基于心动图模型对二尖瓣血流进行分析，已实现对全球舒张功能的准确、基于因果关系的量化 通过 参数化舒张期充盈（Parametrized Diastolic Filling, PDF）模型。PDF 可生成独特的刚度、舒张功能参数， 并加载参数，阐明“新”生理学特征，同时提供敏感且特异的功能障碍指标。
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摘要
摘要
定量评估心脏功能对生理学家和临床医生而言仍然是一个挑战。 尽管历史上仅能采用侵入性方法，但随着具有高时间与空间分辨率的非侵入性成像技术（超声心动图、MRI、CT）的发展，为舒张功能的定量评估提供了新的窗口。超声心动图已被公认为评估舒张功能的标准方法，但目前临床应用的指标仅选取了心腔尺寸（M型）或血流/组织运动（多普勒）波形的某些特征，未纳入运动本身的生理因果决定因素。 认识到所有左心室（LV）均通过充当机械吸力泵来启动充盈，因此可根据适用于所有心腔的运动定律来评估整体舒张功能。不同心脏之间的差异在于支配充盈过程的运动方程中的参数。因此，参数化舒张充盈（PDF）模型的建立 已表明，临床上观察到的全部早期二尖瓣血流（多普勒E波）模式均能极好地符合阻尼振荡运动定律。 这允许根据一种因果机制（由回弹引发的抽吸作用）对单个E波进行分析，该机制可得出三个（数值上）独特的集中参数，其生理学对应物为心腔僵硬度（k），黏弹性/应力松弛（c），并加载（xo). 记录二尖瓣血流（多普勒E峰）是临床心脏病学中的常规实践，因此本文仅简要回顾超声心动图记录方法。我们的重点是从常规记录的E峰数据中确定PDF参数。 如高亮结果显示，一旦从足够数量的负荷变化E波中获得PDF参数，研究者便可自由使用这些参数，或基于这些参数构建指数（例如储存能量1/2kxo2最大房室压力阶差 kxo舒张功能的负荷无关性指数 等等。并选择要量化的生理学或病理生理学方面。
引言
Katz1于1930年进行的开创性研究揭示，哺乳动物左心室通过发挥机械性抽吸泵的作用启动充盈过程，自此之后，大量研究致力于阐明舒张期的运作机制。多年来，临床或科研评估舒张功能（DF）2-16的唯一手段是侵入性方法。然而在20世纪70年代，随着技术进步和超声心动图的发展，心脏病学家和生理学家终于获得了可用于无创表征舒张功能的实用工具。
由于缺乏关于心脏充盈时舒张功能的统一因果理论或范式，研究人员提出了大量基于与临床特征相关性的现象学指标。例如，早期快速充盈期间经二尖瓣血流速度曲线呈迅速上升和下降的曲线状，其形态被近似为三角形，并根据其几何特征（高度、宽度、面积）定义了舒张功能指标 等等.)。超声心动图技术的进步使得充盈期间的心肌运动、应变及应变率得以测量，例如，每一项技术进步都带来了一批新的现象学指标，用于与临床特征进行关联。然而，这些指标仍属于相关性指标而非因果性指标，且许多指标实际上是对相同基础生理过程的不同测量方式。因此，目前临床所采用的舒张功能充盈（DF）指标特异性和敏感性有限也就不足为奇了。
为了克服这些局限性，研究人员开发并验证了参数化舒张期充盈（Parametrized Diastolic Filling, PDF）模型，这是一种基于因果关系的动力学集总参数模型，用于描述左心室充盈过程。该模型以舒张期的抽吸泵生理机制为基础，并将其纳入建模过程
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方案
获取超声心动图图像并分析以获得PDF参数的步骤如下所述。尽管在下文的受试者选择部分提到了心导管检查，但所描述的方法仅适用于超声心动图部分。导管检查部分的描述仅用于对基于模型的预测结果进行独立验证，与E波的分析无关。 通过 PDF形式主义。在数据采集之前，所有受试者均按照华盛顿大学医学院机构审查委员会（人体研究保护办公室）的规定，签署知情同意书，同意参与本研究。
注意：本节中描述的所有软件程序（以及如何使用它们的教程）均可从 http://cbl1.wustl.edu/SoftwareAgreement.htm 下载
1. 受试者选择
注意：心血管生物物理学实验室数据库中的所有受试者均同时接受了超声心动图和心导管检查，且均由其主治医师推荐进行诊断性心导管检查。数据库的纳入标准为：1）无任何显著性瓣膜异常，2） 心电图无室壁运动异常或束支传导阻滞，3）具有满意的超声心动图声窗，可清晰辨认E波和A波。
2. 超声心动图数据采集
- 根据美国超声心动图学会标准16....
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结果
采用上述方法获得的四种不同充盈模式（正常、假性正常、舒张延迟、缩窄-限制性）的多普勒波形如图2所示。图2A显示的是正常模式，其本身无法与假性正常模式区分。图2B显示的是舒张延迟模式，图2C显示的是与严重舒张功能障碍相关的缩窄-限制性模式。为便于观察，图像上叠加了PDF模型预测的拟合曲线。每个图像下方列出了常规超声参数（E峰值、A峰值、E波加速时间及E波减速时间）以及PDF参数（k、c、xo）。如图所示，PDF形式化方法对这三种充盈模式的拟合（预测）效果均非常好。PDF参数还可提供关于心腔特性的信息。舒张延迟模式（图2B）通常比正常模式（图2A）具有更高的黏弹性/舒张PDF参数c；而缩窄-限制性模式（图2C）通常比正常模式具有更高的刚度（PDF参数
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讨论
本着我们的方法学重点，本文着重强调了有助于获得准确且有意义结果的关键实验方法要点。
超声心动图
美国超声心动图学会（ASE）制定了经胸超声心动图检查的操作指南16。在进行超声心动图检查时，有多种因素会影响图像质量。超声技师无法控制的因素包括：所用成像设备的技术性能、心率、患者体型、解剖结构位置和方向的个体差异，以及“声窗”质量，后者指特定受试者组织中超声波透射特性的表现。超声技师可直接控制的因素包括 仪器设置，如探头的选择。由于PDF分析的准确性依赖于超声图像的质量，因此在图像采集过程中应格外注意，以获取尽可能高质量的图像。
为获得用于PDF分析的最佳E波图像质量，应尽量增大E波在显示屏上的相对尺寸，并将扫描速度设置为100 mm/sec。采用高扫描速度并充分利用显示屏尺寸来确定最大流速刻度，可提高时间分辨率。即 在时间和速度轴上拟合更多的数据点。较高的扫描速度设置也有助于更准确地确定基线滤波器参数。不同超声心动图实验室所.......
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披露
作者无竞争性财务利益。
致谢
本工作部分得到了圣路易斯市艾伦·A·和艾迪丝·L·沃尔夫慈善信托基金以及巴恩斯-犹太医院基金会的支持。L. Shmuylovich 和 E. Ghosh 部分获得了美国心脏协会中西部地区分会博士前奖学金的支持。S. Zhu 部分获得了华盛顿大学康普顿学者计划以及文理学院暑期 本科生 研究 奖的支持。S. Mossahebi 部分获得了物理系的支持。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| Philips iE33 | Philips (Andover, MA) | ||
| LabView 6.0 | 国家仪器公司 | 版本 6.0.2 | |
| MATLAB | MathWorks | 版本 R2010b |
参考文献
- Katz, L. N. The role played by the ventricular relaxation process in filling the ventricle. Am. J. Physiol. 95, 542-553 (1930).
- Frais, M. A., Bergman, D. W., Kingma, I., Smiseth, O. A., Smith, E. R., Tyberg, J. V. The dependence of the t....
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