Sviluppo di un algoritmo per la stima del flusso vascolare mediante elaborazione di immagini Color Doppler = Development of an Algorithm for Vascular Flow Estimation through Color Doppler Image Processing

La circolazione sanguigna è fondamentale per la fisiologia cardiovascolare e la sua valutazione è spesso richiesta in ambito clinico e sperimentale. Diverse tecniche consentono di stimare la portata ematica, spaziando da metodiche invasive come il cateterismo con metodo di Fick o la termodiluizione, a strumenti non invasivi come la pletismografia e la risonanza magnetica con contrasto di fase. Sebbene utili in contesti specifici, queste tecniche presentano limiti di invasività, costo o applicabilità dinamica. Con l’ecografia Doppler è possibile ottenere in tempo reale il profilo di velocità del sangue all’interno di un vaso, mentre la rappresentazione in B-mode permette di misurarne la sezione trasversale. In linea teorica, la combinazione di queste informazioni consente di stimare il flusso ematico. Nella pratica, tuttavia, il Doppler pulsato fornisce misure puntuali di velocità che diventano difficili da mantenere in condizioni dinamiche, mentre il Color Doppler, pur offrendo una rappresentazione cromatica intuitiva e più stabile rispetto agli spostamenti, nasce come strumento qualitativo e non restituisce direttamente valori numerici. Scopo di questa tesi è stato lo sviluppo di un algoritmo, implementato in ambiente MATLAB e corredato da interfaccia grafica, capace di estrarre parametri quantitativi (velocità media, velocità di picco e stima del flusso volumetrico) da video ecografici Color Doppler. L’algoritmo opera attraverso una sequenza strutturata: calibrazione iniziale della colormap e della scala spaziale, segmentazione cromatica dell’area Doppler, isolamento automatico del vaso, mappatura colore/velocità e integrazione spaziale pixel-per-pixel per la stima del flusso. Il sistema è stato testato su registrazioni acquisite in condizioni fisiologiche controllate, eseguite a livello dell’arteria femorale, dell’arteria brachiale e della vena basilica durante manovre statiche e dinamiche, incluse contrazioni muscolari, iperemia funzionale e reattiva, compressione venosa e simulazioni di ipovolemia tramite Lower Body Negative Pressure. I risultati hanno evidenziato la robustezza dell’algoritmo, che ha mantenuto la continuità della stima anche in condizioni dinamiche dove il Doppler pulsato mostrava drop-out. In conclusione, l’approccio proposto dimostra la possibilità di sfruttare il Color Doppler come base per ottenere stime quantitative continue della velocità e del flusso vascolare, superando alcune limitazioni operative del Doppler pulsato. Pur con i limiti intrinseci della tecnica, questa metodologia si configura come uno strumento promettente e complementare, con potenziali applicazioni sia nella ricerca fisiologica sia nella pratica clinica, in particolare per studi dinamici che richiedono acquisizioni prolungate e robuste.