Two-Dimensional Blood Velocity Estimation for Intracardiac Flow Assessment

Abstract

Måling av blodstrømshastigheter i hjertet

Ultralyd (ekkokardiografi) og fargedoppler er viktige verktøy som brukes for å detektere og visualisere medfødt hjertefeil. To av de mest vanlige formene for medfødt hjertefeil er atrie- og ventrikkelseptumdefekter, som er hull i hjerteveggen (septum) mellom forkamrene eller hjertekamrene. Et slikt hull gjør vanligvis at blod kan strømme direkte fra venstre til høyre side av hjertet som igjen kan føre til økt belastning i lungekretsløpet. Hastigheten til blodstrømmen gjennom hullet er et av målene som brukes til å avgjøre defektens alvorlighetsgrad. Denne målingen blir kun nøyaktig med konvensjonelle ultralydmetoder hvis ultralydstrålen har samme retning som blodstrømmen. Dette er på grunn av en fundamental begrensning ved konvensjonell ultralyd; bare den endimensjonale hastighetskomponenten langs ultralydstrålen blir målt. Utvikling av nye ultralydmetoder som kan måle to eller tre hastighetskomponenter av den tredimensjonale blodstrømsvektoren er derfor av klinisk nytteverdi og vil både kunne bedre visualiseringen av den komplekse blodstrømningen gjennom hjertet og gi bedre kvantitative mål på blodstrømshastigheten.

Grunnlaget for arbeidet som er presentert i denne avhandlingen er de teknologiske nyvinningene som gjør at vi nå kan avbilde med en mye høyere bilderate enn før. Den høye bilderaten oppnås ved å sende ufokuserte (plane) i stedet for fokuserte lydbølger og ved å bruke parallell stråleforming som gjør at vi kan lage et ultralydbilde etter bare én utsendt lydbølge. I denne avhandlingen brukte vi en metode kalt speckle tracking for å estimere de todimensjonale blodstrømshastighetene. Ekkoet fra blod (og vev) gir et unikt intensitetsmønster i ultralydbildet og en kan derfor spore dette specklemønsteret fra bilde til bilde for å finne forflytningen til blodet og estimere blodstrømshastigheten. I den første studien ble nyfødte med hjertefeil undersøkt med den nye teknikken, og resultatene indikerer at den nye metoden kan brukes til å kvantifisere blodstrømshastigheter gjennom atrie- og ventrikkelseptumdefekter og bedre visualiseringen av blodstrømsretningen i hjertet.

En annen begrensing ved ultralydavbildning av blodstrøm er clutterfiltrering som brukes for å skille det svake ekkoet fra blod fra det sterke ekkoet fra vev. Vevsekkoet må filtreres vekk før blodstrømsavbildning er mulig, men filtreringen vil også begrense den laveste blodhastigheten som kan måles. I den andre studien viser vi at en mulig løsning på problematikken rundt clutterfiltrering er å vinkle de utsendte planbølgene og kombinere hastighetsestimatene fra de ulike vinklene. I den tredje studien undersøker vi hvordan clutterfiltreringen påvirker specklemønsteret og hastighetsestimeringen, og hvordan den økte bilderaten kan brukes til å forbedre clutterfiltreringen og øke hastighetsspennet som kan måles.