血管内超音波による3D血流速度フィールドの前方視図推定：狭窄の速度推定に対するカテーテルの影響

冠動脈疾患は、最も一般的なタイプの心血管疾患であり、1800万人以上の成人に影響を及ぼし、米国だけで年間365 Kを超える死亡を担当しています。壁のせん断応力（WSS）は、冠動脈疾患におけるプラーク破裂の可能性の新たな指標ですが、3-Dの血流速度とWSSの非侵襲的推定は、深い浸透深度での高い空間分解能の要件があるため、困難です。重要な心臓運動の存在。したがって、カテーテルベースの3-D血管内順方向視聴超音波（FV US）トランスデューサーを使用した最小限の侵襲的イメージングと実験を提案し、現実的な速度と液管障害の流量障害に対するカテーテルの影響を定量化する実験と実験周辺（6.33 mm）と冠動脈（4.74 mm）動脈の両方。外部線形アレイ超音波トランスデューサーを使用して、カテーテルの形状、管腔径、およびカテーテルのさまざまな条件の下で、血管ファントムの2次元速度場を定量化して、粒子想像を介して5000フレームのフレームレートでの狭窄率で狭窄症に対してカテーテルの位置を定量化しました。速度測定（PIV）アプローチ。固体カテーテルは、カテーテルのない症例と比較して速度測定の過小評価を20％以上導入しましたが、中空のカテーテルは<10％の速度過剰を過大評価し、内部血流を可能にする中空のカテーテルの設計が血行動態障害を減らすことを示しています。さらに、末梢動脈と冠動脈の両方で、中空のカテーテルは、コントロールの場合と比較して、最小管腔領域で流速が3％未満の偏差を導入しました。最後に、低周波数、カテーテルベースの3-D血管内FV USトランスデューサーと外部線形アレイ測定を使用して取得した速度測定の間で初期比較が行われました。ml/min。さらなるシステム開発が必要ですが、結果は、狭窄血管の血流速度場の血管内超音波特性評価が適切なカテーテル設計で実行可能である可能性があることを示唆しています。

Coronary artery disease is the most common type of cardiovascular disease, affecting > 18 million adults, and is responsible for > 365 k deaths per year in the U.S. alone. Wall shear stress (WSS) is an emerging indicator of likelihood of plaque rupture in coronary artery disease, however, non-invasive estimation of 3-D blood flow velocity and WSS is challenging due to the requirement for high spatial resolution at deep penetration depths in the presence of significant cardiac motion. Thus we propose minimally-invasive imaging with a catheter-based, 3-D intravascular forward-viewing ultrasound (FV US) transducer and present experiments to quantify the effect of the catheter on flow disturbance in stenotic vessel phantoms with realistic velocities and luminal diameters for both peripheral (6.33 mm) and coronary (4.74 mm) arteries. An external linear array ultrasound transducer was used to quantify 2-D velocity fields in vessel phantoms under various conditions of catheter geometry, luminal diameter, and position of the catheter relative to the stenosis at a frame rate of 5000 frames per second via a particle imaging velocimetry (PIV) approach. While a solid catheter introduced an underestimation of velocity measurement by > 20% relative to the case without a catheter, the hollow catheter introduced < 10% velocity overestimation, indicating that a hollow catheter design allowing internal blood flow reduces hemodynamic disturbance. In addition, for both peripheral and coronary arteries, the hollow catheter introduced < 3% deviation in flow velocity at the minimum luminal area compared to the control case. Finally, an initial comparison was made between velocity measurements acquired using a low frequency, catheter-based, 3-D intravascular FV US transducer and external linear array measurements, with relative error < 12% throughout the region of interest for a flow rate of 150 mL/min. While further system development is required, results suggest intravascular ultrasound characterization of blood flow velocity fields in stenotic vessels could be feasible with appropriate catheter design.