Summary
इकोकार्डियोग्राफी का उपयोग आमतौर पर हृदय संरचना और कार्य में परिवर्तनों को गैर-विकासात्मक रूप से चित्रित करने और निर्धारित करने के लिए किया जाता है। हम एक अल्ट्रासाउंड-आधारित इमेजिंग एल्गोरिदम का वर्णन करते हैं जो मायोकार्डियल माइक्रोस्ट्रक्चर का एक बढ़ाया सरोगेट उपाय प्रदान करता है और ओपन-एक्सेस इमेज एनालिसिस सॉफ्टवेयर का उपयोग करके किया जा सकता है।
Abstract
इकोकार्डियोग्राफी एक व्यापक रूप से सुलभ इमेजिंग मोडलिट्यूल है जिसका उपयोग आमतौर पर हृदय संरचना और कार्य में परिवर्तनों को गैर-विकासात्मक रूप से चित्रित करने और निर्धारित करने के लिए किया जाता है। हृदय ऊतक के अल्ट्रासोनिक आकलन में ब्याज के किसी दिए गए क्षेत्र के भीतर बैकस्कैटर सिग्नल तीव्रता का विश्लेषण शामिल हो सकता है। पहले स्थापित तकनीकों ने मुख्य रूप से बैकस्कैटर सिग्नल तीव्रता के एकीकृत या मतलब मूल्य पर भरोसा किया है, जो चक्रीय भिन्नता के आधार पर एल्गोरिदम के लिए कम फ्रेम दरों और समय में देरी से उपनाम वाले डेटा से परिवर्तनशीलता के लिए अतिसंवेदनशील हो सकता है। इसके साथ, हम एक अल्ट्रासाउंड-आधारित इमेजिंग एल्गोरिदम का वर्णन करते हैं जो पिछले तरीकों से फैली हुई है, एक दिए गए मायोकार्डियल नमूने से प्राप्त सिग्नल तीव्रता मूल्यों के पूर्ण वितरण के लिए एक ही छवि फ्रेम और खातों पर लागू किया जा सकता है। जब प्रतिनिधि माउस और मानव इमेजिंग डेटा पर लागू होता है, तो एल्गोरिदम क्रोनिक आलिंगन प्रतिरोध के संपर्क में आने के साथ और बिना विषयों के बीच अलग होता है। एल्गोरिदम मायोकार्डियल माइक्रोस्ट्रक्चर का एक बढ़ाया सरोगेट उपाय प्रदान करता है और ओपन-एक्सेस इमेज एनालिसिस सॉफ्टवेयर का उपयोग करके किया जा सकता है।
Introduction
इकोकार्डियोग्राफी एक व्यापक रूप से सुलभ इमेजिंग मोडलिट्यूल है जिसका उपयोग आमतौर पर हृदय संरचना और कार्य में परिवर्तनों को गैर-विकासात्मक रूप से चित्रित करने और निर्धारित करने के लिए किया जाता है। हृदय ऊतक के अल्ट्रासोनिक आकलन में समय में एक बिंदु पर ब्याज के दिए गए क्षेत्र के भीतर बैकस्कैटर सिग्नल तीव्रता के विश्लेषण के साथ-साथ हृदय चक्र के दौरान भी शामिल हो सकते हैं। पूर्व अध्ययनों से पता चला है कि सोनोग्राफिक सिग्नल तीव्रता के उपाय मायोकार्डियल फाइबर अव्यवस्था, व्यवहार्य बनाम अव्यवहार्य मायोकार्डियल ऊतक, और इंटरस्टिशियल फाइब्रोसिस1-3की अंतर्निहित उपस्थिति की पहचान कर सकते हैं। हम मायोकार्डियल 'माइक्रोस्ट्रक्चर' को ऊतक वास्तुकला के रूप में संदर्भित करते हैं, जिसे सकल आकार और आकृति विज्ञान के रैखिक मापों से परे सोनोग्राफिक विश्लेषण का उपयोग करके विशेषता दी जा सकती है। तदनुसार, सोनोग्राफिक सिग्नल तीव्रता के विश्लेषणों का उपयोग हाइपरट्रोफिक और डिलेटेड कार्डियोमायोपैथी4,5,क्रोनिक कोरोनरी धमनी रोग6,7और उच्च रक्तचाप हृदय रोग8,9की स्थापना में मायोकार्डियल ऊतक के सूक्ष्मसंरचना परिवर्तनों का मूल्यांकन करने के लिए किया गया है। हालांकि, पहले स्थापित तकनीकों ने मुख्य रूप से बैकस्कैटर सिग्नल तीव्रता के एकीकृत या मतलब मूल्य पर भरोसा किया है, जो यादृच्छिक शोर5से परिवर्तनशीलता के लिए अतिसंवेदनशील हो सकता है, कम फ्रेम दरों से डेटा10,और चक्रीय भिन्नता11के आधार पर एल्गोरिदम के लिए समय देरी।
इसके साथ ही, हम अल्ट्रासाउंड-आधारित छवि विश्लेषण एल्गोरिदम का उपयोग करने की विधि का वर्णन करते हैं जो पिछले तरीकों से फैली हुई है; यह एल्गोरिदम किसी दिए गए मायोकार्डियल नमूने से प्राप्त सिग्नल तीव्रता मूल्यों के पूर्ण वितरण के लिए छवि विश्लेषण और खातों के लिए एक अंत-डायस्टोलिक फ्रेम पर केंद्रित है। एक इन-फ्रेम संदर्भ12,13के रूप में पेरिकार्डियम का उपयोग करके, एल्गोरिदम सोनोग्राफिक सिग्नल तीव्रता वितरण में भिन्नता को पुन: उत्पन्न करता है और मायोकार्डियल माइक्रोस्ट्रक्चर का एक बढ़ाया सरोगेट उपाय प्रदान करता है। एक कदम-दर-कदम प्रोटोकॉल में, हम उपयोग के लिए छवियों को तैयार करने, रुचि के क्षेत्रों का नमूना लेने और रुचि के चयनित क्षेत्रों के भीतर डेटा प्रसंस्करण के तरीकों का वर्णन करते हैं। हम चूहों और मनुष्यों से प्राप्त इकोकार्डियोग्राफिक छवियों के लिए एल्गोरिदम को लागू करने से प्रतिनिधि परिणाम भी दिखाते हैं, जिसमें बाएं वेंट्रिकल पर आलोड तनाव के लिए चर जोखिम होता है।
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. विश्लेषण के लिए छवियों की तैयारी
- पैरास्टेरल लॉन्ग-एक्सिस व्यू में मुरीन या ह्यूमन इकोकार्डियोग्राफिक बी-मोड इमेज प्राप्त करें। सामान्य अभ्यास के अनुसार, पैरास्टेर्नल व्यू में एलवी और अन्य कार्डियक संरचनाओं के दृश्य को अनुकूलित करने के लिए समय-लाभ क्षतिपूर्ति सेटिंग्स और संचारित फोकस के प्लेसमेंट को समायोजित करें। सुनिश्चित करें कि सभी छवियों को DICOM फ़ाइल प्रारूप में सहेजा गया है। मानकीकृत छवि दृश्य फ्रेम के आधार पर अफरोलेटरल लेफ्ट वेंट्रिकुलर दीवार रखते हैं। फ्रेम को बाएं वेंट्रिकुलर मायोकार्डियम और पेरिकार्डियम की संपूर्णता प्रदर्शित करनी चाहिए। संकल्प काफी उच्च करने के लिए पेरिकार्डियल सीमा, मायोकार्डियल दीवार, और बाएं वेंट्रिकल के एंडोकार्डियल सीमा का सीमांकन होना चाहिए । अतिरिक्त ड्रॉपआउट या छवि कलाकृतियों के साथ छवियों को त्यागें।
- एक DICOM फ़ाइल के रूप में ImageJ सॉफ्टवेयर प्लेटफ़ॉर्म v1.46 में विश्लेषण के लिए एक छवि फ़ाइल आयात करें। फ़ाइल को 8-बिट इमेज फ़ाइल में परिवर्तित करें।
- एक उपयुक्त गुणवत्ता अंत डायस्टोलिक फ्रेम तक पहुंचने तक हृदय चक्र के लगातार फ्रेम के माध्यम से स्क्रॉल करें। वैकल्पिक रूप से, इकोकार्डियोग्राफिक देखने के कार्यक्रम में एंड-डायस्टोलिक फ्रेम का चयन करें और फिर इमेजजे में उपयोग के लिए फाइल प्रारूप .jpg उच्च-रिज़ॉल्यूशन में निर्यात करें। ईसीजी ट्रेसिंग की आर वेव का उपयोग करके एंड-डायस्टोल के निकटतम फ्रेम की पहचान करें, और फिर एकल सर्वश्रेष्ठ फ्रेम की पहचान करें जो एलवी को अधिकतम आंतरिक आयाम के साथ कैप्चर करता है। इस सिंगल फ्रेम को एंड-डायस्टोलिक फ्रेम पर विचार करें।
- यह सुझाव दिया जाता है कि रुचि के क्षेत्रों का चयन करते समय उपयोगकर्ताओं को विषय पहचान के लिए अंधा किया जाए ।
2. आरओआई सैंपलिंग
- पेरिकार्डियल संदर्भ चयन। ब्याज के पेरिकार्डियल क्षेत्र (आरओआई) का चयन करते समय, पेरिकार्डियल ऊतक की विषमता को पकड़ने का लक्ष्य रखें। ध्यान दें कि छवि चमक और इसके विपरीत विश्लेषण परिणामों पर किसी भी प्रभाव के बिना, जरूरत के रूप में आरओआई चयन के लिए समायोजित किया जा सकता है ।
- इमेजजे के आयत ड्राइंग टूल का उपयोग करके, बेसल इनफेरोल्टेरियल पेरिकार्डियल दीवार के मध्य तीसरे हिस्से की लंबाई के साथ एक आयत का चयन करें।
- आरओआई आकार उपकरण का उपयोग करके पेरिकार्डियम की चौड़ाई को विस्तारित करने के लिए आयताकार आरओआई का आकार दें।
- इमेजजे के रीब बारी-बारी से उपकरण का उपयोग करके पेरिकार्डियल क्षेत्र के भीतर झूठ बोलने के लिए आरओआई को घुमाएं।
- पेरिकार्डियल आरओआई के कोनों में कोई आवश्यक समायोजन करें। ब्याज के एक अंतिम पेरिकार्डियल क्षेत्र पर कब्जा है कि पेरिकार्डियल दीवार के मध्य तीसरे के भीतर स्थित है, और मायोकार्डियल या अतिरिक्त हृदय क्षेत्रों में विस्तार के बिना pericardial दीवार की चौड़ाई भी शामिल है । किसी दिए गए अध्ययन में किए गए सभी उपायों के लिए एक ही सापेक्ष स्थान और कुल पेरिकार्डियल क्षेत्र का प्रतिशत कैप्चर करने का लक्ष्य रखें।
- इमेजजे विश्लेषण टूल (धारा 3 देखें) के माध्यम से चयन के लिए एल्गोरिदम लागू करें।
- मायोकार्डियल चयन। एक बार फिर, बेसल इनफेरोल्टेरियल मायोकार्डियल दीवार के मध्य तीसरे के भीतर मायोकार्डियल ऊतक की विषमता को पकड़ने का लक्ष्य रखें। ध्यान दें कि छवि चमक और इसके विपरीत विश्लेषण परिणामों पर किसी भी प्रभाव के बिना, जरूरत के रूप में आरओआई चयन के लिए समायोजित किया जा सकता है ।
- एंडोकार्डियम और एपिकार्डियम को छोड़कर, मायोकार्डियल दीवार की चौड़ाई तक फैले हुए आयत का चयन करें। सुनिश्चित करें कि मायोकार्डियल चयन पेरिकार्डियल चयन के निकट है और एक ही थेटा कोण पर है। चयन क्षेत्र के भीतर पेपिलरी पेशी के क्षेत्रों को शामिल न करें।
- मायोकार्डियल आरओआई को इस तरह घुमाएं कि यह पेरिकार्डियल चयन के समानांतर हो।
- मायोकार्डियल आरओआई के कोनों में कोई आवश्यक समायोजन करें। ब्याज के एक अंतिम मायोकार्डियल क्षेत्र को अलग करें जो मायोकार्डियल दीवार के मध्य तीसरे हिस्से के भीतर स्थित है, और पेरिकार्डियल या इंट्राल्यूमिनल क्षेत्रों में विस्तार किए बिना दीवार की चौड़ाई को कैप्चर करता है।
- एक ImageJ मैक्रो के माध्यम से चयन करने के लिए एल्गोरिथ्म लागू करें।
3. डेटा विश्लेषण और प्रसंस्करण
- "getHistogramValues.txt" नामक ImageJ मैक्रो स्थापित करें।
- आरओआई के भीतर सिग्नल तीव्रता मूल्यों के वितरण का पूर्वावलोकन करने के लिए इमेजजे हिस्टोग्राम विश्लेषण उपकरण का उपयोग करें (पेरिकार्डियल चयन के लिए और मायोकार्डियल चयन के लिए यह कदम करें)।
- आरओआई के लिए इन सिग्नल घनत्व मूल्यों को रिकॉर्ड करने के लिए इमेजजे मैक्रो का उपयोग करें (पेरिकार्डियल चयन के लिए और मायोकार्डियल चयन के लिए यह कदम करें)।
- चयन के भीतर प्रत्येक पिक्सेल के लिए 0 (अंधेरी) से 255 (प्रतिभाशाली) इकाइयों के लिए एक तीव्रता मूल्य असाइन करें।
- सिग्नल तीव्रता के वितरण का उत्पादन करने के लिए, बढ़ती तीव्रता के क्रम में तीव्रता मूल्यों को पदानुक्रमित रूप से व्यवस्थित करें।
- वितरण के लिए निम्नलिखित शतमक मूल्यों का चयन करें और रिपोर्ट करें:20 वें शतमक,50 वें शतमक (औसत), और 80वें शतमक।
- पेरिकार्डियल संदर्भ का उपयोग करके मायोकार्डियल तीव्रता को सामान्य करें।
- तीव्रता के समान पेरिकार्डियल शतमक मूल्यों द्वारा तीव्रता के मायोकार्डियल शतमक मूल्यों को विभाजित करके सामान्य करें12, या तीव्रता के परिकार्डियल शतमक मूल्य से तीव्रता के मायोकार्डियल शतमक मूल्य को घटाकर13.
- चार विश्लेषणात्मक तरीकों के लिए रिपोर्ट मान: 20वें शतमक, 50वें शतमक (औसत) और 80वें शतमक मूल्यों के लिए सामान्यीकृत मायोकार्डियल-टू-पेरिकार्डियल मान।
4. चक्रीय परिवर्तनशीलता की मात्रा
- कार्डियक चक्र के माध्यम से आगे बढ़ते हुए, DICOM फ़ाइल के लगातार फ्रेम के माध्यम से मायोकार्डियल चयन पर एल्गोरिदम लागू करें। फ्रेम के बीच तीव्रता वितरण में अंतर की तुलना करें, अंत सिस्टोलिक और अंत-डायस्टोलिक फ्रेम पर ध्यान दें।
ऊपर वर्णित सभी छवि विश्लेषण पहले अधिग्रहीत और डिजिटल रूप से DICOM प्रारूप में संग्रहीत गैर-निवास इकोकार्डियोग्राफिक छवियों पर ऑफ़लाइन किए जाते हैं। सभी अध्ययन प्रोटोकॉल ब्रिघम और महिला संस्थागत समीक्षा बोर्ड और हार्वर्ड मेडिकल क्षेत्र खड़े संस्थागत पशु देखभाल और उपयोग समिति द्वारा अनुमोदित किया गया ।
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
सिग्नल तीव्रता विश्लेषण 4 मुख्यचरणों (चित्रा 1)में किया जाता है, जिसमें शामिल हैं: 1) छवि चयन और स्वरूपण, 2) नमूना आरओआई और संदर्भ क्षेत्र, 3) एल्गोरिदम एप्लिकेशन, और 4) अंतिम मूल्यों को प्रोसेस करने के लिए मायोकार्डियल-टू-पेरिकार्डियल तीव्रता अनुपात उत्पंन करते हैं। आरओआई का चयन और आकार इंटरयूजर के साथ-साथ इंट्रायूजर परिवर्तनशीलता(चित्रा 2)को सीमित करने के लिए मानकीकृत है। प्रत्येक आरओआई की स्थिति को प्रत्येक विषय की शारीरिक संरचनाओं के संबंध में भी मानकीकृत किया जाता है ताकि अंतरआज्जत के साथ-साथ अंतरआवर्तन परिवर्तनशीलता को सीमित किया जा सके।
मायोकार्डियल घनत्व के उपाय के रूप में, एल्गोरिदम से पूरे हृदय चक्र में सिग्नल तीव्रता में परिवर्तन प्रकट होने की उम्मीद है, जो डायस्टोल की तुलना में सिस्टोल में मायोकार्डियल घनत्व में प्रत्याशित वृद्धि के अनुरूप है। जैसा कि चित्र 3में दिखाया गया है, सिग्नल तीव्रता के उच्च शतमक मूल्यों के साथ चूहों में चक्रीय परिवर्तनशीलता का दबाव पड़ता है और आउलोड प्रतिरोध के संपर्क में 7 सप्ताह के बिना(यानी एक माउस जो एक वाहन नियंत्रण माउस की तुलना में आरोही महाधमनी कसना से गुजरा जो नकली सर्जरी से गुजरा)।
एक अंत-डायस्टोलिक फ्रेम(चित्रा 4)के विश्लेषण से, उनके प्रतिनिधि समकक्षों (नियंत्रण) की तुलना में क्रोनिक आफरलोड तनाव (मामलों) के संपर्क में आने वाले माउस और मानव विषयों दोनों के लिए महत्वपूर्ण अंतर भी नोट किए जाते हैं। सिग्नल तीव्रता की सीमा और परिमाण दोनों मामलों और नियंत्रणों के बीच भिन्न होते हैं। चक्रीय परिवर्तनशीलता के विश्लेषण में देखा गया है, प्रत्येक सिग्नल तीव्रता वितरण के भीतर 50 वें शतमक मूल्यों की तुलना में80 वें मामलों और नियंत्रणों के बीच सिग्नल तीव्रता में अधिक सापेक्ष अंतर का सुझाव देते हैं।
यहां प्रस्तुत एल्गोरिदम सिग्नल तीव्रता के मायोकार्डियल-टू-पेरिकार्डियल अनुपात के रूप में आउटपुट प्रदान करता है, जहां पेरिकार्डियल मूल्य इन-फ्रेम रेफरेंडेंट(चित्रा 5)के रूप में काम करते हैं। मायोकार्डियल-टू-पेरिकार्डियल सिग्नल तीव्रता अनुपात प्रतिनिधि नियंत्रण और आफरलोड तनाव के मामलों से प्राप्त छवियों के एकल फ्रेम विश्लेषण के आधार पर निर्धारित किया गया था। ऊपर दिए गए परिणामों के साथ कॉनकॉर्ड, 80वें शतमक सिग्नल तीव्रता मूल्यों का मायोकार्डियल-टू-पेरिकार्डियल अनुपात नियंत्रण और मामलों के बीच अंतर करने की सबसे बड़ी क्षमता प्रदान करता है। मायोकार्डियल माइक्रोस्ट्रक्चर में अपेक्षित अंतर, हमारी छवि विश्लेषण परिणामों के आधार पर, क्रमशः(चित्र 6)नकली या महाधमनी-बैंडिंग सर्जरी के बाद 7 सप्ताह में नियंत्रण और मामले चूहों में मायोकार्डियल ऊतक हिस्टोरोलॉजी के निष्कर्षों के अनुरूप थे।
चित्रा 1. किसी व्यक्तिगत छवि के लिए कार्यप्रवाह प्रक्रिया। इस प्रक्रिया में चार मुख्य चरण शामिल हैं जिन्हें विषयों की तुलना करते समय या चक्रीय परिवर्तनशीलता की मात्रा निर्धारित करते समय दोहराया जा सकता है।
बड़ी छवि देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्रा 2। रुचि क्षेत्र (आरओआई) नमूना तकनीक। छवि विश्लेषण एल्गोरिदम चूहों(ए)और मनुष्यों(बी)में आवेदन के लिए मानकीकृत है। प्रतिनिधि माउस और मानव छवियों के लिए क्रमशः मायोकार्डियल और पेरिकार्डियल चयन दिखाए जाते हैं।
बड़ी छवि देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्र 3। हृदय चक्र भर में सोनोग्राफिक सिग्नल तीव्रता की भिन्नता। एल्गोरिदम को एक प्रतिनिधि नियंत्रण माउस(ए)और एक महाधमनी-बैंडेड माउस(बी)से प्राप्त DICOM छवियों के लगातार फ्रेम पर ब्याज के एक मायोकार्डियल क्षेत्र में लागू किया गया था। फ्रेम दर दोनों छवियों के लिए २१२ था । इन छवियों के लिए, चक्रीय परिवर्तनशीलता का आकलन 3 कटपॉइंट: 20वें शतमक (हीरा), 50वें शतमक (वर्ग), और 80वें शतमक (त्रिकोण) का उपयोग करके किया गया था। सापेक्ष चक्रीय परिवर्तनशीलता कम कटपॉइंट मूल्यों की तुलना में80 वें शतमक मूल्यों के लिए अधिक है। बड़ी छवि देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्र 4. संकेत तीव्रता वितरण प्रतिनिधि माउस और मानव छवियों के एकल फ्रेम विश्लेषण से दिखाए जाते हैं। नकली सर्जरी(ए),सर्जरी(बी),एक नॉर्मोटेंसिव ह्यूमन(सी)और एक उच्च रक्तचाप मानव(डी)के 7 सप्ताह बाद 7 सप्ताह में एक नियंत्रण माउस के मायोकार्डियम से प्राप्त सिग्नल तीव्रता के हिस्टोग्राम प्रदर्शित करते हैं। नीली ऊर्ध्वाधर रेखाएं 20वें शतमक, 50वें शतमक और 80 वें शतमक मूल्यों कोदर्शाती हैं। सिग्नल तीव्रता के वितरण सही-स्थानांतरित होते हैं, और पुरानी आफ़ोड़ तनाव वाले विषयों के लिए सीमा में बड़े होते हैं(यानी माउस को नियंत्रित करने की तुलना में महाधमनी-बैंडेड, और नॉर्मोटेंसिव मानव की तुलना में उच्च रक्तचाप)।
बड़ी छवि देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्रा 5। छवि विश्लेषण एल्गोरिदम द्वारा उत्पादित प्रतिनिधि डेटा। (क)7 सप्ताह में महाधमनी-बैंडेड (केस) माउस की तुलना में एक नकली-संचालित (नियंत्रण) से डेटा दिखाता है। (ख)क्रोनिक हाइपरटेंशन (केस) वाले मानव की तुलना में सामान्य रक्तचाप (नियंत्रण) वाले मानव से डेटा दिखाता है। एल्गोरिथ्म के भीतर 3 विश्लेषणात्मक तरीकों का उपयोग करके मायोकार्डियल-टू-पेरिकार्डियल सिग्नल तीव्रता अनुपात निर्धारित किया गया था: 20वें शतमक मूल्यों का अनुपात; 50वें शतमक मूल्यों का अनुपात; और 80वें शतमक मूल्यों का अनुपात। नियंत्रण और मामलों के बीच सबसे बड़ा अंतर संकेत तीव्रता के 80 वें शतमक मूल्यों के अनुपात का उपयोग करके प्रदर्शित कियाजाता है।
बड़ी छवि देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्रा 6. चूहों के साथ और आफरलोड तनाव के संपर्क के बिना चूहों के बीच मायोकार्डियल ऊतक हिस्टोलॉजी में अंतर। प्रतिनिधि मैसन के बाएं वेंट्रिकल के त्रिकोणीय दाग वर्गों को एक माउस के लिए दिखाया गया है जो नकली सर्जरी(ए:नियंत्रण) और एक माउस के लिए दिखाया गया है जो सर्जरी के 7 सप्ताह बाद महाधमनी बैंडिंग(बी:केस) से गुजरा। अनुभाग नियंत्रण की तुलना में मामले में पर्याप्त कोलेजन जमाव और इंटरस्टिशियल फाइब्रोसिस की उपस्थिति दिखाते हैं। स्केल बार 50 माइक्रोन का प्रतिनिधित्व करते हैं।
बड़ी छवि देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
हम एक छवि विश्लेषण एल्गोरिदम के लिए प्रोटोकॉल का वर्णन करते हैं जो सोनोग्राफिक सिग्नल तीव्रता वितरण की मात्रा देता है और बदले में, मायोकार्डियल माइक्रोस्ट्रक्चर का सरोगेट उपाय प्रदान करता है। आरओआई और संदर्भ क्षेत्र के चयन, आकार देने और स्थिति सहित प्रोटोकॉल की मानकीकृत विशेषताएं, उपयोगकर्ता और विषय-आधारित परिवर्तनशीलता को कम करने के लिए काम करते हैं। हम प्रदर्शित करते हैं कि जब अंत-डायस्टोलिक सिंगल-फ्रेम इकोकार्डियोग्राफिक छवियों पर लागू किया जाता है, तो एल्गोरिदम उचित रूप से सामान्य मायोकार्डियम बनाम मायोकार्डियम के बीच अंतर कर सकता है जो आलोलोड तनाव के संपर्क में है।
प्रोटोकॉल विवरण कैसे एल्गोरिथ्म ओपन-सोर्स इमेजजे सॉफ्टवेयर पैकेज का उपयोग करके नियोजित किया जा सकता है। इस छवि विश्लेषण वातावरण के भीतर, एल्गोरिदम का उपयोग दिए गए मायोकार्डियल ऊतक नमूने से सिग्नल तीव्रता मूल्यों के वितरण पर डेटा का उत्पादन करने के लिए किया जा सकता है। परिणामस्वरूप संकेत तीव्रता वितरण हिस्टोग्राम के रूप में प्रदर्शित किया जा सकता है। मायोकार्डियल चयन के भीतर तीव्रता मूल्यों के हिस्टोग्राम बताते हैं कि रोगग्रस्त मायोकार्डियल ऊतक वितरण में एक सही बदलाव प्रदर्शित करते हैं, और मूल्यों की एक बड़ी श्रृंखला, जब nondiseased मायोकार्डियम की तुलना में। यह पैटर्न तब देखा जाता है जब एल्गोरिदम मानव और मुरीन इकोकार्डियोग्राफिक छवियों दोनों पर लागू होता है।
हृदय चक्र पर संकेत तीव्रता में परिवर्तनशीलता मायोकार्डियल घनत्व में शारीरिक परिवर्तन के अनुरूप देखी जाती है। एक विश्लेषणात्मक विधि जो लगातार हृदय चक्र में घनत्व परिवर्तनों को अलग करती है, माना जाता है कि रोग प्रक्रियाओं के प्रत्युत्तर में होने वाले मायोकार्डियल घनत्व में अंतर के प्रति संवेदनशील है1,6. दरअसल, मुराइन इकोकार्डियोग्राम के भीतर लगातार फ्रेम करने के लिए एल्गोरिदम के आवेदन पर चक्रीय परिवर्तनशीलता देखी जाती है। कुल संकेत तीव्रता वितरण के भीतर कम शतमक की तुलना में उच्च पर इमेजिंग तीव्रता मूल्यों के लिए हृदय चक्र पर तीव्रता में एक बड़ा अंतर मनाया जाता है।
जब एल्गोरिदम के साथ और afterload प्रतिरोध के लिए जोखिम के बिना विषयों से प्राप्त इकोकार्डियोग्राफिक छवियों के प्रतिनिधि नमूनों के लिए लागू किया जाता है, चयनित शतमक मूल्यों पर मायोकार्डियल-टू-पेरिकार्डियल अनुपात घनत्व को पुराने आफरफड प्रतिरोध के संपर्क के बिना की तुलना में विषयों को अलग करने में विशेष रूप से प्रभावी माना जाता है। यह निष्कर्ष प्रतिनिधि माउस और मानव डेटा के विश्लेषण में मनाया जाता है। पुराने आफरलोड तनाव के संपर्क में आने वाले विषयों के मायोकार्डियल ऊतक में ऊंचा मायोकार्डियल घनत्व देखे जाने की उम्मीद है, क्योंकि इस तरह के तनाव को इंटरस्टिशियल कोलेजन जमाव और मायोकार्डियल फाइब्रोसिस14के विकास को बढ़ावा देने के लिए जाना जाता है। समय के साथ मायोकार्डियल ऊतक परिवर्तन की माप लंबे समय तक तनाव और रोग प्रगति के लिए ऊतक प्रतिक्रिया की एक बेहतर समझ प्रदान करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । यदि सिग्नल तीव्रता में भिन्नता समय के साथ-साथ किसी दिए गए रोग फेनोटाइप की बढ़ती गंभीरता के साथ-साथ संकेत तीव्रता में भिन्नता के साथ-साथ बढ़ती गंभीरता के साथ सहसंबंधित है तो आगे के अध्ययनों की आवश्यकता है।
छवि विश्लेषण एल्गोरिदम में कलाकृतियों के साथ छवियों के लिए सीमित प्रयोज्यता है जो आरओआई और/या संदर्भ चयन, एंडोकार्डियल सीमाओं के अधूरे दृश्य, या समग्र खराब गुणवत्ता के साथ हस्तक्षेप करेगी । एल्गोरिदम रुचि के मायोकार्डियल और पेरिकार्डियल क्षेत्रों की सटीक तुलना करने में सक्षम नहीं हो सकता है जब शतमक मूल्य ग्रेस्केल मानचित्रण पर एक नॉनलीनियर पैटर्न प्रदर्शित करते हैं, या जब अपर्याप्त गतिशील रेंज नियोजित होती है। हालांकि इसतरह के उदाहरणों के लिए सबसे फेनोटाइप में संकेत तीव्रता के 90 वें शतमक मूल्यों के लिए10 वें के भीतर दुर्लभ होने की उम्मीद कर रहे हैं, बैकस्कैटर रैखिकता और गतिशील रेंज के प्रारंभिक मूल्यांकन ब्याज के नए फेनोटाइप का अध्ययन करने के लिए आवश्यक हो सकता है और/ एल्गोरिदम आरओआई और संदर्भ नमूना चयन प्रक्रिया के स्वचालन की कमी से भी सीमित है। इसके अतिरिक्त, एल्गोरिदम में स्पष्ट रूप से अलग-अलग इकोकार्डियोग्राफिक अधिग्रहण मापदंडों का उपयोग करके कैप्चर की गई छवियों की क्रॉस-तुलना में उपयोग करने की सीमित क्षमता है। वर्तमान रिपोर्ट में, चूहों में छवियों को 225-247 एफपीएस से लेकर फ्रेम दरों पर 18-38 मेगाहर्ट्ज ट्रांसड्यूसर का उपयोग करके अधिग्रहीत किया गया था; मनुष्यों में छवियों को 34-54 एफपीएस से लेकर फ्रेम दरों पर 1-5 मेगाहर्ट्ज ट्रांसड्यूसर का उपयोग करके अधिग्रहीत किया गया था। उपरोक्त रिपोर्ट की गई श्रेणियों से अधिक में विभिन्न उपकरणों का उपयोग करके और फ्रेम दरों पर अधिग्रहीत छवियों के लिए आवश्यक संभावित प्रोटोकॉल संशोधन निर्धारित करने के लिए आगे के अध्ययनों की आवश्यकता होती है।
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
हितों का कोई टकराव घोषित नहीं किया गया ।
Acknowledgments
हम हार्वर्ड मेडिकल स्कूल/ब्रिघम और महिला अस्पताल हृदय शरीर विज्ञान कोर प्रयोगशाला द्वारा प्रदान किए गए संसाधनों के लिए आभारी हैं । इस काम को राष्ट्रीय स्वास्थ्य अनुदान संस्थान HL088533, HL071775, HL093148, और HL099073 (आरएल) से वित्तपोषण द्वारा भाग में समर्थित किया गया था । एमबी एक अमेरिकन हार्ट एसोसिएशन के संस्थापक सहबद्ध पोस्टडॉक्टोरल फैलोशिप पुरस्कार के प्राप्तकर्ता थे । केयू एक अमेरिकन हार्ट एसोसिएशन के संस्थापकों सहबद्ध पोस्टडॉक्टोरल फैलोशिप पुरस्कार के एक प्राप्तकर्ता है । अजा एलिसन फाउंडेशन से एक पुरस्कार द्वारा समर्थित किया गया था ।
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| ImageJ v 1.46 | NIH (Bethesda, MD) | open access software | |
| Power ShowCase | Trillium Technology (Ann Arbor, MI) | commercial software |
References
- Yamada, S., Komuro, K. Integrated backscatter for the assessment of myocardial viability. Curr. Opin. Cardiol. 21, 433-437 (2006).
- Mimbs, J. W., O'Donnell, M., Bauwens, D., Miller, J. W., Sobel, B. E. The dependence of ultrasonic attenuation and backscatter on collagen content in dog and rabbit hearts. Circ. Res. 47, 49-58 (1980).
- Picano, E., et al. In vivo quantitative ultrasonic evaluation of myocardial fibrosis in humans. Circulation. 81, 58-64 (1990).
- Mizuno, R., et al. Myocardial ultrasonic tissue characterization for estimating histological abnormalities in hypertrophic cardiomyopathy: comparison with endomyocardial biopsy findings. Cardiology. 96, 16-23 (2001).
- Mizuno, R., Fujimoto, S., Saito, Y., Nakamura, S. Non-invasive quantitation of myocardial fibrosis using combined tissue harmonic imaging and integrated backscatter analysis in dilated cardiomyopathy. Cardiology. 108, 11-17 (2007).
- Marini, C., et al. Cyclic variation in myocardial gray level as a marker of viability in man. A videodensitometric study. Eur. Heart. J. 17, 472-479 (1996).
- Komuro, K., et al. Sensitive detection of myocardial viability in chronic coronary artery disease by ultrasonic integrated backscatter analysis. J. Am. Soc. Echocardiogr. 18, 26-31 (2005).
- Ciulla, M., et al. Echocardiographic patterns of myocardial fibrosis in hypertensive patients: endomyocardial biopsy versus ultrasonic tissue characterization. J. Am. Soc. Echocardiogr. 10, 657-664 (1997).
- Maceira, A. M., Barba, J., Varo, N., Beloqui, O., Diez, J. Ultrasonic backscatter and serum marker of cardiac fibrosis in hypertensives. Hypertension. 39, 923-928 (2002).
- D'Hooge, J., et al. High frame rate myocardial integrated backscatter. Does this change our understanding of this acoustic parameter. Eur. J. Echocardiogr. 1, 32-41 (2000).
- Finch-Johnston, A. E., et al. Cyclic variation of integrated backscatter: dependence of time delay on the echocardiographic view used and the myocardial segment analyzed. J. Am. Soc. Echocardiogr. 13, 9-17 (2000).
- Di Bello, V., et al. Increased echodensity of myocardial wall in the diabetic heart: an ultrasound tissue characterization study. J. Am. Coll. Cardiol. 25, 1408-1415 (1995).
- Takiuchi, S., et al. Quantitative ultrasonic tissue characterization can identify high-risk atherosclerotic alteration in human carotid arteries. Circulation. 102, 766-770 (2000).
- Querejeta, R., et al. Serum carboxy-terminal propeptide of procollagen type I is a marker of myocardial fibrosis in hypertensive heart disease. Circulation. 101, 1729-1735 (2000).
