Image processing of 4D phase contrast MRI data for hemodynamic and morphometric analysis of thoracic aorta

To assess initiation and progression of Cardiovascular Diseases (CVDs) blood flow characteristics are known to play an important role. Moreover, since a strictly relation between alteration of blood flow hemodynamic and changes in morphology of the vessel has been demonstrated in many CVD, flow patterns study should be integrated with morphometric analysis (vessel size and shape). 3D cine Phase Contrast MRI (4D PCMRI) can extract a quantitative depiction of spatial distribution of blood flow velocity as function of time. This imaging technique is now considered the gold standard in research to study the blood flow characteristics evolving in thoracic aorta and it is also used in clinical protocol to extend traditional anatomic evaluation. The aim of this project is to develop advanced methods to allow and to improve the use of 4D PCMRI images of the thoracic aorta for hemodynamic and morphometric evaluations. Two main purposes can be distinguished: 1 - to propose a new filtering approach able to denoise and regularize 4D velocity maps providing volumes suitable for hemodynamic applications and 2 - to develop a new segmentation method to extract the vessel lumen and to create a 3D model which can be directly used to calculate patient-specific indices for a comprehensive morphometric and hemodynamic aorta characterization.

Le caratteristiche del flusso sanguigno all'intero del circolo arterioso sono considerate un'informazione fondamentale per studiare la formazione e verificare la presenza di patologie cardiovascolari (CVD). Inoltre, poiché una stretta relazione tra alterazione emodinamiche e cambio della morfologia del vaso è stata osservata in presenza di molte CVD, è di grande interesse integrare lo studio dei pattern emodinamici con un'analisi geometrica. La 3D Cine Phase Contrast MRI (4D PCMRI) consente di acquisire in vivo mappe dinamiche tridimensionali quantitative di velocità dei flussi sanguigni. Questa tecnica non solo è considerata il gold-standard in ricerca per studiare le caratteristiche dei flussi all'interno dell'aorta toracica, ma è spesso usata in protocolli clinici integrandola alle più classiche valutazioni anatomiche. Lo scopo di questo progetto è lo sviluppo di metodi avanzati per consentire e per migliorare l'utilizzo di immagini 4D PCMRI dell'aorta toracica per valutazione emodinamiche e geometriche. Possono essere distinte due principali applicazioni: 1 - proporre un filtro in grado di ridurre il rumore e regolarizzare il dato per applicazioni emodinamiche e 2 - sviluppare un nuovo metodo di segmentazione per estrarre il lume interno del vaso e creare un modello 3D consentendo così una completa caratterizzazione emodinamica e morfometrica dell'aorta toracica.