تصوير تدفق الدم مع دوبلر فائق السرعة
أكتوبر 14, 2020
هذا البروتوكول يوضح كيفية تطبيق التصوير فائق السرعة دوبلر الموجات فوق الصوتية لتحديد كمية تدفق الدم. بعد 1 ق اقتناء طويلة ، والمجرب لديه إمكانية الوصول إلى فيلم من حقل كامل من عرض مع قيم السرعة المحورية لكل بكسل كل ≈0.3 مللي ثانية (اعتمادا على وقت الموجات فوق الصوتية من الطيران).
يعد التقييم الكمي لتدفق الدم بالموجات فوق الصوتية معلمة مفيدة للغاية في الطب لتقييم العديد من الأعضاء. توفر الموجات فوق الصوتية دوبلر فائقة السرعة تماسكا زمنيا خاصا وتسهل زيادة الحساسية لقياس سرعات تدفق الدم الصغيرة. يفتح الوصول إلى التروية الدقيقة الباب أمام فهم أكثر دقة لنضح الأورام أو الأعضاء، مثل الدماغ أو القلب.
لإعداد دوبلر فانتوم ، استخدم أولا أنابيب بلاستيكية لتوصيل المضخة التمعجية ، وخزان السائل الذي يحاكي الدم ، ومخمد النبض ، وشبح تدفق دوبلر. حدد القناة التي يبلغ قطرها أربعة ملليمترات وقم ببرمجة المضخة لإخراج 720 مل في الدقيقة من السوائل لمدة 0.3 ثانية متبوعة ب 0.7 ثانية من الطرد بمعدل 50 مل في الدقيقة لتقليد مرحلتي القلب الانقباضي والانبساطي ، على التوالي. ثم قم بتشغيل المضخة وقم بهز الأنابيب برفق لطرد أي فقاعات هواء محتملة.
لإعداد الماسح الضوئي بالموجات فوق الصوتية فائق السرعة ، استخدم ارتباط PCI Express لتوصيل الماسح الضوئي للأبحاث فائق السرعة بالكمبيوتر المضيف وتغيير محول الطاقة على الماسح الضوئي لمطابقة موصل المسبار. قم بتوصيل المسبار وتشغيل MATLAB لتنشيط ترخيص الماسح الضوئي بالموجات فوق الصوتية. لإعداد برنامج تسلسل الموجات فوق الصوتية ، اضبط عمق التصوير على 50 ملم والعمق البؤري على 35 ملم.
لتصميم تسلسل الموجات فوق الصوتية فائق السرعة ، اضبط عمق التصوير على 50 ملم ، وقم ببرمجة ثلاث موجات مستوية مائلة عند ثلاث درجات تحت الصفر وصفر وثلاث درجات واضبط تردد تكرار النبضة على 12 كيلو هرتز. ثم حدد أربع دورات نصفية لشكل الموجات فوق الصوتية ، مع ضبط التردد المركزي وفقا للمسبار المستخدم ، واضبط المدة الإجمالية على ثانية واحدة. عندما يتم تعيين معلمات التسلسل ، ضع هلام الموجات فوق الصوتية على عدسة المسبار وضع المسبار على الشبح.
قم بتشغيل تسلسل الموجات فوق الصوتية في الوضع B وحدد موقع القناة ذات الاهتمام. سيبدو السائل أغمق من الأنسجة المحيطة. قم بالتبديل إلى العرض الطولي.
دون تغيير موضع المسبار ، قم بإنهاء تسلسل الوضع B وقم بتشغيل البرنامج النصي لاكتساب التسلسل فائق السرعة. عند انتهاء التسلسل، احفظ البيانات الأولية واستخدم البرنامج الافتراضي لنظام الموجات فوق الصوتية لتشغيل البرنامج النصي لبناء الصور. لتصفية الفوضى ، استخدم البرنامج النصي MATLAB لإعادة تشكيل مصفوفة 3D IQ إلى مصفوفة Casorati ثنائية الأبعاد.
ثم استخدم الصيغة لحساب تحلل القيمة المفردة للمصفوفة ، واستخدم المتجهات المفردة المكانية لحساب مصفوفة التشابه المكاني C وتحديد حدود الفضاء الفرعي للدم. استخدم قطع حدود مساحة الدم لتصفية بيانات الذكاء. لحساب خريطة دوبلر الطاقة، استخدم الصيغة لدمج مغلف بيانات التصفية على طول البعد الزمني وعرض خريطة دوبلر الطاقة في مقياس لوغاريتمي.
حدد منطقة دائرية ذات أهمية تحتوي على بكسل واحد إلى 30 بكسل في الصورة ، ومتوسط إشارة بيانات المرشح عبر وحدات البكسل داخل المنطقة محل الاهتمام للحصول على متجه لبيانات المرشح للعدد ذي الصلة من النقاط الزمنية التجريبية. لحساب وعرض مخطط طياف دوبلر لهذه البيانات ، قم بتعيين نافذة تحويل فورييه القصيرة إلى نافذة هان المكونة من 60 عينة ، واضبط تداخل تحويل فورييه القصير على 90٪ من طول النافذة. بعد ذلك ، قم بتراكب التردد المركزي في كل نقطة زمنية من المخطط الطيفي واستخدم صيغة دوبلر لتحويل قيم التردد إلى سرعات محورية للدم.
إذا تم الحصول على مخطط طيفي عالي الجودة ، فيمكن استخراج سرعات الدم من أي منطقة ذات أهمية داخل الصورة. في هذه الصورة لدماغ حديثي الولادة ، يمكن ملاحظة أوعية اكتساب ذات خصائص تدفق مختلفة جدا ، من الأوردة القشرية الصغيرة والشرايين إلى الشريان حول الكالوس الرئيسي. هنا ، تظهر قدرة دوبلر فائق السرعة على استخراج إشارة تدفق الدم في عضو شديد الحركة مثل عضلة القلب.
على الرغم من أننا أظهرنا استخدام تحلل القيمة الفردية ، إلا أنه يمكن أيضا استخدام أنواع أخرى من المرشحات. يسمح لنا دوبلر فائق السرعة بفهم التروية الدقيقة بشكل أفضل. إنها ثورة حقيقية في التصوير الطبي.
اعرض النص الكامل واحصل على الوصول إلى آلاف الفيديوهات العلمية
نظرة عامة
يوضح هذا البروتوكول تطبيق تصوير دوپلر بالموجات فوق الصوتية فائقة السرعة لقياس تدفقات الدم كمياً. تتيح هذه التقنية إنتاج مقطع فيديو يصور مجال الرؤية كاملاً مع قيم السرعة المحورية لكل بكسل بفواصل زمنية تبلغ 0.3 ms تقريباً.
مكونات الدراسة الرئيسية
مجال العلوم
- التصوير بالموجات فوق الصوتية
- قياس تدفق الدم
- التشخيص الطبي
خلفية علمية
- يعمل الموجات فوق الصوتية دوبلر فائقة السرعة على تعزيز الحساسية تجاه سرعات تدفق الدم الصغيرة.
- تعد هذه الطريقة حاسمة لتقييم التروية في أعضاء مثل الدماغ والقلب.
- يعتبر التقييم الكمي لتدفق الدم أمراً حيوياً في التشخيص الطبي.
- يمكن أن يؤدي فهم التروية الدقيقة إلى رؤى أفضل حول تروية الأورام والأعضاء.
الغرض من الدراسة
- تقدير كمية تدفق الدم باستخدام تصوير دبلر بالموجات فوق الصوتية فائق السرعة.
- تحسين فهم ديناميكيات التروية في مختلف الأعضاء.
- تأسيس طريقة موثوقة لمحاكاة الأطوار القلبية في إعداد نموذج دبلر محاكي (Doppler Phantom).
الطرق المستخدمة
- إعداد نموذج محاكاة دوبلر (Doppler Phantom) باستخدام أنابيب بلاستيكية ومضخة تمعجية.
- استخدام سائل محاكٍ للدم لتمثيل تدفق الدم.
- برمجة المضخة بمعدلات قذف محددة لمحاكاة الدورات القلبية.
- تشغيل المضخة مع ضمان طرد الفقاعات الهوائية من النظام.
النتائج الرئيسية
- إمكانية الوصول إلى مقطع فيديو لمجال رؤية كامل مع بيانات تفصيلية عن السرعة المحورية.
- إثبات القدرة على قياس ديناميكيات تدفق الدم بدقة.
- التحقق من صحة إعداد نموذج دوبلر (Doppler Phantom) لمحاكاة الظروف الفسيولوجية.
- تعزيز فهم خصائص تدفق الدم في سيناريوهات مختلفة.
الاستنتاجات
- يعد تصوير دبلر بالموجات فوق الصوتية فائق السرعة فعالاً في قياس تدفق الدم كمياً.
- توفر هذه الطريقة رؤى قيمة حول تروية الأعضاء وديناميكيات الأورام.
- قد تؤدي التطبيقات المستقبلية إلى تعزيز القدرات التشخيصية في البيئات السريرية.
الأسئلة الشائعة
الأهمية الصناعية التنفيذية
تتيح تقنية الموجات فوق الصوتية بدوبلر فائقة السرعة رسم خرائط لتدفق الدم بدقة عالية مع حساسية معززة للتطريب منخفض السرعة، مما يدعم تقليل المخاطر الميكانيكية في التحقق من الأهداف القلبية الوعائية والأورام. وتوفر هذه التقنية بيانات ديناميكية دموية كمية ومستمرة مكانياً، مما يحسن الثقة التنبؤية في النماذج قبل السريرية لتطريب الأعضاء وتولد الأوعية الدموية في الأورام. وتساعد هذه القدرة في الاكتشاف المبكر من خلال توضيح الأنماط الظاهرية للديناميكا الدموية وتقليل الغموض البيولوجي في سير عمل تحديد المركبات الرائدة.
التطبيقات الاستراتيجية في البحث والتطوير في مجال الأدوية البيولوجية
الاكتشاف المبكر والتحقق من الهدف
- القيمة العلمية: تتيح استجواب الأنماط الظاهرية للديناميكا الدموية في نماذج الأمراض لتوضيح الفرضيات العلاجية.
- القيمة التشغيلية: توفر مقاييس كمية لتدفق الدم للتحقق من الأهداف الوظيفية في المسارات المعتمدة على التروية.
- القيمة التنبؤية: تدعم فرز مجموعة المشاريع من خلال تقليل الغموض الميكانيكي في تأثيرات الأدوية على الديناميكا الدموية.
الفحص وتطوير المقايسة
- القيمة العلمية: يوفر قياسات للسرعة بدقة مستوى البكسل وموزعة مكانياً لضمان فحص موثوق للمركبات في النماذج الوعائية.
- القيمة التشغيلية: يتيح تصويراً قابلاً للتكرار وبمعدل إطارات مرتفع لضمان جاهزية المقايسة الموحدة في الأنظمة الموائعية الدقيقة أو أنظمة الفانتوم.
- القابلية للتوسع: يسهل إعادة استخدام المنصة عبر مراحل الاكتشاف المختلفة بفضل القراءات الديناميكية الدموية المتسقة.
الأبحاث الانتقالية وما قبل السريرية
- الاستمرارية الترجمية: يربط بين التوصيف الهيموديناميكي في مرحلة الاكتشاف والتحقق قبل السريري في نماذج التروية الخاصة بالأعضاء.
- التقدم المعدل حسب المخاطر: يتيح اتخاذ قرارات الاستمرار أو التوقف بناءً على البيانات، وذلك استناداً إلى تغيرات التروية الدقيقة في الأنسجة القلبية أو العصبية أو الأنسجة الورمية.
- مواءمة المؤشرات الحيوية: يدعم تحديد المؤشرات الحيوية الترجمية المتعلقة بالتروية عند ربطها بالنتائج الوظيفية.
تكامل تدفق العمل والمسار التحليلي
تتكامل هذه الطريقة في مراحل الاكتشاف المبكرة من خلال تحديد المركبات الرائدة، وذلك عن طريق توفير التنميط المظهري للديناميكا الدموية الذي يعزز الثقة في الهدف المختار وتصميم المقايسة.
- بيولوجيا الاكتشاف: يدعم اختبار الفرضيات من خلال رسم خرائط تدفق الدم الكمية في الأنظمة ذات الصلة بالأمراض.
- الفحص: يعزز جاهزية المقايسات من خلال قياسات السرعة القابلة للتكرار وذات الدقة الزمنية العالية.
- التحليلات: يوفر مخرجات السرعة المحورية والـ power Doppler مما يسمح بإجراء تحليل مقارن للحالات.
- الأبحاث الانتقالية: يربط بالعمل قبل السريري عبر ديناميكيات التروية في النماذج القلبية والدماغية والكلوية.
- إعادة الاستخدام المؤسسي: يعمل كأداة قابلة لإعادة الاستخدام لتحديد الملفات التعريفية للديناميكا الدموية عبر مشاريع اكتشاف متعددة.
التأثير التشغيلي والمؤسسي
- القيمة العلمية: تزيد من الحساسية تجاه تدفق الدم منخفض السرعة، مما يحسن من اكتشاف تغيرات التروية الدقيقة.
- القيمة التشغيلية: تتيح التحديد الموضعي والقياس الكمي المتزامن لتدفق الدم دون تقديم تنازلات.
- القيمة الاستراتيجية: تقلل من المخاطر البيولوجية في المراحل المتأخرة من خلال توضيح الآليات الهيموديناميكية مبكراً.
- التأثير على المحفظة: توجه عملية تحديد الأولويات المعدلة حسب المخاطر من خلال بيانات التروية الكمية في النماذج قبل السريرية.
اعتبارات التنفيذ
- يتطلب خبرة في فيزياء الموجات فوق الصوتية ومعالجة إشارات دوبلر.
- يتطلب أنظمة موجات فوق صوتية قابلة للبرمجة وقادرة على إرسال موجات مستوية فائقة السرعة.
- يستلزم توحيد المعايير بين الفرق لضمان اتساق إعداد النموذج المحاكي (phantom) وتحليل البيانات.
- يتضمن اعتبارات التكيف عند الانتقال من النماذج المحاكية إلى النماذج الحية (in vivo).
- يعتمد على تقنيات تصفية الضوضاء (clutter filtering) المناسبة (على سبيل المثال، القائمة على SVD) لعزل إشارات تدفق الدم.
الأسئلة الشائعة حول الأدوية الحيوية
Chapters in this video
0:04
Introduction
0:40
Doppler Phantom Preparation
1:24
Ultrafast Ultrasound Scanner Setup and Sequence Programming
2:27
Probe Positioning and Data Acquisition
3:00
Image Reconstruction and Clutter Filtering
3:43
Flow Visualization and Velocity Measurements
4:50
Results: Representative Ultrafast and Power Doppler Imaging
5:27
Conclusion
