Development of New Techniques for Clinical Applications of Jugular Venous Pulse with Ultrasound Devices

E' ormai noto che le vene giugulari interne sono la via principale attraverso cui il sangue defluisce dal cervello quando si è in posizione supina e che un ridotto drenaggio cerebrale può portare a disfunzioni neurologiche. Uno dei parametri principali per studiare la funzionalità di queste vene è il polso venoso giugulare (JVP), un tracciato utile anche per valutare l'emodinamica cardiaca e per stimare in modo indiretto la pressione venosa centrale (CVP). Quest'ultima è una misura invasiva di pressione rilevata generalmente in vena cava, in prossimità dell'atrio destro del cuore: tale parametro fornisce importanti informazioni riguardo alla funzionalità cardiaca. Negli ultimi anni il mio gruppo di ricerca ha dimostrato come sia possibile ottenere un tracciato JVP da un normale esame ad ultrasuoni dei vasi cardiaci. In particolare, si è riusciti a determinare il JVP in modo semi-automatico con un software di elaborazione immagini che rileva le variazioni nel tempo dell'area di sezione trasversale del vaso (CSA). Il gruppo ha quindi individuato un modello che correlasse i tracciati di CVP e JVP al fine di calcolare una misura di pressione grazie alla sola quantificazione dell'area. Una parte del mio lavoro è stata dedicata ad una prima validazione sperimentale del modello. Un'altra parte del lavoro ha invece previsto un confronto tra i parametri emodinamici di un gruppo di soggetti di controllo sani ed un gruppo di pazienti affetti da patologie cognitive ad uno stadio iniziale. Entrambi i progetti, sviluppati in parallelo, hanno previsto una parte di raccolta dati, elaborazione dei tracciati e analisi statistica. Durante il primo progetto è stata verificata sia la correlazione tra i tracciati JVP e CVP, sia il ritardo temporale tra gli stessi. Successivamente, è stata effettuata l'analisi del modello per il calcolo della pressione, con risultati complessivamente deboli ma promettenti. Il confronto tra soggetti sani e patologici del secondo progetto ha individuato caratteristiche statisticamente differenti tra le due popolazioni. Tuttavia, i risultati del confronto sembrano essere influenzati dalla diversa età dei soggetti esaminati, che potrebbe modificare i parametri misurati. Infine, il mio lavoro di tesi si è concluso con la caratterizzazione di una nuova piattaforma ad ultrasuoni (ULA-OP), effettuata tramite il confronto delle sue prestazioni con quelle di un ecografo tradizionale. Le modalità esaminate sono state due: Doppler e Brightness (B-mode). In modalità Doppler la piattaforma ULA-OP presenta una migliore accuratezza nelle misure, ma non altrettanta precisione. Invece, in modalità B-mode non si sono verificate importanti differenze rispetto alle prestazioni dell'ecografo tradizionale se non per la qualità dell'immagine, più scarsa nel nuovo dispositivo. Tuttavia, una delle grandi innovazioni di questo strumento è la possibilità di personalizzare e perfezionare il software di acquisizione ed elaborazione dati. Apportando quindi le necessarie migliorie il dispositivo si potrebbe rivelare molto utile nell'ambito della diagnostica vascolare.

It is recognized that internal jugular veins are the major route of cerebral outflow in supine position, and that reduced functionality of these veins can lead to neurological diseases. One of the most interesting parameters to study the functionality of these veins is the jugular venous pulse (JVP) trace. JVP is useful not only to investigate drainage functions, but also to evaluate cardiac hemodynamic and to estimate Central Venous Pressure (CVP) in an indirect way. CVP is an invasive measure of blood pressure in veins close to the right atrium of the heart, that contains information about the functionality of the heart. In recent years, my research group demonstrated that it is possible to obtain the JVP trace with ultrasound (US) imaging. Moreover, we implemented a custom script to obtain the trace in a semi-automatic way, using a software for image processing. In this way we were able to obtain a JVP trace, by recognizing and measuring the changes of cross sectional area (CSA) of the vein over time. Therefore the group focused on the correlation between CVP and JVP, in order to find a model to assess pressure variations from CSA measurements. Part of my thesis work was dedicated to check, for the first time, the robustness of this model through an experimental validation. Another part of the thesis investigated the statistical differences between hemodynamic parameters of a group of healthy subjects and a group of patient with mild cognitive impairment. Both the projects were divided in: collection of data, traces elaboration and statistical analysis. During the first project, we verified both the correlation and the time lag between JVP and CVP traces. Then we analysed the model for the calculation of the CVP. The achieved results were currently weak but promising. Regarding the comparison between healthy control and pathological subjects, we found several statistical differences between the two groups. However, the results could be affected by a bias due to different age intervals of the volunteers. In the last part of my thesis work the performances of a new US advanced open platform (ULA-OP) were characterized through the comparison with a standard US device. We analysed both Doppler and Brightness (B-mode) modalities. Results showed that in Doppler mode, the ULA-OP system is more accurate and less precise than the standard one. In B-mode the performances were very similar, even if the image quality was worse. However, the high programmability of ULA-OP, one of the main innovations of this device, could compensate the defects. Once implemented the necessaries adjustments, this platform could become very useful for cardiovascular diagnostics.