매개 변수화 이완기 충전 형식주의를 통해 Transmitral 흐름의 운동 학적 모델링 기반의 분석에 의하여 세계적인 이완기 기능의 정량화

이 절차의 전반적인 목표는 매개변수화된 이완기 충만(parametrized diastolic filling, PDF) 형식론을 사용하여 환자의 전신 좌심실 이완 기능을 평가하는 것입니다. 이는 먼저 심장 기능에 대한 전체 초음파 검사를 통해 이완 기능 데이터를 수집하고, 분석을 위해 해당 데이터를 컴퓨터로 전송함으로써 수행됩니다. 두 번째 단계는 승모판 유입 혈류 영상을 사용하여 하나의 심박동에 집중하는 것입니다.

사용자 정의 프로그램을 통해 e파와 a파의 일반적인 이완 기능 파라미터를 추출하고, 분석의 다음 단계를 위해 이미지를 전처리합니다. 그다음, 전처리된 승모판 유입 혈류 이미지를 반자동 피팅 프로그램으로 불러옵니다. 피팅을 위해 EWA의 한 세그먼트를 선택하면, 예비 파라미터화된 이완기 충만 모델이 생성되어 이미지 위에 겹쳐집니다.

마지막 단계는 필요한 경우 피팅을 정밀하게 조정하고, 입력된 ewa를 바탕으로 프로그램이 최종 매개변수화된 이완기 충만 모델 기반 매개변수를 생성하도록 하는 것입니다. 궁극적으로 이 과정은 환자의 이완기 기능을 결정하는 이완, 강성 및 부하를 정량화하는 매개변수를 산출합니다. 이러한 매개변수들은 정상 기능과 병적 기능을 구분하고 새로운 생리학적 기전을 규명하는 데 사용되어 왔습니다.

PDF 기법의 주요 장점은 뉴턴의 운동 법칙을 확장기(diastole)의 실제 흡입 펌프 생리학과 결합하여 파형 자체에서 생리학적 및 임상적으로 유의미한 확장기 기능 파라미터를 추출할 수 있다는 점입니다. 심장 생리학에서 이완(relaxation)과 강성(stiffness)은 확장기를 특징짓는 매우 확립된 생리학적 파라미터입니다. PDF 방법은 확장기의 핵심 동인들을 비침습적으로 측정 가능한 파라미터로 분리함으로써 심장 생리학 분야의 핵심 질문에 답하는 데 도움을 줄 수 있습니다.

PDF 방법은 이전에 침습적인 수단으로만 측정 가능했던 이완기 결정 요인들에 대한 통찰을 제공할 수 있는 비침습적 기술입니다. 이 방법의 장점은 DTE 내에서 움직이는 모든 것에 적용 가능하다는 것이며, 따라서 승모판을 통한 혈류에도 동일하게 유효합니다. 승모판 환상 조직의 움직임과 관련하여, 초음파 분석은 맞춤형 MATLAB 및 LabVIEW 프로그램을 사용하여 수행될 것입니다.

사용자 정의 MATLAB 유틸리티를 사용하여 DICOM 형식의 이미지를 비트맵 파일로 변환하십시오. 다음으로, 'find folder with images' 버튼을 클릭하여 승강판 혈류 파라미터 측정을 위한 사용자 정의 MATLAB 프로그램으로 비트맵 파일을 로드하십시오. 'show next image'를 클릭하여 이미지를 검토한 후, 승강판 혈류 윤곽이 뚜렷하고 심장 주기가 완전하게 나타난 이미지를 선택하십시오.

분석을 위해, 불러온 이미지는 가로축에 시간, 세로축에 속도가 표시됩니다. TSR 버튼을 클릭하여 시간 샘플링 속도를 결정하십시오. 이미지의 해시 마크를 사용하여 시간축에서 1초 간격인 두 지점을 확인하십시오.

그런 다음 십자선을 사용하여 첫 번째 해시 마크의 왼쪽 하단을 클릭하십시오. 확대된 이미지에서 특정 부분을 더 확대하려면 원하는 해시 마크의 왼쪽 가장자리를 클릭하고, 이미지를 축소하려면 해당 영역을 클릭하십시오. 두 번째 해시 마크에 대해서도 동일한 절차를 반복하십시오.

이는 첫 번째 해시 마크 이후 정확히 1초가 지난 시점입니다. 먼저 속도 샘플링 속도를 찾으려면, VSR 버튼 옆의 상자에 표시될 속도 단위를 설정하십시오. 기본값은 1 m/s 또는 100 cm/s입니다.

VSR 버튼을 클릭하고 십자선을 사용하여 제로 속도 지점(zero velocity point)의 왼쪽 하단을 클릭함으로써 확대된 이미지에서 V=0의 위치를 지정하십시오. 이미지에 속도 척도가 표시되는 위치를 확인하십시오. 제로 속도 지점의 가장 낮은 가장자리를 클릭하면 이미지가 축소됩니다.

이제 선택한 값(일반적으로 100 centimeters per second)의 속도 지점 왼쪽 하단을 클릭하여 두 번째 지점의 가장 낮은 가장자리를 표시하십시오. 픽셀 단위의 속도 보정을 완료하려면 마크 e와 파형 버튼을 클릭하십시오. 먼저, 하나의 심장 주기의 시작과 끝을 정의합니다.

시간 및 속도 지점을 표시하는 것과 동일한 절차를 사용하여 ECG 피크의 인접 부위를 표시함으로써 이를 수행하십시오. 박동 지속 시간은 픽셀 수와 시간 샘플링 속도를 기반으로 계산됩니다. 심박수를 계산한 후, 생리학적 마커를 사용하여 등용적 이완기 간격의 시작 지점을 정의하십시오.

다음으로, 가장 높은 파동의 정점 위를 클릭하여 관심 있는 파동의 확대 뷰를 얻습니다. 완료되면 십자선을 사용하여 Doppler EWA 정점 지점을 선택하십시오. 이렇게 하면 십자선이 고정됩니다.

다음으로, 십자선을 ewa의 시작 부분으로 이동합니다. 십자선이 한쪽 끝이 EWA 피크에 고정된 선을 정의하는지 확인하십시오. 클릭하기 전에, 고정된 선이 ewa의 시작 지점에서 시작되는지 확인하십시오.

이제 ewa의 끝 지점을 표시합니다. 고정된 선을 이동하여 ewa의 끝부분을 클릭하십시오. 이렇게 시각적으로 결정된 지점들을 통해 EWA 가속 및 감속 시간을 계산할 수 있습니다. 나머지 파형도 동일한 방식으로 계속 표시하십시오.

이 과정이 완료되면, 소프트웨어는 측정된 일반 에코 파라미터와 선택된 e파 및 a파만 포함된 크롭 이미지 파일이 생성합니다. 이후 e파의 파라미터화된 이완기 충만 분석을 수행합니다. 커스텀 랩 뷰 프로그램에서 A파에 대해서도 이와 유사한 단계를 따를 수 있습니다. 일반 분석 중에 생성된 이미지 파일을 식별하여 로드하십시오.

LabVIEW 프로그램은 피팅할 픽셀을 자동으로 선택하고, 파형 윤곽을 더 잘 나타내는 픽셀을 선택할 수 있도록 이를 파란색, 초록색, 빨간색으로 표시합니다. 'Show fit' 아래에서 'Change MVE'가 선택되었는지 확인하십시오. 그런 다음 이미지 왼쪽에 있는 최대 속도 포락선(maximum velocity envelope) 임계값 레벨 슬라이더를 사용하십시오.

임계값을 높이면 더 높은 밝기를 가진 픽셀이 선택됩니다. 임계값을 설정한 후, EWA 시작 슬라이더로 이동하십시오. 시간 범위를 선택하기 시작하려면, EWA 시작 부분의 노이즈와 피크 속도의 약 절반 또는 그 이상의 상승 곡선과 교차하는 관련 수직선이 제외되도록 슬라이더를 배치하십시오.

이제 EWA 끝 슬라이더로 이동하여 관련 수직선을 감속 기울기의 약 중간 지점에 배치함으로써 기저선 근처의 일반적인 노이즈가 제외되도록 합니다. 선택된 범위의 픽셀은 녹색으로 표시됨에 유의하십시오. 이 작업이 완료되면 fit EWA를 클릭하여 PDF 피팅을 시작하고, show fit 스위치를 토글하여 피팅 결과를 확인하십시오.

노이즈가 많은 데이터는 선택한 최대 속도 임계값에 따라 피팅 결과가 매우 민감하게 변할 수 있습니다. 피팅이 ewa를 충분히 근사하지 못하는 경우, EWA 시간 및 최대 속도 엔벨로프 임계값 슬라이더를 조정하십시오. 또한 EWA 파라미터를 직접 수정하는 것도 가능합니다.

피팅 파라미터가 화면에 표시되며, 텍스트 상자에 값을 입력할 수 있습니다. 위아래 화살표를 사용하여 값을 변경할 수도 있습니다. 파라미터를 수정함에 따라 피팅을 나타내는 녹색 곡선이 변경되며, 만족스러운 피팅 결과가 얻어질 때까지 이를 조정합니다.

업데이트를 클릭하여 평균 제곱 오차(mean square error)의 업데이트된 값을 확인하십시오. EWA 최적화가 완료되면, 완료를 클릭하여 추후 분석을 위한 플롯과 데이터 파일을 생성하십시오. 다음은 기존 지표로는 구분할 수 없는 일반 또는 유사 일반 EWA 패턴입니다.

이미지 하단에 일반적인 EWA 유래 이완 기능 파라미터가 표시되어 있습니다. PDF 파라미터 값 또한 표시되어 있습니다. 또한, PDF 모델의 예측 적합도가 녹색으로 겹쳐져 표시됩니다.

이는 매우 우수한 적합도를 보여줍니다. 이는 PDF 모델 적합도가 적용된 지연 이완 패턴입니다. 정상군과 비교했을 때, 이 EWA는 진폭과 감속 시간이 더 낮음이 관찰됩니다.

심실의 점탄성 또는 이완을 반영하는 PDF 모델 파라미터 C는 정상 패턴보다 높게 나타납니다. 이 수축성 제한성 패턴에 대해 PDF 모델이 예측한 적합도는 임상적 EWA 윤곽과 밀접하게 일치합니다. 높고 좁은 EWA 수축성 제한성 패턴은 강성이 증가하고 박출률이 감소한 심실에 의해 생성됩니다.

본 예시에서 PDF 강성 매개변수 K는 정상 및 지연 이완 패턴보다 높게 나타납니다. 숙달되면, 적절히 수행할 경우 분석을 위해 선택한 각 EWA당 1~2분 내에 이 기술을 완료할 수 있습니다. 이 절차를 수행할 때, 승모판 속도 포락선이 승모판 유입 혈류의 제어를 따르는, 비교적 노이즈가 없는 EWA를 선택하는 것이 중요합니다.

이 절차에 이어, 심방 강(chamber)의 종방향 강성 및 이완에 관한 추가적인 의문을 해결하기 위해 조직 운동 피팅과 같은 다른 방법들을 수행할 수 있습니다. 이러한 기술들은 개념적 도출과 생체 내(in vivo) 검증을 거쳐, 심혈관 생리학 연구자들이 횡방향 대 종방향 임피던스를 정량화할 수 있는 길을 열어주었습니다. 이완기에는 부하와 무관한 이완 기능 지수를 추출하고, EWA 감속 시간을 강성 성분과 이완 성분으로 세분화하십시오.

최근 연구에서 이러한 기술들은 건강한 상태와 질환 상태에서 이완 기능과 와류 형성 사이의 관계를 탐구하는 데 사용되었습니다. 본 논문을 읽고 이 영상을 시청한 후에는 PDF 정식화를 통해 전반적인 좌심실 이완 기능을 평가하는 방법에 대해 충분한 개념적 이해를 갖게 될 것입니다.