Kwantyfikacja globalnej funkcji rozkurczowej za pomocą analizy przepływu transmisyjnego opartej na modelowaniu kinematycznym za pomocą sparametryzowanego formalizmu wypełnienia rozkurczowego
1 września 2014
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.
Ogólnym celem tej procedury jest ocena globalnej funkcji rozkurczowej lewej komory serca u pacjenta przy użyciu sparametryzowanego wypełnienia rozkurczowego lub formalizmu PDF. Osiąga się to poprzez najpierw zebranie danych na temat funkcji rozkurczowej z pełnego badania echokardiograficznego funkcji serca i przesłanie danych do komputera w celu analizy. Drugim krokiem jest praca z obrazami przepływu przezmitralnego i skupienie się na jednym uderzeniu serca.
Niestandardowy program wyodrębnia konwencjonalne parametry funkcji rozkurczowej dla fal e i a i wstępnie przetwarza obraz do następnego kroku analizy. Następnie wstępnie przetworzony obraz przepływu przez-mitralnego jest ładowany do półautomatycznego programu dopasowania. Segment EWA jest wybierany do dopasowania i tworzony jest wstępny sparametryzowany model wypełnienia rozkurczowego, który nakłada się na obraz.
Ostatnim krokiem jest doprecyzowanie pasowania, jeśli to konieczne, i wygenerowanie przez program ostatecznych parametryzowanych parametrów opartych na modelu wypełnienia rozkurczowego dla wejściowego ewa. Ostatecznie proces ten daje parametry, które określają ilościowo relaksację, sztywność i obciążenie odpowiedzialne za funkcję rozkurczową pacjenta. Parametry te zostały wykorzystane do rozróżnienia funkcji prawidłowych i patologicznych oraz wyjaśnienia nowej fizjologii.
Główną zaletą techniki PDF jest to, że łączy ona prawa dynamiki Newtona z rzeczywistą fizjologią rozkurczu pompy ssącej w celu wyodrębnienia fizjologicznie i klinicznie istotnych parametrów funkcji rozkurczowej z samego kształtu fali. W fizjologii serca rozluźnienie i sztywność są zbyt dobrze ustalonymi parametrami fizjologicznymi charakteryzującymi rozkurcz. Metoda PDF może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytanie w dziedzinie fizjologii serca, ponieważ rozdziela kluczowe czynniki powodujące rozkurcz na parametry mierzalne nieinwazyjnie.
Metoda PDF jest nieinwazyjną techniką, która może dostarczyć informacji na temat determinantów rozkurczu, które wcześniej można było zmierzyć tylko za pomocą środków inwazyjnych. Piękno tej metody polega na tym, że ma ona zastosowanie do wszystkiego, co się porusza w DTE, więc jest równie ważna dla przepływu krwi przez zastawkę mitralną. Jeśli chodzi o ruch tkanki pierścieniowej mitralnej, analiza sonogramu zostanie wykonana przy użyciu niestandardowych programów MATLAB i widoku laboratorium.
Użyj niestandardowego narzędzia MATLAB, aby przekonwertować obrazy w formacie DICOM na pliki bitmapowe. Następnie kliknij przycisk znajdź folder ze zdjęciami, aby załadować pliki bitmapowe do niestandardowego programu MATLAB do pomiaru parametrów przepływu transmitralnego. Kliknij pokaż następny obraz, aby przejrzeć obrazy, a następnie wybierz obraz z wyraźnym konturem przepływu przez-mitralnego i pełnym cyklem pracy serca.
Do analizy załadowany obraz ma czas wzdłuż osi poziomej i prędkość wzdłuż osi pionowej. Określ częstotliwość próbkowania w czasie, klikając przycisk TSR. Użyj znaków krzyżyka na obrazie, aby zidentyfikować dwa punkty czasowe na osi czasu, które są oddalone od siebie o jedną sekundę.
Następnie użyj krzyżyka, aby kliknąć w lewym dolnym rogu pierwszego znaku krzyżyka. Aby powiększyć obraz na powiększonym obrazie, kliknij lewą krawędź żądanego znaku krzyżyka, a obraz zostanie pomniejszony. Powtórz tę samą procedurę dla drugiego znaku krzyżyka.
To dokładnie jedna sekunda po pierwszym znaku krzyżyka. Aby najpierw znaleźć częstotliwość próbkowania prędkości, ustaw jednostkę prędkości, która ma być oznaczona w polu obok przycisku VSR. Wartość domyślna to jeden metr na sekundę lub 100 centymetrów na sekundę.
Kliknij przycisk VSR i użyj krzyżyka, aby kliknąć w lewym dolnym rogu punktu prędkości zerowej, aby zlokalizować V równe zero na powiększonym obrazie. Zwróć uwagę, gdzie na obrazie jest wyświetlana skala prędkości. Kliknij najniższą krawędź punktu prędkości zerowej, a obraz zostanie pomniejszony.
Teraz kliknij w lewym dolnym rogu punktu prędkości na wybranej wartości, zwykle 100 centymetrów na sekundę, i zaznacz najniższą krawędź drugiego punktu. Aby zakończyć kalibrację prędkości w pikselach, kliknij na znak e i przycisk fali. Najpierw określa się początek i koniec jednego cyklu pracy serca.
Zrób to, zaznaczając sąsiadujące z naszymi szczytami EKG zgodnie z tą samą procedurą, która jest używana do oznaczania punktów czasu i prędkości. Czas trwania dudnienia zostanie obliczony na podstawie liczby pikseli i częstotliwości próbkowania w czasie. Po obliczeniu tętna użyj markerów fizjologicznych, aby określić początek interwału relaksacji izowolumicznej.
Następnie uzyskaj powiększony widok interesujących Cię fal, klikając powyżej szczytu najwyższej fali. Po zakończeniu użyj krzyża nitkowego, aby wybrać punkt szczytowy Dopplera EWA. To zakotwicza krzyż nitkowy.
Następnie przesuń celownik na początek ewy. Zwróć uwagę, że krzyż nitkowy definiuje linię, której jeden koniec jest zakotwiczony na szczycie EWA. Przed kliknięciem upewnij się, że zakotwiczona linka zaczyna się na początku ewa.
Teraz zaznacz koniec ewy. Przesuń zakotwiczoną linię i kliknij na końcu ewa. Te wizualnie wyznaczone punkty umożliwiają obliczenie czasów przyspieszania i zwalniania EWA, aby nadal oznaczać falę w podobny sposób.
Gdy to zrobisz, oprogramowanie automatycznie wygeneruje plik ze zmierzonymi konwencjonalnymi parametrami echa i przyciętymi obrazami zawierającymi tylko wybrane fale e i a przeprowadzi sparametryzowaną analizę rozkurczowego wypełnienia ewa. W programie niestandardowego widoku laboratorium analogiczne kroki można wykonać dla grupy czynności A. Zidentyfikuj i załaduj plik obrazu utworzony podczas analizy konwencjonalnej.
Program Lab View automatycznie wybiera piksele, które mają być dopasowane, i wyświetla je w kolorze niebieskim, zielonym i czerwonym, aby wybrać piksele, które lepiej reprezentują kontury fali. Upewnij się, że opcja zmień MVE jest wybrana w obszarze pokaż dopasowanie. Następnie użyj suwaków poziomu progu obwiedni maksymalnej prędkości po lewej stronie obrazu.
Zwiększenie wartości progowej powoduje wybranie pikseli o większej jasności. Po ustawieniu progu przejdź do suwaka start EWA. Aby rozpocząć wybieranie zakresów czasu, ustaw suwak tak, aby nie uwzględniał szumu na początku EWA i powiązanej pionowej linii, która przecina nachylenie w górę z prędkością około połowy lub powyżej prędkości szczytowej.
Teraz przejdź do suwaka końcowego EWA i umieść skojarzoną linię pionową mniej więcej w połowie nachylenia opóźnienia, tak aby wykluczyć zwykły hałas w pobliżu linii bazowej. Uwaga, piksele w wybranym zakresie są wyświetlane na zielono. Po wykonaniu tej czynności kliknij przycisk dopasuj EWA, aby rozpocząć dopasowanie PDF, aby zobaczyć pasowania, przełącz przełącznik pokaż dopasowanie, aby pokazać dopasowanie.
Zaszumione dane mogą sprawić, że dopasowanie będzie bardzo wrażliwe na wybrany próg maksymalnej prędkości. Jeśli dopasowanie jest słabym przybliżeniem ewa, dostosuj je, zmieniając suwaki progu obwiedni czasu EWA i maksymalnej prędkości. Możliwa jest również bezpośrednia modyfikacja parametrów EWA.
Parametry dopasowania są wyświetlane na ekranie, a wartości można wprowadzać w ich polach tekstowych. Można je również zmieniać za pomocą strzałek w górę i w dół. W miarę modyfikowania parametrów zielona krzywa reprezentująca dopasowanie zmieni się po uzyskaniu zadowalającego dopasowania.
Kliknij aktualizację, aby uzyskać zaktualizowaną wartość błędu średniokwadratowego. Po zoptymalizowaniu EWA kliknij przycisk Gotowe, aby wygenerować wykresy i pliki danych na później. Analiza. Oto normalny lub pseudonormalny wzorzec EWA, który jest nie do odróżnienia przy użyciu konwencjonalnych indeksów.
Konwencjonalne parametry funkcji rozkurczowej wyprowadzone przez EWA są pokazane pod obrazem. Wyświetlane są również wartości parametrów PDF. Ponadto przewidywane dopasowanie modelu PDF jest nałożone na kolor zielony.
Wykazuje doskonałe dopasowanie. Jest to wzorzec opóźnionej relaksacji z dopasowaniem modelu PDF. Należy pamiętać, że w porównaniu do normalnego, ta EWA ma niższą amplitudę i czas zwalniania.
Parametr modelu PDF C odzwierciedlający sprężystość lub relaksację lepkości komory jest wyższy niż w przypadku normalnego wzoru. Model PDF przewidywany dopasowanie do tego restrykcyjnego, restrykcyjnego wzorca jest ściśle zgodny z klinicznym konturem EWA. Wysoki, wąski, zwężający wzór ograniczający EWA jest generowany przez komory o zwiększonej sztywności i zmniejszonej frakcji wyrzutowej.
W tym przykładzie parametr sztywności PDF K jest wyższy niż wzorzec relaksacji normalnej i opóźnionej. Po opanowaniu tej techniki można ją wykonać w ciągu jednej do dwóch minut dla każdej EWA wybranej do analizy, jeśli zostanie wykonana prawidłowo. Podczas wykonywania tej procedury należy pamiętać, aby wybrać stosunkowo wolne od szumów ewy, których obwiednia prędkości mitralnej podąża za kontrolą przepływu przezmitralnego.
Po tej procedurze można wykonać inne metody, takie jak dopasowanie ruchu tkanki, aby odpowiedzieć na dodatkowe pytania dotyczące sztywności i relaksacji komory wzdłużnej. Po koncepcyjnym wyprowadzeniu i walidacji in vivo, techniki te utorowały drogę naukowcom zajmującym się fizjologią układu krążenia do ilościowego określenia impedancji poprzecznej i podłużnej. W rozkurczu wyodrębnia się niezależny od obciążenia wskaźnik funkcji rozkurczowej i frakcjonuje czas opóźnienia EWA na składowe sztywności i relaksacji.
W ostatnich pracach techniki te zostały wykorzystane do zbadania związku między funkcją rozkurczową a generowaniem przepływu wirowego w stanach zdrowych i chorobowych. Po przeczytaniu artykułu i obejrzeniu tego filmu powinieneś mieć dobre koncepcyjne zrozumienie, jak ocenić globalną funkcję rozkurczową lewej komory za pomocą formalizmu PDF.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Ten artykuł przedstawia metodę oceny globalnej lewokomorowej funkcji rozkurczowej lewej komory serca za pomocą formalizmu Parametrycznego Rozkurczu Komorowego (PRK). Podejście to polega na analizie danych echokardiograficznych w celu wygenerowania unikalnych parametrów, które wyjaśniają fizjologię i dysfunkcję rozkurczową.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Kardiologia
- Analiza funkcji rozkurczowych
- Echokardiografia
Tło
- Funkcja rozkurczowa jest kluczowa dla ogólnego zdrowia serca.
- Tradycyjne metody mogą brakować specyficzności w ocenie dysfunkcji rozkurczowych.
- Formalizm PRK zapewnia nowatorskie podejście do ilościowego określania parametrów rozkurczowych.
- Rozumienie funkcji rozkurczowych może poprawić wyniki leczenia pacjentów.
Cel badania
- Dokładna ocena globalnej lewokomorowej funkcji rozkurczowej.
- Wykorzystanie modelowania kinematycznego dla lepszej analizy przepływu przez zastawkę mitralną.
- Generowanie specyficznych indeksów dysfunkcji rozkurczowej.
Stosowane metody
- Zbieranie danych z kompletnego badania echokardiograficznego.
- Analiza obrazów przepływu przez zastawkę mitralną koncentrując się na jednym biciu serca.
- Wyodrębnienie konwencjonalnych parametrów funkcji rozkurczowych.
- Wykorzystanie półautomatycznego programu do dopasowywania modeli.
Główne wyniki
- Udane wygenerowanie parametrów sztywności, rozkurczu i obciążenia.
- Identyfikacja wrażliwych i specyficznych indeksów dysfunkcji.
- Wyjaśnienie nowych fizjologicznych wniosków dotyczących funkcji rozkurczowych.
- Demonstracja skuteczności formalizmu PRK.
Wnioski
- Formalizm PRK jest cennym narzędziem do oceny funkcji rozkurczowych.
- Dostarcza unikalnych wniosków, które mogą poprawić rozumienie kliniczne.
- Dalsze badania mogą rozszerzyć jego zastosowania w kardiologii.
Często zadawane pytania
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
