Ultraschall-Bewertung der myokarddialen Mikrostruktur

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, eine Surrogatmessung der Myokardmikrostruktur unter Verwendung eines ultraschallbasierten Bildgebungsalgorithmus und einer frei zugänglichen Bildanalysesoftware bereitzustellen. Dies wird erreicht, indem zunächst ein digitales echokardiographisches Bild ausgewählt und formatiert wird. Der zweite Schritt besteht darin, die interessierende Myokardregion und einen Perikardreferenzbereich auszuwählen.

Anschließend werden die Daten nach Anwendung des Algorithmus mit dem Softwareprogramm Image J verarbeitet. Der letzte Schritt ist die Verarbeitung der Endwerte und die Erzeugung von Ausgaben in Form von Myokard-Perikard-Verhältnissen. Letztendlich wird das Ultraschallsignal aus einer ausgewählten echokardiographischen Region von Interesse verarbeitet, um ein Maß für die Myokarddichte zu erhalten, das Informationen über ein Surrogatmaß der Gewebemikrostruktur liefert.

Der Hauptvorteil dieser Technik gegenüber bestehenden Methoden wie traditionellen, linearen oder zweidimensionalen ultraschallbasierten Beurteilungen der Herzstruktur besteht darin, dass sie es ermöglicht, die echokardiographische Analyse neben der Quantifizierung makroskopischer kardialer Parameter auch die Quantifizierung der Mikrostruktur des Myokardgewebes einzubeziehen. Darüber hinaus verwendet es Open-Source-Software, nachdem es marine oder menschliche echokardiographische B-Modus-Bilder in der parasternalen Längsachsenansicht erhalten hat. Verwenden Sie Bild J, um die DICOM-Datei des zu analysierenden Bildes zu öffnen und die Datei in eine Acht-Bit-Bilddatei zu konvertieren.

Die inferolaterale linksventrikuläre Wand sollte an der Basis des Rahmens erscheinen, die Rahmen müssen das gesamte linksventrikuläre Myokard darstellen, und die Perikardauflösung muss hoch genug sein, um den Perikardrand, die Myokardwand und den endokardialen Rand des linken Ventrikels abzugrenzen. Verwerfen Sie alle Bilder mit übermäßigem Dropout oder Bildartefakten. Scrollen Sie mit der R-Welle der EKG-Aufzeichnung durch aufeinanderfolgende Frames des Herzzyklus, um die Frames zu identifizieren, die der Enddiastole am nächsten liegen.

Identifizieren Sie dann das einzelne Bild, das die maximale innere Dimension des linken Ventrikels am besten erfasst. Betrachten wir diesen einen Rahmen, den enddiastolischen Rahmen. Wählen Sie als Nächstes die interessierende Perikardregion aus, um die Heterogenität des Perikardgewebes zu erfassen.

Bewerten Sie dazu den Graustufenbereich und die Konsistenz des gesamten Perikards, und wählen Sie einen interessierenden Bereich aus, der für diese Attribute repräsentativ ist. Passen Sie das Bild, die Helligkeit und den Kontrast für die Auswahl des Interessenbereichs nach Bedarf an. Wählen Sie mit dem Rechteckzeichenwerkzeug von Bild j ein Rechteck mit einer Länge aus, die ungefähr dem mittleren Drittel der basalen inferolateralen Perikardwand entspricht.

Ändern Sie die Größe des rechteckigen Bereichs von Interesse, um ihn mit dem ROI-Größenwerkzeug über die Breite des Perikards zu erstrecken. Verwenden Sie als Nächstes das Drehwerkzeug von Bild J, um den interessierenden Bereich so zu drehen, dass er innerhalb des Perikardbereichs liegt. Wählen Sie bei Bedarf das manuelle Anpassungswerkzeug aus, um die Ecken des Perikardbereichs von Interesse anzupassen, wenn die Anpassungen abgeschlossen sind.

Die interessierende Perikardregion sollte innerhalb des mittleren Drittels der Perikardwand liegen und die Breite der Perikardwand umfassen, die sich in die Myokard- oder extrakardialen Regionen erstreckt. Ziel ist es, für alle in einer bestimmten Studie durchgeführten Messungen die gleiche relative Position und den gleichen Prozentsatz der gesamten Perikardfläche zu erfassen. Um ein Histogramm mit Intensitätswerten zu generieren, installieren Sie ein Bild-J-Histogramm-Makro mit dem Namen get histogram values.

Führen Sie das Histogramm-Makro aus, um eine Vorschau der Verteilung der Signalintensitätswerte innerhalb des ausgewählten Perikardbereichs von Interesse anzuzeigen. Das Makro zeichnet die Signaldichtewerte für den interessierenden Bereich und für die Vorzeichen und den Intensitätswert von null Einheiten für das dunkelste bis zu 255 Einheiten für das hellste Pixel innerhalb der Auswahl auf, um eine Verteilung der Signalintensität zu erzeugen. Das Makro meldet das 20., 50. und 80. Perzentil für die Verteilung.

Bei der Auswahl der interessierenden Myokardregion ist auch darauf zu achten, die Heterogenität des Myokardgewebes innerhalb des mittleren Drittels der basalen inferolateralen Myokardwand zu erfassen. Passen Sie wie bisher das Bild, die Helligkeit und den Kontrast nach Bedarf an. Wählen Sie ein Rechteck aus, das sich über die gesamte Breite der Myokardwand erstreckt, ohne Endokard und Epikard.

Schließen Sie Bereiche der Papillenmuskulatur nicht in den Auswahlbereich ein. Die Positionierung des interessierenden Bereichs ist stark benutzerabhängig. Um den Erfolg sicherzustellen, muss der Benutzer eine Schätzung der Hauptgrenzen vornehmen und den interessierenden Myokardbereich so drehen, dass er neben und parallel zur Perikardauswahl liegt.

Nehmen Sie alle notwendigen Anpassungen an den Ecken der interessierenden Myokardregion vor, isolieren Sie eine abschließende interessierende Myokardregion, die innerhalb des mittleren Drittels der Myokardwand liegt, und erfassen Sie die Breite der Wand, ohne sich in die perikardialen oder intraluminalen Regionen zu erstrecken, wie zuvor gezeigt. Verwenden Sie das Histogramm-Makro von Bild J, um eine Vorschau der Verteilung der Signalintensitätswerte innerhalb der interessierenden Myokardregion anzuzeigen. Der nächste Schritt besteht darin, die Myokardintensitäten unter Verwendung der zuvor erhaltenen Perikardreferenzdaten zu normalisieren und zunächst die Myokardperzentilwerte der Intensität durch das entsprechende Perokardperzentil zu dividieren.

Die Intensitätswerte geben Werte für die normierten Myokard- bis Perikardwerte für das 20. Perzentil, das 50. Perzentil und das 80. Perzentil an. Wenden Sie diese Analyse auf myokardiale Selektionen durch aufeinanderfolgende Frames der DICOM-Datei an, wobei besonderes Augenmerk auf endsystolische und enddiastolische Frames gelegt wird. Die sonographische Signalintensität variiert während des gesamten Herzzyklus, wie hier für Kontrollmäuse gezeigt, die zyklische Variabilität wurde anhand von drei Grenzwerten bewertet, dem 20. Perzentil, dem 50. Perzentil und dem 80. Perzentil.

Die zyklische Variabilität ist bei Mäusen ausgeprägter, bei denen ein Band um die Aorta gelegt wurde, um den Abflusswiderstand zu erhöhen. Beachten Sie, dass die relative zyklische Variabilität für die Werte des 80. Perzentils höher ist als für die unteren Schnittpunktwerte. Dieses Histogramm zeigt Verteilungen der Signalintensität, die aus dem Myokard einer Kontrollmaus sieben Wochen nach der Scheinoperation abgeleitet wurden.

Die blauen vertikalen Linien kennzeichnen die Werte für das 20. Perzentil, das 50. Perzentil und das 80. Perzentil. Die Verteilung der Signalintensitäten zeigt bei einer Maus mit Aortenband sieben Wochen nach der Operation eine rechtsgerichtete bis höhere Intensität. Signalintensitäten bei einem normalen intensiven Menschen und einem hypertensiven Menschen sind hier sowohl bei Mäusen als auch bei Menschen dargestellt.

Die Verteilungen der Signalintensität sind rechtsverschoben und für die Probanden mit chronischem Nachlaststress im Vergleich zu den Kontrollen größer: Hier ist ein Vergleich zwischen einer scheinoperierten und einer Aortenbandmaus sowie zwischen einem normotensiven und einem hypertensiven Menschen. Das Verhältnis der Signalintensität von Myokard zu Perikard wurde mit drei analytischen Methoden bestimmt. Das Verhältnis der Werte des 20. Perzentils, des Verhältnisses der Werte des 50. Perzentils und des Verhältnisses der Werte des 80. Perzentils.

Der größte Unterschied zwischen Kontrollen und Nachlastbelastungsfällen wird anhand von Verhältnissen der 80. Perzentilwerte der Signalintensität veranschaulicht. Hier sind Massons Tri-Chrom-Fleckenabschnitte des linken Ventrikels sieben Wochen nach der Operation bei einer Maus, die sich einer Scheinoperation unterzogen hatte, und einer Maus, die sich einem Aortenband unterzogen hatte, zu sehen. Erhebliche Kollagenablagerungen und interstitielle Fibrose sind im Ventrikel der Aortenbandmaus zu sehen. Einmal gemeistert und bei richtiger Durchführung, kann diese Technik in fünf bis 10 Minuten pro Datei durchgeführt werden.