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To compare ultrasound-based acoustic structure quantification (ASQ) with established non-invasive techniques for grading and staging fatty liver disease.

Mise en contexte : La réparation endovasculaire des anévrismes de l’aorte abdominale est limitée par le développement des endofuites, qui nécessite un suivi à long terme par imagerie. L’élastographie sonore de déformation a été proposée comme méthode complémentaire pour aider à la détection des endofuites et la caractérisation des propriétés mécaniques des anévrismes. On s’intéresse ici également à la possibilité de suivre l’embolisation des endofuites, qui est indiquée dans certains cas mais dont le succès est variable. Un nouvel agent d’embolisation a été récemment créé en combinant un hydrogel de chitosane radio-opaque (CH) et le sclérosant tetradecyl sulfate de sodium (STS), qui s’appelle CH-STS. Le CH-STS démontre des propriétés mécaniques in vitro favorables, mais son comportement in vivo et son effet sur l’évolution du sac par rapport à un agent non-sclérosant pourraient être mieux caractérisés. L’objectif de cette étude était la caractérisation des propriétés mécaniques des composantes des endofuites embolisées avec CH-STS et CH avec élastographie sonore de déformation. Méthodologie : Des anévrismes bilatéraux avec endofuites de type I ont été créés au niveau des artères iliaques communes chez neuf chiens. Chez chaque sujet, une endofuite a été embolisée avec CH, et l’autre, avec CH-STS, d’une façon aléatoire et aveugle. Des images d’échographie duplex et des cinéloops pour élastographie sonore de déformation ont été acquis à 1 semaine, 1 mois, 3 mois et (chez 3 sujets) 6 mois post-embolisation. La tomodensitométrie a été faite à 3 mois et (si pertinente) 6 mois post-embolisation. L’histopathologie a été faite au sacrifice. Les études radiologiques et les données d’histopathologie ont été co-enregistrées pour définir trois régions d’intérêt sur les cinéloops : l’agent d’embolisation (au sacrifice), le thrombus intraluminal (au sacrifice) et le sac anévrismal (pendant chaque suivi). L’élastographie sonore de déformation a été faite avec les segmentations par deux observateurs indépendants. La déformation axiale maximale (DAM) a été le critère d’évaluation principal. Les analyses statistiques ont été faites avec des modèles mixtes linéaires généralisés et des coefficients de corrélations intraclasses (ICCs). Résultats : Des endofuites résiduelles ont été trouvées dans 7/9 (77.8%) et 4/9 (44.4%) des anévrismes embolisés avec CH et CH-STS, respectivement. Le CH-STS a eu une DAM 66 % plus basse (p < 0.001) que le CH. Le thrombus a eu une DAM 37% plus basse (p = 0.010) que le CH et 77% plus élevée (p = 0.079) que le CH-STS. Il n’y avait aucune différence entre les thrombi associés avec les deux traitements. Les sacs anévrismaux embolisés avec CH-STS ont eu une DAM 29% plus basse (p < 0.001) que ceux embolisés avec CH. Des endofuites résiduelles ont été associées avec une DAM du sac anévrismal 53% plus élevée (p < 0.001). Le ICC pour la DAM a été de 0.807 entre les deux segmentations. Conclusion : Le CH-STS confère des valeurs de déformations plus basses aux anévrismes embolisés. Les endofuites persistantes sont associées avec des déformations plus élevées du sac anévrismal. / Background: Endovascular aneurysm repair (EVAR) is the modality of choice for the treatment of abdominal aortic aneurysms (AAAs). EVAR is limited by the development of endoleaks, which necessitate long-term imaging follow-up. Conventional follow-up modalities suffer from unique limitations. Strain ultrasound elastography (SUE) has been recently proposed as an imaging adjunct to detect endoleaks and to characterize aneurysm mechanical properties. Once detected, certain endoleaks may be treated with embolization; however, success is limited. In this context, the embolic agent CH-STS—containing a chitosan hydrogel and the sclerosant sodium tetradecyl sulphate (STS)—was created. CH-STS demonstrates favorable mechanical properties in vitro; however, its behavior in vivo and impact on sac evolution compared to a non-sclerosing chitosan-based embolic agent (CH) merit further characterization. Purpose: To compare the mechanical properties of the constituents of endoleaks embolized with CH and CH-STS—including the agent, the intraluminal thrombus (ILT), and the overall sac—via SUE. Methods: Bilateral common iliac artery aneurysms with type I endoleaks were created in nine dogs. In each animal, one endoleak was randomly embolized with CH, and the other with CH-STS. Duplex ultrasound (DUS) and radiofrequency cine loops were acquired at 1 week, 1 month, 3 months, and—in 3 subjects—6 months post-embolization. Contrast-enhanced CT was performed at 3 months and—where applicable—6 months post-embolization. Histopathological analysis was performed at time of sacrifice. Radiological studies and histopathological slides were co-registered to identify three regions of interest (ROIs) on the cine loops: embolic agent (at sacrifice), ILT (at sacrifice), and aneurysm sac (at all follow-up times). SUE was performed using segmentations from two independent observers on the cine loops. Maximum axial deformation (MAD) was the main outcome. Statistical analysis was performed using general linear mixed models and intraclass correlation coefficients (ICCs). Results: Residual endoleaks were identified in 7/9 (77.8%) and 4/9 (44.4%) aneurysms embolized with CH and CH-STS, respectively. CH-STS had a 66 % lower MAD (p < 0.001) than CH. The ILT had a 37% lower MAD (p = 0.010) than CH and a 77% greater MAD (p = 0.079; trending towards significance) than CH-STS. There was no difference in the ILT between treatment groups. Aneurysm sacs embolized with CH-STS had a 29% lower MAD (p < 0.001) than those with CH. Residual endoleak increased MAD of the aneurysm sac by 53% (p < 0.001), regardless of the agent used. The ICC for MAD was 0.807 between readers’ segmentations. Conclusion: CH-STS confers lower strain values to embolized aneurysms. Persistent endoleaks result are associated with increased sac strain, which may be useful for clinical follow-up.

Contexte: Les limites du traitement chirurgical des tumeurs du foie sont définies par la réserve hépatique fonctionnelle qui est déterminée par le volume et la qualité du foie non tumoral restant. L’hépatopathie sous-jacente détermine non seulement la place de la chirurgie mais aussi le risque de récidive pour les tumeurs hépatiques primitives. Dans les cas des métastases hépatiques, la chimiothérapie précède très souvent la chirurgie et l’hépatotoxicité de cette chimiothérapie est un risque important des complications post opératoires. Dans le contexte particulier de la transplantation hépatique (TH) pour le carcinome hépatocellulaire (CHC), l’hypertension portale est un risque de progression tumorale pendant la période d’attente et la sortie de la liste. Le foie non tumoral est donc est un facteur important dans la prise en charge des patients avec des tumeurs du foie. FibroScan® qui mesure l'élasticité du foie pourrait être utilisé pour évaluer le foie et prédire les suites post opératoires et la risque de progression de CHC dans la liste de TH. Méthodes: Les patients consécutifs qui ont été programmés pour subir une hépatectomie ou une transplantation ont été inclus dans l'étude après un consentement éclairé. L'élastométrie (LS) et le paramètre d'atténuation contrôlée (CAP) du foie non tumorale ont été estimés en pré opératoire par l’élastographie transitoire avec le dispositif FibroScan® 502 Touch en utilisant des sondes M ou XL. Résultats: Les nomogrammes basés sur LS qui ont été développés et validés dans cette étude ont pu hépatectomie pour les maladies hépatobiliaires. Chez les patients atteints de CHC, LS a joué un rôle plus important car il prédit non seulement les résultats de 90 jours, mais aussi la décompensation hépatique persistante au-delà de la période post-opératoire. En plus, LS ≥30 kPa et CAP <240 dB/m ont été associés à un mauvais pronostic oncologique après l’hépatectomie et peuvent ainsi être un marqueur de substitution pour la nature agressive du CHC. La performance de LS pour diagnostiquer la fibrose hépatique avancée (AUROC: 0.95) et la cirrhose (AUROC: 0.97) a été validée dans cette recherche et CAP a eu une performance satisfaisante pour détecter la stéatose hépatique significatif (AUROC: 0.70). Un modèle à base de LS appelé score HVPG10 a été développé et validé pour diagnostiquer une hypertension portale significative chez les patients atteints d'une maladie chronique du foie. Avec un seuil de 15, le score HVPG10 était précis pour exclure une hypertension portale importante dans >95% des patients et éviter des investigations supplémentaires et inutiles. Conclusion: L'exploration des patients prévus pour l'hépatectomie permet d'prévoir des complications sévères et la mortalité après l’hépatectomie. LS ≥30 kPa élevé est un facteur de risque important la récidive après la résection et de progression de CHC en attente de TH. Par conséquent, TH devrait être le traitement en première intention avec les patients avec LS ≥30 kPa. / Background: The major determinant of the results of surgical resection for liver tumors is the volume and quality of the future liver remnant. The hepatopathy of the non-tumoral liver not only limits the type of surgery but also the risk of recurrence in primary liver tumors. With respect to liver metastasis, pre-operative chemotherapy is the usual treatment strategy and the hepatotoxicity of prolonged chemotherapy is an important risk factor for post-operative morbi-mortality. In patients with hepatocellular carcinoma (HCC) waiting for liver transplantation (LT), clinically significant portal hypertension (CSPH) is a risk for tumor progression and dropout of the waiting list for LT. Overall, degree of liver fibrosis and portal hypertension in the non-tumoral liver are important factors in the management of patients with liver tumors as they determine the prognosis of patients after hepatectomy. FibroScan®, which estimate the degree of liver fibrosis and steatosis, could utilized to evaluate the non-tumoral liver and predict the post-operative outcomes and the risk of dropout from the list of LT in HCC patients waiting for LT. Methods: Consecutive patients programmed to undergo hepatectomy or LT were included in the present study prospectively after an informed consent. Liver stiffness (LS) and controlled attenuation parameter (CAP) were measured pre-operatively by transient elastography using FibroScan® 502 Touch Standard device with M or XL probes. Results: LS-based nomograms that were developed and valided in this study were accurate to predict 90-day severe morbidity and 90-day mortality after hepatectomy for various hepatobiliary diseases. In patients with HCC undergoing hepatectomy, elevated LS ≥22 kPa was a risk factor for persistent hepatic decompensation beyond the 90-day post-operative period. Moreover, LS ≥30 kPa and CAP <240 dB/m were associated with poor oncological outcomes after resection and thus could be a surrogate biomarker of more aggressive HCC. The discriminatory ability of LS to diagnose advanced liver fibrosis (AUROC: 0.95) and cirrhosis (AUROC: 0.97) was validated in the present study. Further, CAP had a satisfactory performance to screen significant hepatic steatosis (S≥2) with AUROC of 0.70. A new LS-based model called HVPG10 score was developed and validated to diagnose CSPH. With a cut-off of 15, it was capable of accurately ruling out CSPH in >95% of the patients with chronic liver disease and would avoid further unnecessary investigations. Conclusion: Pre-operative evaluation of patients with transient elastography would enable surgeons to predict major complications and mortality after hepatectomy with LS-based nomograms. In patients with HCC, LS ≥30 kPa was an important risk factor of incomplete surgical resection, early recurrence after hepatectomy and for tumor progression and dropout while waiting for LT. Therefore, LT must be the primary treatment in HCC patients with LS ≥30 kPa.

La fonction respiratoire chez l'homme est indissociable du mouvement de déformation du poumon : les échanges gazeux entre l'organisme et son environnement sont rendus possibles, lors de l'inspiration, par le gonflement des alvéoles du parenchyme pulmonaire, et lors de l'expiration, par un retour passif à l'état d'équilibre statique du poumon. Les propriétés viscoélastiques des tissus pulmonaires jouent un rôle clé dans la fonction même de cet organe. Ces éléments de la mécanique respiratoire pourraient être des biomarqueurs très sensibles de l'état physiopathologique du poumon puisqu'ils dépendent de la structure des tissus et des conditions biologiques qui sont considérablement altérées par la plupart des maladies pulmonaires comme le cancer, l'emphysème, l'asthme ou la fibrose interstitielle. L'imagerie par résonance magnétique permet aujourd'hui, de manière non-invasive, l'obtention d'images anatomiques tridimensionnelles permettant, grâce aux résolutions spatiales et temporelles accessibles ainsi qu'aux contrastes riches observés au sein des tissus mous, la mesure de l'état de déformation d'un organe à un instant donné. Par ailleurs, par l'application de gradients d'encodage du mouvement, l'élastographie par résonance magnétique permet de suivre, sur la phase du signal de résonance magnétique, la réponse des organes à une contrainte mécanique externe afin de révéler leurs propriétés viscoélastiques, ce qui permet d'envisager l'exploration quantitative et spatialement résolue d'organes profonds que la main du médecin ne peut atteindre. Dans le poumon, l'IRM conventionnelle est cependant relativement inadaptée : la faible densité tissulaire, les grandes différences de susceptibilité magnétique à l'interface entre le gaz et le tissu et, corrélativement, les très faibles durées de vie du signal de résonance magnétique, conduisent à des rapports signal-à-bruit difficilement exploitables. De plus, les durées des acquisitions IRM tridimensionnelles sont généralement supérieures à la période du mouvement respiratoire, ce qui nécessite de prendre en considération ce mouvement au sein du processus d'imagerie. Ce projet de thèse, réalisé en collaboration avec GE Healthcare, vise à contourner les limitations citées précédemment en s'appuyant sur des techniques d'acquisition à temps d'écho sub-milliseconde de type UTE et ZTE, associées à des approches originales et innovantes de suivi intrinsèque des mouvements physiologiques ainsi qu'à des techniques de reconstruction d'images quadridimensionnelles tenant compte à la fois du mouvement respiratoire, de la redondance de l'information entre les différents canaux d'acquisition de données et de la parcimonie des images reconstruites à travers certaines représentations mathématiques. L'objectif ultime du projet est le développement et la validation de techniques d'exploration fonctionnelle respiratoire locales et quantitatives, mais aussi d'élastographie dynamique du poumon par résonance magnétique, afin d'extraire les paramètres ventilatoires et les modules viscoélastiques de cisaillement locaux du poumon au cours du cycle respiratoire. / The respiratory function in human cannot be separated from the deformation motion of the lung: the gas exchanges between the organism and its environment are made possible, during the inspiration, by the swelling of the alveoli in the pulmonary parenchyma, and during the expiration, by a passive return to the static equilibrium state of the lung. The viscoelastic properties of lung tissue play a key role in the function of this organ. These elements of respiratory mechanics may prove to be very sensitive biomarkers of the pathophysiological state of the lung since they depend on the structure of tissues and biological conditions that are considerably altered by most pulmonary diseases such as cancer, emphysema, asthma or interstitial fibrosis. Magnetic resonance imaging enables non-invasive measurement of three-dimensional anatomical images that allow, thanks to the accessible spatial and temporal resolutions as well as the rich contrasts observed in the soft tissues, the measurement of the deformation state of an organ at a given moment. Moreover, by applying motion encoding gradients, magnetic resonance elastography gives the possibility to follow, onto to the magnetic resonance phase signal, the mechanical strain response of organs to an external mechanical stress in order to reveal their viscoelastic properties, which makes possible a quantitative and spatially-resolved exploration of deep organs that are nor reachable by the medical doctor's hand. In the lung, conventional MRI is, however, relatively difficult: the low tissue density, the large differences in magnetic susceptibility at the interface between gas and tissue and, correlatively, the very short lifetimes of the magnetic resonance signal, lead to signal-to-noise ratios that are difficult to exploit. In addition, the durations of three-dimensional MRI scans are generally longer than the period of the respiratory motion, which requires consideration of this motion within the imaging process. This PhD project, carried out in collaboration with GE Healthcare, aims at circumventing the limitations mentioned above by using UTE and ZTE sub-millisecond echo-time acquisition techniques, combined with original and innovative approaches of intrinsic physiological motions monitoring as well as four-dimensional image reconstruction techniques taking into account the respiratory motion, the redundancy of information between the different data acquisition channels and the sparsity of the reconstructed images through some mathematical representations. The ultimate goal of this project is the development and the validation of local and quantitative techniques to explore the respiratory function, as well as dynamic magnetic resonance lung elastography, in order to extract local ventilation parameters and viscoelastic shear moduli in the lung during the breathing cycle.

Les objectifs de cette thèse sont la modélisation mathématique et la simulation numérique de l’élastographie impulsionnelle basée sur la force de radiation acoustique (FRA) dans un tissu mou précontraint, et en particulier le myocarde. La première partie du manuscript concerne la modélisation mathématique de la FRA, la propagation d’ondes de cisaillement qui en résulte et la caractérisation de la vitesse des ondes de cisaillement pour une loi de comportement générale du tissu myocardique. Nous montrons aussi des applications pour l’estimation de l’orientation des fibres cardiaques dans le myocarde et l’évaluation de “pathologies synthétiques ”. Une des contributions principales de ce travail est le développement d’un modèle mathématique original de la FRA. En particulier, à partir d’un modèle biomécanique tridimensionnel du coeur, nous obtenons, à travers une approche asymptotique, les équations qui régissent les champs de pression et de cisaillement induits par la FRA. De plus, nous calculons une expression analytique du terme source responsable de la génération des ondes de cisaillement à partir d’une impulsion acoustique en pression. Dans la deuxième partie de la thèse, nous proposons des outils numériques efficaces pour une simulation numérique réaliste d’une expérience d’élastographie impulsionnelle dans un tissu quasi-incompressible, précontraint et fibré. La discrétisation en espace se base sur des éléments finis spectraux d’ordre élevé. Pour la discrétisation en temps, nous proposons une nouvelle méthode adaptée à l’élasticité incompressible. En particulier, seuls les termes correspondant à des vitesses infinies, associés à la contrainte d’incompressibilité, sont traités implicitement, à travers la resolution d’un problème de Poisson à chaque pas de temps de l’algorithme. En outre, nous proposons une nouvelle méthode d’ordre élevé et efficace pour la résolution d’un problème de Poisson, qui se base sur la transformée de Fourier discrète. / This PhD thesis concerns the mathematical modelling and numerical simulation of impulsive Acoustic Radiation Force (ARF)-driven Shear Wave Elastography (SWE) imaging in a prestressed soft tissue, with a specific reference to the cardiac setting. The first part of the manuscript deals with the mathematical modelling of the ARF, the resulting shear wave propagation, and the characterisation of the shear wave velocity in a general constitutive law for the myocardial tissue. We also show some applications to the extraction of fibre orientation in the myocardium and the detection of “synthetic pathologies”. One of the main contributions of this work is the derivation of an original mathematical model of the ARF. In more detail, starting from an accurate biomechanical model of the heart, and based on asymptotic analysis, we infer the governing equation of the pressure and the shear wave field remotely induced by the ARF, and we compute an analytical expression of the source term responsible for the generation of shear waves from an acoustic pressure pulse. In the second part of the PhD thesis, we propose efficient numerical tools for a realistic numerical simulation of an SWE experiment in a nearly-incompressible, pre-stressed, fibered soft tissue. The spatial discretisation is based on high-order Spectral Finite Elements (HO-SEM). Concerning the time discretisation, we propose a novel method adapted to incompressible elasticity. In particular, only the terms travelling at infinite velocity, associated with the incompressibility constraint, are treated implicitly by solving a scalar Poisson problem at each time step of the algorithm. Furthermore, we provide a novel matrix-free, high-order, fast method to solve the Poisson problem, based on the use of the Discrete Fourier Transform.

Ces travaux de thèse portent sur le développement de nouvelles modalités d’imagerie cardiovasculaire basé sur l’utilisation de l'imagerie ultrarapide 2D et 3D. Les modalités d’imagerie développées dans cette thèse appartiennent au domaine de de l’élastographie par onde de cisaillement et de l'imagerie Doppler des flux sanguins.Dans un premier temps, la technique de l’élastographie par onde de cisaillement du myocarde a été développée pour les applications cliniques. Une approche d'imagerie non-linéaire a été utilisée pour améliorer l’estimation de vitesse des ondes de cisaillement (ou la rigidité des tissus cardiaques) de manière non invasive et localisée. La validation de cette nouvelle approche de « l’imagerie par sommation cohérente harmonique ultrarapide » a été réalisée in vitro et la faisabilité in vivo a été testée chez l’humain. Dans un second temps, nous avons utilisé cette technique sur des patients lors de deux essais cliniques, chacun ciblant une population différente (adultes et enfants). Nous avons étudié la possibilité d’évaluer quantitativement la rigidité des tissus cardiaques par élastographie chez des volontaires sains, ainsi que chez des malades souffrant de cardiomyopathie hypertrophique. Les résultats ont montré que l’élastographie pourrait devenir un outil d'imagerie pertinent et robuste pour évaluer la rigidité du muscle cardiaque en pratique clinique. Par ailleurs, nous avons également développé une nouvelle approche appelée « imagerie de tenseur élastique 3-D » pour mesurer quantitativement les propriétés élastiques des tissus anisotropes comme le myocarde. Ces techniques ont été testées in vitro sur des modèles de de gels isotropes transverses. La faisabilité in vivo de l’élastographie par onde cisaillement à trois-dimensions a été également évaluée sur un muscle squelettique humain.D'autre part, nous avons développé une toute nouvelle modalité d’imagerie ultrasonore des flux coronariens basée sur l’imagerie Doppler ultrarapide. Cette technique nous a permis d'imager la circulation coronarienne avec une sensibilité élevée, grâce notamment au développement d’un nouveau filtre adaptatif permettant de supprimer le signal du myocarde en mouvement, basé sur la décomposition en valeurs singulières (SVD). Des expériences à thorax ouvert chez le porc ont permis d'évaluer et de valider notre technique et les résultats ont montré que la circulation coronaire intramurale, peut être évaluée sur des vaisseaux de diamètres allant jusqu’à 100 µm. La faisabilité sur l’homme a été démontrée chez l’enfant en imagerie clinique transthoracique.Enfin, nous avons développé une nouvelle approche d’imagerie des flux sanguins, « l’imagerie ultrarapide 3-D des flux», une nouvelle technique d'imagerie quantitative des flux. Nous avons démontré que cette technique permet d’évaluer le débit volumétrique artériel directement en un seul battement cardiaque, indépendamment de l'utilisateur. Cette technique a été mise en place à l'aide d'une sonde matricielle 2-D et d’un prototype d’échographe ultrarapide 3-D développé au sein du laboratoire. Nous avons évalué et validé notre technique in vitro sur des fantômes artériels, et la faisabilité in vivo a été démontrée sur des artères carotides humaines. / This thesis was focused on the development of novel cardiovascular imaging applications based on 2-D and 3-D ultrafast ultrasound imaging. More specifically, new technical and clinical developments of myocardial shear wave elastography and ultrafast blood flow imaging are presented in this manuscript.At first, myocardial shear wave elastography was developed for transthoracic imaging and improved by a non-linear imaging approach to non-invasively and locally assess shear wave velocity measurements, and consequently tissue stiffness in the context of cardiac imaging. This novel imaging approach (Ultrafast Harmonic Coherent Compounding) was tested and validated in-vitro and the in vivo feasibility was performed in humans for biomechanical evaluation of the cardiac muscle wall, the myocardium. Then, we have translated shear wave elastography to the clinical practice within two clinical trials, each one with a different population (adults and children). In both clinical trials, we have studied the capability of shear wave elastography to assess quantitatively myocardial stiffness in healthy volunteers and in patients suffering from hypertrophic cardiomyopathy. The results in the adult population indicated that shear wave elastography may become an effective imaging tool to assess cardiac muscle stiffness in clinical practice and help the characterization of hypertrophic cardiomyopathy. Likewise, we have also translated Shear Wave Elastography into four-dimensions and we have developed a new approach to map tissue elastic anisotropy in 3-D. 3-D Elastic Tensor Imaging allowed us to estimate quantitatively in a single acquisition the elastic properties of fibrous tissues. This technique was tested and validated in vitro in transverse isotropic models. The in-vivo feasibility of 3D elastic tensor imaging was also assessed in a human skeletal muscle.In parallel, we have developed a novel imaging technique for the non-invasive and non-radiative imaging of coronary circulation using ultrafast Doppler. This approach allowed us to image blood flow of the coronary circulation with high sensitivity. A new adaptive filter based on the singular value decomposition was used to remove the clutter signal of moving tissues. Open-chest swine experiments allowed to evaluate and validate this technique and results have shown that intramural coronary circulation, with diameters up to 100 µm, could be assessed. The in-vivo transthoracic feasibility was also demonstrated in humans in pediatric cardiology.Finally, we have developed a novel imaging modality to map quantitatively the blood flow in 3-D: 3-D ultrafast ultrasound flow imaging. We demonstrated that 3-D ultrafast ultrasound flow imaging can assess non-invasively, user-independently and directly volumetric flow rates in large arteries within a single heartbeat. We have evaluated and validated our technique in vitro in arterial phantoms using a 2-D matrix-array probe and a customized, programmable research 3-D ultrafast ultrasound system, and the in-vivo feasibility was demonstrated in human carotid arteries.

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Pelvic floor disorder is an emerging research area and is highlighted in many pelvic floor studies. Assessment methods for this type of injury are lacking and new methods for prevention and diagnosis are needed. Pelvic floor disorders are common among women and can lead to suffering for the patient. Levator ani muscle injuries are the main cause for pelvic floor disorders. This muscle group is an anisotropic skeletal muscle that helps support the pelvic viscera. Assessment of this muscle is difficult due to its complex geometry and location. Therefore, two muscle phantoms were constructed to mimic different properties of the levator ani muscle. The muscle phantoms provided more availability and a more controlled setting. The muscle phantoms were examined using ultrasound-based shear wave elastography which is an elastography method that can help determine the elasticity of tissue. A PVA-graphite phantom and a water-based gelatine-graphite phantom, both with fishing lines network as fibers for anisotropy, were constructed in this project. Shear wave elastography results of the PVA phantom indicated no anisotropy but visually resembled a muscle. Although not achieving anisotropy, the shear modulus of the PVA did match the shear modulus of skeletal muscle tissue. Shear wave elastography results of the gelatine phantom indicated anisotropy but visually did not resemble a muscle due to the low shear modulus of the gelatine. A 3D model of the female bony pelvis, that was provided for this project, was measured, and compared with reference value of previous study for future construction and 3D printing of the model. Results of measurements showed similarities between the 3D model and the female pelvis except for the sagittal outlet which had a deviant value. For future work, the muscle phantom can be developed by applying the complex geometry of the levator ani muscle, assembly of the muscle phantom, and the 3D rendering of the pelvis. The combination of these two parts provides a more complete phantom where shear wave elastography can be applied in the same way as in female patients. / Bäckenbottenbesvär är ett framväxande forskningsområde och lyfts fram i många bäckenbottenstudier. Bedömningsmetoder för denna typ av skador saknas och det behövs nya metoder för förebyggande och diagnostik. Bäckenbottenbesvär är vanliga bland kvinnor och kan leda till lidande för patienten. Levator ani muskelskador är den främsta orsaken till bäckenbottensjukdomar. Denna muskelgrupp är en anisotrop skelettmuskel som hjälper till att stödja inälvorna i bäckenet. Bedömning av denna muskel är svår på grund av dess komplexa geometri och läge. Därför konstruerades två muskelfantomer för att efterlikna olika egenskaper hos levator ani-muskeln. Muskelfantomerna gav mer tillgänglighet och en mer kontrollerad inställning. Muskelfantomerna undersöktes med hjälp av ultraljudsbaserad skjuvvågselastografi som är en metod som kan hjälpa till att bestämma vävnadens elasticitet. En PVA-grafitfantom och en vattenbaserad gelatin-grafitfantom, båda med fiskelinsnätverk som fibrer för anisotropi, konstruerades i detta projekt. Resultat från skjuvvågselastografi på PVA-fantomen indikerade ingen anisotropi, men liknade visuellt en muskel. Även då anisotropi inte uppnåddes, så matchade skjuvmodulen för PVA skjuvmodulen för skelettmuskelvävnad. Resultat från skjuvvågselastografi på gelatinfantomen indikerade anisotropi dock visade resultatet ingen visuell liknelse av en skelettmuskel på grund av gelatinets låga skjuvmodul. En 3D modell av bäckenbenet, som förseddes det här projektet, mättes och jämfördes med referensvärde av tidigare studie för framtid 3D friformsframställning av modellen. Resultat av mätningar visade på liknelser mellan 3D modellen och det kvinnliga bäckenbenet förutom sagittal outlet som hade ett avvikande värde. Inför fortsättning av det här projektet kan en utveckling av muskel fantomen ske genom applicering av den komplexa geometrin hos levator ani muskeln samt sammansättning av muskel fantomen och 3D framställningen av bäckenbenet. Sammansättningen av dessa två delar ger en mer komplett fantom där skjuvvågselastografi kan appliceras på samma sätt som hos kvinnliga patienter. / Ja

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