Validation in-vivo des techniques d’élastographie ultrasonore, invasive et non-invasive, à l’aide d’un modèle porcin

Il est maintenant admis que la composition de la plaque athérosclérotique est un déterminant majeur de sa vulnérabilité à se rompre. Vu que la composition de la plaque affecte ses propriétés mécaniques, l'évaluation locale des propriétés mécaniques de la plaque d'athérome peut nous informer sur sa vulnérabilité. L'objectif est de comparer les techniques d’élastographie ultrasonores endovasculaire (EVE) et non-invasive (NIVE) en fonction de leur potentiel à identifier les composantes calcifiées et lipidiques de la plaque. Les acquisitions intravasculaire et extravasculaire ont été effectuées sur les artères carotidiennes de neuf porcs hypercholestérolémiques à l’aide d’un cathéter de 20 MHz et d'une sonde linéaire de 7.5 MHz, respectivement. Les valeurs de déformation radiale et axiale, rapportés par EVE et NIVE, ont été corrélées avec le pourcentage des zones histologiques calcifiées et lipidiques pour cinq plaques. Nos résultats démontrent une bonne corrélation positive entre les déformations et les composantes calcifiées (r2 = 0.82, P = 0.034 valeur par EVE et r2 = 0.80, P = 0.041 valeur par NIVE). Une forte corrélation entre les déformations axiales et les contenus lipidiques par NIVE (r2 = 0.92, P-value = 0.010) a été obtenue. En conclusion, NIVE et EVE sont des techniques potentielles pour identifier les composants de la plaque et aider les médecins à diagnostiquer précocement les plaques vulnérables.

REALISTIC IVUS IMAGE GENERATION IN DIFFERENT INTRALUMINAL PRESSURES

Intravascular ultrasound (IVUS) phantoms are important to calibrate and evaluate many IVUS imaging processing tasks. However, phantom generation is never the primary focus of related works; hence, it cannot be well covered, and is usually based on more than one platform, which may not be accessible to investigators. Therefore, we present a framework for creating representative IVUS phantoms, for different intraluminal pressures, based on the finite element method and Field II. First, a coronary cross-section model is selected. Second, the coronary regions are identified to apply the properties. Third, the corresponding mesh is generated. Fourth, the intraluminal force is applied and the deformation computed. Finally, the speckle noise is incorporated. The framework was tested taking into account IVUS contrast, noise and strains. The outcomes are in line with related studies and expected values. Moreover, the framework toolbox is freely accessible and fully implemented in a single platform. (E-mail: fernando.okara@gmail.com) (c) 2012 World Federation for Ultrasound in Medicine & Biology.

Abdominal aortic aneurysm follow-up after endovascular repair in a canine model with non-invasive vascular elastography

Le traitement chirurgical des anévrismes de l'aorte abdominale est de plus en plus remplacé par la réparation endovasculaire de l’anévrisme (« endovascular aneurysm repair », EVAR) en utilisant des endoprothèses (« stent-grafts », SGs). Cependant, l'efficacité de cette approche moins invasive est compromise par l'incidence de l'écoulement persistant dans l'anévrisme, appelé endofuites menant à une rupture d'anévrisme si elle n'est pas détectée. Par conséquent, une surveillance de longue durée par tomodensitométrie sur une base annuelle est nécessaire ce qui augmente le coût de la procédure EVAR, exposant le patient à un rayonnement ionisants et un agent de contraste néphrotoxique. Le mécanisme de rupture d'anévrisme secondaire à l'endofuite est lié à une pression du sac de l'anévrisme proche de la pression systémique. Il existe une relation entre la contraction ou l'expansion du sac et la pressurisation du sac. La pressurisation résiduelle de l'anévrisme aortique abdominale va induire une pulsation et une circulation sanguine à l'intérieur du sac empêchant ainsi la thrombose du sac et la guérison de l'anévrisme. L'élastographie vasculaire non-invasive (« non-invasive vascular elastography », NIVE) utilisant le « Lagrangian Speckle Model Estimator » (LSME) peut devenir une technique d'imagerie complémentaire pour le suivi des anévrismes après réparation endovasculaire. NIVE a la capacité de fournir des informations importantes sur l'organisation d'un thrombus dans le sac de l'anévrisme et sur la détection des endofuites. La caractérisation de l'organisation d'un thrombus n'a pas été possible dans une étude NIVE précédente. Une limitation de cette étude était l'absence d'examen tomodensitométrique comme étalon-or pour le diagnostic d'endofuites. Nous avons cherché à appliquer et optimiser la technique NIVE pour le suivi des anévrismes de l'aorte abdominale (AAA) après EVAR avec endoprothèse dans un modèle canin dans le but de détecter et caractériser les endofuites et l'organisation du thrombus. Des SGs ont été implantés dans un groupe de 18 chiens avec un anévrisme créé dans l'aorte abdominale. Des endofuites de type I ont été créés dans 4 anévrismes, de type II dans 13 anévrismes tandis qu’un anévrisme n’avait aucune endofuite. L'échographie Doppler (« Doppler ultrasound », DUS) et les examens NIVE ont été réalisés avant puis à 1 semaine, 1 mois, 3 mois et 6 mois après l’EVAR. Une angiographie, une tomodensitométrie et des coupes macroscopiques ont été réalisées au moment du sacrifice. Les valeurs de contrainte ont été calculées en utilisant l`algorithme LSME. Les régions d'endofuite, de thrombus frais (non organisé) et de thrombus solide (organisé) ont été identifiées et segmentées en comparant les résultats de la tomodensitométrie et de l’étude macroscopique. Les valeurs de contrainte dans les zones avec endofuite, thrombus frais et organisé ont été comparées. Les valeurs de contrainte étaient significativement différentes entre les zones d'endofuites, les zones de thrombus frais ou organisé et entre les zones de thrombus frais et organisé. Toutes les endofuites ont été clairement caractérisées par les examens d'élastographie. Aucune corrélation n'a été trouvée entre les valeurs de contrainte et le type d'endofuite, la pression de sac, la taille des endofuites et la taille de l'anévrisme.

Efficient implementations of a pseudodynamical stochastic filtering strategy for static elastography

A computationally efficient pseudodynamical filtering setup is established for elasticity imaging (i.e., reconstruction of shear modulus distribution) in soft-tissue organs given statically recorded and partially measured displacement data. Unlike a regularized quasi-Newton method (QNM) that needs inversion of ill-conditioned matrices, the authors explore pseudodynamic extended and ensemble Kalman filters (PD-EKF and PD-EnKF) that use a parsimonious representation of states and bypass explicit regularization by recursion over pseudotime. Numerical experiments with QNM and the two filters suggest that the PD-EnKF is the most robust performer as it exhibits no sensitivity to process noise covariance and yields good reconstruction even with small ensemble sizes.

Microsurgical Aneurysm Model in Rats and Mice: Development of Endovascular Treatment and Optimization of Magnetic Resonance Imaging

The rupture of a cerebral artery aneurysm causes a devastating subarachnoid hemorrhage (SAH), with a mortality of almost 50% during the first month. Each year, 8-11/100 000 people suffer from aneurysmal SAH in Western countries, but the number is twice as high in Finland and Japan. The disease is most common among those of working age, the mean age at rupture being 50-55 years. Unruptured cerebral aneurysms are found in 2-6% of the population, but knowledge about the true risk of rupture is limited. The vast majority of aneurysms should be considered rupture-prone, and treatment for these patients is warranted. Both unruptured and ruptured aneurysms can be treated by either microsurgical clipping or endovascular embolization. In a standard microsurgical procedure, the neck of the aneurysm is closed by a metal clip, sealing off the aneurysm from the circulation. Endovascular embolization is performed by packing the aneurysm from the inside of the vessel lumen with detachable platinum coils. Coiling is associated with slightly lower morbidity and mortality than microsurgery, but the long-term results of microsurgically treated aneurysms are better. Endovascular treatment methods are constantly being developed further in order to achieve better long-term results. New coils and novel embolic agents need to be tested in a variety of animal models before they can be used in humans. In this study, we developed an experimental rat aneurysm model and showed its suitability for testing endovascular devices. We optimized noninvasive MRI sequences at 4.7 Tesla for follow-up of coiled experimental aneurysms and for volumetric measurement of aneurysm neck remnants. We used this model to compare platinum coils with polyglycolic-polylactic acid (PGLA) -coated coils, and showed the benefits of the latter in this model. The experimental aneurysm model and the imaging methods also gave insight into the mechanisms involved in aneurysm formation, and the model can be used in the development of novel imaging techniques. This model is affordable, easily reproducible, reliable, and suitable for MRI follow-up. It is also suitable for endovascular treatment, and it evades spontaneous occlusion.

Elastic property estimation using Ultrasound Assisted Optical Elastography through Remote Palpation - A simulation study - art. no. 61640Q

We propose an effective elastography technique in which an acoustic radiation force is used for remote palpation to generate localized tissue displacements, which are directly correlated to localized variations of tissue stiffness and are measured using a light probe in the same direction of ultrasound propagation. The experimental geometry has provision to input light beam along the ultrasound propagation direction, and hence it can be prealigned to ensure proper interception of the focal region by the light beam. Tissue-mimicking phantoms with homogeneous and isotropic mechanical properties of normal and malignant breast tissue are considered for the study. Each phantom is insonified by a focusing ultrasound transducer (1 MHz). The focal volume of the transducer and the ultrasound radiation force in the region are estimated through solving acoustic wave propagation through medium assuming average acoustic properties. The forward elastography problem is solved for the region of insonification assuming the Lame's parameters and Poisson's ratio, under Dirichlet boundary conditions which gives a distribution of displacement vectors. The direction of displacement, though presented spatial variation, is predominantly towards the ultrasound propagation direction. Using Monte Carlo (MC) simulation we have traced the photons through the phantom and collected the photons arriving at the detector on the boundary of the object in the direction of ultrasound. The intensity correlations are then computed from detected photons. The intensity correlation function computed through MC simulation showed a modulation whose strength is found to be proportional to the amplitude of displacement and inversely related to the storage (elastic) modulus. It is observed that when the storage modulus in the focal region is increased the computed displacement magnitude, as indicated by the depth of modulation in the intensity autocorrelation, decreased and the trend is approximately exponential.