Analysis of Doppler blood flow velocity in carotid arteries for the detection of atherosclerotic plaques

In this thesis, a technique for nearly automated detection of Doppler flow velocity profile is developed. From this, it is possible to estimate the period of the velocity waveform throughout an innovative iterative method, based on Fourier smoothing and non linear least squares. The estimate of the period enables the reconstruction of a function representing the velocity of the red blood cells, along the common carotid artery and at different distances from the bifurcation. Considering these functional data, it is possible to reduce the dimension of the problem performing a functional principal component analysis. The aim is that of exploring the blood flow along the common carotid artery, before the plaque is reached, and searching for features of the curve that indicate the presence of the plaque downstream through a linear discriminant analysis. This permits to compare the blood velocity field in healthy people with the blood flow of stenotic patients, who will undergo TEA surgery.

In questa tesi viene sviluppata una tecnica per la rilevazione quasi automatica del profilo di velocità del flusso sanguigno fornito dall'esame ecodoppler. Una volta estratto il segnale, viene implementato un algoritmo innovativo per la stima del periodo del dato, che sfrutta l'iterazione di smoothing di Fourier e della stima ai minimi quadrati non lineare. La stima del periodo consente la ricostruzione di una funzione che rappresenta la velocità dei globuli rossi, lungo la carotide comune e a diverse distanze dalla biforcazione. Si ha quindi a disposizione un insieme di dati funzionali, sui quali si applica un'analisi delle componenti principali con il fine di ridurre la dimensione del problema. L'obiettivo è quello di esplorare il flusso di sangue lungo la carotide comune, prima che la placca stenotica sia raggiunta. Quindi, attraverso un'analisi discriminante quadratica, si ricercano quelle caratteristiche della curva che indicano la presenza a valle della placca. Questo permette di confrontare il campo di velocità del sangue di persone sane con quello di pazienti malati. Infatti, individuare quali sono gli aspetti che maggiormente differenziano le due classi potrebbe sia avere fini diagnostici, sia contribuire a migliorare le simulazioni fluidodinamiche.