Изображение кровотока с ультрабыстрым доплером

Количественная оценка кровотока с помощью ультразвука является чрезвычайно полезным параметром в медицине для оценки многих органов. Сверхбыстрый ультразвуковой допплеровский аппарат обеспечивает особую временную когерентность и способствует повышению чувствительности к измерению малых скоростей кровотока. Доступ к микроперфузии открывает двери к более точному пониманию перфузии опухолей или органов, таких как мозг или сердце.

Чтобы настроить Doppler Phantom, сначала используйте пластиковые трубки для подключения перистальтического насоса, резервуара для жидкости, имитирующего кровь, гасителя пульса и допплеровского потока Phantom. Выберите канал диаметром четыре миллиметра и запрограммируйте насос на выброс 720 миллилитров жидкости в минуту в течение 0,3 секунды с последующим выбросом 0,7 секунды со скоростью 50 миллилитров в минуту, чтобы имитировать систолическую и диастолическую фазы сердца соответственно. Затем запустите насос и осторожно встряхните трубы, чтобы удалить любые потенциальные пузырьки воздуха.

Чтобы настроить сверхбыстрый ультразвуковой сканер, используйте ссылку PCI Express, чтобы подключить сверхбыстрый исследовательский сканер к главному компьютеру и заменить адаптер датчика на сканере в соответствии с разъемом датчика. Подключите датчик и запустите MATLAB, чтобы активировать лицензию на ультразвуковой сканер. Чтобы настроить программу последовательности ультразвуковых исследований, установите глубину изображения на 50 миллиметров, а глубину фокусировки на 35 миллиметров.

Чтобы спроектировать последовательность сверхбыстрых ультразвуковых исследований, установите глубину визуализации на 50 миллиметров, запрограммируйте три наклонные плоские волны с температурой минус три, ноль и три градуса и установите частоту повторения импульсов равной 12 килогерц. Затем выберите четыре полуцикла для формы ультразвуковой волны с центральной частотой, установленной в соответствии с используемым зондом, и установите общую продолжительность равной одной секунде. После того, как параметры последовательности будут установлены, нанесите ультразвуковой гель на линзу зонда и поместите зонд на Phantom.

Запустите последовательность ультразвукового исследования в B-режиме и определите местоположение интересующего канала. Жидкость будет казаться темнее, чем окружающие ткани. Переключитесь на продольный вид.

Не меняя положения зонда, завершите последовательность в B-режиме и запустите сценарий сверхбыстрого захвата последовательности. Когда последовательность будет завершена, сохраните необработанные данные и используйте программное обеспечение ультразвуковой системы по умолчанию для запуска сценария построения изображений. Для фильтрации беспорядка используйте скрипт MATLAB, чтобы преобразовать матрицу 3D IQ в 2D матрицу Казорати.

Затем используйте формулу для вычисления разложения матрицы на сингулярные значения и используйте пространственные сингулярные векторы для вычисления матрицы пространственного подобия C и для определения границ подпространства крови. Используйте границу пространства крови для фильтрации данных IQ. Чтобы вычислить карту Доплера по мощности, используйте формулу для интегрирования оболочки данных фильтра по временному измерению и отображения карты Доплера по мощности в логарифмическом масштабе.

Определите круглую область интереса, содержащую от одного до 30 пикселей изображения, и усредните сигнал данных фильтра по пикселям в пределах области интереса, чтобы получить вектор для данных фильтра соответствующего числа экспериментальных временных точек. Чтобы вычислить и отобразить доплеровскую спектрограмму этих данных, установите короткое временное окно преобразования Фурье равным 60 выборочным окнам Ханна, а кратковременное перекрытие преобразования Фурье установите значение 90% от длины окна. Затем наложите центральную частоту в каждой временной точке спектрограммы и используйте формулу Допплера для преобразования значений частот в осевые скорости крови.

Если была получена спектрограмма хорошего качества, скорости крови могут быть извлечены из любой интересующей области изображения. На этом изображении мозга новорожденного можно наблюдать сосуды поглощения с самыми разными характеристиками потока, от небольших корковых венул и артерий до крупной перикаллозальной артерии. Здесь показана способность сверхбыстрого допплера извлекать сигнал кровотока в сильно движущемся органе, таком как миокард.

Несмотря на то, что мы продемонстрировали использование разложения сингулярных значений, можно использовать и другие типы фильтров. Сверхбыстрый допплер позволяет нам лучше понять микроперфузию. Это настоящая революция в медицинской визуализации.