Kwantyfikacja globalnej funkcji rozkurczowej za pomocą analizy przepływu transmisyjnego opartej na modelowaniu kinematycznym za pomocą sparametryzowanego formalizmu wypełnienia rozkurczowego

Ogólnym celem niniejszej procedury jest ocena globalnej funkcji rozkurczowej lewej komory u pacjenta z wykorzystaniem formalizmu sparametryzowanego napełniania rozkurczowego (PDF). Jest to realizowane poprzez wstępne zebranie danych dotyczących funkcji rozkurczowej z pełnego badania echokardiograficznego funkcji serca i przesłanie tych danych do komputera w celu analizy. Drugim krokiem jest analiza obrazów przepływu przez zastawkę mitralną i skupienie się na jednym cyklu pracy serca.

Dedykowany program wyodrębnia konwencjonalne parametry funkcji rozkurczowej dla fal e i a oraz przeprowadza wstępną obróbkę obrazu do kolejnego etapu analizy. Następnie obraz wstępnie przetworzonego przepływu przez zastawkę mitralną jest ładowany do programu do półautomatycznego dopasowania. Wybierany jest segment EWA do dopasowania, a następnie tworzony jest wstępny sparametryzowany model napełniania rozkurczowego, który zostaje nałożony na obraz.

Ostatnim krokiem jest ewentualne doprecyzowanie dopasowania, a następnie wygenerowanie przez program końcowych parametrów sparametryzowanego modelu napełniania rozkurczowego na podstawie wprowadzonych danych ewa. W efekcie proces ten pozwala uzyskać parametry określające relaksację, sztywność i obciążenie odpowiedzialne za funkcję rozkurczową pacjenta. Parametry te były wykorzystywane do rozróżniania funkcji prawidłowej od patologicznej oraz do wyjaśniania nowych mechanizmów fizjologicznych.

Główną zaletą techniki PDF jest połączenie praw ruchu Newtona z rzeczywistą fizjologią pompy ssącej podczas rozkurczu, co pozwala na wyodrębnienie fizjologicznie i klinicznie istotnych parametrów funkcji rozkurczowej bezpośrednio z samego przebiegu fali. W fizjologii serca rozkurcz oraz sztywność są zbyt dobrze ugruntowanymi parametrami fizjologicznymi, aby nie charakteryzowały one fazy rozkurczowej. Metoda PDF może pomóc w udzieleniu odpowiedzi na kluczowe pytania w dziedzinie fizjologii serca, ponieważ rozdziela ona główne czynniki napędzające rozkurcz na parametry mierzalne w sposób nieinwazyjny.

Metoda PDF jest techniką nieinwazyjną, która może dostarczyć informacji na temat czynników determinujących rozkurcz, które wcześniej były mierzalne jedynie za pomocą metod inwazyjnych. Zaletą tej metody jest to, że znajduje ona zastosowanie do każdego elementu w DTE, który ulega przemieszczeniu, zatem jest równie prawidłowa w przypadku przepływu krwi przez zastawkę mitralną. W odniesieniu do ruchu tkanki pierścienia mitralnego, analiza sonogramu zostanie przeprowadzona przy użyciu niestandardowych programów MATLAB i LabVIEW.

Użyj niestandardowego narzędzia MATLAB, aby przekonwertować obrazy w formacie DICOM na pliki rastrowe (bitmapy). Następnie kliknij przycisk „find folder with images”, aby załadować pliki rastrowe do niestandardowego programu MATLAB służącego do pomiaru parametrów przepływu przez zastawkę mitralną. Kliknij „show next image”, aby przejrzeć obrazy, a następnie wybierz obraz z wyraźnym konturem przepływu przez zastawkę mitralną i pełnym cyklem serca.

W celu analizy załadowany obraz przedstawia czas na osi poziomej oraz prędkość na osi pionowej. Wyznacz częstotliwość próbkowania czasu, klikając przycisk TSR. Użyj znaczników na obrazie, aby zidentyfikować na osi czasu dwa punkty oddalone od siebie o jedną sekundę.

Następnie użyj celownika, aby kliknąć w dolny lewy róg pierwszej kreski podziałki. Aby powiększyć obraz na widoku powiększonym, kliknij lewą krawędź wybranej kreski podziałki, co spowoduje oddalenie obrazu. Powtórz tę samą procedurę dla drugiej kreski podziałki.

Jest to dokładnie jedna sekunda po pierwszej kresce znacznika. Aby najpierw wyznaczyć częstotliwość próbkowania prędkości, ustaw jednostkę prędkości w polu obok przycisku VSR. Domyślną wartością jest jeden metr na sekundę lub 100 centymetrów na sekundę.

Kliknij przycisk VSR i za pomocą celownika kliknij w lewym dolnym rogu punktu zerowej prędkości, aby zlokalizować wartość V równą zero na powiększonym obrazie. Zwróć uwagę, w którym miejscu obrazu wyświetlana jest skala prędkości. Kliknij dolną krawędź punktu zerowej prędkości, aby pomniejszyć obraz.

Teraz kliknij w lewym dolnym rogu punktu prędkości przy wybranej wartości, zazwyczaj 100 cm/s, i zaznacz dolną krawędź drugiego punktu. Aby zakończyć kalibrację prędkości w pikselach, kliknij znacznik e i przycisk fali. W pierwszej kolejności należy zdefiniować początek i koniec jednego cyklu serca.

Należy to zrobić, zaznaczając punkty obok szczytów EKG, stosując tę samą procedurę, która była używana do zaznaczania punktów czasu i prędkości. Czas trwania cyklu zostanie obliczony na podstawie liczby pikseli oraz częstotliwości próbkowania czasu. Po obliczeniu częstości akcji serca należy użyć markerów fizjologicznych, aby zdefiniować początek przedziału izowolumicznej relaksacji.

Następnie, aby uzyskać powiększony widok interesujących fal, kliknij powyżej szczytu najwyższej fali. Po zakończeniu tej czynności użyj celownika, aby zaznaczyć punkt szczytowy dopplerowskiego EWA. Spowoduje to zakotwiczenie celownika.

Następnie przesuń celownik na początek ewa. Zauważ, że celownik wyznacza linię, której jeden koniec jest zakotwiczony w szczycie EWA. Przed kliknięciem upewnij się, że zakotwiczona linia zaczyna się w momencie wystąpienia ewa.

Teraz zaznacz koniec ewa. Przesuń zakotwiczoną linię i kliknij na końcu ewa. Te wyznaczone wizualnie punkty umożliwiają obliczenie czasu przyspieszania i zwalniania EWA; kontynuuj zaznaczanie fali w podobny sposób.

Po wykonaniu tej czynności oprogramowanie automatycznie wygeneruje plik z pomiarowymi konwencjonalnymi parametrami echa oraz przycięte obrazy zawierające jedynie wybrane fale e i a w celu przeprowadzenia sparametryzowanej analizy napełniania rozkurczowego fali e. W niestandardowym programie LabVIEW można zastosować analogiczne kroki dla fali A. Zidentyfikuj i wczytaj plik obrazu utworzony podczas analizy konwencjonalnej.

Program LabVIEW automatycznie wybiera piksele do dopasowania i wyświetla je w kolorach niebieskim, zielonym i czerwonym, aby umożliwić wybór pikseli lepiej reprezentujących kontury fali. Upewnij się, że w sekcji „show fit” zaznaczono opcję „change MVE”. Następnie użyj suwaków progu poziomu obwiedni maksymalnej prędkości znajdujących się po lewej stronie obrazu.

Zwiększenie wartości progu pozwala na wybór pikseli o większej jasności. Po ustawieniu progu przejdź do suwaka startu EWA. Aby rozpocząć wybieranie zakresów czasowych, ustaw suwak tak, aby wykluczył szum na początku EWA oraz powiązaną z nim linię pionową, która przecina wznoszącą się krzywą na poziomie około połowy lub powyżej prędkości szczytowej.

Następnie przejdź do suwaka końcowego EWA i ustaw powiązaną z nim linię pionową mniej więcej w połowie nachylenia krzywej zwalniania, aby wykluczyć typowy szum występujący w pobliżu linii bazowej. Należy zauważyć, że piksele w wybranym zakresie są wyświetlane na zielono. Po wykonaniu tej czynności kliknij „fit EWA”, aby rozpocząć dopasowanie PDF; aby wyświetlić wyniki, przełącz przełącznik „show fit”.

Zaszumione dane mogą sprawić, że dopasowanie będzie bardzo wrażliwe na wybrany próg maksymalnej prędkości. Jeśli dopasowanie słabo przybliża ewa, należy je skorygować, zmieniając ustawienia suwaków czasu EWA oraz progu obwiedni maksymalnej prędkości. Możliwa jest również bezpośrednia modyfikacja parametrów EWA.

Parametry dopasowania są wyświetlane na ekranie, a ich wartości można wprowadzać w odpowiednich polach tekstowych. Można je również zmieniać za pomocą strzałek w górę i w dół. W miarę modyfikowania parametrów zielona krzywa reprezentująca dopasowanie będzie ulegać zmianie, aż do uzyskania satysfakcjonującego dopasowania.

Kliknij przycisk aktualizacji, aby otrzymać aktualną wartość błędu średniokwadratowego. Po zoptymalizowaniu EWA kliknij przycisk gotowe, aby wygenerować wykresy i pliki danych do późniejszej analizy. Oto wzorzec EWA normalny lub pseudonormalny, których nie da się odróżnić za pomocą konwencjonalnych indeksów.

Konwencjonalne parametry funkcji rozkurczowej uzyskane metodą EWA są przedstawione pod obrazem. Wyświetlone są również wartości parametrów PDF. Dodatkowo, na obrazie naniesiono dopasowanie przewidziane przez model PDF w kolorze zielonym.

Wykazuje ono doskonałe dopasowanie. Jest to wzorzec opóźnionej relaksacji wraz z dopasowaniem modelu PDF. Należy zauważyć, że w porównaniu do stanu prawidłowego, ta EWA ma mniejszą amplitudę i krótszy czas deceleracji.

Parametr C modelu PDF odzwierciedlający lepko sprężystość lub relaksację komór jest wyższy niż w przypadku wzorca prawidłowego. Dopasowanie przewidziane przez model PDF dla tego restrykcyjno-konstrykcyjnego wzorca wykazuje bliską zgodność z klinicznym konturem EWA. Wysoki i wąski wzorzec restrykcyjno-konstrykcyjny EWA jest generowany przez komory o zwiększonej sztywności i zmniejszonej frakcji wyrzutowej.

W tym przykładzie parametr sztywności PDF K jest wyższy niż w przypadku wzorca relaksacji normalnej i opóźnionej. Po opanowaniu tej techniki, w przypadku prawidłowego wykonania, analiza każdego wybranego EWA może zająć od jednej do dwóch minut. Podczas wykonywania tej procedury należy pamiętać o wyborze stosunkowo wolnych od szumów EWA, których obwiednia prędkości mitralnej odpowiada kontroli przepływu przezmitralnego.

Po zastosowaniu tej procedury można przeprowadzić inne metody, takie jak dopasowanie ruchu tkanek, w celu udzielenia odpowiedzi na dodatkowe pytania dotyczące podłużnej sztywności i relaksacji komory. Po wyprowadzeniu koncepcyjnym i walidacji in vivo techniki te utorowały drogę badaczom w dziedzinie fizjologii układu sercowo-naczyniowego do ilościowego określenia impedancji poprzecznej w stosunku do podłużnej. W rozkurczu wyznacza się niezależny od obciążenia wskaźnik funkcji rozkurczowej oraz rozdziela czas deceleracji EWA na komponenty sztywności i relaksacji.

W niedawnych badaniach techniki te zostały wykorzystane do zbadania związku między funkcją rozkurczową a generowaniem przepływu wirowego w stanach zdrowia i choroby. Po przeczytaniu artykułu i obejrzeniu tego filmu powinni Państwo posiadać dobre teoretyczne zrozumienie sposobu oceny globalnej funkcji rozkurczowej lewej komory za pomocą formalizmu PDF.