Name: Kwantyfikacja globalnej funkcji rozkurczowej za pomocą analizy przepływu transmisyjnego opartej na modelowaniu kinematycznym za pomocą sparametryzowanego formalizmu wypełnienia rozkurczowego (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-09-01T14:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 4 s
Description: Poznaj metodę kwantyfikacji globalnej funkcji rozkurczowej lewej komory serca za pomocą formalizmu PDF opartego na analizie dopplerowskiego przepływu przez zastawkę mitralną. Technika umożliwia nieinwazyjne określenie sztywności, relaksacji i obciążenia.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

Ta praca była częściowo wspierana przez Alan A. and Edith L. Wolff Charitable Trust, St. Louis, oraz Barnes-Jewish Hospital Foundation. L. Shmuylovich i E. Ghosh byli częściowo wspierani przez stypendia przeddoktoranckie od Heartland Affiliate of the American Heart Association. S. Zhu otrzymał częściowe wsparcie od Washington University Compton Scholars Program oraz College of Arts and Sciences' Summer Undergraduate Research Award. S. Mossahebi otrzymał częściowe wsparcie ze strony Wydziału Fizyki.

Procedura pozyskiwania obrazów echokardiograficznych i analizowania ich w celu uzyskania parametrów PDF jest szczegółowo opisana poniżej. Chociaż cewnikowanie serca jest wymienione w poniższej części dotyczącej wyboru tematu, opisana metodologia dotyczy tylko części echokardiograficznej. Opis części cewnikowania został dołączony w celu niezależnej walidacji przewidywań opartych na modelu i nie jest związany z analizą fal E za pomocą formalizmu PDF. Przed pozyskaniem danych wszyscy uczestnicy wyrażają podpisaną, świadomą zgodę na udział w badaniu zgodnie z Instytucjonalną Komisją Rewizyjną (Biuro Ochrony Badań Naukowych) w Washington University School of Medicine.

UWAGA: Wszystkie programy (wraz z samouczkami jak z nich korzystać) opisane w tej sekcji można pobrać ze strony <a href="http://cbl1.wustl.edu/SoftwareAgreement.htm" target="_blank">http://cbl1.wustl.edu/SoftwareAgreement.htm</a>
1. Wybór tematu
UWAGA: Wszyscy badani w Bazie Danych Laboratorium Biofizyki Sercowo-Naczyniowej mieli jednocześnie wykonaną echokardiografię i cewnikowanie serca i zostali skierowani przez swoich lekarzy na diagnostyczne cewnikowanie serca. Kryteriami włączenia do bazy są: 1) brak istotnych nieprawidłowości zastawkowych, 2) brak nieprawidłowości ruchomości ściany lub bloku odnogi pęczka Hisa w EKG, 3) obecność zadowalającego okna echokardiograficznego z wyraźnie rozpoznawalnymi załamkami E i A.
2. Akwizycja danych echokardiograficznych
<ol>
	<li>Nagraj pełne badanie 2D/echo-Doppler dla wszystkich pacjentów zgodnie z kryteriami Amerykańskiego Towarzystwa Echokardiografii16. UWAGA: Przesiewowe echokardiogramy zostały zarejestrowane na standardowym obrazie klinicznym przez ultrasonografistę. W razie potrzeby można wykonać dodatkowy zapis echokardiograficzny przezklatkowy w celu weryfikacji po wprowadzeniu do lewej komory odpowiedniego cewnika o wysokiej wierności w celu jednoczesnego pomiaru hemodynamiki lewej komory</li>.
	<li>Fotografuj obiekty w pozycji leżącej. W warunkach niebadawczych można zastosować standardowe ułożenie boczne po lewej stronie bez utraty ogólności metody. Uzyskaj wierzchołkowe widoki czterokomorowe za pomocą przetwornika 2,5 MHz, z objętością próbki bramkowaną na 1,5-5 mm skierowaną między końcówki płatków zastawki mitralnej i prostopadłą do płaszczyzny MV (w celu zminimalizowania efektów wyrównania widocznych na kolorowym Dopplerze w trybie M), filtra ściennego ustawionego na 1 (125 Hz) lub 2 (250 Hz), linii bazowej dostosowanej do wykorzystania pełnej wysokości wyświetlacza i skali prędkości dostosowanej do wykorzystania zakres dynamiki wyjścia bez aliasingu.</li>
	<li>Wykonaj obrazowanie dopplerowskie tkanek z objętością próbki bramkowaną na 2,5 mm i umieszczoną w bocznych i przegrodowych miksturach pierścienia mitralnego.</li>
	<li>Zapisuj badania dopplerowskie w formacie DICOM w echomaszynie i nagrywaj na płytę DVD z jednocześnie nagrywanym elektrokardiogramem (EKG).</li>
</ol>
3. Przetwarzanie obrazów dopplerowskich i analiza konwencjonalna
UWAGA: Ta sekcja opisuje dwa niestandardowe programy MATLAB. Pierwszy program jest opisany w kroku 3.1, a drugi program jest opisany w krokach 3.2-3.5. Wszystkie programy (wraz z samouczkami jak z nich korzystać) można pobrać ze strony <a href="http://cbl1.wustl.edu/SoftwareAgreement.htm" style="font-size: 14px; line-height: 28px;" target="_blank">http://cbl1.wustl.edu/SoftwareAgreement.htm</a>
<ol>
	<li>Konwertuj obrazy z formatu DICOM i wideo na pliki bitmapowe (.bmp) (przy użyciu niestandardowego programu MATLAB). UWAGA: Opisana poniżej procedura dopasowania fal Dopplera E i tkanek Dopplerowskich fal E' pokazano na rysunku 1.</li>
	<li>Załaduj pliki obrazów bitmapowych do innego niestandardowego programu MATLAB, aby zmierzyć konwencjonalne parametry przepływu transmisyjnego, takie jakszczyt E,szczyt A, Edur, E'szczyt, A'szczyt itp., a następnie przyciąć obrazy do analizy PDF. Do analizy wybierz obrazy z dostrzegalnym konturem przepływu transmisyjnego i pełnym cyklem pracy serca zgodnie ze wskazaniami EKG.</li>
	<li>Zaznacz częstotliwość próbkowania w czasie (mierzoną w pikselach/s na osi poziomej) i częstotliwość próbkowania prędkości (mierzoną w pikselach/(m/s) wzdłuż osi pionowej) na obrazach. Zidentyfikuj cały cykl pracy serca, odnotowując i zaznaczając kolejne szczyty R (lub dowolną wyraźną cechę EKG) na obrazie.</li>
	<li>Zaznacz transmisyjny załamek Dopplera E i A lub załamek Dopplera tkankowego E' i A' w wybranym cyklu pracy serca.
	<ol>
		<li>Wybierz punkt szczytowy fali Dopplera E, tj. Szczyt E (lub szczyt E) i oznacz początek fali za pomocą linii łączącej szczyt z początkiem jako przewodnika dopasowanego do nachylenia przyspieszenia fali E (lub fali E). Początek fali służy do obliczenia interwału od początku do przepływu szczytowego oznaczonego jako czas przyspieszenia fali E (lub fali E) (AT).</li>
		<li>Zaznacz koniec fali E (lub fali E') za pomocą linii łączącej szczyt z końcem jako przewodnika dopasowanego do nachylenia opóźnienia. Służy to do obliczania odstępu od wartości szczytowej do linii bazowej oznaczanego jako czas opóźnienia (DT). Interwał od początku do końca fali to czas trwania fali E (Edur = AT+DT). Program prowadzi użytkownika przez cały proces wraz z odpowiednimi instrukcjami.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Oznacz falę A, stosując podobną procedurę jak fala E. Po zaznaczeniu zarówno fal E, jak i A, program oblicza stosunekpiku E dopiku A. 
	UWAGA: Program zapisuje zaznaczone fale jako przycięte obrazy zawierające tylko fale E i A. Program tworzy również plik danych z parametrami kadrowania i pomiarów dla każdego uderzenia.</li>
</ol>
4. Automatyczne dopasowanie przepływu transmisyjnego za pomocą formalizmu PDF
<ol>
	<li>Automatyczne dopasowanie konturów fal Dopplera E i A oraz tkanek Dopplera E' i A' odbywa się za pomocą niestandardowego programu LabView18,19.
	<ol>
		<li>Załaduj przycięty obraz, a program automatycznie obliczy obwiednię maksymalnej prędkości (MVE). Wybierz MVE, ustawiając próg w taki sposób, aby MVE przybliżał przepływ transmisyjny, jak pokazano na rysunku 1. Początek i koniec punktów definiujących MVE może być wybrany wzdłuż osi czasu przez operatora w taki sposób, że tylko punkty MVE, które zapewniają dobrą zgodność z faktycznie wybraną częścią fali, są używane jako dane wejściowe do późniejszego dopasowania.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>UWAGA: Wybrane przez użytkownika punkty MVE są danymi wejściowymi do programu komputerowego, który automatycznie dopasowuje rozwiązanie modelu PDF do prędkości w funkcji czasu za pomocą algorytmu Levenberga-Marquardta (iteracyjnego). Dopasowanie odbywa się z wymaganiem zminimalizowania średniego błędu kwadratowego między danymi klinicznymi (wejściowymi) (MVE) a przewidywanym konturem modelu PDF. Ponieważ model jest liniowy, dla każdego MVE pochodzącego z fali dopplerowskiej E uzyskuje się unikalny zestaw parametrów, używany jako dane wejściowe. W ten sposób numerycznie unikalne wartości k, c i xo są generowane dla każdej fali E oraz k', c' i xo' dla każdej fali E'.</li>
	<li>W przypadku, gdy dopasowanie jest oczywiście nieoptymalne, gdy dopasowanie jest nałożone na obraz fali E (lub fali E') (tj. algorytm próbował dopasować szum zawarty w MVE, na przykład), zmodyfikuj MVE, używając więcej/mniej punktów, modyfikując w ten sposób przewidywany kontur modelu, a w konsekwencji modyfikując parametry PDF, aby uzyskać lepsze dopasowanie.</li>
</ol>
Zapisz dane, gdy zostanie wygenerowany odpowiedni plik PDF. UWAGA: Program został napisany tak, aby automatycznie zapisywać dane w plikach graficznych i tekstowych zawierających parametry PDF oraz informacje o konturach. 
Parametry PDF uzyskane w wyniku opisanej powyżej procedury mogą być wykorzystane do wyjaśnienia nowej fizjologii i rozróżnienia między normalną a patologiczną fizjologią, jak opisano w sekcji Reprezentatywne wyniki poniżej.

<ol><li>Katz, L. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+role+played+by+the+ventricular+relaxation+process+in+filling+the+ventricle%5BTitle%5D)+AND+%22Am.+J.+Physiol%22%5BJournal%5D)">The role played by the ventricular relaxation process in filling the ventricle.</a> Am. J. Physiol. 95, 542-553 (1930).</li>
<li>Frais, M. A., Bergman, D. W., Kingma, I., Smiseth, O. A., Smith, E. R., Tyberg, J. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+dependence+of+the+time+constant+of+left+ventricular+isovolumic+relaxation+on+pericardial+pressure%5BTitle%5D)+AND+%22Circulation%22%5BJournal%5D)">The dependence of the time constant of left ventricular isovolumic relaxation on pericardial pressure.</a> Circulation. 81, 1071-1080 (1990).</li>
<li>Weiss, J. L., Frederiksen, J. W., Weisfeldt, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hemodynamic+determinants+of+the+time-course+of+fall+in+canine+left+ventricular+pressure%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Clin+Invest%22%5BJournal%5D)">Hemodynamic determinants of the time-course of fall in canine left ventricular pressure.</a> J. Clin Invest. 58, 751-760 (1976).</li>
<li>Weisfeldt, M. L., Weiss, J. L., Frederiksen, J. W., Yin, F. C. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantification+of+incomplete+left+ventricular+relaxation%3A+Relationship+to+the+time+constant+for+isovolumic+pressure+fall%5BTitle%5D)+AND+%22Eur.+Heart+J%22%5BJournal%5D)">Quantification of incomplete left ventricular relaxation: Relationship to the time constant for isovolumic pressure fall.</a> Eur. Heart J. 1, 119-129 (1980).</li>
<li>Thompson, D. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analysis+of+left+ventricular+pressure+during+isovolumic+relaxation+in+coronary+artery+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Circulation%22%5BJournal%5D)">Analysis of left ventricular pressure during isovolumic relaxation in coronary artery disease.</a> Circulation. 65, 690-697 (1982).</li>
<li>Ludbrook, P. A., Bryne, J. D., Kurnik, P. B., McKnight, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+reduction+of+preload+and+afterload+by+nitroglycerin+on+left+ventricular+diastolic+pressure-volume+relations+and+relaxation+in+man%5BTitle%5D)+AND+%22Circulation%22%5BJournal%5D)">Influence of reduction of preload and afterload by nitroglycerin on left ventricular diastolic pressure-volume relations and relaxation in man.</a> Circulation. 56, 937-943 (1977).</li>
<li>Tyberg, J. V., Misbach, G. A., Glantz, S. A., Moores, W. Y., Parmley, W. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+mechanism+for+shifts+in+the+diastolic%2C+left+ventricular%2C+pressure-volume+curve%3A+The+role+of+the+pericardium%5BTitle%5D)+AND+%22Eur.+J.+Cardiol%22%5BJournal%5D)">A mechanism for shifts in the diastolic, left ventricular, pressure-volume curve: The role of the pericardium.</a> Eur. J. Cardiol. 7, 163-175 (1978).</li>
<li>Suga, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Theoretical+analysis+of+a+left-ventricular+pumping+model+based+on+the+systolic+time-varying+pressure%2Fvolume+ratio%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans.+Biomed.+Eng%22%5BJournal%5D)">Theoretical analysis of a left-ventricular pumping model based on the systolic time-varying pressure/volume ratio.</a> IEEE Trans. Biomed. Eng. 24, 29-38 (1977).</li>
<li>Raff, G. L., Glantz, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Volume+loading+slows+left+ventricular+isovolumic+relaxation+rate%5BTitle%5D)+AND+%22Circ.+Res%22%5BJournal%5D)">Volume loading slows left ventricular isovolumic relaxation rate.</a> Circ. Res. 48, 813-824 (1981).</li>
<li>Suga, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Systolic+pressure-volume+area+%28PVA%29+as+the+energy+of+contraction+in+Starling%E2%80%99s+law+of+the+heart%5BTitle%5D)+AND+%22Heart+Vessels%22%5BJournal%5D)">Systolic pressure-volume area (PVA) as the energy of contraction in Starling’s law of the heart.</a> Heart Vessels. 6, 65-70 (1991).</li>
<li>Murakami, T., Hess, O., Gage, J., Grimm, J., Krayenbuehl, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diastolic+filling+dynamics+in+patients+with+aortic+stenosis%5BTitle%5D)+AND+%22Circulation%22%5BJournal%5D)">Diastolic filling dynamics in patients with aortic stenosis.</a> Circulation. 73, 1162-1174 (1986).</li>
<li>Baan, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Continuous+measurement+of+left+ventricular+volume+in+animals+and+humans+by+conductance+catheter%5BTitle%5D)+AND+%22Circulation%22%5BJournal%5D)">Continuous measurement of left ventricular volume in animals and humans by conductance catheter.</a> Circulation. 70, 812-823 (1984).</li>
<li>Falsetti, H. L., Verani, M. S., Chen, C. J., Cramer, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Regional+pressure+differences+in+the+left+ventricle%5BTitle%5D)+AND+%22Catheter+Cardiovasc.+Diag%22%5BJournal%5D)">Regional pressure differences in the left ventricle.</a> Catheter Cardiovasc. Diag. 6, 123-134 (1980).</li>
<li>Kass, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessment+of+diastolic+dysfunction.+Invasive+modalities%5BTitle%5D)+AND+%22Cardiol.+Clin%22%5BJournal%5D)">Assessment of diastolic dysfunction. Invasive modalities.</a> Cardiol. Clin. 18 (3), 571-586 (2000).</li>
<li>Suga, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cardiac+energetics%3A+from+EMAX+to+pressure-volume+area%5BTitle%5D)+AND+%22Clin.+Exp.+Pharmacol.+Physiol%22%5BJournal%5D)">Cardiac energetics: from EMAX to pressure-volume area.</a> Clin. Exp. Pharmacol. Physiol. 30, 580-585 (2003).</li>
<li>Gottdiener, J. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((American+Society+of+Echocardiography+recommendations+for+use+of+echocardiography+in+clinical+trials%5BTitle%5D)+AND+%22JASE%22%5BJournal%5D)">American Society of Echocardiography recommendations for use of echocardiography in clinical trials.</a> JASE. 17, 1086-1119 (2004).</li>
<li>Kovács, S. J. Jr, Barzilai, B., Pérez, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluation+of+diastolic+function+with+Doppler+echocardiography%3A+the+PDF+formalism%5BTitle%5D)+AND+%22Am.+J.+Physiol.+Heart+Circ.+Physiol%22%5BJournal%5D)">Evaluation of diastolic function with Doppler echocardiography: the PDF formalism.</a> Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 252, H178-H187 (1987).</li>
<li>Hall, A. F., Aronovitz, J. A., Nudelman, S. P., Kovács, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automated+method+for+characterization+of+diastolic+transmitral+Doppler+velocity+contours%3A+Late+atrial+filling%5BTitle%5D)+AND+%22Ultrasound+Med.+Biol%22%5BJournal%5D)">Automated method for characterization of diastolic transmitral Doppler velocity contours: Late atrial filling.</a> Ultrasound Med. Biol. 20, 859-869 (1994).</li>
<li>Hall, A. F., Kovács, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automated+method+for+characterization+of+diastolic+transmitral+Doppler+velocity+contours%3A+Early+rapid+filling%5BTitle%5D)+AND+%22Ultrasound+Med.+Biol%22%5BJournal%5D)">Automated method for characterization of diastolic transmitral Doppler velocity contours: Early rapid filling.</a> Ultrasound Med. Biol. 20, 107-116 (1994).</li>
<li>Riordan, M. M., Kovács, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantitation+of+Mitral+Annular+Oscillations+and+Longitudinal+%27Ringing%27+of+the+Left+Ventricle%3A+A+New+Window+into+Longitudinal+Diastolic+Function%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Physiol%22%5BJournal%5D)">Quantitation of Mitral Annular Oscillations and Longitudinal 'Ringing' of the Left Ventricle: A New Window into Longitudinal Diastolic Function.</a> J. Appl. Physiol. 100, 112-119 (2006).</li>
<li>Kovács, S. J., Meisner, J. S., Yellin, E. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modeling+of+diastole%5BTitle%5D)+AND+%22Cardiol.+Clin%22%5BJournal%5D)">Modeling of diastole.</a> Cardiol. Clin. 18, 459-487 (2000).</li>
<li>Riordan, M. M., Chung, C. S., Kovács, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diabetes+and+Diastolic+Function%3A+Stiffness+and+Relaxation+from+Transmitral+Flow%5BTitle%5D)+AND+%22Ultrasound+Med.+Biol%22%5BJournal%5D)">Diabetes and Diastolic Function: Stiffness and Relaxation from Transmitral Flow.</a> Ultrasound Med. Biol. 31, 1589-1596 (2005).</li>
<li>Bauman, L., Chung, C. S., Karamanoglu, M., Kovács, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+peak+atrioventricular+pressure+gradient+to+transmitral+flow+relation%3A+kinematic+model+prediction+with+in+vivo+validation%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Soc.+Echocardiogr%22%5BJournal%5D)">The peak atrioventricular pressure gradient to transmitral flow relation: kinematic model prediction with in vivo validation.</a> J. Am. Soc. Echocardiogr. 17 (8), 839-844 (2004).</li>
<li>Kovács, S. J. Jr, Rosado, J., Manson-McGuire, A. L., Hall, A. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Can+Transmitral+Doppler+E-waves+Differentiate+Hypertensive+Hearts+From+Normal%3F%5BTitle%5D)+AND+%22Hypertension%22%5BJournal%5D)">Can Transmitral Doppler E-waves Differentiate Hypertensive Hearts From Normal?</a> Hypertension. 30, 788-795 (1997).</li>
<li>Riordan, M. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Effects+of+Caloric+Restriction-+and+Exercise-Induced+Weight+Loss+on+Left+Ventricular+Diastolic+Function%5BTitle%5D)+AND+%22Am.+J.+Physiol.+Heart+Circ.+Physiol%22%5BJournal%5D)">The Effects of Caloric Restriction- and Exercise-Induced Weight Loss on Left Ventricular Diastolic Function.</a> Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 294, H1174-H1182 (2008).</li>
<li>Meyer, T. E., Kovács, S. J., Ehsani, A. A., Klein, S., Holloszy, J. O., Fontana, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Long-term+Caloric+Restriction+Slows+Cardiac+Aging+in+Humans%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Coll.+Cardiol%22%5BJournal%5D)">Long-term Caloric Restriction Slows Cardiac Aging in Humans.</a> J. Am. Coll. Cardiol. 47, 398-402 (2006).</li>
<li>Riordan, M. M., Kovács, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Absence+of+diastolic+mitral+annular+oscillations+is+a+marker+for+relaxation-+related+diastolic+dysfunction%5BTitle%5D)+AND+%22Am.+J.+Physiol.+Heart+Circ.+Physiol%22%5BJournal%5D)">Absence of diastolic mitral annular oscillations is a marker for relaxation- related diastolic dysfunction.</a> Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 292, H2952-H2958 (2007).</li>
<li>Mossahebi, S., Kovács, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Kinematic+Modeling-based+Left+Ventricular+Diastatic+%28Passive%29+Chamber+Stiffness+Determination+with+In-Vivo+Validation%5BTitle%5D)+AND+%22Annals+BME%22%5BJournal%5D)">Kinematic Modeling-based Left Ventricular Diastatic (Passive) Chamber Stiffness Determination with In-Vivo Validation.</a> Annals BME. 40 (5), 987-995 (2012).</li>
<li>Zhang, W., Chung, C. S., Riordan, M. M., Wu, Y., Shmuylovich, L., Kovács, S. J. The Kinematic Filling Efficiency Index of the Left Ventricle: Contrasting Normal vs. Diabetic Physiology. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aZhang%2C+W+%22Ultrasound+Med.+Biol%22">Ultrasound Med. Biol</a>. 33, 842-850 (2007).</li>
<li>Zhang, W., Kovács, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Age+Dependence+of+Left+Ventricular+Filling+Efficiency%5BTitle%5D)+AND+%22Ultrasound+Med.+Biol%22%5BJournal%5D)">The Age Dependence of Left Ventricular Filling Efficiency.</a> Ultrasound Med. Biol. 35, 1076-1085 (2009).</li>
<li>Courtois, M., Kovács, S. J., Ludbrook, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transmitral+pressure-flow+velocity+relation.+Importance+of+regional+pressure+gradients+in+the+left+ventricle+during+diastole%5BTitle%5D)+AND+%22Circulation%22%5BJournal%5D)">Transmitral pressure-flow velocity relation. Importance of regional pressure gradients in the left ventricle during diastole.</a> Circulation. 78, 661-671 (1988).</li>
<li>Zhang, W., Shmuylovich, L., Kovács, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+E-wave+delayed+relaxation+pattern+to+LV+pressure+contour+relation%3A+model-based+prediction+with+in+vivo+validation%5BTitle%5D)+AND+%22Ultrasound+Med.+Biol%22%5BJournal%5D)">The E-wave delayed relaxation pattern to LV pressure contour relation: model-based prediction with in vivo validation.</a> Ultrasound Med. Biol. 36 (3), 497-511 (2010).</li>
<li>Shmuylovich, L., Kovács, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+load-independent+index+of+diastolic+filling%3A+model-based+derivation+with+in-vivo+validation+in+control+and+diastolic+dysfunction+subjects%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Physiol%22%5BJournal%5D)">A load-independent index of diastolic filling: model-based derivation with in-vivo validation in control and diastolic dysfunction subjects.</a> J. Appl. Physiol. 101, 92-101 (2006).</li>
<li>Kreyszig, E. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aKreyszig%2C+E+%22Advanced+Engineering+Mathematics%22">Advanced Engineering Mathematics</a>. , 10th, John Wiley and Sons. Hoboken NJ. (2011).</li>
<li>Press, W. H., Teukolsky, S. A., Vetterling, W. T., Flannery, B. P. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aPress%2C+WH+%22Numerical+recipes+3rd+Edition%3A+The+Art+of+Scientific+Computing%22">Numerical recipes 3rd Edition: The Art of Scientific Computing</a>. , Cambridge University Press. New York, NY. (2007).</li>
<li>Claessens, T., et al. The Parametrized Diastolic Filling Formalism: Application in the Asklepios Population. Am. Soc. Mech. Eng. Summer Bioengineering Conference Proceedings. Farmington PA, , (2011).</li>
<li>Chung, C. S., Kovács, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Consequences+of+Increasing+Heart+Rate+on+Deceleration+Time%2C+Velocity+Time+Integral%2C+and+E%2FA%5BTitle%5D)+AND+%22Am.+J.+Cardiol%22%5BJournal%5D)">Consequences of Increasing Heart Rate on Deceleration Time, Velocity Time Integral, and E/A.</a> Am. J. Cardiol. 97, 130-136 (2006).</li>
</ol>

Autorzy nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.

Zgodnie z naszym ukierunkowaniem metodologicznym, podkreślono kluczowe aspekty metod, które ułatwiają uzyskanie dokładnych i znaczących wyników.
ECHOKARDIOGRAFIA
Amerykańskie Towarzystwo Echokardiografii (ASE) ma wytyczne dotyczące wykonywania badań przezklatkowych16. Podczas badania echo istnieje wiele czynników, które wpływają na jakość obrazu. Do czynników, na które ultrasonograf nie ma wpływu, należą: możliwości techniczne używanego aparatu obrazowego...

Pionierskie badania Katz1 z 1930 roku ujawniły, że lewa komora ssaka zaczyna napełnianie, działając jako pompa ssąca o charakterze mechanicznym, a od tamtej pory duża część wysiłków była poświęcana zrozumieniu działania czynności rozkurczowej. Przez wiele lat jedynymi dostępnymi metodami oceny czynności rozkurczowej (DF)2-16 w klinice i badaniach były metody inwazyjne. W latach 70. XX wieku postępy techniczne oraz rozwój echokardiografii dostarczyły w końcu kardiologom i fizjologom praktycznych narzędzi do nieinwazyjnej charakteryzacji czynności rozkurczowej.
Ze względu na brak ujednoliconej przyczynowej teorii lub paradygmatu odnoszącego się do czynności rozkurczowej serca podczas wypełniania, badacze zaproponowali liczne wskaźniki fenomenologiczne oparte na korelacji z cechami klinicznymi. Na przykład krzywoliniowy, szybko narastający i opadający kształt krzywej prędkości przepływu krwi przez zastawkę dwudzielną wczesnego, szybkiego wypełniania został przybliżony jako trójkąt, a wskaźniki czynności rozkurczowej zdefiniowano na podstawie cech geometrycznych (wysokość, szerokość, pole powierzchni, itp.) tego trójkąta. Postępy techniczne w echokardiografii umożliwiły pomiar ruchu tkankowego, odkształcenia i tempa odkształcenia podczas wypełniania, a każda nowa techniczna innowacja przyniosła nowe zestawy wskaźników fenomenologicznych korelujących z cechami klinicznymi. Niemniej jednak te wskaźniki pozostają korelacyjne, a nie przyczynowe, a wiele z nich mierzy tę samą podstawową fizjologię różnymi sposobami. Nie jest więc zaskakujące, że obecnie stosowane kliniczne wskaźniki czynności rozkurczowej charakteryzują się ograniczoną swoistością i czułością.
Aby przezwyciężyć te ograniczenia, opracowano i zwalidowano formalizm parametryzowanego napełniania komory serca (Parametrized Diastolic Filling, PDF) – przyczynowy, kinematyczny model o parametrach skupionych napełniania lewej komory serca, który opiera się na i uwzględnia fizjologię ssącego pompy podczas diastoli17. Model ten opisuje funkcję rozkurczową (ujawniającą się w krzywoliniowych kształtach konturów przepływu przez zastawkę dwudzielną) zgodnie z zasadami tłumionego ruchu oscylacyjnego. Równanie tłumionego ruchu oscylacyjnego oparte jest na drugiej zasadzie dynamiki Newtona i może być zapisane dla jednostki masy jako:
<img alt="równanie tłumionego ruchu harmonicznego, \(\frac{d^2x}{dt^2} + c\frac{dx}{dt} + kx = 0\), wzór matematyczny" fo:content-width="1in" src="/files/ftp_upload/51471/51471eq1.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 1">    Równanie 1
To liniowe równanie różniczkowe 2go rzędu posiada trzy parametry: k – sztywność komory, c – lepko-sprężystość/relaksacja oraz xo – początkowe przemieszczenie/przedobciążenie oscylatora. Model przewiduje, że różne klinicznie obserwowane wzorce napełniania diastolycznego wynikają z zmienności wartości liczbowych tych trzech parametrów modelu. W oparciu o formalizm PDF i klasyczną mechanikę, fale E można sklasyfikować jako wynikające z ruchu w stanie podtłumienia lub przetłumienia. Liczne badania17–21 potwierdziły, że kontury fal E rejestrowane klinicznie oraz kontury przewidywane przez model PDF wykazują doskonałą zgodność i ujawniły odpowiedniki hemodynamiczne/fizjologiczne trzech parametrów PDF21. Proces wyodrębniania parametrów modelu z klinicznie zarejestrowanych danych fali E szczegółowo opisano w poniższych metodach.
W przeciwieństwie do typowych wskaźników DF stosowanych obecnie w klinice, trzy parametry modelu PDF oparte są na przyczynowości. Jak omówiono poniżej w metodach, dodatkowe wskaźniki fizjologii rozkurczu mogą być wyprowadzone z tych podstawowych parametrów oraz z zastosowania formalizmu PDF do innych aspektów rozkurczu niż przepływ przez zastawkę mitralną. W tej pracy opisano metody analizy przepływu przez zastawkę mitralną opartej na PDF oraz relacje fizjologiczne, które można wyprowadzić z podejścia PDF, jego parametrów i wskaźników pochodnych. Ponadto pokazano, że parametry PDF lub wskaźniki z nich wyprowadzone pozwalają na rozróżnienie wewnętrznych właściwości komory od zewnętrznych efektów obciążenia, mogą dostarczać korelatów dla tradycyjnych, inwazyjnie określanych parametrów oraz mogą różnicować grupy normalne od patologicznych.

<table><tbody><tr><td>Philips iE33</td><td>Philips (Andover, MA)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>LabView 6.0</td><td>National Instruments</td><td></td><td>Wersja 6.0.2</td></tr><tr><td>MATLAB</td><td>MathWorks&nbsp;</td><td></td><td>Wersja R2010b</td></tr></tbody></table>

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

Quantification of Global Diastolic Function by Kinematic Modeling-based Analysis of Transmitral Flow via the Parametrized Diastolic Filling Formalism

Ilościowa ocena funkcji serca pozostaje wyzwaniem dla fizjologów i klinicystów. Chociaż historycznie metody inwazyjne stanowiły jedyny dostępny środek, rozwój nieinwazyjnych metod obrazowania (echokardiografia, MRI, CT) o wysokiej rozdzielczości czasowej i przestrzennej zapewnia nowe okno dla ilościowej oceny funkcji rozkurczowej. Echokardiografia jest uzgodnionym standardem oceny funkcji rozkurczowej, ale wskaźniki w obecnym zastosowaniu klinicznym wykorzystują jedynie wybrane cechy wymiaru komory (tryb M) lub przebiegów ruchu krwi/tkanki (Doppler) bez uwzględniania fizjologicznych determinantów przyczynowych samego ruchu. Rozpoznanie, że wszystkie lewe komory (LV) inicjują napełnianie, służąc jako mechaniczne pompy ssące, pozwala na ocenę globalnej funkcji rozkurczowej w oparciu o prawa ruchu, które mają zastosowanie do wszystkich Komory. Tym, co odróżnia jedno serce od drugiego, są parametry równania ruchu, które rządzi napełnianiem. W związku z tym rozwój formalizmu Parametryzowanego Wypełnienia Rozkurczowego (PDF) wykazał, że cały zakres obserwowanych klinicznie wzorców wczesnego przepływu rozkurczowego (fala Dopplera E) jest niezwykle dobrze dopasowany do praw tłumionego ruchu oscylacyjnego. Pozwala to na analizę poszczególnych fal E zgodnie z mechanizmem przyczynowym (ssanie inicjowane przez odrzut), który daje trzy (numerycznie) unikalne skupione parametry, których fizjologicznymi odpowiednikami są sztywność komory (k), lepkosprężystość/relaksacja (c) i obciążenie (xo). Rejestracja przepływu transmisyjnego (fale Dopplera E) jest standardową praktyką w kardiologii klinicznej, dlatego metoda zapisu echokardiograficznego jest tylko pobieżnie omówiona. Skupiamy się na określeniu parametrów PDF na podstawie rutynowo rejestrowanych danych E-wave. Jak wskazują wyróżnione wyniki, po uzyskaniu parametrów PDF z odpowiedniej liczby fal E o zmiennym obciążeniu, badacz może swobodnie korzystać z parametrów lub konstruować indeksy na podstawie parametrów (takich jak zmagazynowana energia 1/2kxo2, maksymalny gradient ciśnienia A-V kxo, niezależny od obciążenia wskaźnik funkcji rozkurczowej itp.) i wybrać aspekt fizjologii lub patofizjologii, który ma zostać określony ilościowo.

Przedstawiono typowe wykresy fal Dopplera odpowiadające czterem różnym rodzajom wzorców wypełniania (normalny, pseudonormalny, opóźnione rozkurczenie, zacieśnienie-ograniczenie), uzyskane przy zastosowaniu powyżej opisanej metody, pokazane na ryc. 2. Ryc. 2A przedstawia wzorzec normalny, który sam w sobie nie różni się od wzorca pseudonormalnego. Ryc. 2B przedstawia opóźnione rozkurczenie, a Ryc. 2C – wzorzec zacieśnienie-ograniczenie związany z ciężkim ...

Dokładny, oparty na przyczynowości kwantyfikacja globalnej funkcji rozkurczowej została osiągnięta dzięki opartej na modelowaniu kinematycznym analizie przepływu rozkurczowego za pomocą formalizmu Parametryzowanego Wypełnienia Rozkurczowego (PDF). PDF generuje unikalne parametry sztywności, relaksacji i obciążenia oraz wyjaśnia "nową" fizjologię, dostarczając jednocześnie czułych i specyficznych wskaźników dysfunkcji.

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

Quantitative cardiac function assessment remains a challenge for physiologists and clinicians.&#160;Although historically invasive methods have comprised ...

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

quantification-global-diastolic-function-kinematic-modeling-based

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioinżynieria

Określenie globalnej czynności rozkurczowej przez analizę przepływu przez zastawkę mitralną opartą na modelowaniu kinematycznym za pomocą sformalizowanego parametrycznego napełniania rozkurczowego

Wysokoczęstotliwościowe ultradźwięki Dopplera to nowatorska technologia służąca do oceny regionalnej funkcji mięśnia sercowego. Niniejsza praca przedstawia pierwsze dowody wykazujące przydatność tej wszechstronnej platformy obrazowania do wielokrotnego pomiaru odkształcenia mięśnia sercowego, dp/dt oraz niedomykalności zastawki mitralnej w modelu niedokrwienia i reperfuzji (IR) serca mysiego.

Wysokoczęstotliwościowa echokardiografia o wysokiej rozdzielczości: pierwsze dowody na nieinwazyjny, powtarzalny pomiar odkształcenia mięśnia sercowego, kurczliwości i niedomykalności zastawki mitralnej w modelu niedokrwienia i reperfuzji serca myszy

Ten protokół zawiera szczegółowy opis podejścia echokardiograficznego do kompleksowego fenotypowania funkcji serca i zastawki serca u myszy.

Podejścia echokardiograficzne i protokoły do kompleksowej charakterystyki fenotypowej choroby zastawkowej serca u myszy

Opisujemy protokół do pomiaru czasu tworzenia się wiru, wskaźnika skuteczności wypełnienia lewej komory, przy użyciu standardowych technik echokardiografii przezprzełykowej u pacjentów poddawanych operacji kardiochirurgicznej. Stosujemy tę technikę do analizy czasu tworzenia się wirów w kilku grupach pacjentów z różnymi patologiami serca.

Nieinwazyjne oznaczanie czasu powstawania wiru za pomocą echokardiografii przezprzełykowej podczas operacji kardiochirurgicznej

W obecnym badaniu przedstawiono nieinwazyjny protokół oceny anatomii i funkcji serca metodą echokardiografii przezklatkowej u dorosłych szczurów. Szczegółowo badane są zastawki serca, wszystkie cztery komory serca oraz aorta wstępująca, łuk aorty i aorta zstępująca.

Echokardiograficzna ocena anatomii i funkcji serca u dorosłych szczurów

Ta praca wprowadza dwa modele obliczeniowe niewydolności serca z zachowaną frakcją wyrzutową oparte na podejściu z parametrami skupionymi i analizie elementów skończonych. Modele te służą do oceny zmian w hemodynamice lewej komory i związanego z nią układu naczyniowego wywołanych przeciążeniem ciśnieniowym i zmniejszoną podatnością komór.

Modelowanie parametrów skupionych i elementów skończonych niewydolności serca z zachowaną frakcją wyrzutową

To badanie opisuje kompleksowy protokół obrazowania metodą rezonansu magnetycznego układu sercowo-naczyniowego (CMR) w celu ilościowego określenia parametrów funkcjonalnych lewej komory serca myszy. Protokół opisuje pozyskiwanie, przetwarzanie końcowe i analizę obrazów CMR, a także ocenę różnych parametrów czynnościowych serca.

Kwantyfikacja funkcji lewej komory serca myszy, napięcia mięśnia sercowego i sił hemodynamicznych za pomocą rezonansu magnetycznego układu sercowo-naczyniowego

Niedomykalność zastawki aortalnej to choroba serca zastawki aortalnej. Manuskrypt ten pokazuje, w jaki sposób czterowymiarowe obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego może ocenić niedomykalność zastawki aortalnej przy użyciu zastawek serca in vitro naśladujących niedomykalność zastawki aortalnej.

Metody in vitro Ocena niedomykalności zastawki aortalnej za pomocą czterowymiarowego przepływowego rezonansu magnetycznego

Ten protokół demonstruje przepływ pracy platformy SILICOFCM do automatycznego generowania parametrycznego modelu lewej komory na podstawie specyficznych dla pacjenta obrazów ultrasonograficznych poprzez zastosowanie wieloskalowego modelu elektromechanicznego serca. Platforma ta umożliwia prowadzenie badań klinicznych in silico mających na celu ograniczenie rzeczywistych badań klinicznych i maksymalizację pozytywnych wyników terapeutycznych.

In Silico Badania kliniczne dotyczące chorób sercowo-naczyniowych

Niniejszy protokół opisuje echokardiograficzną charakterystykę morfologii i funkcji prawej komory w szczurzym modelu tętniczego nadciśnienia płucnego.

Kompleksowa echokardiograficzna ocena funkcji prawej komory serca w szczurzym modelu tętniczego nadciśnienia płucnego

Przedstawiono protokół oceny funkcji rozkurczowej za pomocą ultrasonografii Dopplera w przedklinicznym modelu nadciśnienia płucnego spowodowanego chorobą lewego serca.

Ocena dopplera fal pulsacyjnych dysfunkcji rozkurczowej w modelu szczura ZSF-1 dotyczącym nadciśnienia płucnego spowodowanego chorobą lewego serca

Poznaj metodę kwantyfikacji globalnej funkcji rozkurczowej lewej komory serca za pomocą formalizmu PDF opartego na analizie dopplerowskiego przepływu przez zastawkę mitralną. Technika umożliwia nieinwazyjne określenie sztywności, relaksacji i obciążenia.

Kwantyfikacja globalnej funkcji rozkurczowej za pomocą analizy przepływu transmisyjnego opartej na modelowaniu kinematycznym za pomocą sparametryzowanego formalizmu wypełnienia rozkurczowego (Wideo) | JoVE Journal

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

Przeglądaj więcej filmów