Development of Vessel Phantoms for Ultrasound Methods

Phantoms mimicking the specific mechanical and acoustic properties of human tissues are essential in the development and evaluation of novel ultrasound methods. In this work, various ultrasound phantoms are proposed to be used in the development of ultrasound methods to investigate the arterial walls longitudinal movements influence on the vasa vasorum circulation. The longitudinal movement of arteries has been shown in vivio. It has been measured to be of the same magnitude as the diameter change of the arteries. Ultrasound phantoms simulating the arterial longitudinal movement has recently been made using Polyvinyl alcohol (PVA). However, these phantoms suffered from having low temporal stability and easy degradation. This master’s thesis investigates several tissues mimicking materials and describes the design and fabrication of ultrasound phantom models that simulate the vasa vasorum (the vessels of the vessel) and the longitudinal movement of the arterial wall. The mechanical properties of phantom materials were evaluated with a mechanical test instrument and the speed of sound was measured using a method based on the time of flight, and the attenuation was also measured. We showed that copolymer-in-oil, as well as ballistic gel, are excellent alternatives for vessel phantom fabrication. The Young’s modulus for copolymer in oil and ballistic gel was measured to be 37 and 82 kPa, respectively. The attenuation coefficients were 0.83 and 0.40 dB/MHz/cm, respectively. The ultrasound speed ranged from 1433–1458 m/s. The results suggest that the best alternative is to use the commercially available styrene-ethylene/butylene-styrene (SEBS) block copolymer in mineral oil, and the clear synthetic ballistics gelatin of 10%. A walled and multi-layered vessel phantom in a cylindrical geometry and with decreasing diameter was designed and fabricated. The longitudinal and radial movements were generated by the use of pulsatile flow produced from a gear pump. The longitudinal movement was measured to 0.2 mm and the radial movement to 0.8 mm.Ultrasound Phantoms Mimicking the Vessels of the Vessels Millions of people around the world suffer and die every year due to diseases related to blood circulation. This number could be decreased significantly if better and early detection methods were developed. In order to develop advanced methods, it is important to have access to a controlled environment that mimic the phenomena of interest. Arteries are blood vessels responsible of carrying oxygenated blood from the heart out to the body and are elastic, moveable and stretchable. Since the 1970s it is known that there is an arterial diameter change, and it is what is looked for when care takers want to measure blood pressure. On the other hand, not until recently an ultrasound method was developed to detect and show that the arterial wall moves in the direction of the blood flow as well. Ultrasound is a high frequency sound and images are created from the reflected sound waves by the different body structures. Ultrasound equipment is frequently used in medical diagnosis, for example on pregnant women to check their babies. Researchers would like to develop ultrasound methods to understand how the arterial wall movements might affect the blood circulation within the micro vessels that provide blood supply and nourishment to the walls of vessels. These micro vessels are also called vasa vasorum which comes from Latin and means the vessels of the vessels and is a network of small vessels

Caracterización de la placa carotidea mediante resonancia magnética.

En la actualidad los accidentes vasculares cerebrales (AVCs) isquémicos constituyen una patología importante en occidente por su mortalidad, por las secuelas que quedan en los supervivientes y por el gasto económico y social que generan, cuya incidencia, muy ligada a la edad y a otras enfermedades cardiovasculares, aumentará debido fundamentalmente al envejecimiento de la población. El 20,9% de los AVCs isquémicos son secundarios a un embolismo arterio-arterial desde una placa de ateroma localizada en la bifurcación carotídea. Las indicaciones de endarterectomía carotídea para la prevención de los AVCs isquémicos se establecen según el grado de estenosis producido por la placa ateromatosa sobre la luz arterial en angiografía. Dos grandes estudios prospectivos, el NASCET (North American Symptomatic Carotid Endarterectomy Trial) y el ECST (European Carotid Surgery Trial), demostraron el beneficio de la endarterectomía frente a tratamiento médico en el manejo de la estenosis grave sintomática. En NASCET se demostró una reducción del riesgo absoluto de ictus ipsilateral a 2 años de un 17% con tasa de morbimortalidad quirúrgica del 5.6%. El ECST mostró una reducción del riesgo absoluto de ictus ipsilateral del 21,2% a 5 años con tasa de morbimortalidad quirúrgica del 7.6%. En los pacientes asintomáticos se recomienda la realización de endarterectomía para prevenir AVCs isquémicos en placas que producen una estenosis carotídea de alto grado (>70%) cuando la morbimortalidad perioperatoria es de un 3%. En la actualidad se desconoce la secuencia exacta de eventos que se producen para que una placa ateromatosa cause un AVC isquémico, aunque parece que no depende únicamente del grado de estenosis causado por la placa, siendo importante la composición de la misma. En la literatura se ha demostrado que mediante resonancia magnética (RM) es posible detectar los diferentes componentes de la placa carotídea con buena correlación histológica. Las placas susceptibles de producir sintomatología con alta probabilidad se denominan placas vulnerables y se definen histológicamente como aquellas en las que se evidencia cap fino, abundante core lipídico necrótico, inflamación y hemorragia. Las placas que han causado síntomas o placas complicadas se caracterizan por presentar el cap roto, ulceración de la superficie de la placa, abundante core lipídico necrótico, un mayor grado de inflamación y hemorragia. El objetivo de esta tesis es estudiar mediante RM las características de la placa carotídeas en pacientes con estenosis de alto grado tratados mediante angioplastia e implantación de stent carotídeos. Se estudiaron un total de 51 carótidas con una estenosis mayor o igual al 70% previamente al procedimiento. 33 de ellas procedían de pacientes previamente sintomáticos (ictus, accidente isquémico transitorio o amaurosis fúgax) y 18 de pacientes asintomáticos. La presencia de placa vulnerable o complicada fue más frecuente en los pacientes sintomáticos (p=0,012). También fueron más frecuentes en los pacientes sintomáticos la presencia de sangre yuxtaluminal (p=0,013), core lipídico necrótico (p=0,001) y cap roto (p=0,012). Este último se presentaba más frecuentemente en pacientes con sintomatología aguda (p=0,038). La presencia de cap remodelado (p=0’013) y úlcera (p=0,038) fue más frecuente en los pacientes asintomáticos. En nuestro estudio se ha demostrado que es posible caracterizar la placa carotídea responsable de un alto grado de estenosis mediante RM y que existe una asociación entre la presencia síntomas y la placa vulnerable o complicada con estenosis superior al 70%. También se constató la evolución en el tiempo de la placa complicada con cap roto y su relación con los síntomas, contribuyendo al estudio de la fisiopatología de la placa carotídea. La realización nuevos estudios prospectivos utilizando la RM con protocolos estandarizados para caracterizar la placa carotídea independientemente de la sintomatología y grado de estenosis ayudaría comprender su fisiopatología y a optimizar las decisiones respecto al tratamiento de estos pacientes