Name: blood flow imaging with ultrafast doppler
Uploaded: 2020-10-14T13:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 57 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Blood Flow Imaging with Ultrafast Doppler at JoVE.com

Shreya Shah'a düzeltmeleri ve tavsiyeleri için teşekkür ederiz.

1. Doppler hayalet hazırlama kurulumu (Şekil 2A)
<ol><li>Peristaltik pompayı, kan taklit sıvısı rezervuarını, darbe sönümleyicisini ve Doppler akış hayaletini plastik tüplerle bağlayın.</li>
	<li>4 mm çapında kanalı seçin.</li>
	<li>Pompayı 0,3 sn için 720 mL/dk sıvıyı dışarı atacak şekilde programla ve sonra sırasıyla systole ve diastole kardiyak evreleri taklit etmek için 0,7 sn için 50 mL/dk dışarı atalım</li>
	<li>Pompayı çalıştırın ve potansiyel hava kabarcıklarını dışarı çıkarmak için boruları hafifçe sallayın. NOT: Operatör farklı bir kanal çapı ve farklı pompa oranı seçebilir, ancak ultrason dizisinin en hızlı akış hızlarını elde etmek için yeterince hızlı olduğundan emin olmak zorunda kalacaktır. Daha sonra sunulan Eq. 3, sıranın tasarlanmasına yardımcı olabilir.</li>
</ol>2. Ultra hızlı ultrason tarayıcı kurulumu (Şekil 2A)
<ol><li>PCI express bağlantısıyla ultra hızlı özellikli araştırma tarayıcısını ana bilgisayara bağlayın.</li>
	<li>Ultrason tarayıcıdaki dönüştürücü adaptörünü prob konektörüyle eşleşecek şekilde değiştirin, ardından probu bağlayın.</li>
	<li>Matlab'ı çalıştırın ve ultrason tarayıcı lisansını etkinleştirin. NOT: Bu bölüm ve aşağıdakiler örtülü olarak Bir Verasonics Vantage sisteminin kullanımını varsayar.</li>
</ol>3. Ultrason dizi programlama
<ol><li>Örnek komut dosyalarını kullanarak, prob konumlandırması için kullanılacak geleneksel odaklı bir "B Modu" (yani kaynakça) dizisi tasarlayın.<ol>
<li>Görüntüleme derinliğini 50 mm olarak ayarlayın.</li>
		<li>Odak derinliğini 35 mm olarak ayarlayın.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Örnek komut dosyalarını kullanarak ultra hızlı bir ultrason dizisi tasarlayın.<ol>
<li>Görüntüleme derinliğini 50 mm olarak ayarlayın.</li>
		<li>Program 3 eğimli düzlem dalgaları [-3,0,3] derecede.</li>
		<li>Darbe tekrarlama frekansını (PRF) 12 kHz olarak ayarlayın.</li>
		<li>Ultrason dalga formu için kullanılan proba bağlı olarak bir merkez frekansı ile 4 yarım döngü kullanın. Burada 5.2 MHz'lik bir merkez frekans varsayılır.</li>
		<li>Toplam süreyi 1 s olarak ayarlayın.</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. Prob konumlandırma ve veri toplama
<ol><li>Sondanın merceğinde ultrason jeli uygulayın.</li>
	<li>Sondayı hayaletin üzerine yerleştirin ve B-Mode ultrason dizisini başlatın.</li>
	<li>İlgi kanalını bulun. Sıvı çevredeki dokudan daha koyu görünür. Sondayı boyuna görünüme yerleştirin.</li>
	<li>Probu ilgi çekici konumda manuel olarak koruyun.</li>
	<li>B-Mode dizisini sonlandırın ve ultra hızlı sıra alma komut dosyasını başlatın.</li>
</ol>5. Görüntü rekonstrüksiyonu (Şekil 2B)
<ol><li>Sıra bittikten sonra, ham verileri kaydedin (Radyo Frekansı verileri olarak da adlandırılır, "RF").</li>
	<li>Ultrason sistemi varsayılan yazılımını kullanarak görüntü rekonstrüksiyon komut dosyasını başlatın. İşlemin sonunda IQ veri matrisi oluşturulmalıdır. NOT: Ultrason yankıları probun her elemanına ve her emisyon / alım için kaydedilir, daha sonra RF veri matrisinde saklanır. Görüntü rekonstrüksiyonu her kanala uygun gecikme yasasını uyguladı ve "IQ" (Faz içi/Quadrature) matrisi ile sonuçlanır. Karmaşık IQ matrisinin üç boyutu vardır: ikisi uzay (görüntü derinliği ve genişliği) ve biri zaman için</li>
</ol>6. İkincil filtreleme (Şekil 2C)
NOT: 6-7 arası adımlar için Ek Malzeme'de sağlanan Matlab komut dosyasına bakın.
<ol><li>3D (boşluk x boşluk x zaman) IQ matrisini IQr adlı 2D (boşluk x zaman) Casorati matrisine yeniden şekillendirin.</li>
	<li>Tekil değer ayrışmasını hesapla15 IQr (Eş. 1). <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/61838/61838equ01v3.jpg"> Eş. 1</li>
	<li>Baranger ve ark.18 (II, D) tarafından tanımlanan uzamsal tekil vektör U'yu kullanarak Uzamsal Benzerlik Matrisi C'yi hesapleyin ve kan altuzay sınırları N'yi tanımlayın.</li>
	<li>Demene ve ark.15'te (II,C) açıklandığı gibi IQ verilerini filtrelemek için bu kesme N'yi kullanın.</li>
</ol>7. Akış görselleştirme ve hız ölçümleri (Şekil 2C)
<ol><li>Filtrelenmiş veri IQt zarfını zamansal boyut boyunca entegre ederek doppler harita PD'yi hesapla (Eq. 2). Z, x ve t 3D koordinatları sırasıyla derinlik, genişlik ve zamansal boyuttur, nt ve elde edilen kare sayısıdır. <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/61838/61838equ02v5.jpg"> Eş. 2</li>
	<li>PD haritasını logaritm ölçeğinde görüntüleyin. Dinamik aralığı ayarlamak için, kanalın dışındaki bir bölgedeki ortalama PD'yi hesaplayın ve dinamik aralığın alt sınırı olarak bu değeri dB'de kullanın. Tipik dinamik aralık [-30, 0] dB'dir.</li>
	<li>Görüntüde 1 ila 30 piksel içeren dairesel bir ilgi alanı (yatırım getirisi) tanımlayın.</li>
	<li>N t zaman noktası vektörü elde etmek için IQf sinyalini bu yatırım getirisinin pikselleri üzerinden <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/61838/61838equ03v2.jpg"> ortalama.</li>
	<li>Kısa Süreli Fourier Dönüşümü'nün (STFT) kare büyüklüğünü kullanarak Doppler spektrogramını hesapla ve <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/61838/61838equ04v2.jpg"> görüntüle.<ol>
<li>STFT penceresini 60 örnekli Hann penceresine ayarlayın.</li>
		<li>STFT çakışmasını pencere uzunluğunun %90'ına ayarlayın.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Spektrogramın her zaman noktasındaki orta frekansı kaplayın.</li>
	<li>Doppler formülünü kullanarak f frekans değerlerini kan eksenel hızları vz'ye dönüştürün (Eq. 3). c0, orta ve f TW'deki ses hızı, iletilen ultrason dalga biçiminin merkez frekansıdır (burada 5.2 MHz). <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/61838/61838equ05v4.jpg"> Eş. 3</li>
</ol>

<ol>
	<li>Doppler, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Ueber das farbige Licht der Doppelsterne und einiger anderer Gestirne des Himmels. , (2020).</li><li>Bonnefous, O., Pesqu&#233;, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Time+domain+formulation+of+pulse-Doppler+ultrasound+and+blood+velocity+estimation+by+cross+correlation.">Time domain formulation of pulse-Doppler ultrasound and blood velocity estimation by cross correlation.</a> Ultrasonic Imaging. 8 (2), 73-85 (2004).</li><li>Bercoff, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrafast+compound+doppler+imaging:+Providing+full+blood+flow+characterization.">Ultrafast compound doppler imaging: Providing full blood flow characterization.</a> IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. 58 (1), 134-147 (2011).</li><li>Evans, D. H., Jensen, J. A., Nielsen, M. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasonic+colour+Doppler+imaging.">Ultrasonic colour Doppler imaging.</a> Interface Focus. 1 (4), 490-502 (2011).</li><li>Nuffer, Z., Rupasov, A., Bekal, N., Murtha, J., Bhatt, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spectral+Doppler+ultrasound+of+peripheral+arteries:+a+pictorial+review.">Spectral Doppler ultrasound of peripheral arteries: a pictorial review.</a> Clinical Imaging. 46, 91-97 (2017).</li><li>Jensen, J. A., Nikolov, S. I., Gammelmark, K. L., Pedersen, M. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthetic+aperture+ultrasound+imaging.">Synthetic aperture ultrasound imaging.</a> Ultrasonics. 44, (2006).</li><li>Tong, L., Ramalli, A., Jasaityte, R., Tortoli, P., D'Hooge, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multi-transmit+beam+forming+for+fast+cardiac+imaging-experimental+validation+and+in+vivo+application.">Multi-transmit beam forming for fast cardiac imaging-experimental validation and in vivo application.</a> IEEE Transactions on Medical Imaging. 33 (6), 1205-1219 (2014).</li><li>Tanter, M., Bercoff, J., Sandrin, L., Fink, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrafast+compound+imaging+for+2-D+motion+vector+estimation:+application+to+transient+elastography.">Ultrafast compound imaging for 2-D motion vector estimation: application to transient elastography.</a> IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control. 49 (10), 1363-1374 (2002).</li><li>Udesen, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+frame-rate+blood+vector+velocity+imaging+using+plane+waves:+Simulations+and+preliminary+experiments.">High frame-rate blood vector velocity imaging using plane waves: Simulations and preliminary experiments.</a> IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. 55 (8), 1729-1743 (2008).</li><li>Hansen, K. L., Udesen, J., Gran, F., Jensen, J. A., Bachmann Nielsen, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In-vivo+examples+of+flow+patterns+with+the+fast+vector+velocity+ultrasound+method.">In-vivo examples of flow patterns with the fast vector velocity ultrasound method.</a> Ultraschall in der Medizin. 30 (5), 471-477 (2009).</li><li>Tanter, M., Fink, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrafast+imaging+in+biomedical+ultrasound.">Ultrafast imaging in biomedical ultrasound.</a> IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. 61 (1), 102-119 (2014).</li><li>Montaldo, G., Tanter, M., Bercoff, J., Benech, N., Fink, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coherent+plane-wave+compounding+for+very+high+frame+rate+ultrasonography+and+transient+elastography.">Coherent plane-wave compounding for very high frame rate ultrasonography and transient elastography.</a> IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control. 56 (3), 489-506 (2009).</li><li>Papadacci, C., Pernot, M., Couade, M., Fink, M., Tanter, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-contrast+ultrafast+imaging+of+the+heart.">High-contrast ultrafast imaging of the heart.</a> IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. 61 (2), 288-301 (2014).</li><li>Maresca, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Noninvasive+Imaging+of+the+Coronary+Vasculature+Using+Ultrafast+Ultrasound.">Noninvasive Imaging of the Coronary Vasculature Using Ultrafast Ultrasound.</a> JACC: Cardiovascular Imaging. 11 (6), 798-808 (2018).</li><li>Demen&#233;, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spatiotemporal+Clutter+Filtering+of+Ultrafast+Ultrasound+Data+Highly+Increases+Doppler+and+fUltrasound+Sensitivity.">Spatiotemporal Clutter Filtering of Ultrafast Ultrasound Data Highly Increases Doppler and fUltrasound Sensitivity.</a> IEEE Transactions on Medical Imaging. 34 (11), 2271-2285 (2015).</li><li>Demen&#233;, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=4D+microvascular+imaging+based+on+ultrafast+Doppler+tomography.">4D microvascular imaging based on ultrafast Doppler tomography.</a> NeuroImage. 127, 472-483 (2016).</li><li>Demen&#233;, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrafast+Doppler+reveals+the+mapping+of+cerebral+vascular+resistivity+in+neonates.">Ultrafast Doppler reveals the mapping of cerebral vascular resistivity in neonates.</a> Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 34 (6), 1009-1017 (2014).</li><li>Baranger, J., Arnal, B., Perren, F., Baud, O., Tanter, M., Demene, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adaptive+Spatiotemporal+SVD+Clutter+Filtering+for+Ultrafast+Doppler+Imaging+Using+Similarity+of+Spatial+Singular+Vectors.">Adaptive Spatiotemporal SVD Clutter Filtering for Ultrafast Doppler Imaging Using Similarity of Spatial Singular Vectors.</a> IEEE Transactions on Medical Imaging. 37 (7), 1574-1586 (2018).</li><li>Demen&#233;, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrafast+Doppler+Reveals+the+Mapping+of+Cerebral+Vascular+Resistivity+in+Neonates.">Ultrafast Doppler Reveals the Mapping of Cerebral Vascular Resistivity in Neonates.</a> Journal of Cerebral Blood Flow &amp; Metabolism. 34 (6), 1009-1017 (2014).</li><li>Goudot, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wall+Shear+Stress+Measurement+by+Ultrafast+Vector+Flow+Imaging+for+Carotid+Stenosis.">Wall Shear Stress Measurement by Ultrafast Vector Flow Imaging for Carotid Stenosis.</a> Ultraschall in der Medizin - European Journal of Ultrasound. , (2019).</li><li>Demen&#233;, C., Mairesse, J., Baranger, J., Tanter, M., Baud, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrafast+Doppler+for+neonatal+brain+imaging.">Ultrafast Doppler for neonatal brain imaging.</a> NeuroImage. 185, 851-856 (2019).</li><li>Villemain, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrafast+Ultrasound+Imaging+in+Pediatric+and+Adult+Cardiology.">Ultrafast Ultrasound Imaging in Pediatric and Adult Cardiology.</a> JACC: Cardiovascular Imaging. , (2019).</li><li>Provost, J., Papadacci, C., Demene, C., Gennisson, J. L., Tanter, M., Pernot, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3-D+ultrafast+doppler+imaging+applied+to+the+noninvasive+mapping+of+blood+vessels+in+Vivo.">3-D ultrafast doppler imaging applied to the noninvasive mapping of blood vessels in Vivo.</a> IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. 62 (8), 1467-1472 (2015).</li><li>Osmanski, B. F., Montaldo, G., Fink, M., Tanter, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+out-of-plane+Doppler+imaging+based+on+ultrafast+plane+wave+imaging.">In vivo out-of-plane Doppler imaging based on ultrafast plane wave imaging.</a> IEEE International Ultrasonics Symposium, IUS. 62 (4), 76-79 (2013).</li><li>Kim, M. W., Zhu, Y., Hedhli, J., Dobrucki, L. W., Insana, M. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multi-dimensional+Clutter+Filter+Optimization+for+Ultrasonic+Perfusion+Imaging.">Multi-dimensional Clutter Filter Optimization for Ultrasonic Perfusion Imaging.</a> IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. 65 (11), 2020-2029 (2018).</li><li>Chau, G., Li, Y. L., Jakovljevic, M., Dahl, J., Rodr, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Wall Clutter Removal in Doppler Ultrasound using Principal Component Pursuit. , (2018).</li><li>Tierney, J., Baker, J., Brown, D., Wilkes, D., Byram, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Independent+Component-Based+Spatiotemporal+Clutter+Filtering+for+Slow+Flow+Ultrasound.">Independent Component-Based Spatiotemporal Clutter Filtering for Slow Flow Ultrasound.</a> IEEE Transactions on Medical Imaging. , 1-1 (2019).</li><li>Zhang, N., Rivaz, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Clutter+Suppression+in+Ultrasound:+Performance+Evaluation+and+Review+of+Low-Rank+and+Sparse+Matrix+Decomposition+Methods.">Clutter Suppression in Ultrasound: Performance Evaluation and Review of Low-Rank and Sparse Matrix Decomposition Methods.</a> BioMedical Engineering Online. 19, 37 (2020).</li><li>Guidi, G., Licciardello, C., Falteri, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intrinsic+spectral+broadening+(ISB)+in+ultrasound+Doppler+as+a+combination+of+transit+time+and+local+geometrical+broadening.">Intrinsic spectral broadening (ISB) in ultrasound Doppler as a combination of transit time and local geometrical broadening.</a> Ultrasound in Medicine and Biology. 26 (5), 853-862 (2000).</li><li>Cloutier, G., Shung, K. K., Durand, L. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+Evaluation+of+Intrinsic+and+Nonstationary+Ultrasonic+Doppler+Spectral+Broadening+in+Steady+and+Pulsatile+Flow+Loop+Models.">Experimental Evaluation of Intrinsic and Nonstationary Ultrasonic Doppler Spectral Broadening in Steady and Pulsatile Flow Loop Models.</a> IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. 40 (6), 786-795 (1993).</li><li>Winkler, A. J., Wu, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Correction+of+intrinsic+spectral+broadening+errors+in+doppler+peak+velocity+measurements+made+with+phased+sector+and+linear+array+transducers.">Correction of intrinsic spectral broadening errors in doppler peak velocity measurements made with phased sector and linear array transducers.</a> Ultrasound in Medicine and Biology. 21 (8), 1029-1035 (1995).</li><li>Osmanski, B. F., Bercoff, J., Montaldo, G., Loupas, T., Fink, M., Tanter, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cancellation+of+Doppler+intrinsic+spectral+broadening+using+ultrafast+Doppler+imaging.">Cancellation of Doppler intrinsic spectral broadening using ultrafast Doppler imaging.</a> IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. 61 (8), 1396-1408 (2014).</li><li>Sauvage, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+large+aperture+row+column+addressed+probe+for+in+vivo+4D+ultrafast+doppler+ultrasound+imaging.">A large aperture row column addressed probe for in vivo 4D ultrafast doppler ultrasound imaging.</a> Physics in Medicine and Biology. 63 (21), (2018).</li><li>Correia, M., Provost, J., Tanter, M., Pernot, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=4D+ultrafast+ultrasound+flow+imaging:+in+vivo+quantification+of+arterial+volumetric+flow+rate+in+a+single+heartbeat.">4D ultrafast ultrasound flow imaging: in vivo quantification of arterial volumetric flow rate in a single heartbeat.</a> Physics in Medicine and Biology. 61 (23), 48-61 (2016).</li><li>Center for Devices and Radiological Health. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=FDA+Information+for+Manufacturers+Seeking+Marketing+Clearance+of+Diagnostic+Ultrasound+Systems+and+Transducers.">FDA Information for Manufacturers Seeking Marketing Clearance of Diagnostic Ultrasound Systems and Transducers.</a> Center for Devices and Radiological Health. , (2008).</li><li>I, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=IEC+62127-1+-+Measurement+and+characterization+of+medical+ultrasonic+fields+up+to+40+MHz.">IEC 62127-1 - Measurement and characterization of medical ultrasonic fields up to 40 MHz.</a> IEC. , 61010-61011 (2013).</li></ol>

Çıkar çatışması yok

Bu protokolün ana çerçevesi etrafında çeşitli varyasyonlar mümkündür.
Donanım endişeleri Kullanıcı özel ana bilgisayarını sağlıyorsa, anakartın ve bilgisayarın kasasının kullanılabilir bir PCI hızlı yuvası olmalıdır. CPU ayrıca tüm cihazları işlemek için yeterli PCIe şeridine sahip olmalıdır.
Araştırma seçimi Ultrason probu (transdüser olarak da adlandırılır) ihtiyaç duyulan uzamsal ...

Ultrason görüntüleme klinik uygulama ve araştırma faaliyetlerinde en sık kullanılan görüntüleme tekniklerinden biridir. Ultrason dalgası emisyonunun biyolojik dokulardaki kombinasyonu ve ardından geri saçılan yankıların kaydedilmesi anatomik görüntülerin yeniden yapılandırılmasını sağlar, "B Modu" olarak adlandırılır. Bu yöntem, tipik olarak ultrasonun birkaç santimetreden fazla nüfuz etmesine izin veren biyolojik dokular gibi yumuşak doku görüntüleme için mükemmel bir şekilde uyarlanmıştır ve yayılma hızı 1540 m/ s≈dir. Ultrason probunun merkez frekansine bağlı olarak, 30 μm ila 1 mm çözünürlüğe sahip görüntüler elde edilir. Ayrıca, akustik bir kaynağın hareketinin ilişkili dalgaların fiziksel özelliklerini etkilediği iyi bilinmektedir. Özellikle, bir dalganın kaynağının hızına göre frekans kaymaları arasındaki bağlantı Doppler etkisi1, en basit tezahürü hareket eden bir ambulansın değişen siren atışıdır. Ultrason görüntüleme uzun hareketli kırmızı kan hücreleri gözlemlemek için bu fiziksel etkiyi kullanmıştır2ve yaygın olarak "Doppler görüntüleme" etiketli görüntüleme modları çeşitli önerir. Bu modlar beyin, kalp, böbrek veya periferik arterler gibi çok farklı uygulamalarda ve organlarda kan akışının değerlendirilmesini sağlar.
Dikkat çekici bir şekilde, şu anda mevcut ultrason sistemlerinin çoğu, geleneksel ultrason olarak adlandırılan aynı teknolojiye dayanır. Temel ilkeler şunlardır: akustik bir ışın görüş alanını inzozifiye eder ve ultrason dönüştürücü diyaframı boyunca süpürülür. Işın her konumu için yankılar kaydedilir ve son görüntünün bir çizgisine dönüştürülür. Işını dönüştürücü boyunca aşamalı olarak hareket ettirerek, tüm görüş alanı çizgi başına çizgi olarak görüntülenebilir (Şekil 1, sol panel). Bu strateji, 21. Bununla birlikte, birkaç dezavantajı vardır. Bunlar arasında, son kare hızı ışın tarama işlemi ile saniyede birkaç yüz görüntü ile sınırlıdır. Kan akışı açısından, bu nispeten düşük kare hızı, Shannon-Nyquist3örnekleme kriterleri tarafından dikte edilen tespit edilebilen maksimum akış hızlarını etkiler. Dahası, geleneksel Doppler karmaşık bir takasla başa çıkmalıdır. Belirli bir ilgi alanında (yatırım getirisi) kan akışı hızını değerlendirmek için, bu yatırım getirisinden gelen birkaç yankının art arda kaydedilmesi gerekir. Bu, ultrason ışınlarının geçici olarak sabit bir konumda tutulması anlamına gelir. Yankı topluluğu ne kadar uzun sürerse, yatırım getirisi için hız tahmini o kadar iyi olur. Ancak, görüş alanının tam bir görüntüsünü üretmek için kirişin ortamı taraması gerekir. Bu nedenle, bu iki kısıtlama arasındaki çatışmayı hissedebilirsiniz: bir satır boyunca hızı hassas bir şekilde değerlendirmek için kirişi tutmak veya bir görüntü oluşturmak için kirişi hareket ettirmek. Farklı geleneksel Doppler modları (yani, Color Doppler veya Pulse Wave Doppler) bu dengeyi doğrudan yansıtır. Tipik olarak, Renk Doppler damarları lokalize etmek için kullanılan düşük kaliteli bir akış haritası üretir4ve Pulse Wave Doppler daha sonra daha önce tanımlanmış bir gemi5'tekiakışı doğru bir şekilde ölçmek için kullanılır.
Bu iki sınırlama (düşük kare hızı ve yerelleştirme/niceleme takası) çok yüksek kare hızına sahip ortaya çıkan tekniklerle aşılır. Bunlar arasında sentetik açıklık yaklaşımı6 veya çok hatlı iletim tekniği7. Bu çalışmada Ultra hızlı ultrason yöntemi olarak adlandırılan yönteme odaklanıyoruz. Yirmi yıl önce tanıtıldı8,9,10, bu yöntem aynı zamanda ultrasonların emisyon / alımına dayanır, ancak radikal olarak farklı bir desene sahip. Gerçekten de, tarama odaklı bir ışın kullanmak yerine, ultra hızlı görüntüleme, görüş alanını tek bir emisyonla inzoz haline getirebilen düzlem dalgasını veya farklı dalgaları kullanır. Bu tek emisyonun ardından, ilişkili elektronik de tüm görüş alanından kaynaklanan çok sayıda yankıyı alabilir ve işleyebilir. Sonunda, bir görüntü tek bir emisyon/alım deseni11'den (Şekil1 , sağ panel) yeniden yapılandırılabilir. Bu odaklanmamış emisyonlar, akustik enerjinin yayılması nedeniyle düşük bir sinyal-gürültü oranına (SNR) sahip olabilir. Bu, birkaç başlıklı düzlem dalgası (veya farklı kaynaklara sahip farklı dalgalar) yayarak ve elde edilen görüntüleri ekleyerek ele alınabilir. Bu yöntem "tutarlı bileşikleme"12olarak adlandırılır. İki büyük sonuç ortaya çıkar. İlk olarak, kare hızı sadece uçuşun ultrason süresine bağlıdır ve 1 ila 10 kHz arasında tipik değerlere ulaşabilir. İkinci olarak, bu, mekansal ve zamansal boyutlarda, mekansal tutarlılık olarak da adlandırılan veri sürekliliğini sağlar. Geleneksel yerelleştirme/niceleme takası böylece bozulur. Yüksek kare hızı ve mekansal tutarlılığın bu kombinasyonu, ultrason ile kan akışlarını tespit etme yeteneği üzerinde muazzam bir etkiye sahiptir. Geleneksel ultrason ile karşılaştırıldığında, ultra hızlı ultrason kan akışının tam karakterizasyonunu sağlar3. Pratik olarak, kullanıcı, kare hızı tarafından verilen bir zaman ölçeğiyle (genellikle 200 μs zamansal çözünürlük için 5 kHz kare hızı) elde etme süresi boyunca (genellikle ≈1 s) görüntünün her pikselinde hız süresi kursuna erişebilir. Bu yüksek kare hızı, yöntemi kalp odaları13 veya koroner mikro perfüzyon14ile miyokard gibi hareketli organlarda hızlı akış gibi çok çeşitli uygulamalar için uygun hale getirir. Ayrıca, mekansal tutarlılığının yavaş kan akışını arka plan hareketli dokulardan ayırma yeteneğini güçlü bir şekilde geliştirdiği ve bu nedenle mikro vasküler akışa duyarlılığı artırdığı gösterilmiştir15. Bu kapasite hem hayvanlarda16 hem de insanlarda beynin mikro vaskülatlarına erişim sağlar17.
Bu nedenle, ultra hızlı ultrason çeşitli durumlarda kan akışını görüntünü için çok uygundur. Yumuşak biyolojik dokularla sınırlıdır ve kemikler veya akciğer gibi gaz boşluğu gibi sert arayüzlerin varlığından güçlü bir şekilde etkilenecektir. Ultrason dizisinin fiziksel parametrelerinin ayarlanarak hem yavaş (1 mm/sn11,16'yakadar) hem de hızlı akışların (birkaç m/s'ye kadar) incelenmesine izin verir. Mekansal çözünürlük ve penetrasyon derinliği arasında bir denge vardır. Tipik olarak, yaklaşık 5 mm penetrasyon pahasına 50 μm çözünürlük elde edilebilir. Tersine, penetrasyon 1 mm çözünürlük maliyetine 15-20 cm'ye kadar uzatılabilir. Bu makalede kullanılan tarayıcı gibi çoğu ultra hızlı tarayıcının yalnızca 2D görüntüler sağladığını belirtmek gerekir.
Burada, ultra hızlı Doppler görüntüleme kavramını tanıtmak için basit bir protokol öneriyoruz, programlanabilir bir araştırma ultrason tarayıcısı ve doppler hayalet biyolojik dokuya gömülü bir damarı (arter veya damar) taklit ediyor.

<table><tbody><tr><td>Blood-mimicking fluid</td><td>CIRS Inc, Norfolk, Virginia, USA</td><td>069DTF</td><td></td></tr><tr><td>Doppler flow phantom</td><td>CIRS Inc, Norfolk, Virginia, USA</td><td>ATS523A</td><td></td></tr><tr><td>Matlab</td><td>MathWorks, Natick, Massachusetts, United States</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Peristaltic pump / Doppler flow pump</td><td>CIRS Inc, Norfolk, Virginia, USA</td><td>769</td><td>Include tubings and pulse dampener</td></tr><tr><td>Transducer adpter</td><td>Verasonics, Kirkland, Washington, USA</td><td>UTA 408-GE</td><td></td></tr><tr><td>Ultrafast ultrasound research scanner</td><td>Verasonics, Kirkland, Washington, USA</td><td>Vantage 256</td><td></td></tr><tr><td>Ultrasound probe/transducer</td><td>GE Healthcare</td><td>GE 9L-D</td><td></td></tr></tbody></table>

blood flow imaging with ultrafast doppler

Atımlı-Doppler etkisi, kan akışını değerlendirmek için klinik ekografyada kullanılan ana tekniktir. Geleneksel odaklanmış ultrason Doppler modları ile uygulanan, birkaç sınırı vardır. İlk olarak, kan akışlarını çevredeki hareketli dokulardan ayırt etmek için ince ayarlanmış bir sinyal filtreleme operasyonuna ihtiyaç vardır. İkincisi, operatör kan akışlarını lokalize etmek veya ölçmek arasında seçim yapmalıdır. Son yirmi yılda ultrason görüntüleme, odaklanmamış dalgalar kullanılarak ultra hızlı ultrasonun ortaya çıkmasıyla bir paradigma değişikliğine uğramıştır. Kare hızında yüz kat artışa (10000 Hz'e kadar) ek olarak, bu yeni teknik aynı zamanda geleneksel nicelik / yerelleştirme ticaretini de bozarak görüş alanının tam bir kan akışı eşlemesini ve tek piksel seviyesinde (50 μm'ye kadar) ince hız ölçümlerine eşzamanlı erişim sunar. Hem mekansal hem de zamansal boyutlardaki bu veri sürekliliği doku/kan filtreleme sürecini güçlü bir şekilde iyileştirir ve bu da küçük kan akışı hızlarına (1 mm/sn'ye kadar) duyarlılığın artmasına neden olur. Bu yöntem makalesinde, ana parametrelerinin yanı sıra ultra hızlı Doppler kavramını da tanıtmayı hedefliyoruz. Öncelikle odaklanmamış dalga görüntülemenin fiziksel prensiplerini özetliyoruz. Ardından, Doppler sinyal işleme ana adımlarını sunuyoruz. Özellikle, kritik doku/kan akışı ayırma algoritmalarının pratik uygulamasını ve bu filtrelenmiş verilerden hızların çıkarılmasını açıklıyoruz. Bu teorik açıklama in vitro deneyimlerle desteklenmiştir. Akan kan taklit sıvısı ile bir kanal gömen bir doku hayaleti, araştırma programlanabilir ultrason sistemi ile görüntülenmiştir. Bir kan akışı görüntüsü elde edilir ve akış özellikleri kanalda birkaç piksel için görüntülenir. Son olarak, karotis, böbrek, tiroid, beyin ve kalp gibi çeşitli organlarda örnekler gösteren in vivo uygulamaların gözden geçirilmesi önerilmektedir.

Satın alma ve işlem sonrası kalitesi öncelikle görsel inceleme ile değerlendirilir. Kanalın şekli güç Doppler görüntüsünde açıkça görülmeli ve doku alanı karanlık görünmelidir. Güç Doppler sinyali kanalla sınırlı değilse, dağınıklık filtresi adımının yanlış gittiği (SVD eşiği çok düşük) veya probun alım sırasında güçlü bir hareket yaşadığı anlamına gelebilir.
Görsel incelemeden sonra, kanalın içindeki spektrogramın incelenmesi, deneyi...

Watch this Scientific Journal Video about Blood Flow Imaging with Ultrafast Doppler at JoVE.com

Blood Flow Imaging with Ultrafast Doppler

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.

Ultra Hızlı Doppler ile Kan Akışı Görüntüleme

The pulsed-Doppler effect is the main technique used in clinical echography to assess blood flow. Applied with conventional focused ultrasound Doppler ...

blood-flow-imaging-with-ultrafast-doppler

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Electrical Engineering

Anatomy and Physiology

Bioengineering

Unit 1

Sampling

Blood Vessels and Circulation

SCIENTISTS IN ACTION

7.4K Görüntüleme.  The Hospital for Sick Children, PGCRL Research Institute. 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.

Video: Blood Flow Imaging with Ultrafast Doppler

Doppler Optical Coherence Tomography of Retinal Circulation

Noncontact retinal blood flow measurements are performed with a Fourier domain optical coherence tomography (OCT) system using a circumpapillary double circular scan (CDCS) that scans around the optic nerve head at 3.40 mm and 3.75 mm diameters. The double concentric circles are performed 6 times consecutively over 2 sec. The CDCS scan is saved with Doppler shift information from which flow can be calculated. The standard clinical protocol calls for 3 CDCS scans made with the OCT beam passing through the superonasal edge of the pupil and 3 CDCS scan through the inferonal pupil. This double-angle protocol ensures that acceptable Doppler angle is obtained on each retinal branch vessel in at least 1 scan. The CDCS scan data, a 3-dimensional volumetric OCT scan of the optic disc scan, and a color photograph of the optic disc are used together to obtain retinal blood flow measurement on an eye. We have developed a blood flow measurement software called "Doppler optical coherence tomography of retinal circulation" (DOCTORC). This semi-automated software is used to measure total retinal blood flow, vessel cross section area, and average blood velocity. The flow of each vessel is calculated from the Doppler shift in the vessel cross-sectional area and the Doppler angle between the vessel and the OCT beam. Total retinal blood flow measurement is summed from the veins around the optic disc. The results obtained at our Doppler OCT reading center showed good reproducibility between graders and methods (&lt;10%). Total retinal blood flow could be useful in the management of glaucoma, other retinal diseases, and retinal diseases. In glaucoma patients, OCT retinal blood flow measurement was highly correlated with visual field loss (R2&gt;0.57 with visual field pattern deviation). Doppler OCT is a new method to perform rapid, noncontact, and repeatable measurement of total retinal blood flow using widely available Fourier-domain OCT instrumentation. This new technology may improve the practicality of making these measurements in clinical studies and routine clinical practice.

Total retinal blood flow is measured by Doppler optical coherence tomography and semi-automated grading software.

Retina Sirkülasyon Doppler Optik Koherens Tomografi

Noncontact retinal blood flow measurements are performed with a Fourier domain optical coherence tomography (OCT) system using a circumpapillary double ...

Tıp

Micro-particle Image Velocimetry for Velocity Profile Measurements of Micro Blood Flows

Micro-particle image velocimetry (&mu;PIV) is used to visualize paired images of micro particles seeded in blood flows. The images are cross-correlated to give an accurate velocity profile. A protocol is presented for &mu;PIV measurements of blood flows in microchannels. At the scale of the microcirculation, blood cannot be considered a homogeneous fluid, as it is a suspension of flexible particles suspended in plasma, a Newtonian fluid. Shear rate, maximum velocity, velocity profile shape, and flow rate can be derived from these measurements. Several key parameters such as focal depth, particle concentration, and system compliance, are presented in order to ensure accurate, useful data along with examples and representative results for various hematocrits and flow conditions.

Micro-particle image velocimetry (&mu;PIV) is used to visualize paired images of micro particles seeded in blood flows which are cross-correlated to give an accurate velocity profile. Shear rate, maximum velocity, velocity profile shape, and flow rate, each of which has clinical applications, can be derived from these measurements.

Mikro Kan akış hızı Profil ölçümleri için mikro-parçacık imaj velosimetri

Micro-particle image velocimetry (&mu;PIV) is used to visualize paired images of micro particles seeded in blood flows. The images are cross-correlated to ...

Biyomühendislik

Using Laser Doppler Imaging and Monitoring to Analyze Spinal Cord Microcirculation in Rat

Laser Doppler flowmetry (LDF) is a noninvasive method for blood flow (BF) measurement, which makes it preferable for measuring microcirculatory alterations of the spinal cord. In this article, our goal was to use both Laser Doppler imaging and monitoring to analyze the change of BF after spinal cord injury. Both the laser Doppler image scanner and the probe/monitor were being employed to obtain each readout. The data of LDPI provided a local distribution of BF, which gave an overview of perfusion around the injury site and made it accessible for comparative analysis of BF among different locations. By intensely measuring the probing area over a period of time, a combined probe was used to simultaneously measure the BF and oxygen saturation of the spinal cord, showing overall spinal cord perfusion and oxygen supply. LDF itself has a few limitations, such as relative flux, sensitivity to movement, and biological zero signal. However, the technology has been applied in clinical and experimental study due to its simple setup and rapid measurement of BF.

Here we present a combination of laser Doppler perfusion imaging (LDPI) and laser Doppler perfusion monitoring (LDPM) to measure spinal cord local blood flows and oxygen saturation (SO2), as well as a standardized procedure for introducing spinal cord trauma on rat.

Lazer Doppler görüntüleme ve izleme sıçan Spinal kord mikro analiz etmek için kullanma

Laser Doppler flowmetry (LDF) is a noninvasive method for blood flow (BF) measurement, which makes it preferable for measuring microcirculatory ...

Davranış

A Novel Application of Musculoskeletal Ultrasound Imaging

Ultrasound is an attractive modality for imaging muscle and tendon motion during dynamic tasks and can provide a complementary methodological approach for biomechanical studies in a clinical or laboratory setting. Towards this goal, methods for quantification of muscle kinematics from ultrasound imagery are being developed based on image processing. The temporal resolution of these methods is typically not sufficient for highly dynamic tasks, such as drop-landing. We propose a new approach that utilizes a Doppler method for quantifying muscle kinematics. We have developed a novel vector tissue Doppler imaging (vTDI) technique that can be used to measure musculoskeletal contraction velocity, strain and strain rate with sub-millisecond temporal resolution during dynamic activities using ultrasound. The goal of this preliminary study was to investigate the repeatability and potential applicability of the vTDI technique in measuring musculoskeletal velocities during a drop-landing task, in healthy subjects. The vTDI measurements can be performed concurrently with other biomechanical techniques, such as 3D motion capture for joint kinematics and kinetics, electromyography for timing of muscle activation and force plates for ground reaction force. Integration of these complementary techniques could lead to a better understanding of dynamic muscle function and dysfunction underlying the pathogenesis and pathophysiology of musculoskeletal disorders.

We describe a new ultrasound-based vector tissue Doppler imaging technique to measure muscle contraction velocity, strain and strain rate with sub-millisecond temporal resolution during dynamic activities. This approach provides complementary measurements of dynamic muscle function and could lead to a better understanding of mechanisms underlying musculoskeletal disorders.

Kas-iskelet Ultrason Görüntüleme Bir Roman Uygulama

Ultrasound is an attractive modality for imaging muscle and tendon  motion during dynamic tasks and can provide a complementary methodological  approach ...

Ultrasound Assessment of Flow-Mediated Dilation of the Brachial and Superficial Femoral Arteries in Rats

Arterial vasodilation to increases in wall shear rate is indicative of vascular endothelial function. In humans, the non-invasive measurement of endothelial function can be achieved by employing the flow-mediated dilation technique, typically performed in the brachial or superficial femoral artery. Briefly, a blood pressure cuff placed distal to an ultrasound probe is inflated to a suprasystolic pressure, which results in limb ischemia. After 5 min of occlusion the cuff is deflated, resulting in reactive hyperemia and increases in wall shear rate that signal vasodilatory molecules to be released from the endothelium eliciting vasodilation. Despite the thousands of studies performing flow-mediated dilation in humans, surprisingly, no studies have performed this technique non-invasively in living rats. Considering the recent shift in focus to translational research, the establishment of guidelines for non-invasive measurement of flow-mediated dilation in rats and other rodents would be extremely valuable. In the following article, a protocol is presented for the non-invasive measurement of flow-mediated dilation in brachial and superficial femoral arteries of rats, as those sites are most commonly measured in humans.

Non-invasive assessment of endothelial function in humans can be determined by the flow-mediated dilation technique. Although thousands of studies have used this technique, no study has performed this technique non-invasively in rats. The following article describes non-invasive measurement of flow-mediated dilation in the brachial and superficial femoral arteries of rats.

Flow-Aracılı brakiyal dilatasyonu ve Sıçanlarda Yüzeyel Femoral Arter Ultrason Değerlendirmesi

Arterial vasodilation to increases in wall shear rate is indicative of vascular endothelial function. In humans, the non-invasive measurement of ...

Spatial Temporal Analysis of Fieldwise Flow in Microvasculature

Changes in blood flow velocity and distribution are vital in maintaining tissue and organ perfusion in response to varying cellular needs. Further, appearance of defects in microcirculation can be a primary indicator in the development of multiple pathologies. Advances in optical imaging have made intravital microscopy (IVM) a practical approach, permitting imaging at the cellular and subcellular level in live animals at high-speed over time. Yet, despite the importance of maintaining adequate tissue perfusion, spatial and temporal variability in capillary flow is seldom documented. In the standard approach, a small number of capillary segments are chosen for imaging over a limited time. To comprehensively quantify capillary flow in an unbiased way we developed Spatial Temporal Analysis of Fieldwise Flow (STAFF), a macro for FIJI open-source&#160;image analysis software. Using high-speed image sequences of full fields of blood flow within capillaries, STAFF produces&#160;images that represent motion over time called kymographs for every time interval for every vascular segment. From the kymographs STAFF calculates velocities from the distance that red blood cells move over time, and outputs the velocity data as a sequence of color-coded spatial maps for visualization and tabular output for quantitative analyses. In normal mouse livers, STAFF analyses quantified profound differences in flow velocity between pericentral and periportal regions within lobules. Even more unexpected are the differences in flow velocity seen between sinusoids&#160;that are side by side and fluctuations seen within individual vascular segments over seconds. STAFF is a powerful new tool capable of providing novel insights by enabling measurement of the complex spatiotemporal dynamics of capillary flow.

To quantify microvascular flow from high speed capillary flow image sequences, we developed STAFF (Spatial Temporal Analysis of Fieldwise Flow) software. Across the full image field and over time, STAFF evaluates flow velocities and generates a sequence of color-coded spatial maps for visualization and tabular output for quantitative analyses.

Mikrovaskülüste AlanSal Akışın Mekansal Zamansal Analizi

Changes in blood flow velocity and distribution are vital in maintaining tissue and organ perfusion in response to varying cellular needs. Further, ...

A Novel Approach to Overcome Movement Artifact When Using a Laser Speckle Contrast Imaging System for Alternating Speeds of Blood Microcirculation

The laser speckle contrast imager (LSCI) provides a powerful yet simple technique for measuring microcirculatory blood flow. Ideal for blood dynamic responses, the LSCI is used in the same way as a conventional Laser Doppler Imager (LDI). However, with a maximum skin depth of approximately 1 mm, the LSCI is designed to focus on mainly superficial blood flow. It is used to measure skin surface areas of up to 15 cm x 20 cm. The new technique introduced in this paper accounts for alternating speeds of microcirculations; i.e. both slow and fast flow flux measurement using the LSCI. The novel technique also overcomes LSCI&#39;s biggest shortcoming, which is high sensitivity to artifact movement. An adhesive opaque patch (AOP) is introduced for satisfactory recording of microcirculatory blood flow, by subtracting the LSCI signal from the AOP from the laser speckle skin signal. The optimal setting is also defined because the LSCI is most powerful when flux changes are measured relative to a reference baseline, with blood microcirculatory flux expressed as a percentage change from the baseline. These changes may be used for analyzing the status of the blood flow system.

This study introduces a novel technique for the measurement and analysis of alternating speeds of blood microcirculation in a single experiment using a laser speckle contrast imager.

Görüntüleme sistemi hızları kan mikrosirkulasyon değerlendirme alternatif için bir lazer benek kontrast kullanırken hareket artefaktı üstesinden gelmek için yeni bir yaklaşım

The laser speckle contrast imager (LSCI) provides a powerful yet simple technique for measuring microcirculatory blood flow. Ideal for blood dynamic ...

Human Fetal Blood Flow Quantification with Magnetic Resonance Imaging and Motion Compensation

Magnetic resonance imaging (MRI) is an important tool for the clinical assessment of cardiovascular morphology and heart function. It is also the recognized standard-of-care for blood flow quantification based on phase contrast MRI. While such measurement of blood flow has been possible in adults for decades, methods to extend this capability to fetal blood flow have only recently been developed.
Fetal blood flow quantification in major vessels is important for monitoring fetal pathologies such as congenital heart disease (CHD) and fetal growth restriction (FGR). CHD causes alterations in the cardiac structure and vasculature that change the course of blood in the fetus. In FGR, the path of blood flow is altered through the dilation of shunts such that the oxygenated blood supply to the brain is increased. Blood flow quantification enables assessment of the severity of the fetal pathology, which in turn allows for suitable&#160;in utero&#160;patient management and planning for postnatal care.
The primary challenges of applying phase contrast MRI to the human fetus include small blood vessel size, high fetal heart rate, potential MRI data corruption due to maternal respiration, unpredictable fetal movements, and lack of conventional cardiac gating methods to synchronize data acquisition. Here, we describe recent technical developments from our lab that have enabled the quantification of fetal blood flow using phase contrast MRI, including advances in accelerated imaging, motion compensation, and cardiac gating.

Here we present a protocol for measuring fetal blood flow rapidly with MRI and retrospectively performing motion correction and cardiac gating.

Manyetik Rezonans Görüntüleme ve Hareket Telafisi ile İnsan Fetal Kan Akımı Ölçümü

Magnetic resonance imaging (MRI) is an important tool for the clinical assessment of cardiovascular morphology and heart function. It is also the ...

Ultrafast Doppler Ultrasound for Hepatic Microvasculature Analysis in Mice

Imaging and Quantification of the Hepatic Vasculature of Mice Using Ultrafast Doppler Ultrasound

Non-invasive in vivo imaging of the vasculature is a powerful tool for studying disease mechanisms in rodents. To achieve high sensitivity imaging of the microvasculature using Doppler ultrasound methods, imaging modalities employing the concept of ultrafast imaging are preferred. By increasing the frame rate of the ultrasound scanner to thousands of frames per second, it becomes possible to improve the sensitivity of the blood flow down to 2 mm/s and to obtain functional information about the microcirculation in comparison to a sensitivity of around 1 cm/s in conventional Doppler modes. While Ultrafast Doppler ultrasound (UFUS) imaging has become adopted in neuroscience, where it can capture brain activity through neurovascular coupling, it presents greater challenges when imaging the vasculature of abdominal organs due to larger motions linked to breathing. The liver, positioned anatomically under the diaphragm, is particularly susceptible to out-of-plane movement and oscillating respiratory motion. These artifacts not only adversely affect Doppler imaging but also complicate the anatomical analysis of vascular structures and the computation of vascular parameters. Here, we present a qualitative and quantitative imaging analysis of the hepatic vasculature in mice by UFUS. We identify major anatomical vascular structures and provide graphical illustrations of the hepatic macroscopical anatomy, comparing it to an in-depth anatomical assessment of the hepatic vasculature based on Doppler readouts. Additionally, we have developed a quantification protocol for robust measurements of hepatic blood volume of the microvasculature over time. To contemplate further research, qualitative vascular analysis provides a comprehensive overview and suggests a standardized terminology for researchers working with mouse models of liver disease. Furthermore, it offers the opportunity to apply ultrasound as a non-invasive complementary method to inspect hepatic vascular defects in vivo and measure functional microvascular alterations deep within the organ before unraveling blood vessel anomalies at the micron scale levels using ex vivo staining on tissue sections.

Ultrafast Doppler ultrasound (UFUS) with high spatial resolution (100 &#956;m) and sensitivity represents a suitable noninvasive imaging modality for obtaining a comprehensive qualitative overview of the hepatic vasculature. UFUS also facilitates quantitative measurements of the microvasculature, aiming to enhance our understanding of vascular disease mechanisms.

Non-invasive in vivo imaging of the vasculature is a powerful tool for studying disease mechanisms in rodents. To achieve high sensitivity imaging of the ...

Deep Vascular Imaging in the Eye with Flow-Enhanced Ultrasound

The retina within the eye is one of the most energy-demanding tissues in the body and thus requires high rates of oxygen delivery from a rich blood supply. The capillary lamina of the choroid lines the outer surface of the retina and is the dominating source of oxygen in most vertebrate retinas. However, this vascular bed is challenging to image with traditional optical techniques due to its position behind the highly light-absorbing retina. Here we describe a high-frequency ultrasound technique with subsequent flow-enhancement to image deep vascular beds (0.5-3 cm) of the eye with a high spatiotemporal resolution. This non-invasive method works well in species with nucleated red blood cells (non-mammalian and fetal animal models). It allows for the generation of non-invasive three-dimensional angiographies without the use of contrast agents, and it is independent of blood flow angles with a higher sensitivity than Doppler-based ultrasound imaging techniques.

We present a non-invasive ultrasound technique for generating three-dimensional angiographies in the eye without the use of contrast agents.

Flow-Enhanced Ultrason ile Gözde Derin Vasküler Görüntüleme

The retina within the eye is one of the most energy-demanding tissues in the body and thus requires high rates of oxygen delivery from a rich blood ...