Imaging del flusso sanguigno con Doppler ultraveloce

La valutazione quantitativa del flusso sanguigno mediante ecografia è un parametro estremamente utile in medicina per la valutazione di molti organi. L'ecografia Doppler ultraveloce fornisce una speciale coerenza temporale e facilita una maggiore sensibilità alla misurazione di piccole velocità del flusso sanguigno. Avere accesso alla microperfusione apre le porte a una comprensione più precisa della perfusione di tumori o organi, come il cervello o il cuore.

Per configurare il fantoccio Doppler, utilizzare prima i tubi di plastica per collegare la pompa peristaltica, il serbatoio del fluido che imita il sangue, lo smorzatore di polsi e il fantoccio di flusso Doppler. Selezionare il canale con un diametro di quattro millimetri e programmare la pompa per espellere 720 millilitri al minuto di liquido per 0,3 secondi seguiti da 0,7 secondi di eiezione a 50 millilitri al minuto per imitare rispettivamente le fasi cardiaca sistolica e diastolica. Quindi far funzionare la pompa e scuotere delicatamente i tubi per espellere eventuali bolle d'aria.

Per configurare lo scanner a ultrasuoni ultraveloce, utilizzare il collegamento PCI Express per collegare lo scanner di ricerca abilitato per gli ultraveloci al computer host e sostituire l'adattatore del trasduttore sullo scanner in modo che corrisponda al connettore della sonda. Collegare la sonda ed eseguire MATLAB per attivare la licenza dello scanner a ultrasuoni. Per impostare il programma di sequenza degli ultrasuoni, impostare la profondità di imaging su 50 millimetri e la profondità focale su 35 millimetri.

Per progettare una sequenza di ultrasuoni ultraveloci, impostare la profondità di imaging a 50 millimetri, programmare tre onde piane inclinate a meno tre, zero e tre gradi e impostare la frequenza di ripetizione dell'impulso a 12 kilohertz. Quindi selezionare quattro semicicli per la forma d'onda degli ultrasuoni, con la frequenza centrale impostata in base alla sonda utilizzata, e impostare la durata totale su un secondo. Una volta impostati i parametri di sequenza, applicare il gel per ultrasuoni sulla lente della sonda e posizionare la sonda sul Phantom.

Avvia la sequenza di ultrasuoni B-mode e individua il canale di interesse. Il fluido apparirà più scuro del tessuto circostante. Passa alla vista longitudinale.

Senza modificare la posizione della sonda, terminare la sequenza B-mode e avviare lo script di acquisizione della sequenza ultraveloce. Al termine della sequenza, salvare i dati grezzi e utilizzare il software predefinito del sistema a ultrasuoni per avviare lo script di costruzione delle immagini. Per filtrare i disordini, utilizzare lo script MATLAB per rimodellare la matrice 3D IQ in una matrice di Casorati 2D.

Quindi utilizzare la formula per calcolare la decomposizione ai valori singolari della matrice e utilizzare i vettori singolari spaziali per calcolare la matrice di somiglianza spaziale C e per identificare i confini del sottospazio del sangue. Utilizzare il limite dello spazio sanguigno per filtrare i dati del QI. Per calcolare la mappa Power Doppler, utilizzare la formula per integrare l'inviluppo dei dati del filtro lungo la dimensione temporale e visualizzare la mappa Power Doppler in scala logaritmica.

Definire una regione circolare di interesse contenente da uno a 30 pixel nell'immagine e calcolare la media del segnale dei dati del filtro sui pixel all'interno della regione di interesse per ottenere un vettore per i dati del filtro del numero rilevante di punti temporali sperimentali. Per calcolare e visualizzare lo spettrogramma Doppler di questi dati, impostare la finestra della trasformata di Fourier a breve termine su una finestra di Hann a 60 campioni e impostare la sovrapposizione della trasformata di Fourier a breve tempo al 90% della lunghezza della finestra. Quindi, sovrapponi la frequenza centrale in ogni punto temporale dello spettrogramma e usa la formula Doppler per convertire i valori di frequenza in velocità assiali del sangue.

Se è stato acquisito uno spettrogramma di buona qualità, le velocità del sangue possono essere estratte da qualsiasi regione di interesse all'interno dell'immagine. In questa immagine di un cervello neonato, si possono osservare vasi di acquisizione con caratteristiche di flusso molto diverse, dalle piccole venule corticali e arterie all'arteria pericallosa maggiore. Qui, viene mostrata la capacità del Doppler ultra veloce di estrarre un segnale di flusso sanguigno in un organo fortemente in movimento come il miocardio.

Sebbene sia stato dimostrato l'uso della scomposizione ai valori singolari, è possibile utilizzare anche altri tipi di filtro. Il Doppler ultraveloce ci permette di comprendere meglio la microperfusione. Si tratta di una vera e propria rivoluzione nel campo dell'imaging medico.