Kwantificering van Global diastolische functie door Kinematisch Modeling-gebaseerde analyse van transmitraal Flow via de Geparameteriseerde diastolische Vullen formalisme

Het algemene doel van deze procedure is om de globale diastolische functie van de linker ventrikel bij een patiënt te beoordelen met behulp van het formalisme van de geparametriseerde diastolische vulling (PDF). Dit wordt bereikt door eerst gegevens over de diastolische functie te verzamelen uit een volledig echocardiografisch onderzoek van de hartfunctie en deze gegevens over te dragen naar een computer voor analyse. De tweede stap is het werken met de beelden van de transmitrale flow en het focussen op één hartslag.

Een op maat gemaakt programma extraheert conventionele diastolische functieparameters voor de e- en a-golven en bewerkt het beeld vooraf voor de volgende stap in de analyse. Vervolgens wordt het voorbewerkte beeld van de transmitrale flow geladen in een semi-automatisch fittingprogramma. Een segment van de EWA wordt geselecteerd voor fitting, waarna een preliminair geparametriseerd diastolisch vulmodel wordt gegenereerd en over het beeld wordt geprojecteerd.

De laatste stap is om de fit indien nodig te verfijnen en het programma de uiteindelijke geparametriseerde diastolische vulmodelparameters te laten genereren op basis van de input ewa. Uiteindelijk levert dit proces parameters op die de relaxatie, stijfheid en belasting kwantificeren die verantwoordelijk zijn voor de diastolische functie van de patiënt. Deze parameters zijn gebruikt om onderscheid te maken tussen normale en pathologische functies en om nieuwe fysiologische inzichten te verkrijgen.

Het belangrijkste voordeel van de PDF-techniek is dat het de bewegingswetten van Newton combineert met de feitelijke fysiologie van de zuigpomp tijdens de diastole, om zo fysiologisch en klinisch relevante parameters van de diastolische functie uit de golfvorm zelf te extraheren. In de hartfysiologie zijn relaxatie en stijfheid zeer goed vastgestelde fysiologische parameters die de diastole karakteriseren. De PDF-methode kan helpen bij het beantwoorden van kernvragen in het vakgebied van de hartfysiologie, omdat het de belangrijkste drijfveren van de diastole ontkoppelt in niet-invasief meetbare parameters.

De PDF-methode is een niet-invasieve techniek die inzicht kan bieden in determinanten van de diastole die voorheen alleen via invasieve weg meetbaar waren. Het voordeel van deze methode is dat deze van toepassing is op alles in DTE dat beweegt, waardoor deze eveneens geldig is voor de bloedstroom door de mitralisklep. Wat betreft de weefselbeweging van de mitralisannulus zal de analyse van het sonogram worden uitgevoerd met behulp van aangepaste MATLAB- en LabVIEW-programma's.

Gebruik de aangepaste MATLAB-utility om de DICOM-geformatteerde beelden om te zetten naar bitmapbestanden. Klik vervolgens op de knop 'map met beelden zoeken' om de bitmapbestanden in het aangepaste MATLAB-programma te laden voor het meten van parametres van de transmitrale flow. Klik op 'volgende beeld tonen' om de beelden te beoordelen en selecteer vervolgens een beeld met een duidelijke contour van de transmitrale flow en een volledige hartcyclus.

Voor de analyse heeft de geladen afbeelding de tijd op de horizontale as en de snelheid op de verticale as. Bepaal de bemonsteringssnelheid van de tijd door op de TSR-knop te klikken. Gebruik de markeringsstreepjes op de afbeelding om twee tijdstippen op de tijdas te identificeren die één seconde uit elkaar liggen.

Gebruik vervolgens het vizier om op de linkerbenedenhoek van de eerste maatstreep te klikken. Om in te zoomen op de afbeelding in het uitvergrote beeld, klikt u op de linkerrand van de gewenste maatstreep, waarna de afbeelding weer uitzoomt. Herhaal dezelfde procedure voor de tweede maatstreep.

Dat is precies één seconde na de eerste hashmark. Om eerst de bemonsteringssnelheid van de snelheid te bepalen, stelt u de eenheid voor snelheid in het vak naast de VSR-knop in. De standaardwaarde is één meter per seconde of 100 centimeter per seconde.

Klik op de VSR-knop en gebruik het vizier om linksonder het nulpunt van de snelheid te klikken om V equals zero te lokaliseren op de ingezoomde afbeelding. Let op waar de snelheidschaal op de afbeelding wordt weergegeven. Klik op de onderste rand van het nulpunt van de snelheid, waarna de afbeelding uitzoomt.

Klik nu linksonder het snelheidspunt bij de gekozen waarde, gewoonlijk 100 centimeters per second, en markeer de onderste rand van het tweede punt. Om de snelheidskalibratie in pixels te voltooien, klikt u op de markering e en een golfknop. Eerst definieert u het begin en het einde van één hartcyclus.

Doe dit door markeringen aan te brengen naast de pieken van het ECG, volgens dezelfde procedure die wordt gebruikt voor het markeren van tijd- en snelheidspunten. De slagduur wordt berekend op basis van het aantal pixels en de tijd-bemonsteringssnelheid. Gebruik na het berekenen van de hartslag fysiologische markers om het begin van het isovolumetrische relaxatie-interval te definiëren.

Krijg vervolgens een ingezoomd beeld van de golven van belang door boven de piek van de hoogste golf te klikken. Gebruik daarna het kruisdraad om het doppler EWA-piekpunt te selecteren. Hiermee wordt het kruisdraad gefixeerd.

Verplaats vervolgens het vizier naar het begin van de ewa. Let op dat het vizier een lijn definieert met één uiteinde dat is verankerd bij de EWA-piek. Controleer vóór het klikken of de verankerde lijn begint bij het begin van de ewa.

Markeer nu het einde van de ewa. Verplaats de verankerde lijn en klik aan het einde van de ewa. Deze visueel bepaalde punten maken de berekening van de versnellings- en vertragingstijden van de EWA mogelijk; ga op vergelijkbare wijze verder met het markeren van de golf.

Zodra dit is voltooid, genereert de software automatisch een bestand met de gemeten conventionele echoparameters en bijgesneden afbeeldingen die alleen de geselecteerde e- en a-golven bevatten voor de geparametriseerde diastolische vullingsanalyse van de e-golf. In het aangepaste labview-programma kunnen analoge stappen worden gevolgd voor de a-golf. Identificeer en laad het afbeeldingsbestand dat tijdens de conventionele analyse is gemaakt.

Het LabVIEW-programma selecteert automatisch de pixels die moeten worden gefit en toont deze in blauw, groen en rood om pixels te selecteren die de golfcontouren beter representeren. Zorg ervoor dat "change MVE" is geselecteerd onder "show fit". Gebruik vervolgens de schuifregelaars voor het drempelniveau van de maximum velocity envelope links van de afbeelding.

Door de drempelwaarde te verhogen worden pixels met een hogere helderheid geselecteerd. Ga na het instellen van de drempelwaarde naar de schuifregelaar voor de EWA-start. Om de tijdsbereiken te selecteren, plaatst u de schuifregelaar zodanig dat de ruis bij de EWA-start wordt uitgesloten en de bijbehorende verticale lijn de stijgende flank snijdt op ongeveer de helft of hoger van de pieksnelheid.

Ga nu naar de EWA-eindschuifregelaar en positioneer de bijbehorende verticale lijn ongeveer halverwege de vertragingshelling, zodat de gebruikelijke ruis vlakbij de basislijn wordt uitgesloten. Let op: de pixels in het geselecteerde bereik worden in het groen weergegeven. Wanneer dit is gebeurd, klikt u op 'fit EWA' om de PDF-fitting te starten; schakel de 'show fit'-knop in om de fits weer te geven.

Ruis in de data kan ervoor zorgen dat de fit zeer gevoelig is voor de gekozen drempelwaarde van de maximale snelheid. Als de fit een slechte benadering is van de ewa, pas deze dan aan door de schuifregelaars voor de EWA-tijd en de drempelwaarde van de maximale snelheidsonhulling te wijzigen. Het is ook mogelijk om de EWA-parameters rechtstreeks aan te passen.

De fitparameters worden op het scherm weergegeven en waarden kunnen in de bijbehorende tekstvakken worden ingevoerd. Ze kunnen ook worden gewijzigd met de pijltoetsen omhoog en omlaag. Terwijl de parameters worden aangepast, verandert de groene curve die de fit representeert, totdat een bevredigende fit is bereikt.

Klik op update om de bijgewerkte waarde van de gemiddelde kwadratische fout te verkrijgen. Zodra de EWA is geoptimaliseerd, klikt u op done om plots en databestanden voor latere analyse te genereren. Hier is een normaal of pseudo-normaal EWA-patroon, die met conventionele indexen niet van elkaar te onderscheiden zijn.

Conventionele diastolische functieparameters afgeleid van EWA worden onder de afbeelding weergegeven. De PDF-parametervariabelen worden ook getoond. Daarnaast is de door het PDF-model voorspelde fit in het groen overgeplaatst.

Het vertoont een uitstekende fit. Dit is een vertraagd relaxatiepatroon met de bijbehorende PDF-model-fit. Merk op dat deze EWA, vergeleken met normaal, een lagere amplitude en deceleratietijd heeft.

De PDF-modelparameter C, die de visco-elasticiteit of relaxatie van de kamer weerspiegelt, is hoger dan bij het normale patroon. De door het PDF-model voorspelde fit voor dit constrictieve restrictieve patroon komt nauw overeen met de klinische EWA-contour. Het hoge, smalle EWA-constrictieve restrictieve patroon wordt gegenereerd door kamers met een verhoogde stijfheid en een verlaagde ejectiefractie.

In dit voorbeeld is de PDF-stijfheidsparameter K hoger dan zowel het normale als het vertraagde relaxatiepatroon. Zodra deze techniek onder de knie is, kan deze in één tot twee minuten per geselecteerde EWA voor analyse worden uitgevoerd, mits deze correct wordt uitgevoerd. Tijdens het uitvoeren van deze procedure is het belangrijk om relatief ruisvrije EWA's te selecteren waarvan de mitrale snelheidshulpmiddel het verloop van de transmitrale stroom volgt.

Na deze procedure kunnen andere methoden, zoals het fitten van weefselbeweging, worden uitgevoerd om aanvullende vragen over de longitudinale kamerstijfheid en relaxatie te beantwoorden. Na de conceptuele afleiding en in vivo validatie hebben deze technieken de weg vrijgemaakt voor onderzoekers in de cardiovasculaire fysiologie om de transversale versus longitudinale impedantie te kwantificeren. In de diastole kan een belastingsonafhankelijke index van de diastolische functie worden geëxtraheerd en de deceleratietijd van de EWA worden opgesplitst in stijfheids- en relaxatiecomponenten.

In recent werk zijn deze technieken gebruikt om de relatie tussen de diastolische functie en de generatie van vortexstroming in gezonde en zieke toestanden te onderzoeken. Na het lezen van het artikel en het bekijken van deze video zou u een goed conceptueel begrip moeten hebben van hoe de globale diastolische functie van de linker ventrikel kan worden beoordeeld via het PDF-formalisme.