Quantifizierung der globalen diastolischen Funktion durch kinematische Modellierung basierende Analyse der transmitralen Fluss über die diastolische Füllung Parametrisierte Formalismus

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens besteht darin, die globale diastolische Funktion des linken Ventrikels bei einem Patienten mithilfe des parametrisierten diastolischen Füllmodells (PDF-Formalismus) zu bewerten. Dies wird erreicht, indem zunächst Daten zur diastolischen Funktion aus einer vollständigen echokardiographischen Untersuchung der Herzfunktion erfasst und zur Analyse auf einen Computer übertragen werden. Der zweite Schritt besteht darin, mit den Bildern des transmitralen Flusses zu arbeiten und sich auf einen einzelnen Herzschlag zu konzentrieren.

Ein benutzerdefiniertes Programm extrahiert herkömmliche Parameter der diastolischen Funktion für die e- und a-Wellen und verarbeitet das Bild für den nächsten Analyseschritt vor. Anschließend wird das vorverarbeitete Bild des transmitralen Flusses in ein halbautomatisiertes Anpassungsprogramm geladen. Ein Segment der EWA wird zur Anpassung ausgewählt, und ein vorläufiges parametrisiertes Modell der diastolischen Füllung wird erstellt und überlagert auf das Bild dargestellt.

Der letzte Schritt besteht darin, die Anpassung gegebenenfalls zu verfeinern und das Programm die endgültigen parametrisierten Parameter für das diastolische Füllmodell auf der Grundlage der Eingabe ewa generieren zu lassen. Letztendlich liefert der Prozess Parameter, die Entspannung, Steifigkeit und Belastung quantifizieren, die für die diastolische Funktion des Patienten verantwortlich sind. Diese Parameter wurden verwendet, um zwischen normaler und pathologischer Funktion zu unterscheiden und neue physiologische Erkenntnisse zu gewinnen.

Der Hauptvorteil der PDF-Technik besteht darin, dass sie Newtons Bewegungsgesetze mit der tatsächlichen Physiologie der Saugpumpe während der Diastole verbindet, um daraus physiologisch und klinisch relevante Parameter der diastolischen Funktion direkt aus dem Wellenformverlauf abzuleiten. In der Herzphysiologie sind Erschlaffung und Steifigkeit etablierte physiologische Parameter, die die Diastole charakterisieren. Die PDF-Methode kann wesentliche Fragen auf dem Gebiet der Herzphysiologie beantworten, da sie die zentralen treibenden Faktoren der Diastole in nichtinvasiv messbare Parameter entkoppelt.

Die PDF-Methode ist eine nichtinvasive Technik, die Einblicke in Determinanten der Diastole ermöglichen kann, die zuvor nur durch invasive Methoden messbar waren. Der Vorteil dieser Methode liegt darin, dass sie auf alles in der DTE anwendbar ist, was sich bewegt, und daher gleichermaßen für die Blutströmung über die Mitralklappe gilt. Was die Bewegung des Mitralklappenrings betrifft, erfolgt die Analyse des Sonogramms mithilfe benutzerdefinierter MATLAB- und LabView-Programme.

Verwenden Sie das benutzerdefinierte MATLAB-Tool, um die in DICOM-Format vorliegenden Bilder in Bitmap-Dateien umzuwandeln. Klicken Sie anschließend auf die Schaltfläche „Ordner mit Bildern suchen“, um die Bitmap-Dateien in das benutzerdefinierte MATLAB-Programm zum Messen der transmuralen Flussparameter zu laden. Klicken Sie auf „Nächstes Bild anzeigen“, um die Bilder zu überprüfen, und wählen Sie dann ein Bild mit einer klaren Kontur des transmuralen Flusses und einem vollständigen Herzzyklus aus.

Zur Analyse enthält das geladene Bild die Zeit entlang der horizontalen Achse und die Geschwindigkeit entlang der vertikalen Achse. Bestimmen Sie die zeitliche Abtastrate, indem Sie auf die TSR-Schaltfläche klicken. Verwenden Sie die Markierungen auf dem Bild, um zwei Zeitpunkte auf der Zeitachse zu identifizieren, die genau eine Sekunde auseinanderliegen.

Verwenden Sie dann den Fadenkreuzcursor, um auf die untere linke Ecke der ersten Markierung zu klicken. Um das Bild im vergrößerten Ausschnitt weiter zu vergrößern, klicken Sie auf den linken Rand der gewünschten Markierung, und das Bild wird wieder herausgezoomt. Wiederholen Sie denselben Vorgang für die zweite Markierung.

Dies ist genau eine Sekunde nach der ersten Markierung. Um zunächst die Geschwindigkeitsabtastrate zu ermitteln, stellen Sie die Geschwindigkeitseinheit auf die im Feld neben der VSR-Schaltfläche markierte Einheit ein. Standardmäßig ist dies ein Meter pro Sekunde oder 100 Zentimeter pro Sekunde.

Klicken Sie auf die VSR-Schaltfläche und verwenden Sie die Fadenkreuze, um links unten auf den Null-Geschwindigkeitspunkt zu klicken, um V gleich null im vergrößerten Bild zu lokalisieren. Achten Sie darauf, wo die Geschwindigkeitsskala im Bild angezeigt wird. Klicken Sie auf den untersten Rand des Null-Geschwindigkeitspunkts, und das Bild wird verkleinert.

Klicken Sie nun unterhalb und links vom Geschwindigkeitspunkt bei dem gewählten Wert, üblicherweise 100 Zentimeter pro Sekunde, und markieren Sie die untere Kante des zweiten Punkts. Um die Geschwindigkeitskalibrierung in Pixeln abzuschließen, klicken Sie auf die Markierung e und auf den Wellenknopf. Zuerst definieren Sie den Beginn und das Ende eines Herzzyklus.

Führen Sie dies durch, indem Sie benachbarte Stellen zu unseren Spitzen des EKG markieren, und folgen dabei dem gleichen Verfahren, das für die Markierung von Zeit- und Geschwindigkeitspunkten verwendet wurde. Die Schlagdauer wird anhand der Anzahl der Pixel und der zeitlichen Abtastrate berechnet. Nach der Berechnung der Herzfrequenz verwenden Sie physiologische Marker, um den Beginn des isovolumetrischen Relaxationsintervalls festzulegen.

Als Nächstes erhalten Sie durch Klicken oberhalb des Gipfels der höchsten Welle eine vergrößerte Ansicht der Wellen von Interesse. Verwenden Sie danach die Fadenkreuze, um den Doppler-EWA-Gipfelpunkt auszuwählen. Dadurch wird das Fadenkreuz verankert.

Bewegen Sie als Nächstes den Fadenkreuz zum Anfang des EWA. Beachten Sie, dass das Fadenkreuz eine Linie definiert, deren ein Ende am EWA-Höhepunkt verankert ist. Stellen Sie vor dem Klicken sicher, dass die verankerte Linie am Beginn des EWA startet.

Markieren Sie nun das Ende der EWA. Bewegen Sie die verankerte Linie und klicken Sie am Ende der EWA. Diese visuell bestimmten Punkte ermöglichen die Berechnung der Beschleunigungs- und Verzögerungszeiten der EWA. Setzen Sie die Markierung der Welle in ähnlicher Weise fort.

Wenn dies abgeschlossen ist, generiert die Software automatisch eine Datei mit gemessenen konventionellen Echo-Parametern und zugeschnittenen Bildern, die nur die ausgewählten e- und a-Wellen enthalten, um die parametrisierte diastolische Füllanalyse der ewa durchzuführen. Im benutzerdefinierten Lab-View-Programm können analoge Schritte für die A-Welle befolgt werden. Identifizieren und laden Sie die Bilddatei, die während der konventionellen Analyse erstellt wurde.

Das Lab-View-Programm wählt automatisch die Pixel aus, die angepasst werden sollen, und zeigt sie in Blau, Grün und Rot an, um Pixel auszuwählen, die die Wellenkonturen besser repräsentieren. Stellen Sie sicher, dass unter „Show Fit“ die Option „Change MVE“ ausgewählt ist. Verwenden Sie dann die Schieberegler für den Schwellenwert der maximalen Geschwindigkeitshülle links neben dem Bild.

Wenn der Schwellenwert erhöht wird, werden Pixel mit höherer Helligkeit ausgewählt. Nach dem Festlegen des Schwellenwerts wechseln Sie zum EWA-Start-Regler. Um die Zeiträume auszuwählen, positionieren Sie den Regler so, dass er das Rauschen am EWA-Start sowie die zugehörige vertikale Linie ausschließt, die die Anstiegsphase bei etwa der halben oder höheren Spitzengeschwindigkeit schneidet.

Wechseln Sie nun zum EWA-End-Schieberegler und positionieren Sie die zugehörige vertikale Linie etwa in der Mitte der Verzögerungsrampe, sodass das übliche Rauschen nahe der Basislinie ausgeschlossen wird. Beachten Sie, dass die Pixel im ausgewählten Bereich grün dargestellt werden. Wenn dies erfolgt ist, klicken Sie auf „EWA anpassen“, um die PDF-Anpassung zu starten, und schalten Sie den „Anpassung anzeigen“-Schalter um, um die Anpassung anzuzeigen.

Laut Daten können die Anpassung sehr empfindlich gegenüber dem gewählten maximalen Geschwindigkeitsschwellenwert sein. Falls die Anpassung eine schlechte Näherung an die EWA darstellt, verbessern Sie sie, indem Sie die Schieberegler für die EWA-Zeit und die maximale Geschwindigkeitsschwellenwerts anpassen. Es ist außerdem möglich, die EWA-Parameter direkt zu verändern.

Die Anpassungsparameter werden auf dem Bildschirm angezeigt, und die Werte können in die entsprechenden Textfelder eingegeben werden. Sie können auch mithilfe der Pfeiltasten nach oben und unten verändert werden. Wenn die Parameter angepasst werden, ändert sich die grüne Kurve, die die Anpassung darstellt, sobald eine zufriedenstellende Anpassung erreicht ist.

Klicken Sie auf „Aktualisieren“, um den aktualisierten Wert des mittleren quadratischen Fehlers zu erhalten. Sobald die EWA optimiert wurde, klicken Sie auf „Fertig“, um Diagramme und Datendateien für die spätere Analyse zu erzeugen. Hier sehen Sie ein normales oder pseudo-normales EWA-Muster, das mit herkömmlichen Kennzahlen nicht zu unterscheiden ist.

Unter dem Bild sind konventionelle, aus der EWA abgeleitete Parameter der diastolischen Funktion dargestellt. Die Werte der PDF-Parameter werden ebenfalls angezeigt. Zusätzlich ist die von dem PDF-Modell vorhergesagte Anpassungskurve in grün überlagert.

Es zeigt eine hervorragende Anpassung. Dies ist ein verzögertes Relaxationsmuster mit angepasstem PDF-Modell. Beachten Sie, dass dieses EWA im Vergleich zum Normalzustand eine geringere Amplitude und eine längere Verzögerungszeit aufweist.

Der PDF-Modellparameter C, der die viskoelastischen Eigenschaften oder Relaxation der Kammer widerspiegelt, ist höher als beim normalen Muster. Die vom PDF-Modell vorhergesagte Anpassung für dieses konstriktiv-restriktive Muster stimmt gut mit der klinischen EWA-Kontur überein. Das hohe, schmale EWA-konstriktiv-restriktive Muster wird von Kammern mit erhöhter Steifigkeit und vermindertem Auswurffraktion erzeugt.

In diesem Beispiel ist der Steifigkeitsparameter K der PDF höher als bei beiden Mustern, dem normalen und dem verzögerten Relaxationsmuster. Sobald die Technik beherrscht ist, kann sie korrekt durchgeführt innerhalb von einer bis zwei Minuten pro ausgewählter EWA abgeschlossen werden, die zur Analyse vorgesehen ist. Während des Verfahrens ist es wichtig, sich daran zu erinnern, relativ rauschfreie EWAs auszuwählen, deren mitrale Geschwindigkeitskontur der Kontrolle des transmitralen Flusses folgt.

Mit dieser Methode können anschließend weitere Verfahren wie die Analyse der Gewebewegung durchgeführt werden, um zusätzliche Fragen zur longitudinalen Kammersteifigkeit und Entspannung zu beantworten. Nach ihrer konzeptionellen Herleitung und in-vivo-Validierung haben diese Techniken Forschern auf dem Gebiet der kardiovaskulären Physiologie den Weg geebnet, die transversale und longitudinale Impedanz zu quantifizieren. In der Diastole lässt sich ein belastungsunabhängiger Index der diastolischen Funktion extrahieren und die EWA-Verzögerungszeit in Steifigkeits- und Entspannungskomponenten aufteilen.

In jüngsten Arbeiten wurden diese Techniken verwendet, um den Zusammenhang zwischen diastolischer Funktion und Wirbelströmungsbildung in gesunden und krankhaften Zuständen zu untersuchen. Nach dem Lesen des Artikels und dem Anschauen dieses Videos sollten Sie ein gutes konzeptionelles Verständnis dafür haben, wie die globale diastolische Funktion des linken Ventrikels mithilfe des PDF-Formalismus beurteilt werden kann.