Knobology esencial para la anestesia regional guiada por ultrasonido y el manejo intervencionista del dolor

La seguridad y la eficacia del bloqueo nervioso guiado por ultrasonido (US) se basan en gran medida en una comprensión integral de la "perilla" de la máquina [1–3]. A pesar de las diferencias en apariencia y diseño, todas las máquinas estadounidenses comparten las mismas funciones operativas básicas que los usuarios deben apreciar para optimizar la imagen. Si bien las máquinas estadounidenses modernas ofrecen una gran cantidad de funciones, las funciones básicas con las que todos los operadores deben estar familiarizados son la selección de frecuencia y sonda, la profundidad, la ganancia, la compensación de ganancia de tiempo (TGC), el enfoque, los ajustes preestablecidos preprogramados, el Doppler color, el Doppler de potencia y la imagen compuesta. , imágenes armónicas de tejidos (THI) (en algunos modelos) y congelación y adquisición de imágenes. Una vez que se entienden los principios físicos de EE. UU., queda claro que crear la "mejor" imagen suele ser una serie de compensaciones entre mejorar una función a expensas de otra. Cada una de las funciones antes mencionadas se presenta a continuación, siguiendo la secuencia que utilizamos cuando realizamos cualquier intervención guiada por ecografía.

1. SELECCIÓN DE FRECUENCIA Y SONDA

Seleccionar la frecuencia apropiada de la onda estadounidense emitida es quizás el más crucial de todos los ajustes. Las ondas ultrasónicas se caracterizan por una frecuencia específica (f) y una longitud de onda (λ), como se describe en la ecuación v = f × λ, donde v es la velocidad a la que viaja la onda (todas las máquinas suponen que las ondas de EE. UU. viajan a través del tejido blando). a 1540 m/s). El rango de frecuencias utilizado para los bloqueos nerviosos está entre 3 y 15 MHz. Las frecuencias más altas proporcionan una resolución axial superior ( ).

Fig. 1 Las frecuencias ultrasónicas más altas producen duraciones de pulso más cortas que promueven una resolución axial mejorada. Lo contrario es cierto cuando se utilizan frecuencias más bajas.

Conceptualmente, la resolución axial permite diferenciar entre estructuras que se encuentran juntas a diferentes profundidades (eje y) dentro de la imagen de ultrasonido, es decir, una encima y otra debajo de la otra. Una resolución axial deficiente o una frecuencia inapropiadamente baja pueden inducir a error al producir solo una estructura en la imagen de EE. UU. cuando, en realidad, hay dos estructuras situadas inmediatamente una encima y otra debajo de la otra ( ).

Fig.2 La resolución axial denota la capacidad de la máquina de ultrasonido para separar visualmente dos estructuras que se encuentran una encima de la otra (eje y) en una dirección paralela al haz. A medida que aumenta la frecuencia, aumenta la resolución axial, pero disminuye la profundidad de penetración. Ondas de baja frecuencia

Desafortunadamente, las ondas de mayor frecuencia se atenúan más que las ondas de menor frecuencia. La atenuación, que se describe con más detalle a continuación (consulte “Compensación de la ganancia de tiempo”), se refiere a la pérdida progresiva de energía (es decir, intensidad de la señal) a medida que la onda de ultrasonido viaja desde la sonda hasta el tejido objetivo y vuelve a la sonda durante procesamiento en una imagen (Figura 3) [1]. El resultado final del exceso de atenuación es una imagen imperceptible. Por lo tanto, el operador debe elegir la frecuencia más alta posible sin dejar de poder penetrar a la profundidad adecuada para visualizar el objetivo. Los transductores de alta frecuencia son mejores para profundidades de hasta 3–4 cm; a partir de entonces, a menudo es necesaria una sonda de frecuencia más baja.

Fig.3 La atenuación varía directamente con la frecuencia de la onda de ultrasonido y la distancia recorrida por la onda de ultrasonido. Observe cómo la onda de ultrasonido de mayor frecuencia (10 MHz) está más atenuada en relación con la(s) onda(es) de menor frecuencia (5 y 2.5 MHz) a cualquier distancia (profundidad) dada.

Las categorías de sonda se pueden dividir en rangos de frecuencia alta (8 a 12 MHz), media (6 a 10 MHz) y baja (2 a 5 MHz). En algunas máquinas, una variedad de sondas siempre están conectadas, y elegir la sonda deseada solo requiere alternar un interruptor selector. En otras máquinas, las diferentes sondas deben retirarse físicamente y conectarse cada vez. La mayoría de las sondas estadounidenses tienen una frecuencia "central" (es decir, óptima) así como un rango de frecuencias a cada lado de esta frecuencia central, conocido como ancho de banda. Después de elegir la sonda adecuada, el operador puede ajustar con precisión la frecuencia de la onda de EE. UU. emitida por el transductor seleccionando activamente solo las frecuencias superior, media o inferior del ancho de banda de cada transductor.

2. PROFUNDIDAD

El ajuste de profundidad debe ajustarse de modo que las estructuras de interés queden dentro del campo de visión (Figura 4). El objetivo es establecer la profundidad justo debajo del objetivo deseado.

Esto tiene dos propósitos:

en primer lugar, la captura de imágenes a una profundidad mayor que la necesaria da como resultado un objetivo más pequeño ya que la pantalla tiene un tamaño finito. Un objetivo más pequeño es generalmente más difícil de visualizar y, posteriormente, acercarse con la aguja (Figura 4b).
en segundo lugar, minimizar la profundidad optimiza la resolución temporal. La resolución temporal se puede considerar como la velocidad de fotogramas y se refiere a la velocidad a la que se producen imágenes únicas consecutivas (expresadas en fotogramas por segundo) para culminar en imágenes continuas en tiempo real.

Fig. 4 Profundidad. (a) Ajuste de profundidad óptimo. El nervio mediano (MED) y la musculatura circundante son evidentes. (b) Ajuste de profundidad excesiva. El ajuste de profundidad es demasiado profundo, de modo que el tamaño relativo de las estructuras de destino disminuye. (c) Ajuste de profundidad inadecuado. El MED no es visible

La resolución temporal depende de la velocidad a la que se emiten las sucesivas ondas estadounidenses para formar un haz de sector completo (normalmente del orden de miles por segundo). Debido a que las ondas estadounidenses en realidad se emiten en pulsos, y el siguiente pulso se emite sólo cuando el anterior ha regresado al transductor, se deduce que para estructuras más profundas esta tasa de emisión general debe ser más lenta. Por lo tanto, se pierde la resolución temporal a medida que se aumenta la profundidad en otra compensación más entre funciones como se describe anteriormente. Las máquinas modernas estadounidenses preservan la resolución temporal al reducir el ancho del haz sectorial, lo que explica el estrechamiento automático de la imagen de la pantalla a medida que aumenta la profundidad. Reducir el ancho del sector reduce efectivamente la cantidad de ondas emitidas que deben regresar al transductor, reduciendo así el tiempo antes de que se muestre una imagen y manteniendo la velocidad de fotogramas. A diferencia de las imágenes cardíacas, cuando la visualización de objetos en movimiento es crucial, la resolución temporal es de menos importancia en la anestesia regional y el manejo del dolor. Sin embargo, una velocidad de fotogramas baja aún podría ser significativa al crear una imagen borrosa durante el movimiento de la aguja o la inyección rápida de anestésico local.

3. GANANCIA

El dial de ganancia dicta qué tan brillante (hiperecoica) u oscura (hipoecoica) aparece la imagen. La máquina estadounidense convierte la energía mecánica de los ecos que regresan a la sonda en una señal eléctrica, que a su vez se convierte en una imagen visualizada. Al aumentar la ganancia, se amplifica la señal eléctrica producida por todos estos ecos que regresan, lo que a su vez aumenta el brillo de toda la imagen, incluido el ruido de fondo (Fig. 5b). Se debe tener cuidado al ajustar el dial de ganancia porque, a pesar de la percepción de algunos novatos de que cuanto más brillante es mejor, demasiada ganancia puede crear ecos artificiales u oscurecer las estructuras existentes. De manera similar, una ganancia demasiado pequeña puede hacer que el operador pierda información de eco real (Fig. 5c). Finalmente, aumentar la ganancia también reduce la resolución lateral. La resolución lateral se refiere a la capacidad de distinguir objetos uno al lado del otro y se analiza en las próximas lecciones.

Fig. 5 Ganancia. (a) Configuración de ganancia óptima. El nervio mediano objetivo (MED) y la musculatura circundante en el antebrazo son evidentes. (b) La ganancia está ajustada demasiado alta. (c) La ganancia se ajusta demasiado baja

4. COMPENSACIÓN POR GANANCIA DE TIEMPO

Similar al dial de ganancia, la función TGC le permite al operador hacer ajustes al brillo. Mientras que el dial de ganancia aumenta el brillo general, TGC difiere al permitir que el operador ajuste el brillo de forma independiente a profundidades específicas en el campo ( ). Para entender el propósito de TGC, uno debe apreciar completamente el principio de atenuación. Las ondas de EE. UU. que atraviesan los tejidos se atenúan, principalmente debido a la absorción, pero también como resultado de la reflexión y la refracción. La atenuación varía según la frecuencia del haz (las ondas de mayor frecuencia se atenúan más, como se describió anteriormente) y el tipo de tejido a través del cual viaja el US (representado por el coeficiente de atenuación característico de cada tipo de tejido). La atenuación también aumenta con la profundidad de penetración, por lo que si la máquina realmente mostrara la amplitud de los ecos que regresan a la sonda, la imagen sería progresivamente más oscura desde la superficie hasta la profundidad. Esto se debe a que aquellas ondas que regresan de más lejos serían más atenuadas. Si bien las máquinas estadounidenses están diseñadas para compensar automáticamente la atenuación, la corrección automática de la máquina no siempre es precisa. Para crear una imagen más uniforme, TGC se ajusta más comúnmente para aumentar el brillo de las estructuras en el campo lejano (es decir, estructuras profundas). Mientras que algunas máquinas tienen controles individuales ("potenciómetros deslizantes") para cada segmento pequeño de la pantalla (Philips, GE), otras tienen una ganancia "cercana" y "lejana" más simple (SonoSite). Cuando hay potenciómetros deslizantes individuales, la configuración óptima suele ser que la ganancia aumente ligeramente de la superficie a la profundidad para compensar la atenuación descrita anteriormente.

Fig. 6 Ajuste incorrecto de compensación de ganancia de tiempo. (a) El nervio mediano no es visible debido a la banda hipoecoica en el centro de la imagen. Esto es causado por una configuración baja inapropiada del dial de compensación de ganancia de tiempo (b) que crea una banda de subganancia

5. ENFOQUE

El botón de enfoque no está presente en todas las máquinas, pero cuando esté disponible, se puede ajustar para optimizar la resolución lateral. La resolución lateral se refiere a la capacidad de la máquina para distinguir dos objetos que se encuentran uno al lado del otro a la misma profundidad, perpendiculares al haz de EE. UU. (Figura 7). Múltiples elementos piezoeléctricos dispuestos en paralelo en la cara del transductor emiten ondas individuales que juntas producen un haz de ultrasonidos tridimensional. Este haz de ultrasonido tridimensional primero converge (zona de Fresnel) en un punto donde el haz es más estrecho, llamado zona focal, y luego diverge (zona de Fraunhofer) a medida que se propaga a través del tejido (Figura 8).

Fig. 7 La resolución lateral denota la capacidad de la máquina de ultrasonido para separar visualmente dos estructuras que se encuentran una al lado de la otra en una dirección perpendicular al haz (eje x). A medida que aumenta la frecuencia, aumenta la resolución lateral, pero disminuye la profundidad de penetración. Las ondas de baja frecuencia penetran más profundamente a expensas de la resolución lateral. Observe cómo la máquina de ultrasonido es cada vez más incapaz de resolver cada estructura claramente a medida que disminuye la frecuencia.

Fig.8 Zona focal. La zona focal es el límite en el que termina la convergencia de los haces y comienza la divergencia. La resolución lateral es mejor en la zona focal. La resolución lateral denota la capacidad de la máquina de ultrasonido para distinguir correctamente dos estructuras que se encuentran una al lado de la otra (eje x)

Conceptualmente, cuando el haz diverge, las ondas de los elementos individuales ya no viajan en paralelo y se distancian cada vez más entre sí. Idealmente, cada onda de elemento individual incidiría (y, en consecuencia, produciría una imagen correspondiente) en todos los puntos del campo, sin importar cuán cerca se encuentren dos estructuras separadas una junto a la otra en el plano lateral. Los objetos objetivo pueden perderse al "deslizarse entre" dos ondas de EE. UU. individuales si son divergentes. Por lo tanto, limitar la cantidad de divergencia del haz mejora la resolución lateral, y esto es óptimo al nivel de la zona focal. El propósito del dial de enfoque es permitir que el operador ajuste la zona focal a varias profundidades en el campo.

Al colocar el foco al mismo nivel que los objetivos de interés (Figura 9), la cantidad de divergencia del haz se puede limitar y la resolución lateral se puede maximizar en consecuencia. El nivel de enfoque generalmente se representa con una pequeña flecha a la izquierda o a la derecha de la imagen. Algunas máquinas en realidad ofrecen la capacidad de configurar múltiples zonas focales, pero aumentar la cantidad de zonas focales simultáneamente degrada la resolución temporal ya que la máquina pasa más tiempo escuchando los ecos que regresan y procesando cada imagen.

Figura 9 Foco. (a) Ajuste de enfoque correcto para ver el nervio mediano (MED) en el antebrazo. Las flechas bidireccionales a lo largo del borde derecho de la imagen indican la configuración del nivel de enfoque. (b) El nivel de enfoque está demasiado bajo. (c) El nivel de enfoque está demasiado profundo

6. PREAJUSTES

Todas las máquinas tienen ajustes preestablecidos que usan una combinación de los ajustes descritos anteriormente para crear una imagen que generalmente es óptima para un tejido en particular. En el nivel más básico, esto puede configurarse simplemente para nervios o vasos, pero otras máquinas pueden tener configuraciones para cada bloqueo de nervio en particular. Aunque estos proporcionan un punto de partida útil, por lo general aún se requieren ajustes manuales adicionales para compensar el tamaño y la condición del paciente.

7. DOPPLER COLOR

La tecnología Doppler color superpone información Doppler sobre la imagen en tiempo real y facilita la identificación y cuantificación (velocidad, dirección) del flujo sanguíneo. Sin embargo, el mayor beneficio de la tecnología Doppler para los anestesiólogos que realizan procedimientos de dolor guiados por ultrasonido es confirmar la ausencia de flujo sanguíneo en la trayectoria anticipada de la aguja.

La física Doppler aplicada al ultrasonido se relaciona con el principio de que si una onda de sonido se emite desde un transductor estacionario y se refleja en un objeto en movimiento (generalmente glóbulos rojos), la frecuencia de esa onda de sonido reflejada cambiará (Figura 10). Cuando la sangre se aleja del transductor, la onda reflejada regresará a una frecuencia más baja que la onda emitida originalmente. Esto está representado por el color azul. Por el contrario, cuando la sangre se mueve hacia el transductor, la onda reflejada regresa a una frecuencia más alta que la onda emitida originalmente. Esto se representa con un color rojo. Los operadores deben saber que el rojo no está necesariamente asociado con la sangre arterial ni el azul con la sangre venosa. El cambio de frecuencia anterior se conoce como desplazamiento Doppler, y es este principio el que se puede utilizar en aplicaciones cardíacas y vasculares para calcular tanto la velocidad como la dirección del flujo sanguíneo. La ecuación de Doppler establece que donde:

v es la velocidad del objeto en movimiento, ft es la frecuencia transmitida, α es el ángulo de incidencia entre el haz de ultrasonidos y la dirección del flujo sanguíneo, y c es la velocidad de los ultrasonidos en la sangre. También es importante tener en cuenta que a medida que el ángulo de incidencia del haz se acerca a 90°, se introducen grandes errores en la ecuación Doppler ya que el coseno de 90° es 0. En tales casos, es posible que no se visualice el flujo sanguíneo en una estructura hipoecoica (es decir, , falso negativo - Figura 11). Así como el brillo general se puede ajustar mediante la función de ganancia, también se puede ajustar la cantidad de señal Doppler que se muestra. En algunas máquinas de EE. UU., la sensibilidad Doppler se ajusta girando la perilla de ganancia mientras está en modo Doppler.

Figura 10 Doppler. (a) Cuando se emite una onda de sonido desde el transductor y se refleja desde un objeto objetivo que se mueve hacia el transductor, la frecuencia de retorno será más alta que la onda de sonido emitida originalmente. La imagen correspondiente en la máquina de ultrasonido está representada por un color rojo. (b) Por el contrario, si el objeto objetivo se aleja del transductor, la frecuencia de retorno será más baja que la onda de sonido emitida originalmente. La imagen correspondiente en la máquina de ultrasonido está representada en color azul.

Figura 11 Doppler color. Vista de eje corto de la arteria radial. (a) No hay flujo aparente cuando el haz es perpendicular a la dirección en la que fluye la sangre. (b) El ajuste de la inclinación de la sonda altera el ángulo de insonación y, en consecuencia, muestra el flujo sanguíneo.

Otras máquinas tienen una perilla de sensibilidad Doppler separada. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que el aumento de la sensibilidad Doppler puede dar lugar a la producción de artefactos de movimiento (es decir, falsos positivos) creados por movimientos sutiles del paciente.

Cuando está en modo Doppler, la máquina de EE. UU. requiere más tiempo para procesar los ecos que regresan en comparación con las imágenes simples en modo B, por lo que la resolución temporal puede verse reducida. Esto explica por qué solo una pequeña área de la imagen (generalmente un rectángulo o un paralelogramo) se monitorea para el desplazamiento Doppler cuando esta función está activada. Posteriormente, el operador puede mover esta forma sobre los objetivos deseados utilizando una bola de seguimiento o un panel táctil.

8. DOPPLER DE ENERGÍA

Power Doppler es una tecnología estadounidense más nueva que es hasta cinco veces más sensible para detectar el flujo sanguíneo que el Doppler color y, por lo tanto, puede detectar vasos que son difíciles o imposibles de ver con el Doppler color estándar. Otro beneficio es que, a diferencia del Doppler color, el Doppler de potencia es casi independiente del ángulo, lo que reduce la incidencia de falsos negativos descritos anteriormente. Sin embargo, tales ventajas se obtienen a expensas de más artefactos de movimiento con movimientos sutiles como la respiración. Otra desventaja del Doppler de potencia es que no puede determinar la dirección del flujo. Por lo tanto, en lugar de mostrar un color azul o rojo, solo se usa un color (generalmente naranja) en una gama de tonos para indicar el flujo.

9. IMÁGENES COMPUESTAS

La imagen compuesta es uno de los avances tecnológicos más recientes en los EE. UU. Mejora la calidad de la imagen en comparación con la ecografía convencional al reducir el moteado y otros artefactos acústicos y mejora la definición de los planos tisulares y la visibilidad de la aguja ( ).

Fig. 12 (a) Imágenes compuestas en modo apagado. (b) Imágenes compuestas en modo encendido. Tenga en cuenta el mayor artefacto de motas y la reducción de la resolución en (a) en comparación con (b)

Los transductores estadounidenses convencionales emiten ondas de sonido en una dirección, perpendicular al transductor. Los transductores de imágenes compuestos modernos pueden emitir y "dirigir" simultáneamente ondas de ultrasonido en una variedad de ángulos, por lo tanto, producen imágenes del mismo tejido desde varios ángulos diferentes de insonación ( ). La imagen compuesta funciona mediante la combinación electrónica de los ecos reflejados desde todos los ángulos diferentes para producir una única imagen de alta calidad (imagen espacial compuesta). La formación de imágenes de frecuencia compuesta es similar, pero utiliza diferentes frecuencias en lugar de ángulos de insonación para crear una sola imagen.

Fig.13 Dirección del haz. (a) Transductor de ultrasonido convencional que emite ondas de sonido en una dirección. (b) Transductor de imágenes compuesto que emite ondas de sonido en una variedad de ángulos.

10. IMÁGENES ARMÓNICAS DEL TEJIDO

THI es otra tecnología relativamente nueva. Cuando las ondas de sonido viajan a través del tejido corporal, se generan frecuencias armónicas (Figura 14). Estas frecuencias armónicas son múltiplos de la frecuencia fundamental original. Cuando THI está disponible, el transductor captura preferentemente estos ecos de mayor frecuencia cuando regresan a la sonda para el procesamiento de imágenes. Debido a que las frecuencias armónicas son más altas, existe una resolución axial y lateral mejorada con un artefacto reducido. Otro punto importante es que, a diferencia de los EE. UU. convencionales, estas frecuencias más altas se logran sin sacrificar la profundidad de penetración. THI parece mejorar particularmente la visualización de estructuras quísticas hipoecoicas, aunque se ha informado que empeora la visibilidad de la aguja.

Fig. 14 Armónicos de tejido. A medida que la onda de ultrasonido viaja a través del tejido, se produce una distorsión de la onda a lo largo del camino. Las ondas distorsionadas resultantes son armónicos (múltiplos) de la frecuencia fundamental (entrada) (f). Las frecuencias más altas, como 2f, 3f, etc., dan como resultado una mayor resolución. En las imágenes de armónicos de tejidos, la máquina de ultrasonido filtra la mayoría de las frecuencias, incluida la frecuencia fundamental, y preferentemente "escucha" uno de los armónicos, generalmente el segundo armónico (2f), lo que da como resultado una imagen con resolución axial y lateral superior y también menos artefactos

11. BOTÓN DE OPTIMIZACIÓN

Muchas máquinas más nuevas ahora implementan un botón de optimización de imagen automática que sirve para combinar instantáneamente muchas de las características antes mencionadas para crear la "imagen ideal". Esta puede ser una forma simple, efectiva y rápida de mejorar la calidad de la imagen, aunque a veces aún se requieren ajustes manuales adicionales.

12. BOTÓN CONGELAR Y ADQUISICIÓN DE IMÁGENES

Imágenes de EE. UU. es un proceso dinámico. Sin embargo, la imagen en realidad se compone de una cantidad de “cuadros” por segundo (resolución temporal, como se describió anteriormente) que cambian lo suficientemente rápido como para producir lo que efectivamente parece una visualización en tiempo real. El botón de congelación muestra la imagen actual en la pantalla, pero generalmente también permite una revisión secuencial de los "cuadros" individuales durante un breve período de tiempo anterior. Estas imágenes se pueden almacenar si se desea. La adquisición de imágenes es importante para los registros médico-legales, la enseñanza y (con menos frecuencia cuando se realizan bloqueos nerviosos) haciendo mediciones. La mayoría de las máquinas tienen la capacidad de almacenar imágenes fijas y de vídeo.