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Imagem de alta largura de banda de ultra-som Doppler de taxa de quadros para mapeamento de instabilidade de fluxo



Demonstrou-se que a instabilidade do fluxo contribui para o risco de eventos cardiovasculares e cerebrovasculares futuros. No entanto, é um desafio detectar e identificar de forma não invasiva a instabilidade do fluxo nos vasos sanguíneos. Aqui, apresentamos um novo framework chamado Doppler Ultrassonografia por Largura de Banda ( DUBI ) que utiliza princípios de análise de ultrassonografia e Doppler de alta taxa para avaliar a instabilidade do fluxo em uma visualização de imagem.

Métodos
A imagem por largura de banda de ultrassom com Doppler procura estimar a largura de banda Doppler instantânea com base na modelagem autoregressiva em cada posição de pixel de quadros de dados adquiridos de pulsos de ondas planas de alta taxa de quadros. Essa nova estrutura baseia-se no princípio de que a instabilidade de fluxo naturalmente dá origem a uma ampla faixa de velocidades de fluxo sobre um volume de amostra, e essa faixa de velocidade, por sua vez, produz uma estimativa maior de largura de banda de Doppler. A capacidade do DUBI para mapear o fluxo instável foi testada em uma série de condições de fluxo de fluido (variando de laminar a turbulento) com um fantoma de fluxo de bico. Como demonstração adicional, o DUBI foi aplicado para avaliar a instabilidade do fluxo em fantomas de bifurcação carotídea saudáveis ??e estenosados.

Resultados
Os resultados do simulacro do fluxo do bocal mostraram que o DUBI pode efetivamente detectar e visualizar a diferença na magnitude da largura de banda do Doppler (aumentada de 2,1 a 5,2 kHz ) em regiões de fluxo estáveis ??e instáveis ??em uma visualização de imagem. A análise das características de operação do receptor também mostrou que o DUBI pode alcançar sensibilidade e especificidade ótimas de 0,72 e 0,83, respectivamente. Nos experimentos com fantasma carotídeo, foram observadas diferenças na dinâmica espaço-temporal da largura de banda do Doppler ao longo de um ciclo cardíaco. Especificamente, como o grau de estenose aumentou (de 50% para 75%), o DUBI mostrou um aumento na magnitude da largura de banda do Doppler de 1,4 kH z na bifurcação saudável para 7,7 kHz na cauda do jato localizada a jusante de um local de estenose de 75%, indicando, assim, perturbação do fluxo nas bifurcações estenosadas.

Conclusão
DUBI pode detectar fluxo instável. Essa nova técnica pode fornecer informações hemodinâmicas úteis que podem auxiliar no diagnóstico clínico da aterosclerose.

Fonte: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6488013/

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Texto Original



Flow instability has been shown to contribute to the risk of future cardiovascular and cerebrovascular events. Nonetheless, it is challenging to noninvasively detect and identify flow instability in blood vessels. Here, we present a new framework called Doppler ultrasound bandwidth imaging (DUBI) that uses high?frame?rate ultrasound and Doppler bandwidth analysis principles to assess flow instability within an image view.

Methods
Doppler ultrasound bandwidth imaging seeks to estimate the instantaneous Doppler bandwidth based on autoregressive modeling at every pixel position of data frames acquired from high?frame?rate plane wave pulsing. This new framework is founded upon the principle that flow instability naturally gives rise to a wide range of flow velocities over a sample volume, and such velocity range in turn yields a larger Doppler bandwidth estimate. The ability for DUBI to map unstable flow was first tested over a range of fluid flow conditions (ranging from laminar to turbulent) with a nozzle?flow phantom. As a further demonstration, DUBI was applied to assess flow instability in healthy and stenosed carotid bifurcation phantoms.

Results
Nozzle?flow phantom results showed that DUBI can effectively detect and visualize the difference in Doppler bandwidth magnitude (increased from 2.1 to 5.2 kHz) at stable and unstable flow regions in an image view. Receiver operating characteristic analysis also showed that DUBI can achieve optimal sensitivity and specificity of 0.72 and 0.83, respectively. In the carotid phantom experiments, differences were observed in the spatiotemporal dynamics of Doppler bandwidth over a cardiac cycle. Specifically, as the degree of stenosis increased (from 50% to 75%), DUBI showed an increase in Doppler bandwidth magnitude from 1.4 kHz in the healthy bifurcation to 7.7 kHz at the jet tail located downstream from a 75% stenosis site, thereby indicating flow perturbation in the stenosed bifurcations.

Conclusion
DUBI can detect unstable flow. This new technique can provide useful hemodynamic information that may aid clinical diagnosis of atherosclerosis.


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