Schatting van myocard beweging in hoge tijdsresolutie echocardiografie

Hart- en vaatziekten zijn een groot probleem voor de volksgezondheid en de diagnose ervan gebeurt aan de hand van klinisch onderzoek dat ingewikkeld kan zijn. Studies tonen aan dat de beoordeling van de functie van het linker ventrikel (LV), d.w.z. het vermogen van het hart om bloed te laten circuleren in het lichaam, leidt tot een betere diagnose en behandeling. Beeldvorming van de myocardiale vervorming tijdens de cardiale cyclus op basis van echocardiografie werd geïntroduceerd om de regionale vervorming van het hart en de snelheid van deze vervorming (strain rate, SR) te beoordelen. Van de technieken die tot nu toe zijn voorgesteld, is speckle tracking echocardiografie (STE), wat een semi-automatische en hoekonafhankelijke kwantificering van de myocardiale deformatie mogelijk maakt, nuttig gebleken bij een groot aantal hartaandoeningen. In de huidige klinische praktijk is STE echter gebaseerd op conventionele beeldvorming in B-mode met een relatief lage frame rate (FR) die doorgaans lager is dan 80 Hz, waardoor de tijdsresolutie van de beoordeling van de cardiale mechanica beperkt is. Met de beschikbare FR kunnen sommige cardiale mechanische fasen waarvan bekend is dat ze geassocieerd zijn met zeer snelle bewegingen en de vervorming van het myocardium niet nauwkeurig worden bestudeerd, hoewel ze mogelijk belangrijke informatie over cardiale (patho)fysiologie kunnen bevatten.

De laatste tijd zijn er geavanceerde beeldvormingstechnieken ontwikkeld om high frame rate (HFR) echocardiografie mogelijk te maken en zo de hartfunctie beter te kunnen beoordelen. Er werd aangetoond dat HFR-beeldvorming inderdaad aanvullende informatie kan verschaffen over de timing van de mechanische cardiale fasen en de kwaliteit van de tijdsafhankelijke parameters kan verbeteren. De HFR-technieken kunnen in twee groepen worden verdeeld: de ene is gebaseerd op de gelijktijdige transmissie in verschillende richtingen van meerdere gefocusseerde (convergente) geluidsbundels, terwijl de tweede is gebaseerd op niet gefocusseerde (divergente of vlakke) geluidsbundels gecombineerd met grootschalige parallelle beeldreconstructie bij ontvangst en coherente samenvoeging.

Het doel van dit proefschrift was daarom om een nieuw STE-algoritme te introduceren dat specifiek is ontwikkeld voor HFR-beeldvorming. Aangezien de bovengenoemde STE-algoritmen bij lage FR's werken, kunnen ze niet rechtstreeks worden toegepast op HFR-beeldvorming omdat de beweging tussen frames dan erg klein wordt. Daarom werd eerst een HFR STE-methode ontwikkeld, gevalideerd en in vivo getest. Vervolgens werden, om de werking van de voorgestelde methode verder te verbeteren, verschillende HFR-scantechnieken, beamforming-algoritmen en clutterfilters onderzocht. Daarna werd het verbeterde algoritme ingezet in een klinische omgeving waar het werd gebruikt om nieuwe biomarkers te meten om de diastolische hartfunctie te beoordelen en om stresstestgegevens kwantitatief te analyseren. Tot slot, aan het einde van dit doctoraatsproject, tijdens een stage aan de Universiteit van Florence (Italië), werd klinische gebruik van HFR STE beter mogelijk gemaakt door op een high-end scanner in HFR-modus de cardiale deformatie te schatten en door een efficiëntere versie van het voorgestelde algoritme te implementeren op een experimentele machine.