Cette thèse avait pour but d’élargir le champ d’application des ultrasons en cardiologie, dans le domaine de l’imagerie et dans le domaine de la thérapie. Concernant l’imagerie, ce sont les capacités, les atouts et les limites des ultrasons à hautes cadences d’image (ultrafast echo) qui ont été explorés. Dans un premier temps, nous avons montré la possibilité et l’intérêt d’estimer la rigidité du myocarde par ultrason en pratique clinique, chez l’enfant et chez l’adulte. La technique de l’élastographie par onde de cisaillement, utilisant une nouvelle approche de l’imagerie par sommation cohérente harmonique ultrarapide (imagerie non-linéaire), a été appliquée pour la première fois chez l’humain en cardiologie. De plus, nous avons montré que la rigidité du foie, également estimée grâce à l’élastographie par onde de cisaillement, était directement corrélée aux pressions de remplissage du cœur droit, qui sont difficiles à évaluer de manière quantitative en pratique clinique. Dans un second temps, nous nous sommes intéressés à caractériser l’orientation des fibres myocardiques durant le cycle cardiaque en développant l’imagerie du tenseur de rétrodiffusion ultrasonore en trois dimensions. Le but était de réaliser la preuve de concept sur un cœur battant afin d’ouvrir sur les possibilités d’applications. Dans un troisième temps, le doppler de puissance en ultrafast echo nous a permis d’estimer les capacités des ultrasons à visualiser et analyser les flux (et donc les débits) intra coronariens. C’est à l’heure actuelle la seule technique d’imagerie clinique ayant une résolution spatiale (et temporelle) suffisante pour voir les flux dans des vaisseaux ayant un diamètre inférieur à 500 micromètres. Enfin, l’ultrafast echo nous a permis de visualiser les micro déplacements du myocarde, qui sont eux-mêmes initiés par l’activité électrique intra-myocardique, dans un intervalle de temps très réduit. Ceci est le couplage électromécanique, et y avoir accès par ultrason ouvrirait de multiples perspectives. Nous avons commencé à l’appliquer chez le fœtus humain et chez l’adulte en transthoracique. Concernant la thérapie, nous avons exclusivement utilisé les effets mécaniques des ultrasons focalisés à hautes intensités (phénomène de cavitation). Plusieurs équipes avaient déjà montré que cela était applicable en médecine cardiovasculaire, notamment pour perforer le septum inter-atrial (zone musculaire séparant les deux oreillettes cardiaques) ou pour détruire un thrombus intravasculaire. Nous avons décidé de montrer que le phénomène de cavitation peut avoir deux autres applications distinctes : 1) la section de cordage valvulaire mitral, qui est une technique utilisée actuellement en chirurgie (donc à cœur ouvert et en circulation extra-corporelle) visant à diminuer une fuite valvulaire à cause de cordage restrictif ; 2) l’assouplissement des feuillets valvulaires calcifiés, qui est une maladie représentant un enjeu de santé publique touchant des millions de personnes, et n’ayant à ce jour aucune stratégie non invasive disponible et applicable en pratique clinique. Pour ces deux applications, nous avons réalisé des preuves de concept in vitro puis in vivo à cœur battant, sur modèle animal (ovin). L’application humaine sera la prochaine étape. C’est donc la translation de nouvelles technologies ultrasonores vers des applications cliniques en cardiologie qui a motivé et guidé ce travail de thèse. / No abstract

Ultrasound contrast agents (UCA) is a relatively new tool, used in medical ultrasound imaging to enhance the diagnostic abilities of ultrasound and potentially offer a therapeutic value in medical ultrasounds. UCAs are bi or single-layered bubbles, that contain a highly backscattering gas. By injecting them into the blood flow, we locally increase the echogenicity and therefor enhance the contrast of the blood-tissue interface. This way we can provide a improved image of the structure of the organs, we can more accurately diagnose abnormal of defected areas on them, and if the containing gas is replaced with an appropriate drug, focus drug delivery can be achieved, providing potential healing of the disease. ! Up to now, most of the studies done in order to investigate the microbubbles - ultrasound interaction are mostly population studies, which due to their roughly approach cannot clearly diagnose and explain the complex nonlinear and dynamic properties of UCAs and their response to ultrasound field. Because of that, our knowledge on the UCAsʼ, is yet limited although the potential improvements at imaging and therapeutic technics that would be gained from a thorough understanding of this interactions can be very big. ! In this thesis, a study of single microbubbles is presented, using a system developed by the group of Ultrasound imaging in Edinburgh University. The system uses a specially modified commercial ultrasound machine, phased array probes and a specially designed single microbubbles measuring system. The system has the ability to feed, insonify and capture the backscattered echo from a single microbubble, with the use of fully calibrated and characterized ultrasound - probe system. The aim of the project is to contribute in the understanding of the behavior of the UCAs when insonified with an ultrasound wave, and the underlying physical mechanism behind that. The response of two different commercially available UCAs under insonification by ultrasound waves of varying acoustical pressure is presented. The UCAs used are Definity and biSphere. In total echoes from 842 biSphere and 1994 Definity microbubbles have ben captured and the data have been analyzed with in house made matlab codes. Also the response of the bubbles when insonified by consequent pulses of different repetition frequency has been investigated. For this reason, echoes from other 1221 Definity and 459 biSphere microbubbles have been captured and analyzed. The fully understanding of the agent - ultrasound interaction mechanisms can be the basis for creating improved signal processing tools for ultrasound imaging contrast enhancement that would improve imaging abilities of the modality, and potentially use of UCAs as a therapeutic mean. / Οι μικροφυσαλίδες ενίσχυσης της αντίθεσης στην υπερηχοτομογραφία είναι ένα σχετικά καινούργιο “εργαλείο”, το οποίο χρησιμοποιείται προκειμένου να βελτιώσει τις διαγνωστικές ιδιότητες της υπερηχοτομογραφίας και δυνητικά να προσφέρει μια θεραπευτική αξία σε αυτήν. Οι μικροφυσαλίδες είναι φυσαλίδες μονού ή διπλού κελύφους, με διάμετρο της τάξης των 3 μm, οι οποίες περιέχουν αέριο που αντανακλά έντονα τον ήχο. Εισάγοντας τις φυσαλίδες αυτές στην ροή του αίματος του ασθενούς, ενισχύουμε τοπικά την ηχογένεια και κατ΄ επέκταση βελτιώνουμε την αντίθεση μεταξύ του αίματος και των παρακείμενων ιστών. Με αυτό τον τρόπο μπορούμε να αποκτήσουμε μια καλύτερη εικόνα της δομής των οργάνων, να διαγνώσουμε με ακρίβεια την παθοφυσιολογία συγκεκριμένων περιοχών πάνω σε αυτά και, εάν το αέριο των φυσαλίδων αντικατασταθεί με την κατάλληλη φαρμακευτική ουσία, να επιτύχουμε στοχευμένη εφαρμογή της φαρμακευτικής θεραπείας, οδηγώντας σε πιθανή ίαση της ασθένειας. ! Μέχρι τώρα, το μεγαλύτερο μέρος των μελετών που έχουν γίνει με σκοπό την διερεύνηση της αλληλεπίδρασης των φυσαλίδων με τους υπερήχους βασίζονται σε πληθυσμιακές μελέτες, οι οποίες λόγω της γενικής (σε επίπεδο πληθυσμού) προσέγγισής τους, δεν μπορούν με σαφήνεια να διαγνώσουν και να εξηγήσουν τις σύνθετες μη γραμμικές και δυναμικές ιδιότητες των μικροφυσαλίδων, καθώς και την συμπεριφορά τους όταν βρεθούν μέσα στο υπερηχητικό πεδίο. Εξαιτίας αυτού, η γνώση μας σχετικά με τις μικροφυσαλίδες ενίσχυσης της αντίθεσης είναι ακόμα περιορισμένη, αν και οι πιθανές βελτιώσεις τόσο στις απεικονιστικές όσο και στις θεραπευτικές τεχνικές των υπερήχων που θα μπορούσαν να επιτευχθούν μέσα από την κατανόηση αυτής της αλληλεπίδρασης θα ήταν ιδιαίτερα σημαντικές. ! Σε αυτή την εργασία, παρουσιάζεται μια μελέτη των μικροφυσαλίδων όχι σε επίπεδο πληθυσμού αλλά σε επίπεδο μονάδας, η οποία έγινε με την χρήση μιας καινοτόμου πειραματικής διάταξης που αναπτύχθηκε από την ομάδα Υπερηχοτομογραφίας του Πανεπιστήμιου του Εδιμβούργου. Η διάταξη αυτή χρησιμοποιεί έναν ειδικά τροποποιημένο εμπορικό υπερηχοτομογράφο, phased array εκπομπούς, και ένα επίσης ειδικά κατασκευασμένο σύστημα μέτρησης της απόκρισης των μιρκοφυσαλίδων σε επίπεδο μονάδας. Το σύστημα αυτό έχει την δυνατότητα να εισάγει, να διεγείρει με υπερήχους, καθώς και να συλλέγει την ανάκλαση από τις μικροφυσαλίδες, μία προς μία. Σκοπός της εργασίας αυτής είναι να συμβάλει όσο το δυνατόν περισσότερο στην κατανόηση της συμπεριφοράς των μικροφυσαλίδων όταν αυτές διεγείρονται από υπερηχητικά κύματα, καθώς και των υπεύθυνων, για την συμπεριφορά αυτή, φυσικών μηχανισμών. ! Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται η απόκριση δυο διαφορετικών εμπορικά διαθέσιμων τύπων μικροφυσαλίδων, σε υπερηχητικά κύματα διαφορετικών ακουστικών πιέσεων. Οι μικροφυσαλίδες που χρησιμοποιήθηκαν είναι οι Definity και οι biSphere. Συνολικά, η ανάκλαση από 842 biSphere και 1994 Definity μικροφυσαλίδες έχει καταγραφεί, και τα δεδομένα έχουν αναλυθεί με κώδικα Matlab, ο οποίος αναπτύχθηκε στο εργαστήριο ειδικά για την ανάλυση αυτή. ! Επίσης, ερευνάται η απόκριση των φυσαλίδων όταν διεγείρονται από αλλεπάληλους υπερηχητικούς παλμούς, διαφορετικών συχνοτήτων επανάληψης. Για τον σκοπό αυτό, καταγράφηκαν και αναλύθηκαν ανακλάσεις από ακόμα 1221 Definity και 459 biSphere μικροφυσαλίδες. ! Η πλήρης κατανόηση της αλληλεπίδρασης των μικροφυσαλίδων με τους υπερήχους μπορεί να αποτελέσει την βάση για την ανάπτυξη βελτιωμένων τεχνικών επεξεργασίας σήματος για την απεικονιστική υπεηχοτομογραφία, οι οποίες μπορούν να βελτιώσουν τις δυνατότητες των υπερήχων, και δυνητικά να μετατρέψουν τις μικροφυσαλίδες ενίσχυσης σε ένα μέσο ίασης ασθενειών.

In ultrasound contrast imaging, the discrimination between acoustic echoes from tissue and contrast microbubbles would have as a result the increase of the Contrast-to-Tissue-Ratio, improving therefore the quality of the imaging. The main idea is to differentiate the responses from those two kinds of signals based on their spectral content. The most important features of those sinusoidal signals are that they are very short in duration and than they are very likely to have many closely spaced frequency components. So, in order to achieve this target a novel Bayesian parametric spectral estimation technique has been originally designed by Yan Yan (PhD University of Edinburgh), that is supposed to have greater resolving capabilities than commonly used spectral estimation methods. The new technique uses a reversible jump Markov Chain Monte Carlo (rjMCMC) algorithm so as to identify the frequency components of a signal and it is called parametric because it assumes a model and then the problem of spectral estimation is reduced to that of estimating the parameters of the model. This new method has been initially tested with synthetic signals created in Matlab, so as to define on which parameters it depends and to extract mathematical equations that describe these dependences. And although some coarse comparisons with other techniques showed that the capabilities of this method were great, there was plenty room for improvements. Corrections in the Matlab code of this method, analysis of the code’s output in various ways so as to find which is superior, and the proposal of a new simpler model are just some of the changes that have evidently improved the method’s function. But the most important one is the completion of the amplitude estimation that was left unfinished in the past, as a complete spectral analysis implies both frequency and amplitude estimation. Now, signal reconstruction is possible and also, direct comparisons of the method’s resulting spectrum with the one of the Discrete Fourier Transform or of any other nonparametric (DFT-based) or parametric method can be made. The new version of the code has been applied apart from synthetic signals, to the real ones providing indeed information that was undisclosed in the past concerning the spectral content of those signals. However, further research is required, in order to take advantage of this information and in order to determine the exact performance and limitations of this method that remains still in experimental level. / Στην απεικόνιση με υπέρηχους όταν χρησιμοποιείται μέσο αντίθεσης, ο διαχωρισμός ανάμεσα στην ακουστική ηχώ που προέρχεται από τον ιστό και σε αυτή που προέρχεται από τo μέσο αντίθεσης όπως οι μικροφυσαλίδες, θα μπορούσε να έχει σαν αποτέλεσμα τη βελτίωση της ποιότητας της εικόνας. Η βασική ιδέα είναι να διαφοροποιηθούν οι αποκρίσεις από τα δύο διαφορετικά είδη σημάτων υπερηχοτομογραφίας με βάση το φασματικό τους περιεχόμενο. Τα κυριότερα χαρακτηριστικά αυτών των ημιτονοειδών σημάτων είναι ότι είναι πολύ μικρά σε χρονική διάρκεια και ότι είναι πολύ πιθανό να αποτελούνται από συχνοτικές συνιστώσες που βρίσκονται πολύ κοντά μεταξύ τους. Έτσι, για την επίτευξη αυτού του στόχου, μία καινούρια Μπαγιεσιανή παραμετρική μέθοδος για συχνοτική ανάλυση σχεδιάστηκε αρχικά από την Yan Yan (PhD Πανεπιστήμιο του Εδιμβούργου), η οποία θεωρητικά παρέχει μεγαλύτερη ακρίβεια από τις υπόλοιπες συμβατικές μεθόδους που ήδη χρησιμοποιούνται. Η τεχνική αυτή, κάνει χρήση ενός συγκεκριμένου αλγορίθμου (rjMCMC) έτσι ώστε να προσδιορίσει τις συχνοτικές συνιστώσες ενός σήματος και καλείται παραμετρική επειδή υποθέτει ένα αρχικό μοντέλο και στη συνέχεια «υποβιβάζει» το πρόβλημα της συχνοτικής ανάλυσης σε ένα πιο απλό, όπως αυτό του υπολογισμού των παραμέτρων του μοντέλου. Αρχικά, η μέθοδος δοκιμάστηκε σε συνθετικά σήματα, που δημιουργήθηκαν στο Matlab, ούτως ώστε να προσδιοριστούν οι παράμετροι από τις οποίες εξαρτάται και να εξαχθούν μαθηματικές εξισώσεις που να περιγράφουν τις εξαρτήσεις αυτές. Αν και από τις πρώτες συγκρίσεις με άλλες μεθόδους ήταν φανερό ότι η συγκεκριμένη έχει πολύ μεγάλες δυνατότητες, υπήρχαν πολλά περιθώρια βελτίωσης. Διορθώσεις στον κώδικα Matlab της μεθόδου, ανάλυση της εξόδου του με διάφορους τρόπους με σκοπό να προσδιοριστεί ο πιο αποτελεσματικός και η πρόταση ενός νέου πιο απλού μοντέλου είναι κάποιες από τις αλλαγές που αποδεδειγμένα βελτίωσαν τη λειτουργία της μεθόδου. Αλλά η πιο σημαντική αλλαγή είναι η ολοκλήρωση του κώδικα έτσι ώστε να περιλαμβάνει και προσδιορισμό των πλατών που αντιστοιχούν σε κάθε μια συχνότητα. Ο κώδικας για την εκτίμηση των πλατών αν και προϋπήρχε ως ένα βαθμό, δεν είχε ενσωματωθεί στον κυρίως κώδικα και έτσι η μέθοδος δεν μπορούσε να χαρακτηριστεί ολοκληρωμένη. Τώρα η ανακατασκευή σήματος είναι εφικτή καθώς και οι άμεσες συγκρίσεις του φάσματος της μεθόδου με το αντίστοιχο που προκύπτει από τον διακριτό μετασχηματισμό Fourier ή από άλλες μη παραμετρικές και παραμετρικές μεθόδους. Η καινούρια έκδοση του κώδικα εφαρμόστηκε, εκτός από τα συνθετικά σήματα, στα πραγματικά σήματα παρέχοντας πράγματι πληροφορίες που δεν είχαν φανερωθεί στο παρελθόν, σχετικά με το φασματικό περιεχόμενο των σημάτων αυτών. Ωστόσο, περαιτέρω έρευνα απαιτείται για να αξιοποιηθούν οι πληροφορίες αυτές αλλά και για να προσδιοριστούν οι ακριβείς περιορισμοί και οι επιδόσεις της μεθόδου που ακόμα και τώρα παραμένει σε πειραματικό στάδιο.

- / -

- / -

- / -

Before launching into ultrasound research, it is important to recall that the ultimate goal is to provide the clinician with the best possible information needed to make an accurate diagnosis. Ultrasound images are inherently affected by speckle noise, which is due to image formation under coherent waves. Thus, it appears to be sensible to reduce speckle artifacts before performing image analysis, provided that image texture that might distinguish one tissue from another is preserved. The main goal of this thesis was the development of novel speckle suppression methods from medical ultrasound images in the multiscale wavelet domain. We started by showing, through extensive modeling, that the subband decompositions of ultrasound images have significantly non-Gaussian statistics that are best described by families of heavy-tailed distributions such as the alpha-stable. Then, we developed Bayesian estimators that exploit these statistics. We used the alpha-stable model to design both the minimum absolute error (MAE) and the maximum a posteriori (MAP) estimators for alpha-stable signal mixed in Gaussian noise. The resulting noise-removal processors perform non-linear operations on the data and we relate this non-linearity to the degree of non-Gaussianity of the data. We compared our techniques to classical speckle filters and current state-of-the-art soft and hard thresholding methods applied on actual ultrasound medical images and we quantified the achieved performance improvement. Finally, we have shown that our proposed processors can find application in other areas of interest as well, and we have chosen as an illustrative example the case of synthetic aperture radar (SAR) images. / Ο απώτερος σκοπός της έρευνας που παρουσιάζεται σε αυτή τη διδακτορική διατριβή είναι η διάθεση στην κοινότητα των κλινικών επιστημόνων μεθόδων οι οποίες να παρέχουν την καλύτερη δυνατή πληροφορία για να γίνει μια σωστή ιατρική διάγνωση. Οι εικόνες υπερήχων προσβάλλονται ενδογενώς από θόρυβο, ο οποίος οφείλεται στην διαδικασία δημιουργίας των εικόνων μέσω ακτινοβολίας που χρησιμοποιεί σύμφωνες κυματομορφές. Είναι σημαντικό πριν τη διαδικασία ανάλυσης της εικόνας να γίνεται απάλειψη του θορύβου με κατάλληλο τρόπο ώστε να διατηρείται η υφή της εικόνας, η οποία βοηθά στην διάκριση ενός ιστού από έναν άλλο. Κύριος στόχος της διατριβής αυτής υπήρξε η ανάπτυξη νέων μεθόδων καταστολής του θορύβου σε ιατρικές εικόνες υπερήχων στο πεδίο του μετασχηματισμού κυματιδίων. Αρχικά αποδείξαμε μέσω εκτενών πειραμάτων μοντελοποίησης, ότι τα δεδομένα που προκύπτουν από τον διαχωρισμό των εικόνων υπερήχων σε υποπεριοχές συχνοτήτων περιγράφονται επακριβώς από μη-γκαουσιανές κατανομές βαρέων ουρών, όπως είναι οι άλφα-ευσταθείς κατανομές. Κατόπιν, αναπτύξαμε Μπεϋζιανούς εκτιμητές που αξιοποιούν αυτή τη στατιστική περιγραφή. Πιο συγκεκριμένα, χρησιμοποιήσαμε το άλφα-ευσταθές μοντέλο για να σχεδιάσουμε εκτιμητές ελάχιστου απόλυτου λάθος και μέγιστης εκ των υστέρων πιθανότητας για άλφα-ευσταθή σήματα αναμεμειγμένα με μη-γκαουσιανό θόρυβο. Οι επεξεργαστές αφαίρεσης θορύβου που προέκυψαν επενεργούν κατά μη-γραμμικό τρόπο στα δεδομένα και συσχετίζουν με βέλτιστο τρόπο αυτή την μη-γραμμικότητα με τον βαθμό κατά τον οποίο τα δεδομένα είναι μη-γκαουσιανά. Συγκρίναμε τις τεχνικές μας με κλασσικά φίλτρα καθώς και σύγχρονες μεθόδους αυστηρού και μαλακού κατωφλίου εφαρμόζοντάς τες σε πραγματικές ιατρικές εικόνες υπερήχων και ποσοτικοποιήσαμε την απόδοση που επιτεύχθηκε. Τέλος, δείξαμε ότι οι προτεινόμενοι επεξεργαστές μπορούν να βρουν εφαρμογές και σε άλλες περιοχές ενδιαφέροντος και επιλέξαμε ως ενδεικτικό παράδειγμα την περίπτωση εικόνων ραντάρ συνθετικής διατομής.

Depuis le milieu du XXème siècle, les techniques d’imagerie fonctionnelles ont un rôle grandissant dans notre compréhension sur les fonctions du cerveau en conditions physiologique et pathologique. Bien que l’IRMf fasse partie des techniques les plus communément utilisées pour l’imagerie du cerveau complet lors d’études préclinique et clinique, cette modalité souffre de sa résolution spatiotemporelle et sa sensibilité pour enregistrer finement les fonctions et activités cérébrales. Récemment l’imagerie fonctionnelle par ultrason (ifUS) a subi des développements permettant d’être complémentaires à l’IRMf ainsi qu’aux autres techniques d’imagerie cérébrales classiquement employées. Contrairement aux ultrasons focalisés conventionnels, l’imagerie hémodynamique proposé par l’ifUS repose sur une illumination ultrasonore plane permettant la détection des globules rouges en mouvement et la mesure de leur vitesse dans les micro-vaisseaux cérébraux. De ce fait, l’ifUS est indirectement lié à l’activité cérébrale d’où l’importance d’une meilleure compréhension des mécanismes du couplage neuro-vasculaire liant l’activité neuronale et les variations cérébrales d’apport en sang. De plus, cette technique a le potentiel pour fournir des informations précises sur les processus de certaines pathologies à la fois sur des modèles précliniques et chez l’homme. Dans un premier temps, j’exposerais mes travaux sur les récents développements techniques permettant l’ifUS in vivo (i) en condition chronique, (ii) sur l’animal éveillé, libre de mouvement et effectuant une tache comportementale et (iii) des vaisseaux capillaires chez le rongeur et l’homme. Dans un second temps, je démontrerais que l’ifUS in vivo peut fournir des informations nouvelles sur des pathologies telles que l’accident vasculaire cérébrale. / Since the middle of the 20th century, functional imaging technologies are making an increasing impact on our understanding on brain functions in both physiological and pathological conditions. Even if fMRI is nowadays one of the most used tool for whole brain imaging in pre-clinical and clinical studies, it lacks sufficient spatiotemporal resolution and sensitivity to assess fine brain function and activity. Functional ultrasound imaging (fUSi) has been recently developed and presents a potential to complement fMRI and other existing brain imaging modalities. Contrary to conventional ultrasound using focus beams, fUSi relies on hemodynamic imaging based on ultrasound plane-wave illumination to detect red blood cells movement and velocity in brain micro-vessels. Consequently, the fUSi signal is indirectly related to brain activity and it is therefore important to better understand the mechanisms of the neurovascular coupling linking neural activity and cerebral blood changes. Here again, fUSi may provide relevant information about disease processes in preclinical models but also in humans. First, I will present recent technical developments allowing in vivo fUSi (i) in chronic condition, (ii) in freely moving and behaving rats and (iii) in rodents and human brain capillaries. Second, I will demonstrate how fUSi could provide new insights in brain pathologies such as stroke.

Η παρούσα Εργασία εκπονήθηκε στον Τομέα Ρευστών της Σχολής Μηχανολόγων Μηχανικών του ΕΘΝΙΚΟΥ ΜΕΤΣΟΒΙΟΥ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟΥ. Η εργασία αποσκοπεί: Α) Στην εξοικείωση των συμμετασχόντων με τον έγχρωμο υπερηχοκαρδιογραφο Vivid 7 της GE. Β) Στον έλεγχο της αξιοπιστίας των μεθόδων έγχρωμου Doppler (Color Doppler), παλμικού Doppler και M-mode στο υπολογισμό της παροχής και την σύγκριση μεταξύ τους. Γ) Στην εύρεση πιθανών αιτιών στις αποκλίσεις των μεθόδων, έτσι ώστε οι κώδικες που αναπτύχθηκαν σε MATLAB για έγχρωμο Doppler και Μ-mode να βελτιωθούν στο μέλλον. Δ) Στην δημιουργία μιας αρχικής βάσης δεδομένων για τις παροχές και τις διαμέτρους που μετρούνται in vivo προεγχειρητικά σε χοίρους, που χρησιμοποιούνται σε ερευνητικό πρόγραμμα ΠΕΝΕΔ. Η Εργασία χωρίζεται σε τρία μέρη. Στο πρώτο μέρος γίνεται μια θεωρητική προσέγγιση του θέματος, με ανάλυση της αρχής Doppler, καθώς και των μεθόδων μέτρησης και απεικόνισης με συστήματα Doppler. Στο δεύτερο μέρος παρουσιάζεται η πειραματική διαδικασία, τόσο η δική μας, όσο και παλαιότερες. Στο τρίτο μέρος παρουσιάζονται κάποια αποτελέσματα και συμπεράσματα των δικών μας πειραμάτων. / The present project was elaborated at National Technical University of Athens, School of Mechanical Engineering, Fluids Section, and it aims at: A)The familiarization of the participants with the Color Vivid7 Dimension, Cardiovascular Ultrasound System of GE B)The control of credibility of the methods of Color Doppler, Pulsed Wave Doppler and M-Mode at the calculation of flow and their comparison C)The finding of possible causes of the deviations of these methods, with the intention of MATLAB Color and M-Mode Doppler codes improvement D)The creation of a database concerning flows and diameters calculated in vivo, prior to the surgery, in pigs used at a Research Program of Athens Academy Medical-Biological Center. This Project is divided in three parts. On first part a theoritical approach of the issue is presented, analyzing the Doppler Principal, as well as the methods used for Doppler Imaging. On the second part the experimental procedures are presented, both ours and of others. On the third part a number of results and conclusions are presented.