Implementación y validación de técnica doppler-vectorial en ultrasonido

Abstract

Las técnicas de Doppler-color y Doppler-espectral son herramientas comúnmente empleadas en ultrasonido para examinar el flujo cardiovascular de forma no invasiva. En la actualidad, ha surgido una nueva modalidad conocida como Doppler vectorial, la cual es capaz de calcular las componentes de velocidad del flujo sanguíneo para una región de interés. El presente trabajo implementó la técnica Doppler vectorial en el equipo Verasonics Vantage 128, disponible en el Laboratorio de Ultrasonido Cuantitativo USM. La implementación consiste en un código desarrollado en el entorno de MATLAB, capaz de post procesar las señales adquiridas por el equipo mencionado, utilizando una mezcla de funciones presentes en la librería MUST y otras desarrolladas de manera propia. Se validó el esquema propuesto con tres experimentos: uno con datos adquiridos de un fantoma sintético rotatorio, otro experimento en el cual se utilizó un fantoma cilíndrico, a través del cual se hizo pasar flujo con caudal controlado mediante la bomba PhysioPulse 100, también disponible en el Laboratorio de Ultrasonido Cuantitativo, y un tercer experimento in vivo en el cual se analizó el flujo sanguíneo de la carótida de un adulto sano. Los resultados indican que el esquema propuesto es capaz de presentar de forma correcta la dirección y magnitud de la velocidad del flujo en los tres experimentos. Para el primer caso se obtuvo un error cuadrático medio total de 4.9 cm/s, equivalente a un 4% de la velocidad máxima esperada como referencia. En el caso del segundo experimento se obtuvo velocidades 10-15 cm/s y 20-34 cm/s, las cuales son cercanas a los valores esperados de 18.34 cm/s y 31.28 cm/s respectivamente. En el último experimento, se obtuvo una velocidad en la carótida de entre 70-90 cm/s, la cual se encuentra dentro del rango normal de la velocidad sistólica máxima de un adulto sano, correspondiente a entre 70-100 cm/s. Color-Doppler and spectral-Doppler techniques are commonly used tools in ultrasound to noninvasively assess cardiovascular flow. Recently, a new modality known as vector Doppler has emerged, which is capable of calculating the velocity components of blood flow in a region of interest. This work implemented the vector Doppler technique on the Verasonics Vantage 128 system, available at the USM Quantitative Ultrasound Laboratory. The implementation consists of a code developed in the MATLAB environment, capable of post-processing the signals acquired by the aforementioned system, using a combination of functions from the MUST library and others developed in-house. The proposed scheme was validated with three experiments: one with data acquired from a rotating synthetic phantom, another experiment involving a cylindrical phantom through which controlled flow was introduced using the PhysioPulse 100 pump (also available at the Quantitative Ultrasound Laboratory), and a third in vivo experiment in which blood flow in the carotid artery of a healthy adult was analyzed. The results indicate that the proposed scheme is capable of correctly displaying both the direction and magnitude of the flow velocity in all three experiments. In the first case, a total root-mean-square error of 4.9 cm/s was obtained, equivalent to 4% of the maximum expected reference velocity. In the second experiment, measured velocities ranged from 10-15 cm/s and 20-34 cm/s, which are close to the expected values of 18.34 cm/s and 31.28 cm/s, respectively. In the final experiment, the velocity in the carotid artery ranged from 70-90 cm/s, which falls within the normal range for peak systolic velocity in a healthy adult, corresponding to 70-100 cm/s[2].