lo opuesto a lo que ocurre en ecografía bidimensional donde las imágenes de mejor calidad se

obtienen cuando los objetos están a 90 grados del haz ultrasónico.

Exhibición doppler

El cambio de frecuencia producido es recibido por el transductor, pero este dato no aporta

información valiosa desde el punto de vista clínico. El dato interesante desde el punto de vista de la

evaluación del paciente es reconocer la velocidad. Por la tanto si despejamos dicho valor de la

ecuación doppler y dado que c es una constante (1540 m/s), la ft esta dada por el transductor

utilizado, la fd es reconocida por el equipo, obtendremos.

V = c . fd

2 . ft . cos θ

Nuestra única intervención como operadores consiste en realizar una angulación adecuuada con el

flujo para que el ángulo sea el menor posible y la estimación de velocidades resulte confiable. Se

considera que por encima de los 20 grados los errores son significativos. Por encima de este ángulo

la velocidad será subestimada.

Como la frecuencia doppler generalmente se incluye dentro del rango audible, además del código

visual (color o espectral) tendremos la información sonora, por eso es válido emplear la

denominación de señal audioespectral.

Análisis espectral. Transformación rápida de Fourier.

El desvío o frecuencia doppler esta compuesto por la suma de una serie de frecuencias simples,

cada una tiene una amplitud y una fase particular. El análisis de dichas frecuencias se hace a través

de un algorritmo llamado transformación rápida de fourier.

La base de la transformación rápida es el llamado Teorema de Fourier, según el cual un evento

repetido periódicamente puede ser definido por sobreimposición de varias ondas sinusoidales. Lo

que hacemos es desglosar un fenómeno complejo en frecuencias simples.

La información así obtenida se representa por un gráfico de análisis espectral en el cual la velocidad

o la fd se representa sobre el eje de las Y y el tiempo sobre el eje X. Por convención un flujo que se

acerca al transductor se representa como un señal positiva o sea por encima de la línea 0 o de base y

los flujos que se alejan como una señal negativa.

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La amplitud es proporcional al numero de GR que se mueven a través de la línea doppler y se

representa como una escala de grises dentro de la señal espectral. A mayor amplitud, más brillante

la señal.

Con este acercamiento podemos analizar varios parámetros: la máxima frecuencia doppler

(velocidad máxima), la frecuencia doppler media (velocidad media), la frecuencia doppler de mayor

amplitud (velocidad modal), el ancho de banda (ensanchamiento espectral), y la ventana espectral.

Pefiles de flujo.

De acuerdo al análisis espectral se obtienen diferentes perfiles de flujo.

En el flujo laminar normal todas las células se mueven en la misma dirección con un leve aumento

de las velocidades en la columna central ya que hay mas fricción cerca de las paredes del vaso con

escasa diferencia entre ambas velocidades, por este motivo se observa una estrecha banda de

velocidades con poca dispersión espectral. A su vez hay dos perfiles distintos, el perfil de flujo

plano (plug) y un perfil de flujo parabólico.

El flujo turbulento se caracteriza por presentar cambios significativos en su velocidad y dirección,

con formación de remolinos periféricos con flujos de velocidades y direcciones divergentes.

Presentan una señal con marcado ensanchamiento espectral lo que refleja las múltiples direcciones

y velocidades.

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Tipos de Doppler

Doppler Continuo

Se caracteriza por emitir el US en forma continua y recaptar los ecos reflejados también en forma

continua. Esto se logra por dos cristales piezoelectricos montados uno al lado del otro en el mismo

transductor. Los transductores con doppler continuo pueden ser ciegos o Pedoff o proporcionar

información ecocardiografica (dúplex).

Dado la elevada frecuencia de muestreo de este sistema permite medir cualquier velocidad de flujo

por mas alta que sea. A esto se contrapone su ambigüedad de rango, o sea su incapacidad de

determinar la zona exacta de origen de la señal ya que registra todas las velocidades a lo largo de la

trayectoria del haz de US.

Otro beneficio es el tamaño pequeño del transductor Pedoff que permiten medir flujos desde zonas

de difícil acceso como el manubrio supraesternal o supraclavicular o espacios intercostales muy

pequeños.

Los transductores ciegos no poseen backing para aumentar su sensibilidad, poseen un estrecho

ancho de banda y poseen un valor Q alto (menor proporción de energía convertida en calor), estas

características son opuestas a las requeridas para un transductor de imagen.

Doppler Pulsado.

Para poder resolver la ambigüedad de rango del doppler continuo se recurrió al pulsado de la señal

doppler. Vamos a ver las características de un US pulsado.

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Este sistema emite US en ráfagas o pulsos y las ondas reflejadas son recaptadas por el mismo

cristal.

Se transmite un pulso de US y se detecta la desviación de frecuencia en una zona determinada a lo

largo del trayecto del haz, lo que se logra por que el sistema posee una compuerta de tiempo

electrónica que permite analizar solo aquellas señales que retornan al transductor en un momento

dado.

La zona de estudio esta dada por el volumen de muestra que se ubica a lo largo del trayecto del haz

de US. El volumen de muestra tiene un tamaño que puede ser modificado.

La longitud de la zona de medición es condicionada por la longitud espacial del pulso transmitido y

su ancho por el ancho del haz de US (tamaño del transductor, frecuencia y enfocamiento).

Teoría de Muestreo

Ya que el sistema no puede tener al mismo tiempo mas de un pulso viajando hacia el objeto o

volviendo de este, el pulso debe ser reflejado y recaptado antes de emitir el pulso siguiente. Por lo

tanto este modo solo puede muestrear una vez por cada pulso transmitido. En doppler pulsado el

sistema de muestreo son los PRF.

De acuerdo a la teoría de muestreo un evento debe muestrearse con una frecuencia igual o superior

al doble de la frecuencia más alta presente en el sistema. La máxima frecuencia que se puede medir

se llama limite de Nyquist y esta dada por la mitad de la frecuencia de repetición de pulsos.

Nyquist = PRF

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Superado este limite se produce el fenómeno de ambigüedad o aliasing que se define como la

incapacidad para medir una fd que supere la mitad de la frecuencia de muestreo o PRF. En la

imagen registrada aparece un gran ensanchamiento espectral con inscripción por encima y debajo

de la línea de base en el cual no logramos definir ni su velocidad ni su dirección.

El modo pulsado permite medir velocidades hasta un limite aproximado de 1,5 m/seg.

La habilidad de un sistema doppler de pulsos para detectar la velocidad es función tanto de la escala

como de la profundidad del examen determinado en parte por los PRF, y también por la frecuencia

de transmisión del transductor.

Vmax = c3

8 . ft . d

Dado que la distancia y la frecuencia de transmisión se encuentran en el denominador, al aumentar

la profundidad del examen o la ft disminuirá la máxima frecuencia mensurable.

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Flujos lentos:

Disminuir la velocidad. Bajar PRF.

Disminuir filtros de pared.

Ampliar el volumen de muestra.

Aumentar la ganancia doppler.

Usar transductor de mayor frecuencia.

Flujos Rápidos. Aliasing.

Subir o bajar la línea de 0.

Aumentar la escala.

Aumentar la velocidad. Aumentar PRF.

Usar transductor de menor frecuencia.

Aumentar el ángulo de incidencia.

Usar D. continuo.

Se han creado sistemas de alta frecuencia de repetición de pulsos (high PRF) con el cual se aumenta

el rango de velocidades medibles pero también se introduce cierta ambigüedad de rango.

Como vemos cada sistema tiene ventajas y desventajas.

Ambos sistemas no son excluyentes al contrario se complementan. Con el pulsado podemos evaluar

flujos en zonas determinadas para determinar con exactitud el sitio de origen y medir velocidades

dentro del rango fisiológico, mientras que con el continuo podemos valorar altas velocidades

presentes habitualmente en lesiones de tipo estenosis, insuficiencias o shunts que habitualmente

presentan altas velocidades.

Doppler Continuo Doppler Pulsado

Emite y registra simultaneamente Emite en pulsos

Mide altas velocidades No mide altas velocidades. Produce Aliasing.

Ambigüedad de Rango Resolución de rango

Mejor posibilidad de acceso Requiere imagen ecocardiográfica para localizar

su posición

Doppler Color.

El Doppler Color (DC) utiliza el efecto doppler (viraje de frecuencia) generado por los glóbulos

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rojos en movimiento. A diferencia del doppler espectral el DC utiliza el color para codificar la

frecuencia doppler. El color y los diferentes tonos de los mismos son determinados por la dirección

y la magnitud del viraje de frecuencia.

El color incorpora un sistema de múltiples compuertas o de gatillado múltiple que es capaz de

muestrear varios sitios a un mismo tiempo. El sistema esta formado por diversas muestras de

volumen a lo largo de varios haces con lo que se integra un verdadero mapa de flujo.

El color representa información hemodinámica (box color) sobre la imagen bidimensional, para eso

el equipo procesa los datos en secuencia. En primer lugar se representa en un plano de coordenadas

la información del canal de amplitud ecocardiografico y se determina el umbral por encima del cual

se determina al pixel como tisular y se le otorga un valor en la escala de grises. Si dicho pixel se

encuentra por debajo de dicho umbral en segundo lugar se analiza la variación de fase o frecuencia

doppler y se le asigna un color de acuerdo a la velocidad y dirección del flujo de un mapa de

colores. En tercer lugar se analiza la varianza de las señales doppler con relación a la media y se

representa con el agregado del verde. Finalmente analiza la amplitud (power) si esto es solicitado.

El doppler color codifica la dirección del flujo en dos colores. Azul para los flujos que se alejan del

transductor y rojo para los que se acercan. La velocidad la informa con tonos más brillantes. Desde

rojo intenso a anaranjado y amarillo indican distintas velocidades que se acercan al transductor y

azul y celeste para velocidades que se alejan. El tercer parámetro que permite evaluar el color es la

calidad del flujo. Los flujos turbulentos se caracterizan por presentar un espectro de velocidades

amplio con múltiples velocidades en el mismo sitio. Para codificar la turbulencia se creo un sistema

llamado Varianza. La varianza expresa las desviaciones de las diferentes velocidades presentes con

respecto a la media. Esto se codifica con el agregado de color verde generando así un patrón

mosaico.

El color es un recurso básicamente cualitativo. De los tres parámetros básicos de un flujo evaluable

con doppler -carácter, dirección y velocidad- el color es mas útil para los dos primeros.

Ventajas.

Por su capacidad para localizar e informar la dirección de un flujo permite identificar con rapidez la

presencia de flujos anormales. También al obtener imágenes en tiempo real acorta el periodo

necesario para localizar un flujo ya que permite estudiar múltiples planos en el mismo tiempo. Guía

el posicionamiento del volumen de muestra para la lectura de doppler espectral. Acorta el tiempo de

estudio.

Limitaciones.

El doppler color se basa en el sistema de doppler pulsado por lo que se encuentra sometido a sus

mismas limitaciones en cuanto a resolución de velocidad y de profundidad de muestreo. Produce

aliasing. El aliasing en el color se presenta como inversión del color pasando por las distintas

velocidades hasta llegar al limite de Nyquist en el que cambia al color opuesto empezando por las

de mayor velocidad. Al aumentar la profundidad del examen se disminuyen los PRF los que limita

el Nº de Nyquist y la máxima velocidad mensurable.

Al superponer codificación de flujos sobre imagen tisular se agregan otras limitaciones en cuanto a

resolución espacial y temporal. Como vimos al aumentar la frecuencia de transmisión se mejora la

resolución axial pero se limita la resolución de velocidad y viceversa. Al usar bajas frecuencias de

transmision la resolución axial de la imagen tisular del doppler color es muy inferior a la imagen

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bidimensional pura. La resolución lateral de las imágenes tisular y de D color depende del ancho del

haz el cual es comparable en ambos métodos. La resolución temporal de Doppler color es

sensiblemente menor que la de la imagen tisular. La adquisición de color toma tiempo en desmero

del frame rate y la calidad de la imagen bidimensional. La frecuencia de actualización de la imagen

(FR) o (CPS) se encuentra en relación inversa a la calidad del color (nº de puntos de muestreo y

densidad de lineas de scan) que influyen en la calidad final de la imagen obtenida.

Sin embargo esto no es posible por la gran cantidad de datos necesarios y deben buscarse

soluciones de compromiso. Como generalmente la profundidad y la resolución de velocidad son los

parámetros más importantes, estos se mantienen sacrificando el ángulo sectorial, la frecuencia de

imagen y la densidad de lineas.

Tiene dependencia angular. El cambio de frecuencia doppler no implica necesariamente mayor o

menor velocidad, también esta influenciado por el ángulo doppler.

Esta influenciado por la ganancia. El área de turbulencia de un jet aumentan al disminuir ganancia

tisular y aumentar la ganancia color.

Doppler de Energía. Power.

Al impactar contra los glóbulos rojos en movimiento el haz de US incidente modifica su frecuencia

y amplitud o potencia. Este nuevo haz entonces retorna al transductor.

El cambio de frecuencia ingresa al equipo información de velocidad y dirección del flujo como ya

hemos visto. La información de Amplitud ingresa, en cambio, información de cantidad o

concentración de glóbulos rojos. La información que se muestra en el monitor no aporta

información de velocidad ni dirección. A la columna sanguínea móvil se le asigna idéntico color,

independiente a que se esté acercando o alejando respecto al transductor.

El doppler color es un mapa de variaciones de frecuencia o velocidades y los tonos más claros o

más oscuros significan mayor o menor viraje de frecuencias. Los sistemas doppler de energía son

un mapa de concentración de glóbulos rojos (informa cantidad de sangre presente en la zona

interrogada), y las tonalidades más claras o más oscuras indican mayor o menor concentración

globular.

La principal ventaja del doppler de energía reside en que es ángulo independiente. Por lo tanto no

depende del ángulo, dirección, velocidad ni PRF. Con doppler de energía no existirá aclaramiento

ni oscurecimiento por mejor o peor ángulo de insonación, ausencia de señal por insonación a 90º,

ni aliasing, ni inversión de color.

Como ventaja adicional este sistema es 3 veces más sensible que el color, permitiendo detectar

flujos extremadamente lentos.

Como desventaja el doppler de energía solo aporta información cualitativa. No aporta información

circulatoria, no muestra información de velocidades y es muy sensible a los movimientos del

transductor.

Doppler de Pared.

Se basa en el análisis del movimiento de las paredes cardiacas. Las señales generadas por dichas

estructuras se caracterizan por ser de baja velocidad y alta amplitud mientras que la señal generada

por la sangre es de baja amplitud y alta velocidad, por lo que se usan filtros de amplitud para

suprimir la señal generada por la sangre y visualizar solo la velocidad de la pared.

El doppler de pared pulsado es un doppler pulsado modificado. Esto se logra aumentado el tamaño

del volumen de muestra a 5 a 10 mm que se coloca sobre el segmento miocardico en estudio

habitualmente la pared lateral del VI en posición de 4 cámaras o eje largo apical, se disminuye el

Nyquist a 15 – 20 cm/s y se disminuyen los filtros de pared y la ganancia doppler.

Normalmente se compone de 3 ondas una sistólica S positiva por que se acerca al transductor y dos

negativas E y A que se encuentran en oposición a la E y A mitral.

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Sus valores normales son Onda E 8 a 14 cm/s

Onda A 3 a 10 cm/s

Onda S > 8 cm/s

Otra variedad del método es el doppler tisular color bidimensional y doppler tisular color en modo

M color. Ambos requieren de equipos con hardware especial.

Una de las principales aplicaciones de estudio del movimiento de las paredes cardíacas es el estudio

de la función diastólica. También ha sido empleado para la diferenciación entre miocardiopatía

restrictiva y pericarditis constrictiva, evaluación del Ventrículo Derecho, las alteraciones del

movimiento parietal regional en la enfermedad coronaria, en la detección del sitio de activación

anormal en presencia de vía anómala, la amiloidosis, detección de rechazo en pacientes

transplantados.

Parámetros y Controles.

La compresión de algunos conceptos básicos vinculados a los parámetros y controles que

utilizamos, resulta imprescindible para evitar el falso diagnóstico potencial en ambos sentidos

(positivo y negativo). Debemos acostumbrarnos a leer la información extra imagen que aparece en

pantalla.

Frecuencia de Transmisión

A mayor frecuencia emitida por el transductor mayor será la la frecuencia doppler y en

consecuencia mayor sensibilidad doppler. Como contrapartida a mayor frecuencia tendremos menor

penetración para evaluar estructuras profundas y menor velocidad evaluable por el sistema.

Angulo de Ataque

Dicho ángulo es el formado por la intersección del haz US incidente y el eje longitudinal del vaso.

El ángulo doppler es el formado entre dicho haz y el eje del flujo. Esto es de importancia en doppler

vascular ya que en ausencia de placas voluminosas ambos ángulos coinciden. Cuando el eje del

flujo es desviado por la presencia de una placa dichos ángulos no coinciden y debemos recurrir a la

corrección angular.

Corrección angular.

Cuando de la ecuación doppler despejamos la incógnita velocidad de los GR que es en definitiva lo

que nos interesa, comprobamos que el equipo dispone de toda la información necesaria para

calcularla y nuestra única intervención como operadores se vincula a la corrección angular. Cuando

el eje del flujo y el eje del vaso no coinciden debemos utilizar un ángulo adecuado para que el

coseno resulte el correcto para que el equipo pueda calcular velocidades confiables ya que de otra

manera estaríamos subestimando la velocidad.

De la corrección angular (coseno del ángulo en la ecuación doppler), depende la escala de

velocidades que el equipo aplicará al espectro representado en el monitor. Si aplicamos excesiva

corrección angular resultarán en velocidades falsamente aumentadas, con ángulos menores

velocidades falsamente disminuidas.

Posición del Volumen de muestra

El volumen de muestra es un área específica a la largo de la línea doppler que limita el sitio de

evaluación del flujo a ese punto. Podemos modificar su localización y su tamaño.

Es importante su localización en el eje central del flujo. En ausencia de un jet central y si no

disponemos de color para su correcta colocación, su ubicación excéntrica al eje central resultará en

velocidades más bajas y con ensanchamiento espectral.

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Tamaño del Volumen de Muestra

También tiene importancia en doppler vascular.

Al aumentar el volumen de muestra abarcamos más área de evaluación pudiendo incorporar en la

evaluación áreas de velocidades más lentas localizadas en la periferia del vaso produciendo

ensanchamiento espectral. Aumentar el tamaño del volumen de muestra constituye un recurso para

mejorar la detección de flujos lentos.

Línea de Base

Divide las velocidades o frecuencias dentro de valores negativos o positivos.

Dicha línea puede ser movida a diferentes posiciones hacia arriba o hacia abajo permitiendo mostrar

más datos del espectro positivos o negativos. En doppler Color dicha línea es la línea de base negra

en la barra color.

Ganancia Doppler

Controla la amplificación de la señal doppler recibida. No afecta la potencia de salida del equipo.

Si es demasiado baja puede determinar la ausencia de señal audioespectral. Si es demasiado alta

determinará ensanchamiento espectral.

PRF

Es la velocidad de muestreo del sistema. El control correspondiente recibe diferentes nombres

según los equipos siendo el más común el de Velocity Range (rango de velocidades).

Cuando aumentamos o disminuimos el PRF simultáneamente modificamos en idéntico sentido el

límite de Nyquist que es el umbral a partir del cual la frecuencia doppler que retorna al transcutor

determinará aliasing.

Los PRF corresponden a la escala vertical de velocidades del gráfico espectral mostrado en pantalla

y al límite de la escala color.

PRF y tamaño vertical de la señal espectral se relacionan inversamente. A mayor PRF menor altura

del espectro y viceversa.

Los PRF se relacionan con la sensibilidad del sistema para la detección de velocidades. Para la

detección de flujos lentos debemos disminuir los PRF y si deseamos muestrear flujos rápidos

debemos aumentar los PRF.

Como vimos los PRF se relacionan también con la profundidad del examen, ya que no puede haber

más de un pulso viajando, al aumentar la profundidad del examen disminuyen los PRF.

Filtro de Pared

Sirve para eliminar los cambios de frecuencia doppler que ocurren por debajo de cierto umbral (en

Hz) seleccionado. Permite eliminar ruidos de baja frecuencia producidos por el movimiento parietal

sin suprimir el registro de velocidades que nos interesa incluir en el espectro.

Si el umbral de filtrado es excesivo eliminará porciones de la onda espectral que podrían resultar de

interés para su análisis.

En doppler espectral elimina las bajas velocidades de alta intensidad en la proximidad de la linea de

base. En el color se representa por el ancho de la banda negra de la línea de base en la barra de

color.

Normal/Invert

Permite determinar el sentido de inscripción de los flujos por encima o debajo de la línea de base o

la codificación color de flujos que se acercan o se alejan del transductor.

Barra de Color

La barra de color muestra el mapa de velocidades en color, el límite de Nyquist expresado en

velocidad en el extremo superior e inferior, la línea de base está representada por una línea negra

que corresponde a velocidad 0, su ancho está en relación al filtrado.

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Sector Color (Box)

Sobre la imagen bidimensional podemos posicionar el box color regulando su tamaño en ancho y

largo. Debemos recordar la relación que existe entre frame rate, densidad de líneas y ancho del

sector en la que respecta a la calidad final de la imagen.