Ultrasonic Methods for 2D Arterial Wall Movement Measurements

Popular Abstract in Swedish Hjart- och karlsjukdomar ar den storsta enskilda orsaken till en for tidig dod i vastvarlden. For att oka kunskapen om dessa sjukdomar ar det viktigt att finna matmetoder, garna icke-invasiva, som kan anvandas for att studera tidiga yttringar av hjart- och karlsjukdomar. Forandringar av de mekaniska egenskaperna i artarerna kan vara en sadan tidig yttring. For att fa ett matt pa karlens mekaniska egenskaper utfors karlkarakterisering. Karlkarakterisering kan utforas med manga olika metoder, bade invasiva och icke-invasiva. Ingen av dagens metoder ar perfekt, sa manga olika anvands parallellt. De metoder som anvander ultraljud tillhor de mest lovande men mycket arbete aterstar innan det finns en metod som ar sa enkel och palitlig att den kan anvandas for screeningsverksamhet, vilket ar det ultimata malet. Den har avhandlingen bestar av sju artiklar angaende karlkarakterisering och nya ultraljudsmetoder for karlkarakterisering. Den forsta artikeln ar en introduktion och oversikt om karlkarakterisering. Den andra artikeln beskriver och utvarderar en ny non-invasiv metod for pulsvagshastighetsmatning (PWV). PWV mats via karlvaggsrorelser som detekteras med vavnadsdoppler. Vavnadsdopplern mater karlvaggarnas rorelsehastighet i 16 linjer nastan samtidigt, skilda at med 1,2 mm sinsemellan. Tidsfordrojningen mellan linjerna beraknas med hjalp av korskorrelation. Avstandet mellan linjerna ar i sammanhanget mycket litet, vilket gor tidsskillnadsmatningen till en utmaning da fordrojningen mellan linjerna ar valdigt liten. Detta loses genom att man mater fordrojningen mellan alla mojliga kombinationer av linjer. Exempelvis anvands linje ett mellan (1–2, 1–3, 1–4 osv.) och linje tva mellan (2–3, 2–4, 2–5 osv.) tills alla fordrojningar matts upp. De uppskattade fordrojningarna satts in i ett diagram for skattning av pulsvagshastigheten genom en linjeskattning mellan fordrojningspunkterna. Metoden utvarderades och optimerades pa en in vitro uppstallning samt demonstrerades i en begransad in vivo studie. I utvarderingen visades att ultraljudssystemets installningar hade signifikant effekt for spridningen av pulsvagshastighetsmatning, da daremot medelvardet pa PWV var oforandrad. Vidare var det klarlagt att hog tempral upplosning ar den mest vitala parametern for att minimera spridningen pa PWV. I den tredje artikeln ar forbattringar introducerade for att oka upplosningen och reproducerbarheten for den foreslagna metoden for pulsvagshastighetsmatning. Den forbattrade metoden blev validerad in vivo i en klinisk studie. En etablerad metod for karlkarakterisering av de arteriella blodkarlen inom kardiovaskular forskning ar att mata den radiella rorelsen, diameterforandringen, hos artarerna. I motsats till den radiella rorligheten hos karlvaggen har den longitudinella rorelsen, langs med karlet, fatt ingen eller nastan ingen uppmarksamhet. Den har formodats kunna negligeras i jamforelse med den radiella utifran fran matningar pa utsidan av blodkarlet pa 1960-talet. Emellertid har var grupp pa institutionen for Elektrisk Matteknik, Lunds Tekniska Hogskola och avdelningen for Klinisk Fysiologi, Malmo Universitetssjukhus nyligen rapporterat att med modernt ultraljud kan man se att de innersta lagren hos de arteriella blodkarlen inte bara ror sig radiellt utan ocksa longitudinellt. For att kunna studera dessa fenomen har vi utvecklat en ny oblodig metod som med ultraljud simultant kan registrera den longitudinella och radiella rorelsen hos den arteriella karlvaggen. I artikel fyra presenteras de forsta forsoken pa en frisk medelalders forsoksperson. Det registrerades en lika stor longitudinell rorelse som den radiella och annu mer forvanande var att rorelsen, som gick mot blodflodet, var storre an den longitudinella rorelsen i blodflodets riktning. Dessutom registrerades att det finns skjuvkrafter narvarande inuti karlvaggen. Detta ar helt ny information med stor betydelse for framtida studier av karlsystemet och den vaskulara mekaniken och saledes ocksa for studier av aderforkalkning. Existerande metoder som foreslas anvandas for att forutse aderforkalning forutsatter att karlvaggen star stilla longitudinellt vilket vi har visat att den inte gor. I den femte artikeln utvarderas den nya unika matmetoden for tva-dimensionell karlvaggsrorlighet. Resultaten visar att noggrannheten, reproducibiliteten och upplosningen var betydligt battre an ultraljudssystemets upplosning. Den sjatte artikeln beskriver en ny metod for arteriell lumendiametermatning med hjalp av ultraljud. Den nya metoden bestammer vaggens placering genom en kombinerad lutnings- och troskeldetekteringsalgorithm. Nar vaggens placering blivit detekterad okas upplosningen genom att man loser den rata linjens ekvation (y = kx + m)i punkterna runt troskelvardet. Detta forfaringssatt gjorde att metoden fick mycket bra upplosning, blev snabb och robust. Den nya metoden kalibrerades pa en karlfantom tillverkad i agar, ett akustiskt vavnadslikt material. Darefter utvarderades den nya metoden in vivo med tanke pa noggrannhet och reproducerbarhet, och bada visades vara betydligt battre an ultraljudssystemets upplosning. I den sjunde artikeln utvarderas en, av oss, nyutvecklad metod for karlkarakterisering av artarer som kallas Elastart. Metoden mater den radiella karlvaggsrorelsen med vavnadsdoppler (TDI) och den absoluta karlvaggsdiametern med metoden som presenterades i artikel sex. Darefter beraknas de lokala vaggstyvhetsstorheterna DC och CC. Elastart jamfordes med en etablerad metod kallad ”Walltrack”, och ingen skillnad kunde visas mellan systemen vad galler reproducerbarheten. (Less)