Blutfluss-Bildgebung mit ultraschnellem Doppler

Die quantitative Beurteilung des Blutflusses mittels Ultraschall ist in der Medizin ein äußerst nützlicher Parameter für die Beurteilung vieler Organe. Der ultraschnelle Dopplerultraschall sorgt für eine besondere zeitliche Kohärenz und ermöglicht eine erhöhte Empfindlichkeit bei der Messung kleiner Blutflussgeschwindigkeiten. Der Zugang zur Mikroperfusion öffnet die Tür zu einem genaueren Verständnis der Durchblutung von Tumoren oder Organen, wie dem Gehirn oder dem Herzen.

Um das Doppler-Phantom einzurichten, verwenden Sie zunächst Kunststoffschläuche, um die Schlauchpumpe, das blutnachahmende Flüssigkeitsreservoir, den Impulsdämpfer und das Doppler-Flow-Phantom anzuschließen. Wählen Sie den Kanal mit einem Durchmesser von vier Millimetern und programmieren Sie die Pumpe so, dass sie 0,3 Sekunden lang 720 Milliliter Flüssigkeit pro Minute ausstößt, gefolgt von 0,7 Sekunden Ausstoß bei 50 Millilitern pro Minute, um die systolische bzw. diastolische Herzphase nachzuahmen. Lassen Sie dann die Pumpe laufen und schütteln Sie die Rohre vorsichtig, um mögliche Luftblasen auszustoßen.

Um das ultraschnelle Ultraschallgerät einzurichten, verwenden Sie den PCI Express-Link, um das ultraschnelle Forschungsgerät mit dem Host-Computer zu verbinden, und ändern Sie den Schallkopfadapter am Scanner so, dass er mit dem Sondenanschluss übereinstimmt. Schließen Sie die Sonde an und führen Sie MATLAB aus, um die Lizenz für den Ultraschallscanner zu aktivieren. Um das Ultraschallsequenzprogramm einzurichten, stellen Sie die Abbildungstiefe auf 50 Millimeter und die Brenntiefe auf 35 Millimeter ein.

Um eine ultraschnelle Ultraschallsequenz zu entwerfen, stellen Sie die Abbildungstiefe auf 50 Millimeter ein, programmieren Sie drei gekippte Ebenenwellen bei minus drei, null und drei Grad und stellen Sie die Pulswiederholfrequenz auf 12 Kilohertz ein. Wählen Sie dann vier Halbzyklen für die Ultraschallwellenform aus, wobei die Mittenfrequenz entsprechend der verwendeten Sonde eingestellt wird, und stellen Sie die Gesamtdauer auf eine Sekunde ein. Wenn die Sequenzparameter eingestellt wurden, tragen Sie Ultraschallgel auf die Sondenlinse auf und platzieren Sie die Sonde auf dem Phantom.

Starten Sie die B-Mode-Ultraschallsequenz und lokalisieren Sie den gewünschten Kanal. Die Flüssigkeit erscheint dunkler als das umgebende Gewebe. Wechseln Sie in die Längsansicht.

Beenden Sie die B-Modus-Sequenz, ohne die Position der Sonde zu ändern, und starten Sie das ultraschnelle Sequenzerfassungsskript. Wenn die Sequenz beendet ist, speichern Sie die Rohdaten, und verwenden Sie die Standardsoftware des Ultraschallsystems, um das Skript zur Erstellung von Bilddaten zu starten. Verwenden Sie für die Filterung von Clutter das MATLAB-Skript, um die 3D-IQ-Matrix in eine 2D-Casorati-Matrix umzuformen.

Verwenden Sie dann die Formel, um die Singulärwertzerlegung der Matrix zu berechnen, und verwenden Sie die räumlichen singulären Vektoren, um die räumliche Ähnlichkeitsmatrix C zu berechnen und die Blutsubraumgrenzen zu identifizieren. Verwenden Sie den Grenzwert für die Blutraumgrenze, um die IQ-Daten zu filtern. Um die Leistungsdopplerkarte zu berechnen, verwenden Sie die Formel, um die Hüllkurve der Filterdaten entlang der zeitlichen Dimension zu integrieren und die Leistungsdopplerkarte in einer logarithmischen Skala anzuzeigen.

Definieren Sie einen kreisförmigen Interessenbereich mit einem bis 30 Pixeln im Bild, und mitteln Sie das Filterdatensignal über die Pixel innerhalb des Interessenbereichs, um einen Vektor für die Filterdaten der relevanten Anzahl experimenteller Zeitpunkte zu erhalten. Um das Doppler-Spektrogramm dieser Daten zu berechnen und anzuzeigen, stellen Sie das kurze Zeitfenster für die Fourier-Transformation auf ein Hann-Fenster mit 60 Abtastwerten und die kurzzeitige Überlappung der Fourier-Transformation auf 90 % der Fensterlänge ein. Überlagern Sie dann die Mittenfrequenz zu jedem Zeitpunkt des Spektrogramms und verwenden Sie die Dopplerformel, um die Frequenzwerte in axiale Blutgeschwindigkeiten umzuwandeln.

Wenn ein Spektrogramm von guter Qualität aufgenommen wurde, können die Blutgeschwindigkeiten aus jedem interessierenden Bereich innerhalb des Bildes extrahiert werden. In diesem Bild eines neugeborenen Gehirns sind Akquisitionsgefäße mit sehr unterschiedlichen Strömungseigenschaften zu sehen, von kleinen kortikalen Venolen und Arterien bis hin zur großen pericallosalen Arterie. Hier wird die Fähigkeit des ultraschnellen Dopplers gezeigt, ein Blutflusssignal in einem sich stark bewegenden Organ wie dem Myokard zu extrahieren.

Obwohl wir die Verwendung der Singulärwertzerlegung demonstriert haben, können auch andere Filtertypen verwendet werden. Der ultraschnelle Doppler ermöglicht es uns, die Mikroperfusion besser zu verstehen. Es ist eine echte Revolution in der medizinischen Bildgebung