Μη παρεμβατική αγγειακή ελαστογραφία για το χαρακτηρισμό της καρωτίδας

Abstract

Ο σκοπός της διπλωματικής εργασίας ήταν η ανάπτυξη μεθοδολογίας για την εξαγωγή ελαστογραφημάτων από ακολουθίες εικόνων υπερήχων Β-σάρωσης καθώς και ο έλεγχος και η αξιολόγηση των αποτελεσμάτων της. Η μεθοδολογία αυτή περιλαμβάνει την ανάλυση κίνησης των σημείων μιας επιλεγμένης περιοχής ενδιαφέροντος μεταξύ ζευγών εικόνων υπερήχων, τον υπολογισμό των αντίστοιχων μηχανικών καταπονήσεων και τελικά την απεικόνισή τους με κατάλληλο χρωματισμό του αντίστοιχου σημείου της εικόνας. Η τεχνική που αναπτύχθηκε εφαρμόστηκε σε συνθετικές ακολουθίες εικόνων της καρωτίδας και ελέγχθηκε η επίδραση αυξανόμενων επιπέδων θορύβου στα αποτελέσματά της. Τελικά διαπιστώθηκε ότι, η αύξηση του θορύβου προκαλεί σημαντικές διακυμάνσεις στο χρωματισμό των περιοχών ενδιαφέροντος. Εν συνεχεία, η παραπάνω τεχνική εφαρμόστηκε σε πραγματικές ακολουθίες εικόνων της καρωτίδας από υγιή άτομα. Συγκεκριμένα, υπολογίστηκαν ελαστογραφήματα μεταξύ ζευγών εικόνων σε διάρκεια ενός καρδιακού κύκλου. Η διαδικασία αυτή επαναλήφθηκε για 4 υγιή άτομα και με βάση τα ελαστογραφήματα που εξήχθησαν μελετήθηκε η καταπόνηση του κάτω τοιχώματος της καρωτίδας. Επίσης, ελαστογραφήματα κατασκευάστηκαν και από πραγματικές ακολουθίες εικόνων από δύο ασθενείς με αθηρωμάτωση, εστιάζοντας στην αθηρωματική πλάκα και το περιβάλλον τοίχωμα. Με τη βοήθεια των ελαστογραφημάτων αυτών μελετήθηκε η μηχανική συμπεριφορά των αθηρωματικών πλακών κατά τη διάρκεια του καρδιακού κύκλου. Παράλληλα υπολογίστηκαν οι μέσες καταπονήσεις ανά σημείο της περιοχής ενδιαφέροντος για κάθε εξεταζόμενο κατά τη διάρκεια ενός καρδιακού κύκλου και συγκρίθηκαν τα αποτελέσματα. Η μεθοδολογία ανάπτυξης ελαστογραφημάτων μπορεί να αποτελέσει ένα συμπληρωματικό εργαλείο μελέτης των μηχανικών ιδιοτήτων των τοιχωμάτων της καρωτίδας. Επίσης, μπορεί να συμβάλει στον εντοπισμό και στην εξέταση των ελαστικών ιδιοτήτων και της μηχανικής συμπεριφοράς των αθηρωματικών πλακών καθώς και στην αξιολόγηση του κινδύνου που συνιστούν. Περαιτέρω εφαρμογή της μεθόδου σε υγιείς και ασθενείς εξεταζόμενους αναμένεται να παράσχει περισσότερα στοιχεία σχετικά με τη μηχανική συμπεριφορά των ιστών της καρωτίδας.

The purpose of this thesis was the development of a methodology, in order to construct elastograms using B-mode ultrasound images and also to investigate its performance. This methodology consists of the motion analysis of points from a selected region of interest between pairs of ultrasound images, of the calculation of the corresponding mechanical strains and finally of their imaging, via appropriate coloring of the corresponding points of the image. The methodology was applied to synthetic sequences of images of the carotid and the influence of increased levels of image noise was checked. Finally, it was found that increasing noise caused serious fluctuation to the coloring of the regions of interest Then this methodology was applied to real sequences of images of the carotid artery from healthy subjects. Specifically elastograms were computed between pairs of images across a single cardiac cycle. This procedure was repeated for 4 healthy subjects and according to the resulting elastograms the movement of the lower arterial wall of the carotid was studied. Moreover, elastograms were computed using real sequences of images of the carotid artery from patients with atherosclerosis, focusing on the atheromatic plaque and the surrounding arterial wall. With the aid of the resulting elastograms the mechanical properties of the atheromatic plaques were studied during a single cardiac circle. In addition to this, the average strains per point of the region of interest for every subject during a single cardiac circle were computed and subsequently they were compared to each other. This methodology of constructing elastograms can become a useful supplementary tool for the study of the mechanical properties of the carotid artery. In addition to this, it can contribute to locating atheromatic plaques, studying their mechanical properties and also assessing their risk of rupture. Additional application of this method to healthy and pathological subjects can lead to a great deal of information about the mechanical properties of the carotid tissues.