Academic literature on the topic 'Cyclic tests, push-over tests'

Tese de mestrado integrado em Engenharia Biomédica e Biofísica (Sinais e Imagens Médicas), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2021<br>O líquido cefalorraquidiano (LCR) tem um papel essencial na drenagem dos resíduos resultantes do metabolismo cerebral e o constante movimento a que este fluido está sujeito é vital para manter a homeostasia do cérebro. Com feito, alterações neste movimento, geralmente associadas com o envelhecimento ou com doença, levam a perturbações fisiológicas, como a doença de Alzheimer ou a hidrocefalia. Por esta razão, é fundamental consolidar e aprofundar o conhecimento referente a este fluido, nomeadamente perceber como varia a sua velocidade e deslocamento, pois só desta forma será possível desenvolver e aperfeiçoar a prevenção e tratamento destas perturbações. Com efeito, este fluido está em constante movimento e o seu comportamento está intimamente ligado ao ciclo cardíaco. Apesar de estudos anteriores sobre a velocidade e o deslocamento do líquido cefalorraquidiano através de métodos de Ressonância Magnética (RM), ainda não existe uma descrição completa sobre o comportamento deste fluido. O objetivo principal deste estudo, consistiu em obter uma descrição detalhada da velocidade e do deslocamento do LCR através da aquisição de imagens de ressonância magnética obtidas com contraste de fase, um método de referência no que toca ao estudo da velocidade de fluidos No entanto, utilizar RM de contraste de fase para adquirir velocidades mais baixas, como as do LCR, requer tempos de aquisição mais longos e, consequentemente, as imagens obtidas estão mais sujeitas a distorções. Assim, a segunda parte deste projecto partiu dos resultados de deslocamento obtidos através da RM com contraste de fase para otimizar os parâmetros de uma segunda sequência de MR. Esta sequência é relativamente recente e possibilita o estudo do deslocamento sub-milimétrico do LCR associado ao movimento do cérebro através da aplicação de gradientes sucessivos (DENSE). Porém, é necessária uma escolha rigorosa dos parâmetros utilizados de forma a obter resultados que retratem o deslocamento do LCR de uma forma rigorosa e exata. Na primeira parte deste projecto, quatro voluntários foram estudados utilizando RM com contraste de fase, entre outubro de 2019 e fevereiro de 2020, em concordância com as diretrizes éticas da University Medical Center em Utrecth, Países Baixos. As aquisições foram realizadas utilizando um scanner de RM Philips 7 T e dois tipos de contraste foram utilizados: contraste de fase com 1mm de resolução isotrópica e com uma codificação de velocidade de 5m/s, e imagens 3D com ponderação em T1 com 1mm de resolução isotrópica. As imagens foram obtidas para três orientações distintas: anterior posterior, inferior-superior, e direita-esquerda. Na segunda parte deste projecto, dois voluntários foram estudados, de janeiro a fevereiro de 2020, utilizando seis contrastes: contraste de fase com 1mm de resolução isotrópica, e imagens 3D com ponderação em T1 com 1mm de resolução isotrópica, uma sequência básica DENSE com 2mm de resolução isotrópica, uma sequência básica DENSE com 3mm de resolução isotrópica, uma sequência DENSE com uma preparação T2 com 3mm de resolução isotrópica e, finalmente, uma sequência DENSE com tempo de eco prolongado com 3mm de resolução isotrópica. No entanto, e ao contrário das imagens adquiridas na primeira parte deste projecto, as imagens da segunda parte foram obtidas apenas para a orientação inferior-superior. Todas as imagens adquiridas no decorrer desta dissertação foram obtidas com gating cardíaco. O gating cardíaco foi realizado através da utilização de um eletrocardiograma e de um oxímetro de pulso de modo a relacionar o evolução da velocidade e do deslocamento com o ciclo cardíaco. Neste projecto foi também desenvolvida uma pipeline que permite que a partir das imagens adquiridas seja possível estudar a velocidade e o deslocamento do LCR. Esta pipeline inclui diversos passos. O primeiro passo consistiu em realinhar e co-registar as imagens obtidas de forma a permitir uma análise voxel a voxel. Seguidamente, as imagens foram segmentas em três tipos de tecidos: LCR, substância cinzenta, e substância branca. Adicionalmente, as primeiras etapas foram realizadas através da utilização de toolboxs disponíveis no MATLAB como o SPM e o CAT12. Posteriormente, os artefactos presentes nas imagens, tais como as correntes-eddy, foram corrigidos. No decorrer deste projecto diversas regiões foram analisadas e foram divididas em dois grupos: regiões do sistema ventricular, nas quais se incluíram os ventrículos laterais, o terceiro e quarto ventrículo, o aqueduto de Sylvius e a Cisterna Magna; e regiões mais abrangentes, como a região anterior e posterior do cérebro. Estas áreas do cérebro foram selecionadas através da segmentação das imagens anatómicas. Finalmente, a velocidade de cada uma destas regiões foi extraída e integrada ao longo do ciclo cardíaco de maneira a calcular o deslocamento do LCR. Os resultados obtidos relativamente à velocidade mostraram consistência para os quatro voluntários deste projecto. Verificou-se que as regiões do sistema ventricular demonstram valores de velocidade consideravelmente mais elevados do que as regiões mais abrangentes. Com efeito, a região que apresentou valores absolutos de velocidade mais elevados foi o aqueducto de Sylvius. Adicionalmente, verificou-se que as velocidades são superiores na orientação caudal-cranial e inferiores na orientação direita-esquerda. Concluiu-se também que o valor de velocidade escolhido não foi o mais indicado para as regiões mais abrangentes pois a velocidade destas regiões é significativamente inferior e, desta forma, poderá ter existido perda de sinal do LCR. Posteriormente, ao integrar a velocidade obtida através da RM com contraste fase obtiveram-se mapas de deslocamento para as mesmas regiões cerebrais. Estes resultados mostraram-se consistentes e, tal como anteriormente observado, o deslocamento é consideravelmente superior para as regiões do sistema ventricular. A região inferior do cérebro foi a que apresentou valores de deslocamento mais elevados, o que pode ser justificado pelo facto desta região se encontrar mais próxima do coração e, desta maneira, o LCR ser ejetado das regiões que ocupa com maior velocidade. Adicionalmente, verificou-se que as maiores alterações do deslocamento ocorrem imediatamente após a sístole cardíaca. Seguidamente, foi possível, a partir dos valores de deslocamento obtidos, determinar um valor ótimo para a sensibilidade, relativamente ao deslocamento, da sequência DENSE. Contrariamente à primeira parte deste projecto, os resultados obtidos utilizando as sequências DENSE dizem respeito exclusivamente às regiões mais abrangentes. De facto, esta exclusão das regiões do sistema ventricular foi causada pela baixa resolução das imagens obtidas que, desta forma, não permitiram uma segmentação de áreas tão reduzidas com fiabilidade razoável. Os resultados desta análise mostram que a sequência utilizada cujos resultados de deslocamento se assemelham mais aos resultados obtidos através do contraste de fase foi a sequência que utilizou a preparação T2. Por oposição, as sequências básicas utilizadas mostraram semelhança reduzida com o método de comparação. Esta diferença observada foi justifica pela baixa resolução das imagens adquiridas, o que contribui para que não fosse possível eliminar o efeito de volume parcial. Adicionalmente, concluiu-se que o valor de sensibilidade para o deslocamento utilizado não foi o correto para estas regiões e, desta forma, houve perda de sinal adquirido justificando assim às diferenças encontradas entre os dois métodos. Concluindo, esta dissertação cumpriu o objetivo principal proposto, nomeadamente fazer uma descrição completa e quantificar a evolução da velocidade e do deslocamento do líquido cefalorraquidiano ao longo do ciclo cardíaco. Adicionalmente, o método de RM com contraste de fase mostrou ser um método fiável para o estudo do comportamento do LCR mesmo em regiões com velocidades mais lentas. Os resultados de deslocamento obtidos através da utilização do método DENSE permitiram confirmar o potencial desta técnica para medir deslocamentos sub-milimétricos. No entanto, este método ainda necessita de ser otimizado de forma a ser uma alternativa viável ao contraste de fase. Finalmente, os resultados obtidos neste estudo permitem que estudos futuros utilizem os valores máximos de cada região obtida de forma a otimizar futuras sequências.<br>Cerebrospinal fluid (CSF) plays an essential role in the drainage of cerebral waste, and its continuous motion is vital to maintain the brain’s homeostasis. Variations in this motion, associated with aging and disease, are observed in physical and physiological disorders, such as Alzheimer’s Disease. Therefore, a deep understating of this fluid motion, such as its velocity and displacement, is fundamental to strengthen our knowledge of these diseases and might be vital to their prevention and treatment. Despite previous studies reporting CSF velocity and displacement using magnetic resonance imaging techniques, a complete picture of this fluid motion has not yet been obtained. The aim of this study was to, first and foremost, obtain a general picture of CSF velocity and displacement using Phase Contrast (PC) MRI, a method of reference for velocity acquisition. Furthermore, this sequence was also used to optimize the parameters for an MRI technique called Displacement Encoding with Stimulated Echoes (DENSE), a sequence that was modified in order to be capable of measuring small displacements. Four healthy subjects were studied using whole-brain ultra-high field (UHF) MRI at 7 Tesla (T). The volunteers were scanned using two different MRI imaging sequences: Phase Contrast MRI at 1 mm isotropic resolution and 3D T1-weighted (T1w) at 1 mm isotropic resolution. Additionally, two healthy subjects were scanned using PC and four different DENSE acquisitions. Firstly, two basic DENSE sequences with 2mm and 3mm isotropic resolution were acquired. Next, a DENSE acquisition with a T2 prepared magnetization, and a DENSE sequence with a long echo time were acquired to avoid confounding effects from partial volume between tissue and CSF. The image processing pipeline included coregistration, segmentation, eddy current correction. Moreover, mean velocity and displacement maps were calculated for regions of interest previously selected. The results in this study obtained from the PC acquisitions show consistent velocity and displacement values across all subjects. Furthermore, CSF shows higher values for the ventricular regions, such as the aqueduct, and predominant motion in the anterior and feet direction. Comparatively, regions in the periphery of the brain display slower velocities and smaller displacements. The displacement values obtained with PC were used to optimize the displacement sensitivity used in the DENSE acquisition. The DENSE sequence acquired with a T2 magnetization preparation showed the most consistent results when compared to the Phase Contrast. In conclusion, this project managed to study and quantify CSF behavior in the brain, which allows for the optimization of future sequences that desire a more detailed study of this fluid’s in specific brain regions.