يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية

مقالة منهجية

تقييم بالموجات فوق الصوتية للهيكل المجهري عضلة القلب

5.3K مشاهدة

⸱

DOI:

10.3791/50850

⸱

يناير 14, 2014

 ,  ,  ,  ,  , 
1Harvard Medical School, 2Cardiovascular Division, Department of Medicine, Brigham and Women's Hospital, Harvard Medical School

في هذه المقالة

ملخص

يستخدم تخطيط صدى القلب عادة لتوصيف التغيرات في بنية القلب ووظيفته وتحديدها كميا. نحن نصف خوارزمية التصوير بالموجات فوق الصوتية التي تقدم مقياسا بديلا معززا للهيكل الدقيق عضلة القلب ويمكن إجراؤها باستخدام برنامج تحليل الصور المفتوح الوصول.

الملخص

تخطيط صدى القلب هو طريقة تصوير يمكن الوصول إليها على نطاق واسع وتستخدم عادة لتوصيف التغيرات في بنية القلب ووظيفته وتحديدها كميا. يمكن أن تشمل التقييمات بالموجات فوق الصوتية للأنسجة القلبية تحليلات لكثافة إشارة الرقعة الخلفية داخل منطقة معينة من الاهتمام. وقد اعتمدت التقنيات التي أنشئت سابقا في الغالب على القيمة المتكاملة أو المتوسطة لكثافة إشارة الرصانة الخلفية، والتي قد تكون عرضة للتغير من البيانات المستعارة من معدلات الإطار المنخفضة والتأخير الزمني للخوارزميات على أساس الاختلاف الدوري. هنا، ونحن نصف خوارزمية التصوير بالموجات فوق الصوتية التي تمتد من الأساليب السابقة، ويمكن تطبيقها على إطار صورة واحدة وحسابات للتوزيع الكامل لقيم كثافة الإشارة المستمدة من عينة عضلة القلب معينة. عند تطبيقها على بيانات التصوير التمثيلي للفأرة والإنسان، تميز الخوارزمية بين الموضوعات التي تتعرض لمقاومة الحمل التالي المزمنة وبدونها. تقدم الخوارزمية مقياسا بديلا معززا للهيكل المجهري عضلة القلب ويمكن إجراؤها باستخدام برنامج تحليل الصور المفتوح الوصول.

المقدمة

تخطيط صدى القلب هو طريقة تصوير يمكن الوصول إليها على نطاق واسع وتستخدم عادة لتوصيف التغيرات في بنية القلب ووظيفته وتحديدها كميا. يمكن أن تتضمن التقييمات بالموجات فوق الصوتية للأنسجة القلبية تحليلات لكثافة إشارة الرقط الخلفي داخل منطقة معينة من الاهتمام في نقطة زمنية واحدة ، وكذلك على مدار الدورة القلبية. وقد اقترحت الدراسات السابقة أن مقاييس كثافة إشارة السونوغرافية يمكن تحديد الوجود الكامن وراء الفوضى الألياف عضلة القلب، قابلة للحياة مقابل الأنسجة عضلة القلب غير قابلة للحياة، والتليف الخلالي1-3. نشير إلى "البنية المجهرية" عضلة القلب على أنها بنية الأنسجة التي يمكن وصفها ، باستخدام التحليل السونوغرافي ، وراء القياسات الخطية للحجم الإجمالي والمورفولوجيا. وبناء على ذلك، تم استخدام تحليلات كثافة إشارة السونوغرافية لتقييم التعديلات الهيكلية الدقيقة للأنسجة عضلة القلب في وضع اعتلال عضلة القلب الهايبروتروبي والمتوسع4،5،مرض الشريان التاجي المزمن6،7،وأمراض القلب ارتفاع ضغط الدم8،9. ومع ذلك ، اعتمدت التقنيات التي تم إنشاؤها سابقا في الغالب على القيمة المتكاملة أو المتوسطة لكثافة إشارة backscatter ، والتي قد تكون عرضة للتغير من الضوضاء العشوائية5، والبيانات المستعارة من معدلات الإطارالمنخفضة 10، والتأخير الزمني للخوارزميات استنادا إلى الاختلاف الدوري11.

هنا، ونحن نصف طريقة استخدام خوارزمية تحليل الصورة بالموجات فوق الصوتية التي تمتد من الأساليب السابقة. تركز هذه الخوارزمية على إطار واحد نهاية الانبساطي لتحليل الصورة وحسابات للتوزيع الكامل لقيم كثافة الإشارة المستمدة من عينة عضلة القلب معينة. باستخدام التامور كمرجع في الإطار12,13، تقوم الخوارزمية بشكل مستنسخ بقياس التباين في توزيعات كثافة الإشارات السونوغرافية وتقدم مقياسا بديلا معززا للهيكل الدقيق عضلة القلب. في بروتوكول خطوة بخطوة، نقوم بوصف طرق إعداد الصور للاستخدام، وأخذ عينات من المناطق ذات الاهتمام، ومعالجة البيانات ضمن مناطق محددة ذات أهمية. كما نعرض نتائج تمثيلية من تطبيق الخوارزمية على الصور صدى القلب المكتسبة من الفئران والبشر مع التعرض المتغير لضغوط الحمل بعد الحمل على البطين الأيسر.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

1. إعداد الصور للتحليلات

  1. الحصول على صور المورين أو الإنسان echocardiographic B-الوضع في عرض شبه نجمي طويل المحور. ضبط إعدادات التعويض كسب الوقت ووضع التركيز الإرسال لتحسين التصور من LV وغيرها من هياكل القلب في عرض شبه نجمي، وفقا للممارسة المعتادة. تأكد من حفظ جميع الصور بتنسيق ملف DICOM. تضع طرق عرض الصور الموحدة الجدار البطيني الأيسر الاستدلالي في قاعدة الإطار. يجب أن تعرض الإطارات كامل عضلة القلب البطيني الأيسر و التامور. يجب أن يكون الدقة عالية بما يكفي لترسيم حدود التامور وجدار عضلة القلب وحدود البطين الأيسر. تجاهل الصور التي بها تسرب زائد أو صور فنية.
  2. استيراد ملف صورة للتحليل في منصة برنامج ImageJ v1.46 كملف DICOM. تحويل الملف إلى ملف صورة 8 بت.
  3. انتقل من خلال إطارات متتالية من دورة القلب حتى الوصول إلى إطار نهاية الانبساطي الجودة المناسبة. بدلا من ذلك، حدد الإطار الانبساطي النهائي في برنامج عرض صدى القلب ثم قم بالتصدير إلى تنسيق ملف .jpg عالي الدقة لاستخدامه في ImageJ. تحديد الإطارات الأقرب إلى نهاية diastole باستخدام موجة R من تتبع تخطيط القلب، ومن ثم تحديد أفضل إطار واحد يلتقط LV مع البعد الداخلي الأقصى. النظر في هذا الإطار واحد الإطار نهاية الانبساطي.
  4. ويقترح أن يغفل المستخدمون عن هوية الموضوع عند اختيار المناطق ذات الاهتمام.

2. أخذ عينات عائد الاستثمار

  1. اختيار مرجع التامور. عند اختيار منطقة الفائدة التامور (ROI) ، تهدف إلى التقاط عدم تجانس الأنسجة التامور. لاحظ أنه يمكن تعديل سطوع الصورة والتباين لاختيار عائد الاستثمار، حسب الحاجة، دون أي تأثير على نتائج التحليل.
    1. باستخدام أداة رسم المستطيل ImageJ، حدد مستطيلا بطول يقترب من الثلث الأوسط من جدار التامور الاستدلالي القاعدي.
    2. تغيير حجم عائد الاستثمار المستطيل ليطال عرض التامور باستخدام أداة تغيير حجم عائد الاستثمار.
    3. قم بتدوير عائد الاستثمار للتمدد داخل منطقة التامور باستخدام أداة تدوير ImageJ.
    4. إجراء أي تعديلات ضرورية على زوايا عائد الاستثمار التامور. التقط منطقة أهمية أخيرة في حالة التامور تقع ضمن الثلث الأوسط من جدار التامور، وتشمل عرض جدار التامور دون أن تمتد إلى مناطق عضلة القلب أو خارج القلب. الهدف من التقاط نفس الموقع النسبي والنسبة المئوية من إجمالي منطقة التامور لجميع التدابير التي تم إجراؤها في دراسة معينة.
    5. تطبيق الخوارزمية على التحديد عبر أدوات تحليل ImageJ (انظر القسم 3).
  2. اختيار عضلة القلب. مرة أخرى، تهدف إلى التقاط عدم التجانس من الأنسجة عضلة القلب داخل الثلث الأوسط من جدار عضلة القلب الاستدلالي القاعدي. لاحظ أنه يمكن تعديل سطوع الصورة والتباين لاختيار عائد الاستثمار، حسب الحاجة، دون أي تأثير على نتائج التحليل.
    1. حدد مستطيلا يمتد بعرض جدار عضلة القلب، باستثناء الشغاف والإبيكارديوم. تأكد من أن اختيار عضلة القلب يقع بجوار اختيار التامور وفي نفس زاوية ثيتا. لا تشمل مناطق العضلات الحليمية داخل منطقة الاختيار.
    2. تدوير عائد استثمار عضلة القلب بحيث أنه يقع بالتوازي مع اختيار التامور.
    3. إجراء أي تعديلات ضرورية على زوايا عائد استثمار عضلة القلب. عزل منطقة الفائدة الأخيرة عضلة القلب التي تقع ضمن الثلث الأوسط من جدار عضلة القلب، ويلتقط عرض الجدار دون أن تمتد إلى المناطق التامور أو داخل الألومين.
    4. تطبيق الخوارزمية على التحديد عبر ماكرو ImageJ.

3. تحليل البيانات ومعالجتها

  1. تثبيت الماكرو ImageJ يسمى "getHistogramValues.txt".
  2. استخدم أداة تحليل الرسم البياني ImageJ لمعاينة توزيع قيم كثافة الإشارة داخل عائد الاستثمار (قم بتنفيذ هذه الخطوة لاختيار التامور ولتحديد عضلة القلب).
  3. استخدم ماكرو ImageJ لتسجيل قيم كثافة الإشارة هذه ل ROI (قم بتنفيذ هذه الخطوة لتحديد التامور ولتحديد عضلة القلب).
    1. تعيين قيمة كثافة من 0 (أحلك) إلى 255 وحدة (ألمع) لكل بكسل ضمن التحديد.
    2. ترتيب قيم الكثافة بشكل هرمي، حسب الكثافة المتزايدة، لإنتاج توزيع لشدة الإشارة.
    3. حدد قيم المئين التالية للتوزيع والإبلاغ عنها: 20المئين و50المئين (المتوسط) و80المئين.
  4. تطبيع كثافة عضلة القلب باستخدام مرجع التامور.
    1. تطبيع بقسمة قيم المئين عضلة القلب من كثافة على القيم المئوية التوازى المقابلة من كثافة12، أو عن طريق طرح قيمة المئين عضلة القلب من كثافة من القيمة المئوية التامور للكثافة13.
    2. قيم التقرير للطرق التحليلية الأربعة: قيم عضلة القلب إلى التامور العادية لقيم المئينالعشرين و50المئين (المتوسط) و80 القيم المئوية.

4. تحديد التغير الدوري

  1. تطبيق خوارزمية على التحديدات عضلة القلب من خلال إطارات متتالية من ملف DICOM، والانتقال من خلال دورة القلب. قارن الاختلافات في توزيعات الكثافة بين الإطارات ، مع الاهتمام بالإطارات الانبساطية النهائية والانبساطية النهائية.
    يتم إجراء جميع تحليلات الصور الموضحة أعلاه دون اتصال على الصور صدى القلب غير الباضعة التي تم الحصول عليها سابقا وتخزينها رقميا في شكل DICOM. تمت الموافقة على جميع بروتوكولات الدراسة من قبل مجلس المراجعة المؤسسية في بريغهام والمرأة واللجنة الدائمة للرعاية والاستخدام المؤسسية للحيوانات في المنطقة الطبية بجامعة هارفارد.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

يتم إجراء تحليل كثافة الإشارة في 4 خطوات رئيسية(الشكل 1)،بما في ذلك: 1) اختيار الصورة وتنسيقها، 2) أخذ عينات عائد الاستثمار والمناطق المرجعية، 3) تطبيق الخوارزمية، و 4) معالجة القيم النهائية لتسفر عن نسب كثافة عضلة القلب إلى التامور. يتم توحيد اختيار وحجم العائد على الاستثمار للحد من البينية وكذلك التباين داخل المستخدم(الشكل 2). كما يتم توحيد تحديد موقع كل عائد استثمار فيما يتعلق بالهياكل التشريحية لكل موضوع للحد من التباين بين الكائنات وكذلك التباين داخل الجسم.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

نحن نصف البروتوكول الخاص بخوارزميات تحليل الصور التي تحدد كميا توزيع كثافة الإشارة السونوغرافية، وبالتالي تقدم مقياسا بديلا للهيكل المجهري عضلة القلب. وتعمل السمات الموحدة للبروتوكول، بما في ذلك اختيار العائد على الاستثمار والمنطقة المرجعية وتحديد حجمها وتحديد مواقعها، على تقليل التباين القائم على المستخدم والموضوع إلى أدنى حد. نحن نثبت أنه عند تطبيقها على الصور الانبساطية أحادية الإطار ذات الإطار الواحد ، يمكن للخوارزمية التمييز بشكل مناسب بين عضلة القلب العادي مقابل عضلة القلب المعرضة لضغوط الحمل التالي.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

لم يتم الإعلان عن أي تضارب في المصالح.

شكر وتقدير

نحن ممتنون للموارد التي تقدمها كلية الطب بجامعة هارفارد / بريغهام ومستشفى النساء القلب والأوعية الدموية مختبر الأساسية الفسيولوجية. وقد تم دعم هذا العمل جزئيا بتمويل من المعاهد الوطنية للصحة المنح HL088533، HL071775، HL093148، وHL099073 (RL). حصل محمد بن سلمان على جائزة زمالة ما بعد الدكتوراه لمؤسس جمعية القلب الأمريكية. الجامعة هي حاصلة على جائزة زمالة ما بعد الدكتوراه التي يمنحها مؤسسو جمعية القلب الأمريكية. وقد حصلت اللجنة العليا على دعم من مؤسسة إليسون.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
ImageJ v 1.46NIH (Bethesda ، MD)برنامج الوصول المفتوح
Power ShowCaseTrillium Technology (آن أربور ، ميشيغان)البرمجيات التجارية

المراجع

  1. Yamada, S., Komuro, K. Integrated backscatter for the assessment of myocardial viability. Curr. Opin. Cardiol. 21, 433-437 (2006).
  2. 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).
  3. Picano, E., et al. In vivo quantitative ultrasonic evaluation of myocardial fibrosis in humans. Circulation. 81, 58-64 (1990).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. Takiuchi, S., et al. Quantitative ultrasonic tissue characterization can identify high-risk atherosclerotic alteration in human carotid arteries. Circulation. 102, 766-770 (2000).
  14. 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).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

الوسوم

التحليل بالتصوير المقطعي لصدى القلببرنامج Image Jتوزيع شدة الإشارةنسبة عضلة القلب إلى التأمورتقييم التباين الدوريإجهاد ما بعد الحمل المزمنبرمجيات مفتوحة المصدرتحليل الماكرو للمخطط التكراري
تقييم بالموجات فوق الصوتية للهيكل المجهري عضلة القلب
تواصل معنا
أوصِ به للمكتبة

الخصوصية

شروط الاستخدام

السياسات

حقوق الطبع والنشر © 2026 MyJoVE Corporation. جميع الحقوق محفوظة.