Doppler vortography : detection and quantification of the vortices in the left ventricle

Abstract

Nous proposons une nouvelle méthode pour quantifier la vorticité intracardiaque (vortographie Doppler), basée sur l’imagerie Doppler conventionnelle. Afin de caractériser les vortex, nous utilisons un indice dénommé « Blood Vortex Signature (BVS) » (Signature Tourbillonnaire Sanguine) obtenu par l’application d’un filtre par noyau basé sur la covariance. La validation de l’indice BVS mesuré par vortographie Doppler a été réalisée à partir de champs Doppler issus de simulations et d’expériences in vitro. Des résultats préliminaires obtenus chez des sujets sains et des patients atteints de complications cardiaques sont également présentés dans ce mémoire. Des corrélations significatives ont été observées entre la vorticité estimée par vortographie Doppler et la méthode de référence (in silico: r2 = 0.98, in vitro: r2 = 0.86). Nos résultats suggèrent que la vortographie Doppler est une technique d’échographie cardiaque prometteuse pour quantifier les vortex intracardiaques. Cet outil d’évaluation pourrait être aisément appliqué en routine clinique pour détecter la présence d’une insuffisance ventriculaire et évaluer la fonction diastolique par échocardiographie Doppler.

We propose a new method for quantification of intra-cardiac vorticity (Doppler vortography) based on conventional Doppler images. To characterize the vortices, an index called “blood vortex signature” (BVS) was obtained using a specific covariance-based kernel filter. The reliability of BVS measured by Doppler vortography was assessed in mock Doppler fields issued from simulations and in vitro experimentations. Some preliminary results issued from healthy subjects and patients with heart disease were also presented in this research project. Strong correlations were obtained between the Doppler vortography-derived and ground-truth vorticities (in silico: r2 = 0.98, in vitro: r2 = 0.86, in vivo: p = 0.004). Our results demonstrated that Doppler vortography is a potentially promising echocardiographic tool for quantification of intra-ventricular vortex flow. This technique can be easily implemented for routine checks to recognize ventricular insufficiency and abnormal blood patterns at early stages of heart failure to decrease the morbidity of cardiac disease.