매개 변수화 이완기 충전 형식주의를 통해 Transmitral 흐름의 운동 학적 모델링 기반의 분석에 의하여 세계적인 이완기 기능의 정량화
2014년 9월 1일
글로벌 이완기 기능의 정확한 인과 관계 기반 정량화 매개 변수화 이완기 통해 transmitral 흐름 작성 (PDF) 형식주의의기구 학적 모델링 기반의 분석에 의해 달성되었다. PDF 고유 강성 이완 및로드 파라미터를 생성하고, 장애의 감지 및 특정 인덱스를 제공하는 동시에 '새로운'생리 해명.
이 절차의 전반적인 목표는 매개변수화된 이완기 충전 또는 PDF 형식을 사용하여 환자의 전체 좌심실 이완기 기능을 평가하는 것입니다. 이는 먼저 심장 기능에 대한 완전한 심초음파 연구에서 이완기 기능에 대한 데이터를 수집하고 분석을 위해 데이터를 컴퓨터로 전송함으로써 수행됩니다. 두 번째 단계는 트랜스 승모판 흐름 이미지로 작업하고 하나의 심장 박동에 초점을 맞추는 것입니다.
사용자 지정 프로그램은 e 및 a 파에 대한 기존의 이완기 기능 매개변수를 추출하고 분석의 다음 단계를 위해 이미지를 사전 처리합니다. 다음으로, 전처리된 트랜스 승모판 유동 이미지를 반자동 피팅 프로그램에 로드합니다. EWA의 세그먼트를 피팅용으로 선택하고 예비 매개변수화된 이완기 충전 모델을 생성하여 이미지에 오버레이합니다.
마지막 단계는 필요한 경우 피팅을 미세 조정하고 프로그램이 입력 ewa에 대한 매개변수를 기반으로 최종 매개변수화된 이완기 채우기 모델을 생성하도록 하는 것입니다. 궁극적으로 이 프로세스는 환자의 이완기 기능을 담당하는 이완, 경직 및 하중을 정량화하는 매개변수를 산출합니다. 이러한 매개변수는 정상 기능과 병리학적 기능을 구별하고 새로운 생리학을 밝히는 데 사용되었습니다.
PDF 기술의 주요 이점은 파형 자체에서 생리학적, 임상적으로 관련된 이완기 기능 매개변수를 추출하기 위해 뉴턴의 운동 법칙을 이완기의 실제 흡입 펌프 생리학과 결합한다는 것입니다. 심장 생리학에서 이완 및 경직은 이완기를 특징짓는 너무 잘 확립된 생리학적 매개변수입니다. PDF 방법은 이완기의 주요 동인을 비침습적으로 측정 가능한 매개변수로 분리하기 때문에 심장 생리학 분야의 핵심 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다.
PDF 방법은 이전에는 침습적 수단으로만 측정할 수 있었던 이완기의 결정 요인에 대한 통찰력을 제공할 수 있는 비침습적 기술입니다. 이 방법의 장점은 DTE에서 움직이는 모든 것에 적용되므로 승모판막을 통한 혈류에도 동일하게 유효하다는 것입니다. 승모판 환형 조직 움직임의 경우, 초음파 분석은 맞춤형 MATLAB 및 실험실 보기 프로그램을 사용하여 수행됩니다.
사용자 지정 MATLAB 유틸리티를 사용하여 DICOM 형식의 이미지를 비트맵 파일로 변환할 수 있습니다. 그런 다음 이미지가 있는 폴더 찾기 버튼을 클릭하여 트랜스 승모판 흐름 매개변수를 측정하기 위한 비트맵 파일을 사용자 지정 MATLAB 프로그램에 로드합니다. 다음 이미지 표시를 클릭하여 이미지를 검토한 다음 명확한 트랜스 승모판 흐름 윤곽과 완전한 심장 주기가 있는 이미지를 선택합니다.
분석을 위해 로드된 이미지에는 수평 축을 따라 시간이 있고 수직 축을 따라 속도가 있습니다. TSR 버튼을 클릭하여 시간 샘플링 속도를 결정합니다. 이미지의 해시 마크를 사용하여 시간 축에서 1초 떨어져 있는 두 개의 시간 지점을 식별합니다.
그런 다음 십자선을 사용하여 첫 번째 해시 표시의 왼쪽 하단을 클릭합니다. 확대된 이미지에서 이미지를 확대하려면 원하는 해시 마크의 왼쪽 가장자리를 클릭하면 이미지가 축소됩니다. 두 번째 해시 표시에 대해 동일한 절차를 반복합니다.
이는 첫 번째 해시 마크 이후 정확히 1초 후입니다. 속도를 찾으려면amp링 속도를 먼저 VSR 버튼 옆의 상자에 표시할 속도 단위를 설정합니다. 기본값은 초당 1미터 또는 초당 100센티미터입니다.
VSR 버튼을 클릭하고 십자선을 사용하여 0 속도 지점의 왼쪽 하단을 클릭하여 확대된 이미지에서 V가 0과 같음을 찾습니다. 이미지에서 속도 스케일이 표시되는 위치를 확인합니다. 속도 0 점의 가장 낮은 가장자리를 클릭하면 이미지가 축소됩니다.
이제 선택한 값(일반적으로 초당 100cm)에서 속도 점의 왼쪽 아래를 클릭하고 두 번째 점의 가장 낮은 가장자리를 표시합니다. 속도 보정을 픽셀 단위로 완료하려면 e 표시와 웨이브 버튼을 클릭합니다. 먼저 하나의 심장 주기의 시작과 끝을 정의합니다.
시간 및 속도 지점을 표시하는 데 사용되는 것과 동일한 절차에 따라 ECG의 피크에 인접하게 표시하여 이를 수행합니다. 비트 지속 시간은 픽셀 수와 시간 샘플링 속도에 따라 계산됩니다. 심박수를 계산한 후 생리학적 마커를 사용하여 등체량 이완 간격의 시작을 정의합니다.
다음으로, 가장 높은 파도의 정점 위를 클릭하여 관심 파동을 확대한 보기를 가져옵니다. 완료되면 십자선을 사용하여 도플러 EWA 피크 포인트를 선택합니다. 이렇게 하면 십자선이 고정됩니다.
그런 다음 십자선을 ewa의 시작 부분으로 이동합니다. 십자선은 한쪽 끝이 EWA 피크에 고정된 선을 정의합니다. 클릭하기 전에 고정된 선이 ewa의 시작 부분에서 시작되는지 확인하십시오.
이제 에와의 끝을 표시하십시오. 고정된 선을 이동하고 ewa의 끝을 클릭합니다. 이렇게 시각적으로 결정된 지점을 통해 EWA 가속 및 감속 시간을 계산하고 유사한 방식으로 파동을 계속 표시할 수 있습니다.
이 작업이 완료되면 소프트웨어는 측정된 기존 에코 매개변수와 선택한 e 및 a 파만 포함하는 잘라낸 이미지가 포함된 파일을 자동으로 생성하여 ewa의 매개변수화된 이완기 충전 분석을 수행합니다. 사용자 정의 랩 보기 프로그램에서는 A 웨이브에 대해 유사한 단계를 따를 수 있습니다. 광파 분석 중에 생성된 이미지 파일을 식별하고 로드합니다.
랩 뷰 프로그램은 맞출 픽셀을 자동으로 선택하고 파란색, 녹색 및 빨간색으로 표시하여 웨이브 윤곽을 더 잘 나타내는 픽셀을 선택합니다. show fit에서 MVE 변경이 선택되어 있는지 확인합니다. 그런 다음 이미지 왼쪽에 있는 최대 속도 엔벨로프 임계값 레벨 슬라이더를 사용합니다.
임계값을 늘리면 밝기가 더 높은 픽셀이 선택됩니다. 임계값을 설정한 후 EWA 시작 슬라이더로 이동합니다. 시간 범위를 선택하기 시작하려면 EWA 시작 부분의 잡음과 최고 속도의 약 절반 이상에서 상향 경사와 교차하는 관련 수직선을 제외하도록 슬라이더를 배치합니다.
이제 EWA 끝 슬라이더로 이동하여 기준선에 가까운 일반적인 노이즈가 제외되도록 감속 기울기의 약 절반에 관련 수직선을 배치합니다. 선택한 범위의 픽셀은 녹색으로 표시됩니다. 이 작업이 완료되면 EWA 맞춤을 클릭하여 PDF 피팅을 시작하고 피팅이 피팅 표시 스위치를 표시하도록 토글되는지 확인합니다.
노이즈가 있는 데이터로 인해 피팅이 선택한 최대 속도 임계값에 매우 민감해질 수 있습니다. 맞춤이 EWA에 대한 근사치가 좋지 않은 경우 EWA 시간 및 최대 속도 엔벨로프 임계값 슬라이더를 변경하여 조정합니다. EWA 매개변수를 직접 수정할 수도 있습니다.
맞춤 매개변수가 화면에 표시되고 텍스트 상자에 값을 입력할 수 있습니다. 위쪽 및 아래쪽 화살표를 사용하여 변경할 수도 있습니다. 매개변수가 수정됨에 따라 만족스러운 피팅을 얻으면 피팅을 나타내는 녹색 곡선이 변경됩니다.
업데이트를 클릭하여 평균 제곱 오차의 업데이트된 값을 가져옵니다. EWA가 최적화되면 완료를 클릭하여 나중에 사용할 플롯과 데이터 파일을 생성합니다. 분석. 다음은 일반 또는 의사 정상 EWA 패턴으로, 기존 인덱스를 사용하여 구별할 수 없습니다.
기존의 EWA에서 파생된 이완기 기능 매개변수가 이미지 아래에 표시되어 있습니다. PDF 매개 변수 값도 표시됩니다. 또한 PDF 모델이 피팅을 예측한 것은 녹색으로 오버레이됩니다.
뛰어난 핏감을 발휘합니다. 이것은 PDF 모델 핏을 가진 지연된 이완 패턴입니다. 이 EWA는 정상에 비해 진폭과 감속 시간이 더 짧습니다.
PDF 모델 매개변수 C, 반사 챔버, 점성, 탄성 또는 이완은 일반 패턴보다 높습니다. 이 수축적 제한 패턴에 대한 적합성으로 예측된 PDF 모델은 임상 EWA 윤곽과 밀접하게 일치합니다. 높고 좁은 EWA 수축 제한 패턴은 강성이 증가하고 박출률이 감소한 챔버에 의해 생성됩니다.
이 예제에서 PDF 강성 파라미터 K는 정규 이완 패턴과 지연된 이완 패턴보다 높습니다. 이 기법을 마스터하면 제대로 수행된다면 분석을 위해 선택한 각 EWA에 대해 1-2분 안에 완료할 수 있습니다. 이 절차를 수행하는 동안 승모판 속도 포락선이 트랜스 승모판의 제어를 따르는 상대적으로 잡음이 없는 ewas를 선택하는 것을 기억하는 것이 중요합니다.
이 절차에 따라, 종방향 챔버 강성 및 이완에 관한 추가 질문에 답하기 위해 피팅 조직 동작과 같은 다른 방법을 수행할 수 있습니다. 개념적 도출 및 생체 내 검증 후 이러한 기술은 심혈관 생리학 연구자들이 가로 임피던스와 세로 임피던스를 정량화할 수 있는 길을 열었습니다. 이완기에서 이완기 기능의 부하 독립 지수를 추출하고 EWA 감속 시간을 강성 및 이완 성분으로 분류합니다.
최근 연구에서 이러한 기술은 건강한 상태와 질병 상태에서 이완기 기능과 와류 생성 사이의 관계를 탐구하는 데 사용되었습니다. 기사를 읽고 이 비디오를 시청한 후에는 PDF 형식을 통해 전체 좌심실 이완기 기능을 평가하는 방법에 대한 개념적 이해를 잘 할 수 있을 것입니다.
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개요
이 기사는 Parametrized Diastolic Filling (PDF) 형식을 사용하여 전 세계 좌심실 이완기 기능을 평가하는 방법을 제시합니다. 이 접근법은 초음파 심장 검사 데이터를 분석하여 이완기 생리 및 기능 장애를 설명하는 고유한 매개 변수를 생성합니다.
주요 연구 구성 요소
과학 분야
- 심장학
- 이완기 기능 분석
- 초음파 심장 검사
배경
- 이완기 기능은 전반적인 심장 건강에 중요합니다.
- 기존 방법은 이완기 기능 장애를 평가하는 데 특이성이 부족할 수 있습니다.
- PDF 형식은 이완기 매개 변수를 정량화하는 새로운 접근법을 제공합니다.
- 이완기 기능을 이해하면 환자 결과를 개선할 수 있습니다.
연구 목적
- 전 세계 좌심실 이완기 기능을 정확하게 평가합니다.
- 전완 혈류의 개선된 분석을 위한 운동학적 모델링을 활용합니다.
- 이완기 기능 장애의 특정 지수를 생성합니다.
사용된 방법
- 완전한 초음파 심장 검사 연구로부터 데이터 수집.
- 하나의 심장 박동에 초점을 맞춘 완전 혈류 이미지 분석.
- 기존 이완기 기능 매개 변수 추출.
- 모델 생성을 위한 반자동 피팅 프로그램 사용.
주요 결과
- 강성, 이완 및 부하 매개 변수의 성공적인 생성.
- 민감하고 특이적인 기능 장애 지수의 식별.
- 이완기 기능에 대한 새로운 생리학적 통찰력의 설명.
- PDF 형식의 효과성 입증.
결론
- PDF 형식은 이완기 기능을 평가하는 데 귀중한 도구입니다.
- 임상 이해를 향상시킬 수 있는 고유한 통찰력을 제공합니다.
- 추가 연구는 심장학에서의 응용 분야를 확장할 수 있습니다.
자주 묻는 질문
Executive Industry Relevance
Quantitative assessment of global diastolic function using kinematic modeling of transmitral flow enables mechanistic de-risking and predictive confidence in early cardiovascular target validation. The Parametrized Diastolic Filling (PDF) formalism provides physiologically grounded, non-invasive parameters—stiffness, relaxation, and load—that support translational continuity from discovery through preclinical research. This approach enhances portfolio decision-making by enabling reproducible, quantitative differentiation of normal and pathological cardiac function.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables hypothesis-driven interrogation of cardiac diastolic mechanics using non-invasive, quantitative parameters.
- Supports mechanistic de-risking by uncoupling chamber stiffness, relaxation, and load as independent variables.
- Facilitates predictive confidence in target validation by linking waveform features to physiological drivers.
Screening & Assay Development
- Prepares validated, quantitative readouts for downstream screening of cardiac modulators or genetic perturbations.
- Standardizes diastolic function assessment with reproducible, model-based outputs across studies.
- Enables rapid, scalable analysis of E-wave data for high-throughput or cross-cohort comparisons.
Translational & Preclinical Research
- Aligns non-invasive diastolic function metrics with disease-relevant models and translational biomarkers.
- Supports continuity from discovery to preclinical validation by providing mechanistic endpoints for cardiac function.
- Enables risk-adjusted advancement decisions based on quantitative, physiologically interpretable parameters.
Pipeline & Workflow Integration
The PDF formalism integrates into the discovery-to-preclinical continuum by providing a standardized, quantitative method for assessing diastolic function from echocardiographic data.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification by quantifying relaxation, stiffness, and load from Doppler E-waves.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative outputs for assay readiness and compound evaluation.
- Analytics: Provides model-derived parameters and statistical outputs for robust comparison of cardiac conditions.
- Translational Research: Bridges non-invasive imaging with preclinical endpoints and biomarker strategies.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable analytical capability for cardiac function assessment across programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in cardiac target validation.
- Operational Value: Delivers standardized, rapid, and reproducible analysis of diastolic function.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions and capital efficiency by enabling quantitative, mechanistic assessment.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of cardiovascular assets.
Implementation Considerations
- Requires expertise in echocardiographic data acquisition and interpretation.
- Needs access to custom MATLAB and LabVIEW analytical software for image processing and parameter extraction.
- Demands cross-team standardization of data collection and analysis protocols.
- Adaptable to various cardiac models and imaging systems with appropriate calibration.
- Dependent on image quality and noise minimization for optimal parameter fitting.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Title
2:33
Conventional Analysis of E- and A-wave Properties
6:01
Automated Fitting of Transmitral Flow Via the Parametrized Diastolic Filling (PDF) Formalism
8:20
Results: Parametrized Diastolic Filling Model Fits to Representative Filling Patterns
9:33
Conclusion
