Current research within the field of ultrasound contrast agents (UCAs) aims at developing capsules which are not only acoustically active, but also have a chemically modifiable surface. This enables use in new areas, including targeted drug delivery and theranostics. For such purposes, air-filled microbubbles (MBs) with a polyvinyl alcohol (PVA) shell are being studied. Ultrasound imaging velocimetry (UIV) is a technique used to evaluate various types of liquid flows by tracking patterns caused by UCAs across ultrasound images, and has shown great potential for flow measurements in terms of accuracy. The aim of this thesis was to implement a basic UIV program in Matlab to investigate the flow behavior of air-filled PVA MBs being pumped through a phantom, mimicking a blood vessel. The images were acquired using the programmable Verasonics research system by plane wave imaging with coherent compounding, and UIV was implemented as a post-processing technique. Three parameters were varied to study how the UIV performance and flow behavior of the MBs were affected: the concentration of MBs, the flow velocity, and the transducer voltage. The resulting velocity vector fields showed that it is possible to track PVA MBs using the implemented UIV program, and that the concentration 5·106 MBs/ml gave the best results out of the five concentrations tested. The generated velocity vector fields indicated a turbulent and pulsatile flow behavior, which was in line with the predicted flow behavior, although there was a disparity between the measured average flow velocity of the MBs and the predicted flow velocity. It was also observed that the MBs were increasingly pushed in the axial direction with increasing voltage, as according to theory. Even though a more advanced UIV algorithm could improve the accuracy of the velocity measurements, the results show possible use of air-filled PVA MBs in combination with UIV. / Nuvarande forskning inom ultraljudskontrastmedel syftar till att utveckla kapslar som inte bara är akustiskt aktiva, utan som även har en kemiskt modifierbar yta. Detta möjliggör användning inom nya områden, så som målinriktade läkemedel och theanostics. För detta syfte studeras luftfyllda mikrobubblor med ett skal av polyvinylalkohol (PVA). Ultrasound imaging velocimetry (UIV) är en teknik som används för att analysera olika typer av vätskeflöden genom att spåra mönster orsakade av ultraljudskontrastmedel över ett antal ultraljudsbilder. Metoden har visats ha stor potential för flödesmätningar, och hög noggrannhet har uppnåtts. Detta projekt syftade till att implementera ett grundläggande UIV-program i Matlab för att undersöka flödesbeteenden hos luftfyllda PVA-mikrobubblor som pumpas genom en modell av ett blodkärl. Ultraljudsbilderna togs med hjälp av det programmerbara forskningssystemet Verasonics, genom att använda planvågsavbildning och coherent compounding, och UIV implementerades som ett efterbearbetningsprogram. Tre parametrar varierades för att studera hur prestandan av UIV-programmet och flödesbeteendet hos mikrobubblorna påverkades: koncentrationen av mikrobubblor, flödeshastigheten, och spänningsamplituden hos ultraljudsproben. De resulterande hastighetsvektorfälten visade det möjligt att evaluera flödesbeteenden hos PVA-mikrobubblor med hjälp av det implementerade UIV-programmet. Bäst resultat erhölls genom att använda koncentrationen 5·106 mikrobubblor/ml, av de fem testade koncentrationerna. De genererade hastighetsvektorfälten indikerade ett turbulent och pulserande flöde, vilket överensstämde med teorin, trots att det fanns skillnader mellan genomsnittliga uppmätta flödeshastigheter och den beräknade flödeshastigheten. Det kunde också observeras att mikrobubblorna trycktes i den axiella riktningen när spänningsamplituden ökade, vilket överensstämde med teorin. Trots att metodens noggrannhet skulle kunna ökas genom att använda ett mer avancerat UIV-program, visade resultaten på möjligheten att använda luftfyllda PVA-mikrobubblor i kombination med UIV.

Ultrasound imaging systems are a safe and affordable imaging modality with the disadvantage of low spatial resolution, especially for assessing smaller vessels. However, with the implementation of super-resolution ultrasound imaging techniques, studies have shown promising results in achieving a resolution below the diffraction limit. Super-resolution ultrasound imaging techniques takes advantage of the point spread function to localize the centroid of the ultrasound contrast agents in an image. By superimposing thousands of these images, a super-resolved image of the localized and tracked contrast agents can be created, which presents an image where vessels down to a few micrometers can be resolved. The purpose of this master’s thesis was to implement super-resolution ultrasound imaging, test different localization methods and analyze them by using different ultrasound contrast agent concentrations. Grayscale ultrasound images were acquired using the Verasonics system for three different microbubble concentrations. The super-resolution ultrasound imaging program was executed on the grayscale images using three different localization methods, Gaussian fit, No-shift and Interpolation based scheme. The microbubbles were localized and tracked over several frames to create a super-resolved image which had the pixel resolution of a 10th of the wavelength. Significant improvements were demonstrated in the super-resolved images compared to the grayscale images. The higher microbubble concentrations resulted in a higher number of localized and tracked microbubbles. While the low concentration exhibited lower values. Comparing the methods, Gaussian fit and No-shift detected higher number of microbubbles than the method Interpolation. Although further analysis is needed, the thesis concluded that using Gaussian fit as a localization method and higher microbubble concentrations, a super-resolved image can be produced even if the program is tested on fewer images. / Ultraljudsavbildning är en säker och billig avbildningsmodalitet med en låg spatial upplösning, framför allt vid avbildning av mindre kärl. Men med implementering av ultraljudsavbildningstekniker med superupplösning har studier visat lovande resultat för att uppnå en upplösning under diffraktionsgränsen. Ultraljudsavbildningstekniker med superupplösning utnyttjar punktspridningsfunktionen för att lokalisera ett ultraljudskontrastmedels centerpunkt i en bild. Genom att överlagra tusentals av dessa bilder skapas en superupplöst bild av det lokaliserade och spårade kontrastmedlet. Med hjälp av superupplösta bilden kan kärl som är några mikrometer urskiljas. Syftet med denna masteruppsats var att implementera ultraljudsavbildning med superupplösning, testa olika lokaliseringsmetoder och analysera de genom att använda olika koncentrationer av mikrobubblor. Gråskale ultraljudsbilder samlades in med hjälp av Verasonics systemet för tre olika koncentrationer av mikrobubblor. Superupplösningsprogrammet var exekverad på gråskalebilderna för tre olika lokaliseringsmetoder, Gaussian fit, No-shift och Interpolation based scheme. Mikrobubblorna lokaliserades och spårades över flera bilder för att skapa en superupplöst bild vilket hade en tiondel av våglängden som pixelupplösning. Resultatet presenterade en märkbar förbättring i de superupplösta bilderna jämfört med gråskalebilderna. De högre koncentrationerna med flera mikrobubblor resulterade i ett högre antal lokaliserade och spårade mikrobubblor, medan den lägre koncentrationen gav färre lokaliserade mikrobubblor. Metoderna Gaussian fit och No-shift detekterade flera mikrobubblor än metoden Interpolation. Slutsatsen visade att användningen av lokaliseingsmetoden Gaussian fit med högre koncentrationer av mikrobubblor ger en superupplöst bild även om programmet exekveras på färre bilder.