Ultra Hızlı Doppler ile Kan Akışı Görüntüleme
14 Ekim 2020
Bu protokol, kan akışlarını ölçmek için ultra hızlı ultrason Doppler görüntülemenin nasıl uygulanacağını göstermektedir. 1 s uzunluğunda bir kazanımdan sonra, deneyci her piksel için eksenel hız değerlerine sahip tam görüş alanının bir filmine her ≈0,3 ms'ye (uçuşun ultrason süresine bağlı olarak) erişebilir.
Ultrason ile kan akışının kantitatif olarak değerlendirilmesi, tıpta birçok organın değerlendirilmesi için son derece yararlı bir parametredir. Ultra hızlı Doppler ultrason, özel zamansal tutarlılık sağlar ve küçük kan akış hızlarını ölçmek için artan hassasiyeti kolaylaştırır. Mikroperfüzyona erişim, beyin veya kalp gibi tümörlerin veya organların perfüzyonunun daha kesin bir şekilde anlaşılmasına kapı açar.
Doppler Fantom'u kurmak için önce peristaltik pompayı, kanı taklit eden sıvı rezervuarını, nabız sönümleyiciyi ve Doppler akış Fantomunu bağlamak için plastik tüpler kullanın. Dört milimetre çapında bir kanalı seçin ve pompayı 0,3 saniye boyunca dakikada 720 mililitre sıvı çıkaracak ve ardından sistolik ve diyastolik kardiyak fazları taklit etmek için dakikada 50 mililitrede 0,7 saniye fırlatacak şekilde programlayın. Ardından pompayı çalıştırın ve olası hava kabarcıklarını dışarı atmak için boruları hafifçe sallayın.
Ultra hızlı ultrason tarayıcıyı kurmak için, ultra hızlı özellikli araştırma tarayıcısını ana bilgisayara bağlamak için PCI Express bağlantısını kullanın ve tarayıcı üzerindeki dönüştürücü adaptörünü prob konektörüyle eşleşecek şekilde değiştirin. Probu bağlayın ve ultrason tarayıcı lisansını etkinleştirmek için MATLAB'ı çalıştırın. Ultrason dizisi programını ayarlamak için görüntüleme derinliğini 50 milimetreye ve odak derinliğini 35 milimetreye ayarlayın.
Ultra hızlı bir ultrason dizisi tasarlamak için görüntüleme derinliğini 50 milimetreye ayarlayın, üç eğik düzlem dalgasını eksi üç, sıfır ve üç derecede programlayın ve darbe tekrarlama frekansını 12 kilohertz'e ayarlayın. Ardından, kullanılan proba göre ayarlanmış merkez frekansı ile ultrason dalga formu için dört yarım döngü seçin ve toplam süreyi bir saniyeye ayarlayın. Dizi parametreleri ayarlandığında, prob lensine ultrason jeli uygulayın ve probu Fantom üzerine yerleştirin.
B-modu ultrason dizisini başlatın ve ilgilenilen kanalı bulun. Sıvı, çevredeki dokudan daha koyu görünecektir. Boylamsal görünüme geçin.
Probun konumunu değiştirmeden, B modu dizisini sonlandırın ve ultra hızlı dizi yakalama komut dosyasını başlatın. Sekans bittiğinde, ham verileri kaydedin ve görüntü oluşturma komut dosyasını başlatmak için ultrason sistemi varsayılan yazılımını kullanın. Dağınıklığı filtrelemek için, 3B IQ matrisini bir 2B Casorati matrisine dönüştürmek için MATLAB komut dosyasını kullanın.
Ardından, matrisin tekil değer ayrışmasını hesaplamak için formülü kullanın ve uzamsal benzerlik matrisi C'yi hesaplamak ve kan alt uzayı sınırlarını belirlemek için uzamsal tekil vektörleri kullanın. IQ verilerini filtrelemek için kan boşluğu sınırı sınırını kullanın. Güç Doppler haritasını hesaplamak için, filtre verilerinin zarfını zamansal boyut boyunca entegre etmek ve güç Doppler haritasını logaritmik bir ölçekte görüntülemek için formülü kullanın.
Görüntüde bir ila 30 piksel içeren dairesel bir ilgi alanı tanımlayın ve ilgili sayıda deneysel zaman noktasının filtre verileri için bir vektör elde etmek üzere filtre veri sinyalinin ilgilenilen bölgedeki pikseller üzerinden ortalamasını alın. Bu verilerin Doppler spektrogramını hesaplamak ve görüntülemek için, kısa süreli Fourier dönüşümü penceresini 60 örnekli bir Hann penceresine ayarlayın ve kısa süreli Fourier dönüşümü örtüşmesini pencere uzunluğunun %90'ına ayarlayın. Ardından, spektrogramın her bir zaman noktasında merkez frekansı üst üste bindirin ve frekans değerlerini kan eksenel hızlarına dönüştürmek için Doppler formülünü kullanın.
İyi kalitede bir spektrogram elde edilmişse, kan hızları görüntüdeki herhangi bir ilgi alanından çıkarılabilir. Yenidoğan bir beynin bu görüntüsünde, küçük kortikal venüller ve arterlerden majör perikallozal artere kadar çok farklı akış özelliklerine sahip edinim damarları gözlemlenebilir. Burada, ultra hızlı Doppler'in miyokard gibi güçlü hareket eden bir organda bir kan akış sinyali çıkarma yeteneği gösterilmektedir.
Tekil değer ayrıştırmasının kullanımını göstermemize rağmen, diğer filtre türleri de kullanılabilir. Ultra hızlı Doppler, mikroperfüzyonu daha iyi anlamamızı sağlar. Tıbbi görüntülemede gerçek bir devrim.
Tam transkripti görüntüleyin ve binlerce bilimsel videoya erişin
Genel Bakış
Bu protokol, kan akışlarını nicelleştirmek için ultra hızlı ultrason Doppler görüntülemenin uygulamasını göstermektedir. Bu teknik, her bir piksel için aksiyel hız değerlerini içeren ve yaklaşık 0,3 ms aralıklarla tüm görüş alanını betimleyen bir film oluşturulmasına olanak tanır.
Temel Çalışma Bileşenleri
Bilim Alanı
- Ultrason Görüntüleme
- Kan Akışı Ölçümü
- Tıbbi Tanı
Arka Plan
- Ultra hızlı Doppler ultrason, düşük kan akış hızlarına karşı hassasiyeti artırır.
- Bu yöntem, beyin ve kalp gibi organlardaki perfüzyonun değerlendirilmesi için kritik öneme sahiptir.
- Kantitatif kan akışı değerlendirmesi, tıbbi tanıda hayati bir rol oynar.
- Mikroperfüzyonun anlaşılması, tümör ve organ perfüzyonu hakkında daha iyi içgörüler elde edilmesini sağlayabilir.
Çalışmanın Amacı
- Ultra hızlı ultrason Doppler görüntüleme kullanarak kan akışını nicelleştirmek.
- Çeşitli organlardaki perfüzyon dinamiklerinin anlaşılmasını geliştirmek.
- Bir Doppler Phantom düzeneğinde kardiyak fazları simüle etmek için güvenilir bir yöntem oluşturmak.
Kullanılan Yöntemler
- Plastik tüpler ve peristaltik bir pompa kullanılarak Doppler Fantom kurulumu.
- Kan akışını simüle etmek için kan benzeri sıvı kullanımı.
- Kardiyak döngüleri taklit etmek için pompanın belirli ejeksiyon hızlarına göre programlanması.
- Sistemden hava kabarcıklarının atıldığından emin olarak pompanın çalıştırılması.
Temel Sonuçlar
- Detaylı aksiyel hız verilerine sahip tam bir görüş alanı filmine erişim.
- Kan akış dinamiklerini doğru şekilde ölçme yeteneğinin gösterimi.
- Fizyolojik koşulları simüle etmek için Doppler Phantom düzeneğinin doğrulanması.
- Çeşitli senaryolarda kan akış özelliklerinin daha iyi anlaşılması.
Sonuçlar
- Ultra hızlı ultrason Doppler görüntüleme, kan akışının nicelendirilmesinde etkilidir.
- Bu yöntem, organ perfüzyonu ve tümör dinamikleri hakkında değerli bilgiler sağlar.
- Gelecekteki uygulamalar, klinik ortamlardaki tanı kapasitelerini artırabilir.
Sıkça Sorulan Sorular
Yönetici Endüstriyel Alaka
Ultra hızlı Doppler ultrason, düşük hızlı perfüzyona karşı artırılmış hassasiyetle yüksek çözünürlüklü kan akışı haritalaması sağlayarak kardiyovasküler ve onkolojik hedef doğrulamasında mekanistik risk azaltma süreçlerini destekler. Bu teknik, organ perfüzyonu ve tümör anjiyogenezinin preklinik modellerinde öngörü güvenilirliğini artıran kantitatif, mekansal olarak sürekli hemodinamik veriler sunar. Bu yetenek, hemodinamik fenotipleri netleştirerek ve aday belirleme iş akışlarındaki biyolojik belirsizliği azaltarak erken keşif sürecine yardımcı olur.
Biyofarma Ar-Ge'sinde Stratejik Uygulamalar
Erken Keşif ve Hedef Doğrulama
- Bilimsel Değer: Terapötik hipotezleri netleştirmek için hastalık modellerindeki hemodinamik fenotiplerin sorgulanmasına olanak tanır.
- Operasyonel Değer: Perfüzyon bağımlı yollarda fonksiyonel hedef doğrulaması için kantitatif kan akışı metrikleri sağlar.
- Öngörücü Değer: Hemodinamik ilaç etkilerindeki mekanistik belirsizliği azaltarak portföy önceliklendirmesini destekler.
Tarama ve Analiz Geliştirme
- Bilimsel Değer: Vasküler modellerde güvenilir bileşik taraması için mekansal olarak çözünürleştirilmiş, piksel düzeyinde hız ölçümleri sağlar.
- Operasyonel Değer: Mikroakışkan veya fantom sistemlerde standardize edilmiş analiz hazırlığı için tekrarlanabilir, yüksek kare hızında görüntüleme sunar.
- Ölçeklenebilirlik: Tutarlı hemodinamik okumalar sayesinde keşif aşamaları boyunca platformun yeniden kullanımını kolaylaştırır.
Translasyonel ve Preklinik Araştırmalar
- Translasyonel Süreklilik: Keşif aşamasındaki hemodinamik profillemeyi, organa özgü perfüzyon modellerindeki preklinik validasyonla ilişkilendirir.
- Riskle Ayarlanmış İlerleme: Kardiyak, nöral veya tümör dokularındaki mikroperfüzyon değişikliklerine dayalı, veri güdümlü devam/durdur (go/no-go) kararlarına olanak tanır.
- Biyobelirteç Uyumu: Fonksiyonel sonuçlarla korele edildiğinde, perfüzyonla ilgili translasyonel biyobelirteçlerin tanımlanmasını destekler.
Boru Hattı ve İş Akışı Entegrasyonu
Bu yöntem, hedef güvenilirliği ve analiz tasarımına temel oluşturan hemodinamik fenotipleme sağlayarak, öncül bileşik tanımlama yoluyla erken keşif sürecine entegre olur.
- Keşif Biyolojisi: Hastalıkla ilişkili sistemlerde kantitatif kan akış haritalama yoluyla hipotez testlerini destekler.
- Tarama: Tekrarlanabilir, yüksek zamansal çözünürlüklü hız ölçümleri aracılığıyla analiz hazırlığını artırır.
- Analitik: Karşılaştırmalı durum analizine olanak tanıyan aksiyel hız ve güç Doppler çıktıları sağlar.
- Translasyonel Araştırma: Kardiyak, serebral ve renal modellerdeki perfüzyon dinamikleri aracılığıyla preklinik çalışmalarla bağlantı kurar.
- Kurumsal Yeniden Kullanım: Birden fazla keşif projesinde yeniden kullanılabilir bir hemodinamik profilleme aracı olarak işlev görür.
Operasyonel ve Kurumsal Etki
- Bilimsel Değer: Düşük hızlı kan akışına karşı duyarlılığı artırarak mikroperfüzyon değişikliklerinin tespitini iyileştirir.
- Operasyonel Değer: Kan akışının yerelleştirilmesini ve miktarının belirlenmesini, herhangi bir ödün verilmeden eş zamanlı olarak sağlar.
- Stratejik Değer: Hemodinamik mekanizmaları erkenden netleştirerek geç evre biyolojik risklerini azaltır.
- Portföy Etkisi: Preklinik modellerdeki kantitatif perfüzyon verileri aracılığıyla riskten arındırılmış önceliklendirme konusunda bilgi sağlar.
Uygulama Hususları
- Ultrason fiziği ve Doppler sinyal işleme konularında uzmanlık gerektirir.
- Ultrahızlı düzlem dalga iletimi yapabilen programlanabilir ultrason sistemlerine ihtiyaç duyar.
- Tutarlı fantom kurulumu ve veri analizi için ekipler arası standardizasyon gerektirir.
- Fantomdan in vivo modellere geçişte adaptasyon değerlendirmeleri içerir.
- Kan akış sinyallerini izole etmek için uygun clutter filtreleme tekniklerine (örneğin SVD tabanlı) bağımlıdır.
Biyofarma SSS
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
