Knobology essenziale per l'anestesia regionale ecoguidata e la gestione interventistica del dolore - NYSORA

La sicurezza e l'efficacia del blocco nervoso guidato da ultrasuoni (US) si basano in gran parte su una comprensione completa della "knobologia" della macchina [1-3]. Nonostante le differenze nell'aspetto e nel layout, tutte le macchine statunitensi condividono le stesse funzioni operative di base che gli utenti devono apprezzare per ottimizzare l'immagine. Sebbene le moderne macchine statunitensi offrano un'abbondanza di funzioni, le funzioni di base con cui tutti gli operatori dovrebbero avere familiarità sono la selezione della frequenza e della sonda, la profondità, il guadagno, la compensazione del guadagno di tempo (TGC), la messa a fuoco, le preimpostazioni preprogrammate, il color Doppler, il power Doppler, l'imaging composto , THI (Tissue Harmonic Imaging) (su alcuni modelli) e fermo immagine e acquisizione. Una volta compresi i principi fisici degli Stati Uniti, diventa chiaro che creare l'immagine "migliore" è spesso una serie di compromessi tra il miglioramento di una funzione a scapito di un'altra. Ciascuna delle suddette funzioni è presentata a sua volta di seguito, seguendo la sequenza che utilizziamo quando eseguiamo qualsiasi intervento ecoguidato.

1. SELEZIONE DELLA FREQUENZA E DELLA SONDA

La selezione della frequenza appropriata dell'onda statunitense emessa è forse la più cruciale di tutte le regolazioni. Le onde ultrasoniche sono caratterizzate da una specifica frequenza (f) e lunghezza d'onda (λ), come descritto dall'equazione v = f × λ, dove v è la velocità alla quale l'onda viaggia (tutte le macchine presumono che le onde US viaggino attraverso i tessuti molli a 1540 m/s). La gamma di frequenze utilizzate per i blocchi nervosi è compresa tra 3 e 15 MHz. Le frequenze più alte forniscono una risoluzione assiale superiore (Fig. 1).

Fig.1 Frequenze ultrasoniche più elevate producono durate dell'impulso più brevi che promuovono una migliore risoluzione assiale. È vero il contrario quando si utilizzano frequenze più basse

Concettualmente, la risoluzione assiale consente la differenziazione tra strutture vicine tra loro a diverse profondità (asse y) all'interno dell'immagine ecografica, cioè sopra e sotto l'una rispetto all'altra. Una scarsa risoluzione assiale, o una frequenza inappropriatamente bassa, possono trarre in inganno producendo una sola struttura sull'immagine ecografica quando, in realtà, ci sono due strutture che giacciono immediatamente sopra e sotto l'altra (Fig. 2).

Fig.2 La risoluzione assiale denota la capacità dell'ecografo di separare visivamente due strutture sovrapposte (asse y) in direzione parallela al raggio. All'aumentare della frequenza, la risoluzione assiale aumenta, ma la profondità di penetrazione diminuisce. Onde a bassa frequenza

Sfortunatamente, le onde a frequenza più alta sono attenuate più delle onde a frequenza più bassa. L'attenuazione, descritta più dettagliatamente di seguito (vedere "Compensazione guadagno tempo"), si riferisce alla progressiva perdita di energia (cioè intensità del segnale) mentre l'onda US viaggia dalla sonda al tessuto bersaglio e di nuovo alla sonda per elaborazione in un'immagine (Fig. 3) [1]. Il risultato finale dell'eccessiva attenuazione è un'immagine indiscernibile. L'operatore deve quindi scegliere la frequenza più alta possibile pur essendo in grado di penetrare alla profondità appropriata per visualizzare il bersaglio. I trasduttori ad alta frequenza sono i migliori per profondità fino a 3–4 cm; successivamente, è spesso necessaria una sonda a frequenza inferiore.

Fig.3 L'attenuazione varia direttamente con la frequenza dell'onda ultrasonica e la distanza percorsa dall'onda ultrasonica. Si noti come l'onda ultrasonica a frequenza più alta (10 MHz) sia più attenuata rispetto all'onda/e a frequenza più bassa (5 e 2.5 MHz) a una data distanza (profondità)

Le categorie di sonde possono essere suddivise in intervalli di frequenza alta (8–12 MHz), media (6–10 MHz) e bassa (2–5 MHz). Su alcune macchine è sempre collegata una varietà di sonde e la scelta della sonda desiderata richiede solo la commutazione di un selettore. Su altre macchine, le diverse sonde devono essere fisicamente rimosse e attaccate ogni volta. La maggior parte delle sonde statunitensi ha una frequenza "centrale" (cioè ottimale) e una gamma di frequenze su entrambi i lati di questa frequenza centrale, nota come larghezza di banda. Dopo aver scelto la sonda appropriata, l'operatore può quindi regolare con precisione la frequenza dell'onda US emessa dal trasduttore selezionando attivamente solo le frequenze superiori, medie o inferiori dalla larghezza di banda di ciascun trasduttore.

2. PROFONDITÀ

L'impostazione della profondità deve essere regolata in modo che le strutture di interesse rientrino nel campo visivo (Fig. 4). L'obiettivo è impostare la profondità appena al di sotto del target desiderato.

Questo ha due scopi:

in primo luogo, l'imaging a una profondità maggiore del necessario si traduce in un bersaglio più piccolo poiché il display è di dimensioni finite. Un bersaglio più piccolo è generalmente più difficile da visualizzare e successivamente avvicinarsi con l'ago (Fig. 4b).
in secondo luogo, riducendo al minimo la profondità si ottimizza la risoluzione temporale. La risoluzione temporale può essere considerata come la frequenza dei fotogrammi e si riferisce alla velocità con cui vengono prodotte immagini uniche consecutive (espresse in fotogrammi al secondo) per culminare in immagini continue in tempo reale.

Fig. 4 Profondità. (a) Impostazione della profondità ottimale. Il nervo mediano (MED) e la muscolatura circostante sono evidenti. (b) Regolazione della profondità eccessiva. L'impostazione della profondità è troppo profonda in modo tale da ridurre la dimensione relativa delle strutture target. (c) Regolazione della profondità inadeguata. Il MED non è visibile

La risoluzione temporale dipende dalla velocità con cui le successive onde statunitensi vengono emesse per formare un raggio di settore completo (di solito nell'ordine di migliaia al secondo). Poiché le onde US vengono effettivamente emesse in impulsi, con l'impulso successivo emesso solo quando il precedente è tornato al trasduttore, ne consegue che per le strutture più profonde questo tasso di emissione complessivo deve essere più lento. La risoluzione temporale viene quindi persa man mano che la profondità viene aumentata in un altro compromesso tra le funzioni come descritto sopra. Le moderne macchine statunitensi preservano la risoluzione temporale riducendo l'ampiezza del raggio del settore, il che spiega il restringimento automatico dell'immagine sullo schermo all'aumentare della profondità. Riducendo la larghezza del settore si riduce efficacemente il numero di onde emesse che devono tornare al trasduttore, riducendo così il tempo prima che un'immagine venga visualizzata e mantenendo il frame rate. A differenza dell'imaging cardiaco, quando la visualizzazione di oggetti in movimento è cruciale, la risoluzione temporale è di minore importanza nell'anestesia regionale e nella gestione del dolore. Un frame rate basso, tuttavia, potrebbe comunque essere significativo creando un'immagine sfocata durante il movimento dell'ago o la rapida iniezione di anestetico locale.

3. GUADAGNO

Il quadrante del guadagno determina quanto luminosa (iperecogena) o scura (ipoecogena) appare l'immagine. L'energia meccanica degli echi che ritornano alla sonda viene convertita dalla macchina US in un segnale elettrico, che a sua volta viene convertito in un'immagine visualizzata. Aumentando il guadagno si amplifica il segnale elettrico prodotto da tutti questi echi di ritorno che a sua volta aumenta la luminosità dell'intera immagine, compreso il rumore di fondo (Fig. 5b). Bisogna fare attenzione quando si regola la manopola del guadagno perché, nonostante la percezione da parte di alcuni principianti che più luminoso è meglio, troppo guadagno può effettivamente creare echi artefatti o oscurare le strutture esistenti. Allo stesso modo, un guadagno troppo basso può far sì che l'operatore perda informazioni sull'eco reale (Fig. 5c). Infine, l'aumento del guadagno riduce anche la risoluzione laterale. La risoluzione laterale si riferisce alla capacità di distinguere gli oggetti uno accanto all'altro ed è discussa nelle prossime lezioni.

Fig. 5 Guadagno. (a) Impostazione del guadagno ottimale. Il nervo mediano bersaglio (MED) e la muscolatura circostante nell'avambraccio sono evidenti. (b) Il guadagno è regolato troppo alto. (c) Il guadagno è regolato troppo basso

4. COMPENSAZIONE GUADAGNO TEMPO

Simile alla manopola del guadagno, la funzione TGC consente all'operatore di regolare la luminosità. Mentre la manopola del guadagno aumenta la luminosità complessiva, TGC differisce consentendo all'operatore di regolare la luminosità in modo indipendente a profondità specifiche nel campo (Fig. 6). Per comprendere lo scopo di TGC, si deve apprezzare appieno il principio di attenuazione. Le onde US che passano attraverso i tessuti sono attenuate, principalmente per assorbimento ma anche per riflessione e rifrazione. L'attenuazione varia a seconda sia della frequenza del raggio (le onde a frequenza più alta sono maggiormente attenuate, come descritto sopra) sia del tipo di tessuto attraverso il quale viaggia l'ecografia (rappresentato dal coefficiente di attenuazione caratteristico di ciascun tipo di tessuto). L'attenuazione aumenta anche con la profondità di penetrazione, quindi se la macchina mostrasse effettivamente l'ampiezza degli echi che ritornano alla sonda, l'immagine sarebbe progressivamente più scura dal superficiale al profondo. Questo perché quelle onde che tornano da più lontano sarebbero più attenuate. Mentre le macchine US sono progettate per compensare automaticamente l'attenuazione, la correzione automatica della macchina non è sempre accurata. Per creare un'immagine più uniforme, il TGC è più comunemente regolato per aumentare la luminosità delle strutture nel campo lontano (cioè, strutture profonde). Mentre alcune macchine hanno controlli individuali ("slide pot") per ogni piccolo segmento del display (Philips, GE), altre hanno più semplicemente guadagno "vicino" e "lontano" (SonoSite). Quando sono presenti singoli potenziometri a scorrimento, la configurazione ottimale è di solito avere il guadagno che aumenta leggermente da superficiale a profondo per compensare l'attenuazione sopra descritta.

Fig. 6 Impostazione errata della compensazione del guadagno di tempo. (a) Il nervo mediano non è visibile a causa della banda ipoecogena al centro dell'immagine. Ciò è causato da un'impostazione bassa inappropriata della manopola di compensazione del guadagno temporale (b) che crea una banda di sottoguadagno

5. FUOCO

Il pulsante di messa a fuoco non è presente su tutte le macchine, ma quando disponibile può essere regolato per ottimizzare la risoluzione laterale. La risoluzione laterale si riferisce alla capacità della macchina di distinguere due oggetti che giacciono uno accanto all'altro alla stessa profondità, perpendicolarmente al raggio US (Fig. 7). Più elementi piezoelettrici disposti in parallelo sulla faccia del trasduttore emettono singole onde che insieme producono un raggio US 3-D. Questo raggio US 3-D converge prima (zona di Fresnel) in un punto in cui il raggio è più stretto, chiamato zona focale, e poi diverge (zona di Fraunhofer) mentre si propaga attraverso il tessuto (Fig. 8).

Fig. 7 La risoluzione laterale denota la capacità dell'ecografo di separare visivamente due strutture affiancate in direzione perpendicolare al raggio (asse x). All'aumentare della frequenza, la risoluzione laterale aumenta, ma la profondità di penetrazione diminuisce. Le onde a bassa frequenza penetrano più in profondità a scapito della risoluzione laterale. Si noti come la macchina ad ultrasuoni sia sempre più incapace di risolvere distintamente ogni struttura al diminuire della frequenza.

Fig.8 Zona focale. La zona focale è il confine in cui termina la convergenza dei fasci e inizia la divergenza. La risoluzione laterale è migliore nella zona focale. La risoluzione laterale denota la capacità dell'ecografo di distinguere correttamente due strutture affiancate (asse x)

Concettualmente, quando il raggio diverge, le onde dei singoli elementi non viaggiano più in parallelo e si allontanano sempre di più l'una dall'altra. Idealmente, ogni singolo elemento d'onda colpirebbe (e di conseguenza produrrebbe un'immagine corrispondente) ogni punto nel campo, non importa quanto due strutture separate si trovino l'una accanto all'altra nel piano laterale. Gli oggetti bersaglio possono essere mancati "scivolando tra" due singole onde statunitensi se queste sono divergenti. Limitare la quantità di divergenza del fascio migliora quindi la risoluzione laterale, e questo è ottimale a livello della zona focale. Lo scopo della ghiera di messa a fuoco è consentire all'operatore di regolare la zona focale a varie profondità nel campo.

Posizionando il focus allo stesso livello dei target di interesse (Fig. 9), la quantità di divergenza del raggio può essere limitata e la risoluzione laterale massimizzata di conseguenza. Il livello di messa a fuoco è generalmente rappresentato da una piccola freccia a sinistra oa destra dell'immagine. Alcune macchine offrono effettivamente la possibilità di impostare più zone focali, ma l'aumento simultaneo del numero di zone focali degrada la risoluzione temporale poiché la macchina impiega più tempo ad ascoltare gli echi di ritorno ed elaborare ciascuna immagine.

Fig. 9 Messa a fuoco. (a) Impostazione corretta della messa a fuoco per la visualizzazione del nervo mediano (MED) nell'avambraccio. Le frecce bidirezionali lungo il bordo destro dell'immagine indicano l'impostazione del livello di messa a fuoco. (b) Il livello di messa a fuoco è troppo basso. (c) Il livello di messa a fuoco è troppo basso

6. PRESET

Tutte le macchine hanno preimpostazioni che utilizzano una combinazione delle impostazioni sopra descritte per creare un'immagine generalmente ottimale per un particolare tessuto. Al livello più elementare, questo può essere semplicemente impostato per nervi o vasi, ma altre macchine possono avere impostazioni per ogni particolare blocco nervoso. Sebbene questi forniscano un utile punto di partenza, sono generalmente necessarie ulteriori regolazioni manuali per compensare la corporatura e le condizioni del paziente.

7. DOPPLER DEL COLORE

La tecnologia Color Doppler sovrappone le informazioni Doppler all'immagine in tempo reale e facilita l'identificazione e la quantificazione (velocità, direzione) del flusso sanguigno. Il principale vantaggio, tuttavia, della tecnologia Doppler per gli anestesisti che eseguono procedure del dolore guidate da ultrasuoni è la conferma dell'assenza di flusso sanguigno nella traiettoria prevista dell'ago.

La fisica Doppler applicata agli ultrasuoni si riferisce al principio che se un'onda sonora viene emessa da un trasduttore fisso e riflessa da un oggetto in movimento (di solito globuli rossi), la frequenza di quell'onda sonora riflessa cambierà (Fig. 10). Quando il sangue si allontana dal trasduttore, l'onda riflessa tornerà a una frequenza inferiore rispetto all'onda emessa originale. Questo è rappresentato dal colore blu. Al contrario, quando il sangue si muove verso il trasduttore, l'onda riflessa ritorna a una frequenza più alta rispetto all'onda emessa originale. Questo è rappresentato da un colore rosso. Gli operatori devono essere consapevoli che il rosso non è necessariamente associato al sangue arterioso né il blu al sangue venoso. La suddetta variazione di frequenza è nota come spostamento Doppler ed è questo principio che può essere utilizzato in applicazioni cardiache e vascolari per calcolare sia la velocità del flusso sanguigno che la direzione del flusso sanguigno. L'equazione Doppler afferma che dove:

v è la velocità dell'oggetto in movimento, ft è la frequenza trasmessa, α è l'angolo di incidenza tra il raggio US e la direzione del flusso sanguigno e c è la velocità degli US nel sangue. È anche importante notare che quando l'angolo di incidenza del raggio si avvicina a 90°, vengono introdotti grandi errori nell'equazione Doppler poiché il coseno di 90° è 0. In tali casi, il flusso sanguigno in una struttura ipoecogena potrebbe non essere visualizzato (cioè , falso negativo - Fig. 11). Così come è possibile regolare la luminosità complessiva utilizzando la funzione di guadagno, è possibile regolare anche la quantità di segnale Doppler visualizzato. Su alcune macchine statunitensi, la sensibilità Doppler viene regolata ruotando la manopola del guadagno in modalità Doppler.

Fig.10 Doppler. (a) Quando un'onda sonora viene emessa dal trasduttore e riflessa da un oggetto target che si muove verso il trasduttore, la frequenza di ritorno sarà più alta dell'onda sonora emessa originale. L'immagine corrispondente sull'ecografo è rappresentata da un colore rosso. (b) Al contrario, se l'oggetto target si sta allontanando dal trasduttore, la frequenza di ritorno sarà inferiore all'onda sonora emessa originale. L'immagine corrispondente sull'ecografo è rappresentata dal colore blu.

Fig. 11 Doppler a colori. Vista in asse corto dell'arteria radiale. (a) Nessun flusso è evidente quando il raggio è perpendicolare alla direzione in cui scorre il sangue. (b) La regolazione dell'inclinazione della sonda altera l'angolo di insonazione e di conseguenza visualizza il flusso sanguigno.

Altre macchine hanno una manopola di sensibilità Doppler separata. Va notato, tuttavia, che l'aumento della sensibilità Doppler può comportare la produzione di artefatti da movimento (vale a dire falsi positivi) creati da impercettibili movimenti del paziente.

Quando è in modalità Doppler, la macchina US richiede più tempo per elaborare gli echi di ritorno rispetto alla semplice imaging in modalità B, e quindi la risoluzione temporale può essere ridotta. Questo spiega perché solo una piccola area dell'immagine (solitamente un rettangolo o un parallelogramma) viene monitorata per lo spostamento Doppler quando questa funzione è attivata. L'operatore può successivamente spostare questa forma sugli obiettivi desiderati utilizzando una trackball o un touchpad.

8. DOPPLER DI POTENZA

Il Power Doppler è una nuova tecnologia statunitense che è fino a cinque volte più sensibile nel rilevare il flusso sanguigno rispetto al color Doppler e può quindi rilevare i vasi che sono difficili o impossibili da vedere utilizzando il color Doppler standard. Un ulteriore vantaggio è che, a differenza del color Doppler, il power Doppler è quasi indipendente dall'angolo, riducendo l'incidenza dei falsi negativi sopra descritti. Tali vantaggi tuttavia vanno a scapito di più artefatti di movimento con movimenti sottili come la respirazione. Un ulteriore svantaggio del power Doppler è che non può determinare la direzione del flusso. Invece di visualizzare un colore blu o rosso, quindi, viene utilizzato solo un colore (solitamente arancione) in una gamma di tonalità per indicare il flusso.

9. IMMAGINE COMPOSTA

L'imaging composto è uno dei progressi tecnologici più recenti negli Stati Uniti. Migliora la qualità dell'immagine rispetto all'ecografia convenzionale riducendo la macchiolina e altri artefatti acustici e migliora la definizione dei piani tissutali e la visibilità dell'ago (Fig. 12).

Fig. 12 (a) Compound imaging in modalità off. (b) Compound imaging in modalità attiva. Si noti il maggiore artefatto speckle e la riduzione della risoluzione in (a) rispetto a (b)

I trasduttori statunitensi convenzionali emettono onde sonore in una direzione, perpendicolare al trasduttore. I moderni trasduttori di imaging composto possono simultaneamente emettere e "guidare" onde ultrasoniche a una varietà di angoli, producendo quindi immagini dello stesso tessuto da diverse angolazioni di insonazione (Fig. 13). L'imaging composto funziona combinando elettronicamente gli echi riflessi da tutte le diverse angolazioni per produrre un'unica immagine di alta qualità (imaging composto spaziale). L'imaging composto di frequenza è simile ma utilizza frequenze diverse anziché angoli di insonazione per creare una singola immagine.

Fig.13 Guida del raggio. (a) Trasduttore ultrasonico convenzionale che emette onde sonore in una direzione. (b) Trasduttore di imaging composto che emette onde sonore a una varietà di angoli.

10. IMAGING ARMONICO DEI TESSUTI

THI è un'altra tecnologia relativamente nuova. Quando le onde sonore viaggiano attraverso il tessuto corporeo, vengono generate frequenze armoniche (Fig. 14). Queste frequenze armoniche sono multipli della frequenza fondamentale originale. Quando THI è disponibile, il trasduttore cattura preferenzialmente questi echi di frequenza più alta al loro ritorno alla sonda per l'elaborazione delle immagini. Poiché le frequenze armoniche sono più elevate, vi è una maggiore risoluzione assiale e laterale con artefatti ridotti. Un altro punto importante è che, a differenza degli Stati Uniti convenzionali, queste frequenze più elevate vengono raggiunte senza sacrificare la profondità di penetrazione. Il THI sembra migliorare in modo particolare la visualizzazione delle strutture cistiche ipoecogene, sebbene sia stato riportato che peggiori la visibilità dell'ago.

Fig. 14 Armoniche tissutali. Mentre l'onda ultrasonica viaggia attraverso il tessuto, lungo il percorso si verifica una distorsione dell'onda. Le onde distorte risultanti sono armoniche (multipli) della frequenza fondamentale (input) (f). Frequenze più alte, come 2f, 3f, ecc., determinano una risoluzione maggiore. Nell'imaging armonico tissutale, la macchina ad ultrasuoni filtra la maggior parte delle frequenze, inclusa la frequenza fondamentale, e "ascolta" preferenzialmente una delle armoniche, solitamente la seconda armonica (2f), ottenendo un'immagine con una risoluzione assiale e laterale superiore e anche meno artefatti

11. PULSANTE DI OTTIMIZZAZIONE

Molte macchine più recenti ora implementano un pulsante di ottimizzazione automatica dell'immagine che serve a combinare istantaneamente molte delle funzionalità sopra menzionate per creare "l'immagine ideale". Questo può essere un modo semplice, efficace e rapido per migliorare la qualità dell'immagine anche se a volte sono ancora necessarie ulteriori regolazioni manuali.

12. PULSANTE FREEZE E ACQUISIZIONE IMMAGINI

L'imaging statunitense è un processo dinamico. L'immagine, tuttavia, è in realtà composta da un numero di "fotogrammi" al secondo (risoluzione temporale, come descritto sopra) che cambiano abbastanza rapidamente da produrre ciò che effettivamente appare come una visualizzazione in tempo reale. Il pulsante di blocco visualizza l'immagine corrente sullo schermo ma di solito consente anche una revisione sequenziale dei singoli "frame" in un precedente breve periodo di tempo. Tali immagini possono quindi essere memorizzate se lo si desidera. L'acquisizione di immagini è importante per le registrazioni medico-legali, l'insegnamento e (meno comunemente quando si eseguono blocchi nervosi) per effettuare misurazioni. La maggior parte delle macchine ha la capacità di memorizzare immagini fisse e video.

Manopola essenziale per l'anestesia regionale ecoguidata e la gestione interventistica del dolore