Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Altered aortic hemodynamics and relative pressure in patients with dilated cardiomyopathy
KTH, School of Engineering Sciences in Chemistry, Biotechnology and Health (CBH), Biomedical Engineering and Health Systems, Medical Imaging.ORCID iD: 0000-0003-1002-2070
Show others and affiliations
(English)Manuscript (preprint) (Other academic)
National Category
Medical Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-256319OAI: oai:DiVA.org:kth-256319DiVA, id: diva2:1344625
Note

QC 20190823

Available from: 2019-08-21 Created: 2019-08-21 Last updated: 2019-08-23Bibliographically approved
In thesis
1. Non-invasive imaging for improved cardiovascular diagnostics: Shear wave elastography, relative pressure estimation, and tomographic reconstruction
Open this publication in new window or tab >>Non-invasive imaging for improved cardiovascular diagnostics: Shear wave elastography, relative pressure estimation, and tomographic reconstruction
2019 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]

Throughout the last century, medical imaging has come to revolutionise the way we diagnose disease, and is today an indispensable part of virtually any clinical practice. In cardiovascular care imaging is extensively utilised, and the development of novel techniques promises refined diagnostic abilities: ultrasound elastography allows for constitutive tissue assessment, 4D flow magnetic resonance imaging (MRI) enables full-field flow mapping, and micro-Computed Tomography (CT) permits high-resolution imaging at pre-clinical level. However, following the complex nature of cardiovascular disease, refined methods are still very much needed to accurately utilise these techniques and to effectively isolate disease developments.

The aim of this thesis has been to develop such methods for refined cardiovascular image diagnostics. In total eight studies conducted over three separate focus areas have been included: four on vascular shear wave elastography (SWE), three on non-invasive cardiovascular relative pressure estimations, and one on tomographic reconstruction for pre-clinical imaging.

In Study I-IV, the accuracy and feasibility of vascular SWE was evaluated, with particular focus on refined carotid plaque characterisation. With confined arterial or plaque tissue restricting acoustic wave propagation, analysis of group and phase velocity was performed with SWE output validated against reference mechanical testing and imaging. The results indicate that geometrical confinement has a significant impact on SWE accuracy, however that a combined group and phase velocity approach can be utilised to identify vulnerable carotid plaque lesions in-vivo.

In Study V-VII, a non-invasive method for the interrogation of relative pressure from imaged cardiovascular flow was developed. Using the concept of virtual work-energy, the method was applied to accurately assess relative pressures throughout complex, turbulence-inducing, branching vasculatures. The method was also applied on a dilated cardiomyopathy cohort, indicating arterial hemodynamic changes in cardiac disease.

Lastly, in Study VIII a method for multigrid image reconstruction of tomographic data was developed, utilising domain splitting and operator masking to accurately reconstruct high-resolution regions-of-interests at a fraction of the computational cost of conventional full-resolution methods.

Together, the eight studies have incorporated a range of different imaging modalities, developed methods for both constitutive and hemodynamic cardiovascular assessment, and utilised refined pre-clinical imaging, all with the same purpose: to refine current state cardiovascular imaging and to improve our ability to non-invasively assess cardiovascular disease. With promising results reached, the studies lay the foundation for continued clinical investigations, advancing the presented methods and maturing their usage for an improved future cardiovascular care.

Abstract [sv]

Medicinsk avbildning utgör idag en central del av modern klinisk diagnostik, och bildgivande diagnostikverktyg har kommit att i grunden förändra sättet på vilket dagligt kliniskt arbete utförs. Medicinsk bildteknik används också i stor utsträckning inom hjärt-kärldiagnostik, och i takt med att nya tekniker utvecklas kan förfinad information inhämtas: ultraljudsbaserad elastografi möjliggör avbildning av vävnaders mekaniska egenskaper, fyrdimensionella blodflödesmönster kan kartläggas genom 4D flödes-magnetresonanstomografi (MRI), och mikro-Datortomografi (mikro-CT) möjliggör preklinisk avbildning i mikrometerupplösning. För att kunna dra nytta av dessa teknikers potential i ett kliniskt sammanhang behövs dock förfinade och validerade analysverktyg, särskilt med tanke på hjärt-kärlsjukdomars komplexa och multifaktoriella natur.

Syftet med följande avhandling har varit att utveckla sådana metoder för förbättrad hjärt-kärlavbildning. Avhandlingen innehåller totalt åtta delarbeten fördelat över tre fokusområden: fyra inom vaskulär skjuvvågselastografi (SWE), tre inom icke-invasiv tryckfallsmätning, och en inom pre-klinisk tomografisk bildrekonstruktion.

I studie I-IV utvärderades vaskulär SWE, med särskilt fokus på teknikens potential för förfinad karaktärisering av karotisplack. I alla studier undersöktes SWE grupp- och fashastighet, med estimerade hastigheter och styvheter validerade mot mekanisk referensmätning eller kompletterande avbildning. Resultaten visar hur spatialt avgränsade kärl eller plack har en tydlig inverkan på SWE:s noggrannhet, men indikerar även hur rupturbenägna plack kan identifieras genom en kombination av grupp- och fashastighetsanalys.

I studie V-VII utvecklades en ny metod för icke-invasiv tryckfallsmätning baserad uteslutande på uppmätt 4D-flödesdata. Genom en komplett flödesmekanisk beskrivning i kombination med ett virtuellt flödesfält kan exakta och robusta tryckfallsmätningar genomföras genom komplexa, turbulensinducerande, och kliniskt relevant kardiovaskulära strukturer. Metoden användes också för att analysera en klinisk kohort med dilaterad kardiomyopati, där tydliga förändringar i arteriellt blodtrycksbeteende detekterades.

I studie VIII utvecklades en metod för multidimensionell bildrekonstruktion av tomografisk mikro-CT-data. Genom domän- och operatorseparering visar resultaten hur högupplöst rekonstruktion av en subdomän kan uppnås till en bråkdel av den totala tids- eller minnesåtgången som annars fordras för en fullupplöst bildrekonstruktion.

Tillsammans har de åtta delstudierna använt ett antal olika avbildningsmodaliteter, applicerat både vävnadsbaserat och hemodynamisk utvärdering av hjärt-kärlsystemet, och slutligen inkluderat preklinisk avbildning, allt för att uppnå samma mål: att förbättra klinisk hjärt-kärlavbildning och ge en fördjupad förståelse av olika hjärt-kärlsjukdomars kliniska manifestation genom icke-invasiv avbildning. Avhandlingen utgör också grunden för fortsatta vetenskapliga studier, där de utvärderade metoderna kan komma att förfinas ytterligare som del av en mer omfattande klinisk implementering.

Place, publisher, year, edition, pages
Stockholm: KTH Royal Institute of Technology, 2019. p. 192
Series
TRITA-CBH-FOU ; 2019: 38
Keywords
Medical imaging, Cardiovascular disease, Atherosclerosis, Hemodynamics, Ultrasound, Shear Wave Elastography (SWE), Magnetic Resonance Imaging (MRI), 4D flow MRI, Relative Pressure, Virtual Work-Energy, micro-Computed Tomography (micro-CT), Tomographic reconstruction, Pre-clinical imaging, Medicinsk avbildning, Hjärt-kärlsjukdomar, Ateroskleros, Hemodynamik, Ultraljud, Skjuvvågselastografi (SWE), Magnetresonanstomografi (MRI), 4D flödes-MRI, Tryckfall, Virtuellt flöde, mikro-Datortomografi (mikro-CT), Tomografisk rekonstruktion, Preklinisk avbildning
National Category
Medical Engineering Medical Image Processing
Research subject
Medical Technology
Identifiers
urn:nbn:se:kth:diva-256321 (URN)978-91-7873-251-7 (ISBN)
Public defence
2019-09-20, T2, Hälsovägen 11C, Huddinge, 09:00 (English)
Opponent
Supervisors
Note

Karolinska Institutet-KTH joint degree doctoral thesis in in medical technology and medical sciences

Available from: 2019-08-23 Created: 2019-08-21 Last updated: 2019-08-23Bibliographically approved

Open Access in DiVA

No full text in DiVA

Authority records BETA

Marlevi, David

Search in DiVA

By author/editor
Marlevi, David
By organisation
Medical Imaging
Medical Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 51 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf