Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Bioengineering
Click here for the English version

Bioengineering

الكمي لالعالمي الانبساطي وظيفة عن طريق تحليل يستند النمذجة-الحركية من Transmitral التدفق عبر الشكلية ملء Parametrized الانبساطي

Published: September 1, 2014 doi: 10.3791/51471
Automatic Translation
2,5, 2,5, 1,5, 3,5, 1,5, 4,5
1Department of Biomedical Engineering, Washington University in St. Louis, 2Department of Physics, Washington University in St. Louis, 3Division of Biology and Biomedical Sciences, Washington University in St. Louis, 4Department of Medicine, Cardiovascular Division, Washington University in St. Louis, 5Cardiovascular Biophysics Lab, Washington University in St. Louis

Summary

وقد تحقق دقيق، الكمي القائم على السببية وظيفة الانبساطي العالمية من خلال الحركية التحليل القائم على نمذجة تدفق transmitral عبر Parametrized ملء الانبساطي (PDF) الشكلية. PDF يولد صلابة فريدة من نوعها، والاسترخاء، والمعلمات الحمل وبالتعريف "الجديد" علم وظائف الأعضاء مع توفير مؤشرات حساسة ومحددة من اختلال وظيفي.

Abstract

يبقى الكمي تقييم وظيفة القلب تحديا للفسيولوجي والأطباء. على الرغم من أن أساليب الغازية تاريخيا تتألف الوسيلة الوحيدة المتاحة، وتطوير طرائق التصوير موسع (تخطيط صدى القلب، MRI، CT) وجود القرار الزماني والمكاني عالية توفر نافذة جديدة للتقييم الكمي وظيفة الانبساطي. تخطيط صدى القلب هو الاتفاق على معايير لتقييم وظيفة الانبساطي، ولكن الفهارس في الاستخدام السريري الحالي مجرد الاستفادة من المزايا البعد الغرفة (M-اسطة) أو حركة الدم / الأنسجة (دوبلر) الطول الموجي المحدد دون دمج المحددات السببية الفسيولوجية للحركة نفسها. الاعتراف بأن جميع البطينين الأيسر (LV) الشروع في ملء من خلال خدمة ومضخات شفط الميكانيكية يسمح ظيفة الانبساطي العالمية ليتم تقييمها بناء على قوانين الحركة التي تنطبق على جميع الدوائر. ما يميز قلب واحد من آخر هي المعلمات من معادلة الحركة أن الحكومة الإلكترونيةerns التعبئة. وفقا لذلك، وتطوير ملء Parametrized الانبساطي فقد أظهرت (PDF) الشكلية أن مجموعة كاملة من وحظ سريريا تدفق transmitral في وقت مبكر (E-دوبلر موجة) هي أنماط تناسب بشكل جيد للغاية من قبل قوانين الحركة متذبذبة ثبط. هذا يسمح تحليل الفردية موجات E وفقا لآلية السببية (بمبادرة نكص شفط) أن ينتج ثلاثة (عدديا) معلمات جمعها الفريدة التي هي غرفة تصلب (ك)، زوجة مطاطية / الاسترخاء (ج)، وتحميل نظائرها فيزيولوجي (خ س). تسجيل تدفق transmitral (E-موجات دوبلر) هو ممارسة معتادة في أمراض القلب السريري، وبالتالي، يتم مراجعة طريقة التسجيل تخطيط صدى القلب لفترة وجيزة فقط. ينصب تركيزنا على تحديد المعلمات PDF من بيانات الموجة E سجلت بشكل روتيني. كما تشير النتائج الضوء، مرة واحدة قد تم الحصول عليها المعلمات PDF من عدد مناسب من الحمل موجات E، والتحريات متفاوتةtigator حر في استخدام المعلمات أو إنشاء الفهارس من المعلمات (مثل الطاقة المخزونة 1/2 KX س 2، أقصى قدر من الضغط AV س التدرج KX، تحميل مؤشر مستقلة عن وظيفة الانبساطي، الخ.) وحدد جوانب علم وظائف الأعضاء أو الفيزيولوجيا المرضية ليكون كميا.

Introduction

كشفت دراسة رائدة قام بها كاتز 1 في عام 1930 أن البطين الأيسر الثدييات يبدأ ملء بواسطة كونه مضخة شفط الميكانيكية، وبذل الكثير من الجهد منذ ذلك الحين كرس لكشف طريقة عمل انبساط. لسنوات عديدة، كانت أساليب الغازية الخيارات الوحيدة المتاحة للتقييم السريري أو البحث عن وظيفة الانبساطي (DF) 2-16. في 1970s، ومع ذلك، التقدم التقني والتطورات في تخطيط صدى القلب أعطت أخيرا فسيولوجي القلب والأدوات العملية لتوصيف موسع من DF.

دون نظرية السببية موحدة أو نموذج للانبساط بشأن الكيفية التي يعمل بها القلب عندما يملأ، اقترح الباحثون العديد من الفهارس phenomenologic بالاستناد إلى الربط مع المظاهر السريرية. ومنحني الأضلاع، ترتفع بسرعة وانخفاض شكل transmitral سرعة تدفق الدم كفاف خلال وقت مبكر، وملء السريع، على سبيل المثال، كان يقترب ومثلث والانبساطي فووقد تم تحديد مؤشرات nction من الميزات الهندسية (الطول، العرض، المنطقة، الخ.) من ذلك المثلث. وقد سمح التقدم التقني في ضربات القلب الحركة الأنسجة، والسلالة، ومعدل الضغط أثناء التعبئة للقياس، على سبيل المثال، ولكل والتقدم التقني جلب معه محصول جديد من الفهارس الظواهر إلى أن يرتبط بمظاهر سريرية. ومع ذلك، لا تزال المؤشرات المترابطة وليس السببية والعديد من المؤشرات هي مقاييس مختلفة من نفس الفيزيولوجي. فإنه ليس من المستغرب، إذن، أن المؤشرات السريرية المستخدمة حاليا من DF وخصوصية وحساسية محدودة.

للتغلب على هذه القيود Parametrized ملء الانبساطي (PDF) الشكلية، والحركية السببية، تم تطوير نموذج المعلمة جمعها من البطين الأيسر ملء بدافع من علم وظائف الأعضاء، ويتضمن شفط مضخة من انبساط والتحقق من صحة 17. انها نماذج ظيفة الانبساطي (كما يتضح من الأشكال المنحنيةمن معالم تدفق transmitral) وفقا للقواعد التوافقية ثبط حركة متذبذبة. ويستند معادلة ثبط حركة متذبذبة التوافقي للقانون نيوتن الثاني، ويمكن أن تكون مكتوبة، لكل وحدة كتلة، على النحو التالي:

المعادلة 1 المعادلة 1

هذه الخطية 2 الثانية المعادلة التفاضلية لها المعلمات الثلاث: ك - تصلب غرفة، ج - زوجة مطاطية / الاسترخاء، وس س - المذبذب الأولي النزوح / التحميل المسبق. يتنبأ النموذج الذي مختلف أنماط الانبساطي ملء وحظ سريريا هي نتيجة الاختلاف في القيمة العددية لهذه المعلمات نموذج ثلاثي. على أساس الشكلية PDF والميكانيكا الكلاسيكية، ويمكن تصنيف الموجات E بأنها يحددها ثبط كيل أو أكثر من ثبط أنظمة الحركة. العديد من الدراسات 21. عملية لاستخراج المعلمات نموذج من البيانات المسجلة سريريا الموجة E هي مفصلة في الأساليب أدناه.

على عكس المؤشرات النموذجية للDF في الاستخدام السريري الحالي، المعلمات نموذج PDF الثلاث هي أساس السببية. كما نوقش في أساليب أدناه، فهارس إضافية من علم وظائف الأعضاء الانبساطي يمكن أن تستمد من هذه المعايير الأساسية ومن تطبيق PDF الشكلية لجوانب انبساط البعض من تدفق transmitral. في هذا العمل، وأساليب التحليل القائم على PDF من تدفق transmitral والعلاقات الفسيولوجية التي يمكن استخلاصها من النهج PDF، يتم وصف المعلمات والمؤشرات المشتقة. بالإضافة إلى ذلك، فإنه يظهر أن المعلمات PDF أو فهارس المستخلصة منها يمكن ندفيمكن بصرف النظر الخصائص الجوهرية غرفة من الآثار الخارجية لتوفير الحمل يرتبط إلى تعريف المعلمات التقليدية جراحية ويمكن أن تفرق بين الجماعات طبيعية ومرضية.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

هو مفصل الإجراء للحصول على صور تخطيط صدى القلب وتحليلها للحصول على المعلمات PDF أدناه. على الرغم من أن يذكر قسطرة القلب في الجزء اختيار الموضوع أدناه، فإن المنهجية المبينة تنطبق فقط على جزء تخطيط صدى القلب. أدرج وصف الجزء قسطرة للمصادقة مستقلة عن تنبؤات نموذج يستند وغير متعلق تحليل موجات E عبر PDF الشكلية. قبل الحصول على البيانات، وتوفير جميع المواد قعت، المستنيرة للمشاركة في الدراسة وفقا لمجلس المراجعة المؤسسية (مكتب بحوث وقاية الإنسان) في كلية الطب بجامعة واشنطن.

ملاحظة: جميع البرامج (جنبا إلى جنب مع الدروس على كيفية استخدامها) الموضحة في هذا القسم يمكن تحميلها من http://cbl1.wustl.edu/SoftwareAgreement.htm

1. موضوع اختيار

ملاحظة: كان جميع المواضيع في قاعدة بيانات مختبر الفيزياء الحيوية تخطيط صدى القلب القلب والأوعية الدموية وقسطرة القلب في وقت واحد ويقوم المشار تم بواسطة أطبائهم لقسطرة القلب التشخيصية. معايير إدراج قاعدة بيانات هي: 1) عدم وجود أي شذوذ صمامي كبيرة، 2) عدم وجود تشوهات جدار الحركة أو حزمة كتلة فرع على ECG، 3) وجود نافذة بتخطيط صدى القلب ومرض مع ه تحديدها بوضوح وA-الأمواج.

2. تخطيط صدى القلب الحصول على البيانات

  1. تسجيل 2D دراسة / صدى دوبلر كاملة لجميع المواد الدراسية وفقا للجمعية الأمريكية للمعايير ضربات القلب 16. ملاحظة: تم تسجيل تخطيط القلب وفحص على تصوير السريري بواسطة أخصائي السونار القياسية. إذا رغبت، بتخطيط صدى القلب عبر الصدر تسجيل إضافية يمكن أن يؤديها لغرض التحققق بعد القسطرة مناسبة، الدقة العالية والمتقدمة في LV LV لقياس ديناميكا الدم في وقت واحد.
  2. موضوعات الصورة في موقف ضعيف. في إطار nonresearch، ومعيار تحديد المواقع الجانبي الأيسر يمكن استخدامها دون فقدان عمومية الأسلوب. الحصول على قمية مشاهدة أربعة الغرفة باستخدام 2.5 ميغاهرتز محول، مع حجم العينة بوابات في 1،5-5 ملم موجهة بين نصائح من منشورات صمام التاجي ومتعامد إلى الطائرة MV (لتقليل الآثار المحاذاة كما نشاهد في اللون M-وضع دوبلر )، مرشح جدار وضعت في 1 (125 هرتز) أو 2 (250 هرتز)، وتعديل خط الأساس للاستفادة من ارتفاع الكامل للشاشة وعلى نطاق وسرعة تعديلها لاستغلال مجموعة ديناميكية من الانتاج دون التعرج.
  3. أداء الأنسجة التصوير دوبلر مع حجم العينة بوابات عند 2.5 مم والمتمركزة على الحاجز والجرع الجانبية للبالطوق التاجي.
  4. حفظ الامتحانات دوبلر في شكل DICOM في الجهاز صدى وسجل على دي في دي مع simultسجلت aneously الكهربائي (ECG).

3. دوبلر معالجة الصور والتحليل التقليدي

ملاحظة: يصف هذا القسم برنامجين مخصص MATLAB. يتم وصف البرنامج الأول في الخطوة 3.1 ويوصف البرنامج الثاني في الخطوات 3،2-3،5. جميع البرامج (جنبا إلى جنب مع الدروس على كيفية استخدامها) يمكن تحميلها من http://cbl1.wustl.edu/SoftwareAgreement.htm

  1. تحويل الصور من تنسيق DICOM والفيديو إلى الصورة النقطية (.bmp) ملفات (باستخدام برنامج مخصص MATLAB). ملاحظة: الإجراء الموضح أدناه لتناسب دوبلر E-موجات دوبلر الأنسجة وE'موجات هو مبين في الشكل 1.
  2. تحميل ملفات الصور النقطية في برنامج آخر MATLAB المخصصة لقياس تدفق التقليدية المعلمات transmitral مثل E الذروة، ذروة، E الدر 'الذروة، A' الذروة، الخ. واقتصاص الصور لتحليل PDF. اختيار الصور مع ملحوظ transmitral كفاف التدفق ودورة القلب كاملة كما يتضح من تخطيط القلب لتحليلها.
  3. علامة المعدل الزمني أخذ العينات (تقاس بالبكسل / ثانية على المحور الأفقي) ومعدل أخذ العينات السرعة (تقاس بالبكسل / (م / ثانية) على طول المحور الرأسي) في الصور. التعرف على دورة القلب كاملة بملاحظة وبمناسبة قمم متتالية R (أو أي سمة مميزة للECG) على الصورة.
  4. مارك transmitral دوبلر ه وA-موجة أو نسيج دوبلر E'- وA'- موجة في دورة القلب المحدد.
    1. حدد دوبلر الموجة E نقطة الذروة أي. E الذروة، (أو E 'الذروة) وبمناسبة بدء موجة باستخدام خط يربط بين الذروة إلى بداية كدليل لتتناسب مع المنحدر تسريع الموجة E (أو E'الموجة). ويستخدم بداية موجة لحساب الفاصلة من البداية الى المؤسسة العامةتدفق حزب العدالة والتنمية كما تدل على الموجة E (أو E'الموجة) وقت التسارع (AT).
    2. بمناسبة نهاية الموجة E (أو E'الموجة) باستخدام خط يربط بين الذروة إلى نهاية كدليل لتتناسب مع المنحدر التباطؤ. ويستخدم هذا لحساب الفاصل الزمني من الذروة إلى خط الأساس كما تدل في الوقت التباطؤ (DT). فاصل من البداية الى نهاية الموجة هو مدة موجة E (E = الدر AT + DT). يرشد البرنامج المستخدم من خلال العملية برمتها مع التعليمات المناسبة.
  5. مرقس A-موجة باستخدام إجراء مماثل باسم الموجة E. مع كل من ه وA-موجات تميز البرنامج بحساب الذروة E / A نسبة الذروة.
    ملاحظة: البرنامج يحفظ موجات ملحوظة كصور اقتصاصها التي تحتوي على E- و A موجات فقط. يخلق أيضا برنامج ملف البيانات مع زراعة المحاصيل وقياس المعلمات لكل فوز.

4. تركيب الآلي من Transmitral التدفق باستخدام PDF الشكلية

ويتم تركيب الآلي دوبلر ه وموجة والأنسجة دوبلر E'- وA'- موجة ملامح باستخدام برنامج ابفيف مخصصة 18،19.
  1. تحميل الصورة التي تم اقتصاصها، والبرنامج تلقائيا بحساب الحد الأقصى للسرعة المغلف (MVE). حدد MVE من خلال تحديد عتبة بحيث MVE يقترب تدفق transmitral كما هو مبين في الشكل 1، وبداية وإنهاء النقاط التي تحدد MVE يمكن تحديد طول محور الوقت من قبل المشغل بحيث فقط MVE النقاط التي توفر المراسلات جيدة إلى الجزء المحدد الفعلي للموجة تستخدم كمدخل لتركيب لاحقة.
  • ملاحظة: نقاط MVE المحددة من قبل المستخدم هي مدخلات لبرنامج الكمبيوتر الذي يناسب تلقائيا الحل نموذج PDF لسرعة بوصفها وظيفة من الوقت باستخدام Levenberg- ماركوارت (تكرارية) الخوارزمية. ويتم إنجاز تركيب مع اشتراط أن متوسط ​​مربع الخطأ بين السريري (المدخلات)يكون الحد الأدنى البيانات (MVE) ونموذج PDF توقع كفاف. منذ النموذج الخطي، يتم الحصول على مجموعة فريدة من المعلمات لكل دوبلر E-موجة المستمدة MVE تستخدم كمدخل. وبالتالي عدديا يتم إنشاؤها ك، ج، وقيم س س فريدة لكل الموجة E و k "، ج"، و x س 'لكل E'الموجة.
  • في حالة تناسب الأمثل هو واضح عندما يتم فرضه على صالح على الموجة E (أو E'الموجة) الصورة (أي حاولت الخوارزمية لتناسب الضوضاء المدرجة في MVE على سبيل المثال) تعديل MVE باستخدام أكثر / أقل نقاط، وبالتالي تعديل نموذج توقعت كفاف مع ما يترتب تعديل المعلمات PDF لتحقيق تناسب أفضل.

    • حفظ البيانات عندما تم إنشاء PDF تناسب المناسبة. ملاحظة: يتم كتابة برنامج لحفظ البيانات في صورة وملفات نصية تحتوي على المعلمات PDF تلقائيا والمعلومات كفاف.
    المعلمات PDF الحصول عليها من الإجراءات المذكورة أعلاه يمكن استخدامها لتوضيح علم وظائف الأعضاء الجدد والتمييز بين الفيزيولوجيا الطبيعية والمرضية كما هو مفصل في القسم ممثل النتائج أدناه.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Representative Results

    ممثل الطول الموجي دوبلر من أربعة أنواع مختلفة من ملء أنماط تظهر (عادي، pseudonormal والاسترخاء تأخير، تضيقي-تقييدا) باستخدام طريقة المفصلة أعلاه في الشكل 2. ويبين الشكل 2A النمط الطبيعي، والتي، في حد ذاته لا يمكن تمييزه من pseudonormal يظهر النمط. الشكل 2B تخفيف تأخر والشكل 2C يظهر نمط التضييقية-تقييدا ​​المرتبطة الخلل الانبساطي الشديد. من أجل الوضوح، ومضافين للتوقع نموذج نوبات PDF على الصور. يتم سرد المعلمات التقليدية صدى (E الذروة، ذروة، موجة E-AT، وموجة E-DT) والمعلمات PDF (ك، ج، س س) أسفل كل صورة. كما تشير الأرقام، وPDF الشكلية يناسب (تتوقع) كل ثلاثة من هذه الأنماط ملء جيدا. كما توفر المعلمات PDF معلومات عن خصائص الغرفة. دينمط استرخاء layed (الشكل 2B) لديها عادة أعلى زوجة مطاطية / الاسترخاء PDF المعلمة ج من النمط العادي (الشكل 2A). التضييقية-تقييدا ​​نمط (الشكل 2C) عادة ما لديها صلابة أعلى (PDF المعلمة ك) من النمط العادي.

    وقد استخدم تحليل موجات دوبلر E-PDF باستخدام الشكلية للتمييز بين الجماعات الطبيعية والمرضية وعلم وظائف الأعضاء لاكتشاف الجديد. المدرجة أدناه هي بعض النتائج التي نشرت اختيار من PDF الشكلية تحليل DF مقرها تهدف إلى التفريق بين الفيزيولوجيا المرضية والعادي وتطبيقات مختارة من PDF الشكلية لتوضيح علم وظائف الأعضاء الجدد.

    السكري

    وقد تبين طريقة لقياس الاختلافات في DF بين مرضى السكري والعمر المتطابقة السيطرة. في حين أن المؤشرات التقليدية مثل E-موجة التباطؤ زمنيا DT، E ج اختلافا كبيرا بين الجماعات 22. بالإضافة إلى ذلك، كان ذروة atrio-البطين التدرج الضغط، والتي يمكن حسابها من المعلمات PDF كما KX س 23 أعلى بكثير في مجموعة مرضى السكري. أيضا، انظر الكفاءة ملء الحركية، وتطبيقها على مرضى السكري أدناه.

    أرتفاع ضغط الدم

    وقد استخدمت طريقة لتحليل أنماط ملء transmitral في مواضيع ارتفاع ضغط الدم مقارنة مع الضوابط 24. لم يتمكنوا من التفريق بين الجماعات ولكن كانت المعلمة PDF ج أعلى بكثير في مجموعة موضوعات ارتفاع ضغط الدم مقارنة مع الضوابط nonhypertensive دوبلر الفهارس التقليدية المشتقة.

    الحد من السعرات الحرارية يبطئ الشيخوخة القلب >

    طريقة تقييم تأثير تقييد السعرات الحرارية على DF في البشر 25. تم تقييم DF في المواضيع ممارسة الحد من السعرات الحرارية من خلال قياس تدفق transmitral ومقارنة بالسن الضوابط مطابقة. DF كان أفضل بكثير في مجموعة تقييد السعرات الحرارية وكميا من حيث القيمة أعلى من E / A وأعلى ملء وقت مبكر (الموجة E) الكسر. بالإضافة إلى ذلك، ك PDF معلمة، يمثلون LV غرفة صلابة، وج، تمثل زوجة مطاطية، كان أقل بكثير في المواضيع تقييد السعرات الحرارية. منذ كانت ذروة E لا تختلف كثيرا بين المجموعتين، المجموعة الضابطة ينفق المزيد من الطاقة لتحقيق نفس ذروة ملء السرعة. وكشف هذا أن الحد من السعرات الحرارية يرتبط أكثر كفاءة DF. وعلاوة على ذلك كان ملء المسنين في موضوعات مقيدة السعرات الحرارية مماثلة لفوج العادية الشابة، مما يدل على أن تقييد السعرات الحرارية يبطئ الشيخوخة القلب 26.

    _content "> الوجود VS. غياب OF التاجي الحلقي التذبذبات

    كما استخدمت الشكلية PDF لتحليل التذبذبات الحلقي تاجي (MAO) بعد E'الموجة (في "-wave E، E '' '- موجة، الخ). وقد لوحظ هذا "رنين" من بالطوق التاجية في البشر 20 لكن توصيف وجود وعدم وجود اهتزازات اللاحقة كان مطلوبا. سمح طريقة فرضية لفحصها أن غياب MAO ويفسر بزيادة الآثار اللزجة بسبب أقل أو أبطأ فعالة الاسترخاء. بمقارنة 35 شخصا مع MAO إلى 20 شخصا دون MAO، تبين أن تصلب طولية (ك ') وطولي زوجة مطاطية / الاسترخاء (ج') كانت أعلى في المجموعة دون MAO. كانت قوة الارتداد الأولية والطاقة المخزنة نكص على حد سواء أعلى في المجموعة مع MAO. بالإضافة إلى ذلك، تبين أن غياب MAO كان اضربordant مع المتعلقة الاسترخاء الخلل الانبساطي 27. ومن ثم تحليل PDF من الأنسجة موجات دوبلر E'- يكشف أن غياب MAO يشير الاسترخاء المتعلقة الانبساطي الخلل.

    تصلب انفراقي من E-WAVE ANALYSIS

    بينما المنحدر من العلاقة حجم الضغط الانبساطي نهاية (EDPVR) يوفر المؤشر القائم على صلابة مألوفة، المنحدر (ΔP / ΔV) من انفراقي الضغط الحجم (PV) علاقة (D-PVR) يوفر في الجسم الحي صلابة من LV استرخاء. تخطيط صدى القلب (أي دوبلر E-موجة)، التحليل يمكن أن توفر سوى قريب، بدلا من المعلومات الضغط المطلقة. وبناء عليه، فقد تبين أن استرخاء (انفراقي) صلابة من LV يمكن حسابها مباشرة من تحليل E-موجة حدها 28. باستخدام الشكلية PDF والضغط معادلة برنولي وحدة التخزين في ترهل (نهاية الموجة E) مشتق. ف المشتقة، ونقاط V عندما يصلح عبرالانحدار الخطي توليد D-PVR من تحليل E-موجة (D-E-PVR موجة) الذي المنحدر، تم احتساب صلابة انفراقي K E-الموجة. أسفرت نتائج ارتباط ممتاز (R 2 = 0.92) بين صلابة انفراقي من PDF يستند تحليل الموجة E (K-E موجة) وقياس معيار الذهب في وقت واحد من صلابة انفراقي من البيانات في وقت واحد PV (K كاث) في 30 موضوعا (444 الكل دورات القلب) مع LVEF العادي (LVEF> 55٪).

    FILLING الحركية الكفاءة INDEX

    من منظور النماذج الحركية، وزيادة الاسترخاء / ج اللزوجة ثابتة يولد زيادة المقاومة لملء. بالتالي خيارا طبيعيا لملء البطين مثالي هو السيناريو المقرر أن نكص فقط والاسترخاء الكامل، أي لا التخميد (ج = 0). تم تعريف مؤشر الكفاءة ملء الحركية (KFEI) وتستمد 29 ونسبة أبعاد من الحجم الفعلي دخولجي البطين الأيسر (LV) (الوقت السرعة لا يتجزأ [VTI] من حقيقية الموجة E مع معلمات PDF ج، ك، س س) إلى الحجم المثالي (VTI من مثالية الموجة E وجود نفس ك و س س لكن من دون مقاومة سد [ج = 0]). في 36 مريضا مع وظيفة البطين العادية (17 السكري و 19 شخصا غير مصابين بالسكر الضوابط يقابل جيدا) تبين أن 30 من KFEI E-موجات في مرضى السكري (49.1 ± 3.3٪) كان أقل بكثير من المرضى في العادي (55.8 ± 3.3٪) . هذا يعني أنه حتى عندما LVEF أمر طبيعي، وضعف الكفاءة في ملء مرضى السكري مقارنة nondiabetics.

    نمأل الكفاءة تتدهور مع AGE

    في ضوء قدرة الحركية مؤشر الكفاءة ملء (KFEI) 29 لتقييم سد السكري مقابل. ضوابط شخصا غير مصابين بالسكر، تم تحديد الاعتماد سن KFEI. تبين أن KFEI، وانخفاض في حجممع التقدم في العمر ويرتبط بشدة مع تقدم العمر (R 2 = 0.80) من خلال تحليل 72 الضابطة مع LVEF العادي (LVEF> 55٪) وأمراض القلب والأوعية الدموية دون 30. تم تقييم أيضا الاعتماد سن المعلمات التقليدية الأخرى من DF. في التوافق مع تدابير DF موسع الأخرى المعروفة تناقصا مع العمر، يقلل KFEI ويرتبط بشدة مع تقدم العمر (R 2 = 0.80). وأظهر التحليل متعدد المتغيرات أن عمر هو احد أهم العوامل التي تسهم KFEI (ع = 0.003).

    LOAD INDEX المستقل وظيفة الانبساطي

    ملامح الموجة E تظهر ضربات تلو ضربات التغييرات ردا على التنفس، وبالتالي تظهر الاعتماد حمولة قوية. في الواقع كل مؤشرات DF هي التي تعتمد على تحميل. وهذه مشكلة لأنه يشكك في ما إذا كانت الاختلافات التي لوحظت في الفهارس DF هي نتيجة لتباين الحمل أو نتيجة لتباين جوهري الملكية الغرفة. التنبؤ النظري والتجربةوقد تم التحقق من صحة آل من مؤشر الحمولة مستقلة عن وظيفة الانبساطي (LIIDF) مشكلة لم تحل طالما سعت في علم وظائف الأعضاء / أمراض القلب. لمعالجة مسألة عبء الاعتماد، تم تطبيق PDF الشكلية لE-موجات يقاس في الأحمال المتغيرة. من خلال النماذج الحركية والاشتقاق الرياضي، تم اشتقاق مؤشر مستقل الحمل، والتي يتم حفظها بين E-موجات يقاس في الأحمال المختلفة. لكل قياس الموجة E، المعلمات ك PDF و x س تتضاعف لانتاج KX س، ونموذج توقع قيمة الذروة قوة مماثلة لتدفق الذروة لحظية التدرج الضغط القيادة، وPDF المعلمة ج يتم ضرب ذروة الذروة السرعة E لانتاج قيمة للذروة قوة مقاومة التعبئة. يخططون KX س مقابل. ج E ذروة باعتباره زوج أمر لكل الموجة E يولد علاقة خطية للغاية التي (أبعاد) المنحدر M هو الدانقGHT بعد الحمل مؤشر مستقل ويبقى الحفاظ على الرغم من الحمل ولدت التغيرات في موجات E.

    للتحقق من صحة E-موجات سجلت في حين تباينت الحمل عن طريق إمالة الجدول (يصل رئيس الأفقية، ورئيس لأسفل) في 16 متطوعين أصحاء تم تحليلها. أسفرت نتائج 33 الارتباط الكبير جدا (R 2 = 0.98) بين س و ج KX E الذروة كما هو متوقع. تم تقييم قدرة M للتمييز بين المواد الطبيعية والخلل الانبساطي أيضا من خلال تحليل البيانات القسطرة صدى متزامنة في مواضيع الخلل الانبساطي مقابل. الضوابط. كان متوسط ​​M لمجموعة الخلل الانبساطي (M = 0.98 ± 0.07) أقل بكثير من الضوابط (M = 1.17 ± 0.05، P <0.001) 33.

    الشكل 1
    الرقم 1. تسلسل خطوات عمليةللتركيب (A) على الموجة E و (B) وE'الموجة عبر PDF الشكلية. يتم اقتصاص A) من اليسار إلى اليمين Transmitral صورة تدفق دوبلر للحصول على سرعة الشخصية. E-موجة أقصى سرعة المغلف (MVE) ليكون لائقا يتم تحديد (كما هو موضح باللون الأخضر مع حدود زمنية باللون الأزرق). يتم الحصول على الخطأ التقليل PDF صالح عبر Levenberg- ماركوارت الخوارزمية مما أدى المعلمات PDF ومقياس الخير من مناسبة. B) إجراء مماثل للصورة دوبلر الأنسجة. هو مقلوب الصورة بعد الاقتصاص. الاطلاع على النص للحصول على التفاصيل. يرجى النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

    الشكل 2
    الرقم 2. ثلاثة أنماط الموجة E مع نوبات PDF. A) نورمآل / Pseudonormal ملء النمط. B) تأخر الاسترخاء النمط. C) نمط التضييقية-تقييدا. الاطلاع على النص للحصول على التفاصيل. يرجى النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Discussion

    وتمشيا مع التركيز المنهجية لدينا، وسلط الضوء على الجوانب الأساسية من الطرق التي تسهل الحصول على نتائج دقيقة وذات مغزى.

    تخطيط صدى القلب

    الجمعية الأمريكية للتخطيط صدى القلب (ASE) لديها مبادئ توجيهية لأداء والدراسات عبر الصدر 16. أثناء الامتحان صدى، وهناك العديد من العوامل التي تؤثر على جودة الصورة. العوامل التي هي خارجة عن سيطرة الشخص المسؤول عن التصوير وتشمل: القدرات التقنية للتصوير المستخدمة، معدل ضربات القلب، مريض خلقة الجسم، والتباين الفردي في الموقع، والتوجه من الهياكل التشريحية، ونوعية "نافذة صدى"، في اشارة الى خصائص انتقال الموجات فوق الصوتية في الأنسجة موضوع معين ل. وتشمل العوامل التي يمكن التحكم فيها مباشرة من قبل الشخص المسؤول عن التصوير إعدادات الجهاز، بما في ذلك اختيار محول. منذ الإخلاص التحليل PDF تعتمد على الصورة والصدى التأهيليةإيتي، ينبغي توخي الحذر أثناء عملية الحصول على الصور للحصول على أفضل الصور الممكنة.

    لأفضل جودة صورة الموجة E لتحليل PDF، وتعظيم حجم الموجة E نسبة إلى العرض وتحديد سرعة الاجتياح إلى 100 ملم / ثانية تكون مرغوبة. سرعة اكتساح عالية واستخدام حجم العرض الكامل في تحديد الحد الأقصى لنطاق ويوفر زيادة سرعة القرار الزماني (أي المزيد من النقاط ليكون لائقا) طول الوقت وسرعة محاور. يمكن أيضا أن تكون إعدادات التصفية الأساسية أفضل مصمم مع أعلى إعدادات سرعة الاجتياح. عدد الدورات القلبية سجلت متغير بدرجة كبيرة بين مختبرات الصدى. لتحليل مغزى PDF تسجيل مستمر من خلال العديد من (3 أو 4) دورات الجهاز التنفسي هو أكثر من المرغوب فيه. في معدل ضربات القلب يستريح نموذجية من 75 نبضة / دقيقة، و 12 التنفس / دقيقة، تبلغ 4 دورات الجهاز التنفسي إلى 20 ثانية من التسجيل المتواصل التي ينبغي توفير 25 دورة القلب. تسجيل هذا العدد من دورات غير مبرر بسبب الحمل الخامسarying نتيجة التنفس هادئ، بحيث يمكن احتساب LIIDF اذا شئت. ملاحظة، أن القيم الحوسبة ل x س، ج، ك، وعلى أساس متوسط ​​ضربات 25 هو وسيلة مشروعة للتميز انبساط. ويمكن أيضا أن تتولد الاختلاف الحمل أثناء تسجيل السريري من قبل فالسالفا أو مولر المناورات، أو السلبي ارتفاع الساق 30 درجة باستخدام رغوة إسفين.

    PDF PARAMETER المصير

    الصفات حسابي

    معادلة الحركة للمذبذب التوافقي ثبط وحلها الرياضية هي محتوى الدورة القياسية في الرياضيات والهندسة، والفيزياء والميكانيكا في 34. اختيار لغة الكمبيوتر (C + +، فورتران، LABVIEW، MATLAB، الخ) التي يتم تنفيذها بل هو أيضا وفقا لتقدير المستخدم / محقق. الطرق العددية القياسية موجودة ومعروفة جيدا 35. ومجموعات أخرى تنفذ PDF الشكلية التي كتبها writing خوارزمية العددية الخاصة بها وتكرارها بشكل مستقل ونتائجنا، بما في ذلك القيم العددية لPDF المعلمات 36 في دراسة كبيرة تضم أكثر من 1،000 مريض. بينما يشمل العمل الجاري تطوير أدوات التحليل PDF على شبكة الإنترنت، والأمثل، والمنفعة الوصول العريضة للطريقة الأفضل يمكن تحقيقه من خلال دمج PDF الشكلية في حزمة تحليل الملكية من التصوير تخطيط صدى القلب تجارية.

    مشغل الجوانب غير المستقلة

    مرة واحدة تم استيراد صورة الموجة E واقتصاص (انظر الشكل 1) تحديد الحد الأقصى للسرعة الظرف، أي مجموعة الفعلي من النقاط التي حل ثبط سرعة متذبذبة التوافقي هو أن يكون لائقا من قبل الأسلوب، يتم تحديدها. كما يتضح من سلسلة من الألواح والخطوات التشغيلية في الشكل (1) والتي نوقشت أعلاه، ضجيج خط الأساس وكذلك الضوضاء الدخيلة التي تؤثر على كفاف هو ofteن جزء من الصورة. يمكن للمشغل تحديد مجموعة مستمرة من النقاط ليكون لائقا، كما هو مبين في الشكل 1، عن طريق ضبط الموقف من خطوط زرقاء العمودية التي تحدد بداية ونهاية نقاط ليكون لائقا. يعرض طريقة تناسب مباشرة فوق الصورة المستوردة ويمكن للمشغل تقييم بسهولة إذا كان معنى أم لا.

    معدل ضربات القلب له تأثير على مدة انبساط وملامح الموجة E 37، ويجب توخي الحذر في تفسير النتائج من الخوارزمية المناسب في سياق معدل ضربات القلب المريض. في معدل ضربات القلب نموذجية أقل من 80 نبضة / دقيقة، في إيقاع الجيوب الأنفية E-و A-موجات تفصل بينها فترة وجيزة من ترهل. هذا يسهل إدراج جزء من تباطؤ الموجة E. مع زيادة معدل ضربات القلب، ويقلل من ترهل يختفي، منذ بداية موجة A-يحدث قبل انتهاء E-الموجة. في معدل ضربات القلب السريعة، فوق 90 ​​نبضة / دقيقة، وA-يعتلي موجة التباطؤ جزء من الموجة Eوالتحليل PDF للموجة E يصبح لا يمكن الاعتماد عليها نظرا لوجود عدد محدود من النقاط MVE المتاحة ليكون لائقا. لتحليل مغزى على الأقل 1/2 إلى 2/3 من التباطؤ الكلي الموجة E الموجي يجب أن تكون متاحة للتركيب.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Acknowledgments

    وأيد هذا العمل في جزء من آلان A. والثقة إديث L. ولف الخيرية، سانت لويس، ومؤسسة بارنز اليهودي مستشفى. ودعمت L. Shmuylovich وE. غوش جزئيا جوائز زمالة دكتوراه مسبقا من هارتلاند التابعة لجمعية القلب الأمريكية. تلقى S. تشو دعم جزئي من برنامج كومبتون علماء جامعة واشنطن وكلية الآداب وصيف المرحلة الجامعية جائزة بحوث العلوم. تلقى S. Mossahebi دعم جزئي من قسم الفيزياء.

    Materials

    Name Company Catalog Number Comments
    Philips iE33 Philips (Andover, MA)
    LabView 6.0 National Instruments Version 6.0.2
    MATLAB MathWorks  Version R2010b

    DOWNLOAD MATERIALS LIST

    References

    1. Katz, L. N. The role played by the ventricular relaxation process in filling the ventricle. Am. J. Physiol. 95, 542-553 (1930).
    2. Frais, M. A., Bergman, D. W., Kingma, I., Smiseth, O. A., Smith, E. R., Tyberg, J. V. The dependence of the time constant of left ventricular isovolumic relaxation on pericardial pressure. Circulation. 81, 1071-1080 (1990).
    3. Weiss, J. L., Frederiksen, J. W., Weisfeldt, M. L. Hemodynamic determinants of the time-course of fall in canine left ventricular pressure. J. Clin Invest. 58, 751-760 (1976).
    4. Weisfeldt, M. L., Weiss, J. L., Frederiksen, J. W., Yin, F. C. P. Quantification of incomplete left ventricular relaxation: Relationship to the time constant for isovolumic pressure fall. Eur. Heart J. 1, 119-129 (1980).
    5. Thompson, D. S., et al. Analysis of left ventricular pressure during isovolumic relaxation in coronary artery disease. Circulation. 65, 690-697 (1982).
    6. Ludbrook, P. A., Bryne, J. D., Kurnik, P. B., McKnight, R. C. Influence of reduction of preload and afterload by nitroglycerin on left ventricular diastolic pressure-volume relations and relaxation in man. Circulation. 56, 937-943 (1977).
    7. Tyberg, J. V., Misbach, G. A., Glantz, S. A., Moores, W. Y., Parmley, W. W. A mechanism for shifts in the diastolic, left ventricular, pressure-volume curve: The role of the pericardium. Eur. J. Cardiol. 7, 163-175 (1978).
    8. Suga, H. Theoretical analysis of a left-ventricular pumping model based on the systolic time-varying pressure/volume ratio. IEEE Trans. Biomed. Eng. 24, 29-38 (1977).
    9. Raff, G. L., Glantz, S. A. Volume loading slows left ventricular isovolumic relaxation rate. Circ. Res. 48, 813-824 (1981).
    10. Suga, H., et al. Systolic pressure-volume area (PVA) as the energy of contraction in Starling’s law of the heart. Heart Vessels. 6, 65-70 (1991).
    11. Murakami, T., Hess, O., Gage, J., Grimm, J., Krayenbuehl, H. Diastolic filling dynamics in patients with aortic stenosis. Circulation. 73, 1162-1174 (1986).
    12. Baan, J., et al. Continuous measurement of left ventricular volume in animals and humans by conductance catheter. Circulation. 70, 812-823 (1984).
    13. Falsetti, H. L., Verani, M. S., Chen, C. J., Cramer, J. A. Regional pressure differences in the left ventricle. Catheter Cardiovasc. Diag. 6, 123-134 (1980).
    14. Kass, D. A. Assessment of diastolic dysfunction. Invasive modalities. Cardiol. Clin. 18 (3), 571-586 (2000).
    15. Suga, H. Cardiac energetics: from EMAX to pressure-volume area. Clin. Exp. Pharmacol. Physiol. 30, 580-585 (2003).
    16. Gottdiener, J. S., et al. American Society of Echocardiography recommendations for use of echocardiography in clinical trials. JASE. 17, 1086-1119 (2004).
    17. Kovács, S. J. Jr, Barzilai, B., Pérez, J. E. Evaluation of diastolic function with Doppler echocardiography: the PDF formalism. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 252, H178-H187 (1987).
    18. Hall, A. F., Aronovitz, J. A., Nudelman, S. P., Kovács, S. J. Automated method for characterization of diastolic transmitral Doppler velocity contours: Late atrial filling. Ultrasound Med. Biol. 20, 859-869 (1994).
    19. Hall, A. F., Kovács, S. J. Automated method for characterization of diastolic transmitral Doppler velocity contours: Early rapid filling. Ultrasound Med. Biol. 20, 107-116 (1994).
    20. Riordan, M. M., Kovács, S. J. Quantitation of Mitral Annular Oscillations and Longitudinal 'Ringing' of the Left Ventricle: A New Window into Longitudinal Diastolic Function. J. Appl. Physiol. 100, 112-119 (2006).
    21. Kovács, S. J., Meisner, J. S., Yellin, E. L. Modeling of diastole. Cardiol. Clin. 18, 459-487 (2000).
    22. Riordan, M. M., Chung, C. S., Kovács, S. J. Diabetes and Diastolic Function: Stiffness and Relaxation from Transmitral Flow. Ultrasound Med. Biol. 31, 1589-1596 (2005).
    23. Bauman, L., Chung, C. S., Karamanoglu, M., Kovács, S. J. The peak atrioventricular pressure gradient to transmitral flow relation: kinematic model prediction with in vivo validation. J. Am. Soc. Echocardiogr. 17 (8), 839-844 (2004).
    24. Kovács, S. J. Jr, Rosado, J., Manson-McGuire, A. L., Hall, A. F. Can Transmitral Doppler E-waves Differentiate Hypertensive Hearts From Normal? Hypertension. 30, 788-795 (1997).
    25. Riordan, M. M., et al. The Effects of Caloric Restriction- and Exercise-Induced Weight Loss on Left Ventricular Diastolic Function. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 294, H1174-H1182 (2008).
    26. Meyer, T. E., Kovács, S. J., Ehsani, A. A., Klein, S., Holloszy, J. O., Fontana, L. Long-term Caloric Restriction Slows Cardiac Aging in Humans. J. Am. Coll. Cardiol. 47, 398-402 (2006).
    27. Riordan, M. M., Kovács, S. J. Absence of diastolic mitral annular oscillations is a marker for relaxation- related diastolic dysfunction. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 292, H2952-H2958 (2007).
    28. Mossahebi, S., Kovács, S. J. Kinematic Modeling-based Left Ventricular Diastatic (Passive) Chamber Stiffness Determination with In-Vivo Validation. Annals BME. 40 (5), 987-995 (2012).
    29. Zhang, W., Chung, C. S., Riordan, M. M., Wu, Y., Shmuylovich, L., Kovács, S. J. The Kinematic Filling Efficiency Index of the Left Ventricle: Contrasting Normal vs. Diabetic Physiology. Ultrasound Med. Biol. 33, 842-850 (2007).
    30. Zhang, W., Kovács, S. J. The Age Dependence of Left Ventricular Filling Efficiency. Ultrasound Med. Biol. 35, 1076-1085 (2009).
    31. Courtois, M., Kovács, S. J., Ludbrook, P. A. Transmitral pressure-flow velocity relation. Importance of regional pressure gradients in the left ventricle during diastole. Circulation. 78, 661-671 (1988).
    32. Zhang, W., Shmuylovich, L., Kovács, S. J. The E-wave delayed relaxation pattern to LV pressure contour relation: model-based prediction with in vivo validation. Ultrasound Med. Biol. 36 (3), 497-511 (2010).
    33. Shmuylovich, L., Kovács, S. J. A load-independent index of diastolic filling: model-based derivation with in-vivo validation in control and diastolic dysfunction subjects. J. Appl. Physiol. 101, 92-101 (2006).
    34. Kreyszig, E. Advanced Engineering Mathematics. , 10th, John Wiley and Sons. Hoboken NJ. (2011).
    35. Press, W. H., Teukolsky, S. A., Vetterling, W. T., Flannery, B. P. Numerical recipes 3rd Edition: The Art of Scientific Computing. , Cambridge University Press. New York, NY. (2007).
    36. Claessens, T., et al. The Parametrized Diastolic Filling Formalism: Application in the Asklepios Population. Am. Soc. Mech. Eng. Summer Bioengineering Conference Proceedings. Farmington PA, , (2011).
    37. Chung, C. S., Kovács, S. J. Consequences of Increasing Heart Rate on Deceleration Time, Velocity Time Integral, and E/A. Am. J. Cardiol. 97, 130-136 (2006).

    Tags

    الهندسة الحيوية، العدد 91، فسيولوجيا القلب والأوعية الدموية، والميكانيكا البطين، وظيفة الانبساطي، النمذجة الرياضية، دوبلر تخطيط صدى القلب، ديناميكا الدم، الميكانيكا الحيوية
    الكمي لالعالمي الانبساطي وظيفة عن طريق تحليل يستند النمذجة-الحركية من Transmitral التدفق عبر الشكلية ملء Parametrized الانبساطي
    Play Video
    PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

    Cite this Article

    Mossahebi, S., Zhu, S., Chen, H.,… More

    Mossahebi, S., Zhu, S., Chen, H., Shmuylovich, L., Ghosh, E., Kovács, S. J. Quantification of Global Diastolic Function by Kinematic Modeling-based Analysis of Transmitral Flow via the Parametrized Diastolic Filling Formalism. J. Vis. Exp. (91), e51471, doi:10.3791/51471 (2014).

    Less
    Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
    View Video

    Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

    Waiting X
    Simple Hit Counter