Imagerie du flux sanguin avec Ultrafast Doppler

L’évaluation quantitative du flux sanguin par échographie est un paramètre extrêmement utile en médecine pour l’évaluation de nombreux organes. L’échographie Doppler ultrarapide offre une cohérence temporelle particulière et permet une sensibilité accrue à la mesure de petites vitesses de flux sanguin. L’accès à la microperfusion ouvre la porte à une compréhension plus précise de la perfusion de tumeurs ou d’organes, tels que le cerveau ou le cœur.

Pour configurer le fantôme Doppler, utilisez d’abord des tubes en plastique pour connecter la pompe péristaltique, le réservoir de liquide imitant le sang, l’amortisseur de pouls et le fantôme de flux Doppler. Sélectionnez le canal d’un diamètre de quatre millimètres et programmez la pompe pour qu’elle éjecte 720 millilitres par minute de liquide pendant 0,3 seconde, suivie de 0,7 seconde d’éjection à 50 millilitres par minute pour imiter les phases cardiaques systolique et diastolique, respectivement. Ensuite, faites fonctionner la pompe et secouez doucement les tuyaux pour expulser les bulles d’air potentielles.

Pour configurer l’échographe ultrarapide, utilisez la liaison PCI Express pour connecter l’échographe de recherche ultrarapide à l’ordinateur hôte et modifiez l’adaptateur de sonde sur le scanner pour qu’il corresponde au connecteur de la sonde. Connectez la sonde et exécutez MATLAB pour activer la licence du scanner à ultrasons. Pour configurer le programme de séquence d’échographie, réglez la profondeur d’imagerie sur 50 millimètres et la profondeur focale sur 35 millimètres.

Pour concevoir une séquence d’échographie ultrarapide, réglez la profondeur d’imagerie à 50 millimètres, programmez trois ondes planes inclinées à moins trois, zéro et trois degrés et réglez la fréquence de répétition des impulsions à 12 kilohertz. Sélectionnez ensuite quatre demi-cycles pour la forme d’onde des ultrasons, avec la fréquence centrale réglée en fonction de la sonde utilisée, et réglez la durée totale à une seconde. Lorsque les paramètres de séquence ont été réglés, appliquez du gel à ultrasons sur la lentille de la sonde et placez la sonde sur le Phantom.

Lancez la séquence d’échographie en mode B et localisez le canal d’intérêt. Le liquide apparaîtra plus foncé que les tissus environnants. Passez à la vue longitudinale.

Sans modifier la position de la sonde, terminez la séquence en mode B et lancez le script d’acquisition de séquence ultrarapide. Une fois la séquence terminée, enregistrez les données brutes et utilisez le logiciel par défaut de l’échographe pour lancer le script de construction de l’imagerie. Pour le filtrage des fouillis, utilisez le script MATLAB pour remodeler la matrice IQ 3D en une matrice Casorati 2D.

Ensuite, utilisez la formule pour calculer la décomposition en valeurs singulières de la matrice, et utilisez les vecteurs singuliers spatiaux pour calculer la matrice de similarité spatiale C et pour identifier les limites du sous-espace sanguin. Utilisez la limite de l’espace sanguin pour filtrer les données de QI. Pour calculer la carte Doppler de puissance, utilisez la formule pour intégrer l’enveloppe des données de filtre le long de la dimension temporelle et afficher la carte Doppler de puissance sur une échelle logarithmique.

Définissez une région d’intérêt circulaire contenant un à 30 pixels dans l’image, et faites la moyenne du signal de données de filtre sur les pixels de la région d’intérêt pour obtenir un vecteur pour les données de filtre du nombre pertinent de points de temps expérimentaux. Pour calculer et afficher le spectrogramme Doppler de ces données, définissez la fenêtre de la transformée de Fourier à court terme sur une fenêtre de Hann de 60 échantillons, et définissez le chevauchement de la transformée de Fourier à court terme sur 90 % de la longueur de la fenêtre. Ensuite, superposez la fréquence centrale à chaque point temporel du spectrogramme et utilisez la formule Doppler pour convertir les valeurs de fréquence en vitesses axiales sanguines.

Si un spectrogramme de bonne qualité a été acquis, les vitesses sanguines peuvent être extraites de n’importe quelle région d’intérêt de l’image. Dans cette image d’un cerveau nouveau-né, on peut observer des vaisseaux d’acquisition avec des caractéristiques d’écoulement très différentes, des petites veinules corticales et artères à l’artère péricalleuse principale. Ici, la capacité d’un Doppler ultra-rapide à extraire un signal de flux sanguin dans un organe en mouvement fort tel que le myocarde est démontrée.

Bien que nous ayons démontré l’utilisation de la décomposition en valeurs singulières, d’autres types de filtres peuvent également être utilisés. Le Doppler ultrarapide nous permet de mieux comprendre la microperfusion. C’est une véritable révolution dans l’imagerie médicale.