Ecocardiografia Intracardíaca

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1 Universidade do Minho Engenharia Biomédica Ramo de Electrónica Médica Projecto (4º ano / 2º semestre) Docente: Paulo Mateus Mendes Débora Ferreira nº Gualtar, 14 Julho de 2006

2 Plano da apresentação Introdução Fundamentos dos ultra-sons Aplicações Clínicas Conclusão 2

3 Plano da apresentação Introdução Fundamentos dos ultra-sons Aplicações Clínicas Conclusão 3

4 Introdução Ultra-sonografia médica - técnica de diagnóstico por imagem, segura e não-invasiva baseada em ultra-sons e utilizada para visualizar órgãos internos, o seu tamanho, estrutura, qualquer lesão patológica. Exclusiva resolução temporal, baixo custo, portabilidade, não utilização de radiação ionizante Poderosa modalidade de imagiologia Ultra-sons - simples ondas sonoras, como o som audível. São ondas de compressão e descompressão do meio de transmissão. O termo ultra-som aplica-se a toda a energia acústica com uma frequência superior à da audição humana (20kHz). O seu uso em imagiologia médica aplica-se a uma banda de frequências centenas de vezes maior (2 a 13 MHz). Uma onda sonora é produzida pela criação de pulsos de sons, a partir de transdutores. Transdutor converte um tipo de energia noutro, com a finalidade de medir ou transferir informação. 4

5 Introdução A onda sonora produzida é parcialmente reflectida na interface entre os diferentes tecidos e retorna ao transdutor - eco. Eco provoca a vibração dos elementos do transdutor transformam a vibração em pulsos eléctricos são enviados a partir da probe para o scanner de ultra-sons são processados e transformados numa imagem digital. O scanner de ultra-sons deve ser capaz de determinar três dados a partir de cada eco recebido: (1) qual dos elementos do transdutor recebeu o eco; (2) qual a intensidade do eco; (3) quanto tempo foi necessário para receber o eco. Com esta informação, o scanner localiza o pixel correspondente na imagem e iluminao com um determinado brilho. Frequências mais elevadas menor comprimento de onda imagens com maior resolução menor penetração em tecidos. Imagens a cores associação de uma gama de cores às amplitudes dos ecos recebidos. Imagens 3D aquisição de séries de imagens 2D, utilizando uma probe especializada. 5

6 Plano da apresentação Introdução Fundamentos dos ultra-sons Aplicações Clínicas Conclusão 6 3

7 Fundamentos dos ultra-sons Equipamento de ultra-sons: Transmissor Feixe Objecto Transdutor Formação do feixe (pulsos acústicos) Receptor Ecos Display Imagem em tempo real Amplifica e Processa Cada sinal eco corresponde a um ponto com brilho proporcional à amplitude do eco A onda ultrasónica propaga-se através dos tecidos energia e momento transferidos para os tecidos. Oscilações das partículas variações harmónicas da pressão no interior do meio onda de pressão que se propaga no meio à medida que as partículas se movem umas relativamente às outras Impedância acústica razão entre a onda de pressão acústica, num ponto no meio, e a velocidade da partícula nesse ponto melhor parâmetro para caracterizar acusticamente um 7 meio; é independente da frequência.

8 Fundamentos dos ultra-sons Compreender a geração de imagens de ultra-sons seguir a interacção da onda com os tecidos ondas reflectidas e transmitidas (variação nas propriedades acústicas do meio) dependem da densidade, compressibilidade e absorção tecidular. Refração mudança de direcção da onda transmitida relativamente à incidente devido à diferença de velocidade nos meios afecta a qualidade das imagens. Coeficientes de reflexão: Interface gordura ar = 99,94% virtualmente toda a energia incidente é reflectida (pulmão). Interface músculo osso = 49,25% demonstrando a dificuldade encontrada quando se usam ultra-sons para estudar a estrutura óssea. Células são dispersores dispersam a energia acústica. Onda propaga-se perde de energia atenuação depende da distância percorrida principais factores: absorção (líquidos e gases) e dispersão (osso). 8

9 Fundamentos dos ultra-sons Transdutores Piezoeléctrico propriedade de transmitir a onda de pressão gerada quando um potencial eléctrico é aplicado. Efeito piezoeléctrico reversível o mesmo transdutor também é receptor. Transdutores elemento único e de array de elementos array linear (a), array curvo (b), array faseado Imagiologia clínica array de elementos transdutores, empilhados sucessivamente, a uma distância igual a menos que um comprimento de onda minimizar a interferência. Array linear geometria mais simples muitos elementos ( ) feixe movimentado numa linha através do disparo de grupos de elementos imagem rectangular. Array curvo quando o transdutor é mais pequeno que a área da qual se pretendem adquirir imagens. Array faseado utilizado para mudar a fase, ou atraso, entre os elementos disparados e assim alcançar a orientação do feixe pequeno número de elementos (16-32). 9

10 Fundamentos dos ultra-sons Modos de aquisição de imagem: Modo-A transdutor emite um pulso e muda para o modo de recepção produz-se um sinal de saída baseado nos ecos detectados a distância à estrutura reflectora é convertida na forma de tempo A modulação deste sinal produz o modo-a (modo amplitude) medições de atenuação. Modo-B quando os scans-a recebidos estão combinados espacialmente há modulação do brilho do monitor o Brilho ou modo-b é criado possui um formato de imagem verdadeiro é o modo de ultra-sons de diagnóstico mais utilizado. Modo-M apresentação dos scans-a é função do tempo apenas um scan-a é apresentado no modo-b mas acompanhado no tempo é também denominado de Movimento, ou scan-m p.e. para examinação das válvulas do coração, monitorizar a mobilidade dos tecidos. 10

11 Fundamentos dos ultra-sons Doppler considere-se um dispersor, a uma dada distância do transdutor, movimentando-se com uma determinada velocidade e ângulo com respeito ao feixe do transdutor há um deslocamento de frequência no sinal recebido, devido à velocidade do dispersor (que pode ter um valor positivo ou negativo, dependendo se o fluxo é no sentido para a frente ou para trás, de acordo com o convencionado) conhecido como o desvio Doppler. Espectro Doppler possibilita a observação da distribuição das velocidades do sangue, das suas variações no tempo e da suas magnitudes característica única dos sistemas de ultra-sons. Espectro Doppler Sistemas CW mais simples transmitem um sinal contínuo e não detectam a distância da estrutura em movimento (porque os elementos de transmissão e recepção se encontrarem muito perto) para estudar a pulsatilidade e natureza do fluxo sanguíneo do braço ou da perna. Sistemas CW (esquerda) e PW (direita) Sistemas PW permitem a investigação dos modelos de fluxo em vasos individuais onda de pressão emitida de forma semelhante ao sistema CW, mas a pulsos curtos os ecos são recebidos pelo mesmo transdutor. Estes sistemas requerem muito mais processamento de sinal que os CW. 11

12 Fundamentos dos ultra-sons Doppler de fluxo de cor, de onda contínua e de onda pulsada 12

13 Plano da apresentação Introdução Fundamentos dos ultra-sons Aplicações Clínicas Conclusão 13 3

14 Ecocardiografia intracardíaca (ECI) visualização e navegação ultra-sonográfica no interior de grandes cavidades e vasos do sistema cardiovascular. Tem sofrido desenvolvimentos enquanto ferramenta clínica através miniaturização de transdutores. Possibilita a aquisição de imagens intracardíacas utilizando transdutores de ultra-sons montados na extremidade de cateteres colocados percutâneamente. Os cateteres de ultra-sons adquirem imagens a frequências mais baixas que os cateteres intravasculares de imagiologia intracoronária esta mais baixa frequência possibilita uma grande penetração nos tecidos, permitindo uma avaliação de todo o coração a partir de um cateter posicionado, por exemplo, no seu lado direito. A ECI está a ser desenvolvida principalmente em associação com as aplicações electrofisiológicas proporciona uma visualização intracardíaca directa da ablação por radiofrequência permite a localização anatómica da extremidade do cateter de ablação relativamente a estruturas intracardíacas importantes. 14

15 Navegação bi-direccional dois fios de direccionamento no design do cateter cada um no seu próprio lúmen no interior da parede do cateter, em lados opostos. O cabo de direccionamento com um cateter longitudinal formam o resto do sistema de navegação. Fibrilação auricular é actualmente tratada por cateteres de ablação terapêuticos difíceis de conduzir com precisão até ao local de tratamento pretendido. A fluoroscopia actualmente como meio principal para direccionar a posição do cateter e o seu movimento. Visualização de um procedimento de ablação Cateter utilizado nos procedimentos de ablação Vantagens da ICE: identificação imediata de complicações procedimentais (p.e. perfurações); redução do tempo de procedimento e de fluoroscopia, reduzindo assim a exposição e o risco do paciente e do operador; acesso microscópico e regional ao sangue, miocárdio, paredes vasculares; 15 possibilidade de utilização do tissue Doppler.

16 Tissue Doppler modo-m para medir a velocidade e aceleração do miocárdio marcador substituto da activação eléctrica identificação e quantificação visual da frente de onda da propagação eléctrica importante para a compreensão de arritmias, para localizar os focos arritmogénicos, para confirmar o sucesso dos tratamentos de ablação por RF. 16

17 Tecnologia: Duas tecnologias introdutórias têm sido utilizadas em seres humanos: (1) cateter mecânico de 9F (3.0mm de diâmetro) e elemento de ultra-sons rotativo de 9MHz, colocado na sua extremidade; (2) cateter de 10F (3.3mm de diâmetro), de frequência variável entre 5.5 e 10MHz, capacidade de Doppler e um transdutor phased-array (array faseado) na extremidade. Transdutor Mecânico - O elemento rotativo cria um plano de aquisição de imagens radial (360º); - A 9MHz, este dispositivo possui um campo radial de visão de 4cm de profundidade; Cateteres de arrays utilizados em ECI - Utilizado para facilitar os procedimentos electrofisiológicos, através da visualização da anatomia cardíaca não visível pela fluoroscopia; - Limitações incluem: a ausência de capacidades de Doppler para estudos hemodinâmicos; e a falta de declinação do cateter; - No entanto, as imagens são bem ajustadas para reconstrução tridimensional. 17

18 Tecnologia: Transdutor phased-array - Transdutor de 64 elementos, dispostos no interior da extremidade do fim distal do cateter; - Aquisição num plano longitudinal, proporcionando uma imagem sectorial com uma penetração tecidular de 12cm; - Quatro formas de articulação da extremidade para uma melhor maneabilidade no interior das cavidades cardíacas; -Vantagem: adição das capacidades de hemodinâmica Doppler. No painel esquerdo: transdutor mecânico de 9MHz e 3,2mm de diâmetro. Painel direito: transdutor phased-array de 7,5MHz e 3,3mm de diâmetro. 18

19 Plano da apresentação Introdução Fundamentos dos ultra-sons Aplicações Clínicas Conclusão 19 3

20 Aplicações Clínicas Electrofisiologia: - Cateterização trans-séptica; - Avaliação de estruturas anatómicas complexas; - Orientação ECI para a criação de lesões de ablação; - Avaliação das complicações do procedimento. Arritmias específicas: - Taquicardia auricular; - Palpitação auricular; - Fibrilação auricular; - Taquicardia Ventricular. Orientação ECI para a criação de lesões de ablação 20

21 Aplicações Clínicas Avaliação de estruturas anatómicas complexas Taquicardia Ventricular 21

22 Plano da apresentação Introdução Fundamentos dos ultra-sons Aplicações Clínicas Conclusão 22 3

23 Conclusão - Realização das potenciais aplicações da ECI depende da capacidade para reduzir as suas limitações é incapaz de proporcionar um amplo campo de visão, o que facilitaria a orientação do utilizador dentro do coração para expandir o campo visual têm sido propostos arrays de transdutores rotacionais, multiplanares e de maiores dimensões. - Com o aumento das intervenções percutâneas, a ECI está destinada a evoluir para um sistema de orientação integrado, que será utilizado para executar procedimentos interventivos sob orientação directa de ultra-sons. - A ECI é de extrema importância em conjugação com os procedimentos electrofisiológicos. - A introdução de transdutores com capacidade de Doppler fez com que a ECI desempenhasse um importante papel no diagnóstico e nos procedimentos de intervenção terapêuticos. - Os avanços na tecnologia (como a miniaturização de transdutores de baixa frequência com uma maior capacidade de penetração) tornaram a aquisição de imagens intracardíacas uma útil ferramenta clínica. 23

24 Ultramark 9 DP System FIM