Parametrized Diyastolik Dolum Biçimcilik yoluyla Transmitral Akışının Modellenmesi Kinematik tabanlı Analizi ile Küresel Diyastolik Fonksiyonu Kantitasyonu

1Department of Biomedical Engineering, Washington University in St. Louis, 2Department of Physics, Washington University in St. Louis, 3Division of Biology and Biomedical Sciences, Washington University in St. Louis, 4Department of Medicine, Cardiovascular Division, Washington University in St. Louis, 5Cardiovascular Biophysics Lab, Washington University in St. Louis
Published 9/01/2014
0 Comments
  CITE THIS  SHARE 
Bioengineering

You must be subscribed to JoVE to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial:

Welcome!

Enter your email below to get your free 10 minute trial to JoVE!





By clicking "Submit," you agree to our policies.

 

Summary

Küresel diyastolik fonksiyonunun doğru, nedensellik-tabanlı ölçüm parametrized Diyastolik aracılığıyla transmitral akışı Dolum (PDF) biçimcilik kinematik modelleme tabanlı analizi ile elde edilmiştir. PDF benzersiz sertlik, rahatlama, ve yük parametrelerini üretir ve disfonksiyon duyarlı ve özel indeksler sunarken 'yeni' fizyolojisini açığa kavuşturmaktadır.

Cite this Article

Copy Citation

Mossahebi, S., Zhu, S., Chen, H., Shmuylovich, L., Ghosh, E., Kovács, S. J. Quantification of Global Diastolic Function by Kinematic Modeling-based Analysis of Transmitral Flow via the Parametrized Diastolic Filling Formalism. J. Vis. Exp. (91), e51471, doi:10.3791/51471 (2014).

Please note that all translations are automatically generated through Google Translate.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Kantitatif kardiyak fonksiyon değerlendirme fizyolog ve klinisyenler için bir sorundur. Tarihsel invaziv yöntemler tek aracı kullanılabilir oluşan olmasına rağmen, invaziv olmayan görüntüleme yöntemlerinin geliştirilmesi (ekokardiyografi, MR, BT) yüksek zamansal ve mekansal çözünürlüğe sahip sayısal diyastolik fonksiyon değerlendirmesi için yeni bir pencere sunmaktadır. Ekokardiyografi diyastolik fonksiyonu değerlendirmesi için standart mutabık, ama geçerli klinik kullanımda indeksler sadece hareket kendisinin fizyolojik nedensel belirleyicilerini içeren olmadan oda boyut (M-modu) veya kan / doku hareket (Doppler) dalga formu özelliklerini seçilmiş kullanabilecektir. Tüm sol karıncık (LV) mekanik emme pompası olarak hizmet vererek dolum inisiye tanıma küresel diyastolik fonksiyon tüm odalarına uyguladıktan hareket yasalarına göre değerlendirilecektir sağlar. Ne diğerinden kalp ayıran gov hareket denkleminin parametreleriERNS- dolum. Buna göre, parametrized Diyastolik Dolum gelişimi (PDF) biçimcilik klinik gözlenen erken mitral akışının tüm aralığı (Doppler E-dalgası) desenler sönümlü salınım hareketinin yasaları tarafından son derece iyi uyum olduğunu göstermiştir. Bu nedensel bir mekanizma üç (sayısal) olan fizyolojik benzerleri odası sertliği (k), viskoelastisite / gevşeme (c), ve yük olan benzersiz kefeye parametreleri (x verir (geri tepme başlatılan emme) uyarınca bireysel e-dalgalarının analizi izin verir o). Transmitral akım (Doppler E-dalgaları) kayıt klinik kardiyoloji, standart uygulama ve bu nedenle, ekokardiyografik kayıt yöntemi yalnızca kısaca gözden olmasıdır. Bizim odak rutin kaydedilen e-dalgası verilerinden PDF parametrelerin belirlenmesi üzerinde. Vurgulanan sonuçlara göre olduğu gibi, PDF parametreleri e-dalgalar, yatırımcıları birkaç günlüğüne Yüke uygun bir sayı elde edilmiştir keztigator parametrelerini kullanın veya parametrelerden dizinleri oluşturmak için ücretsiz (örneğin depolanan enerji gibi 1/2 kx o 2, maksimum AV basınç gradyan kx o diyastolik fonksiyon yük bağımsız endeksi, vb.) ve fizyoloji veya patofizyoloji yönünü seçin sayısal edilecek.

Introduction

1930 yılında Katz 1 ile öncü çalışmalar memeli sol ventrikül sonra diyastolün işleyişini çözülüyor adamış beri bir mekanik emme pompası, ve çok çaba olmanın dolumu başlatır ortaya koymuştur. Uzun yıllar boyunca, invaziv yöntemler diyastolik fonksiyon (DF) 2-16 klinik veya araştırma değerlendirme için kullanılabilir tek seçenekleri vardı. 1970'lerde ise, teknik gelişmeler ve ekokardiyografide gelişmeler nihayet DF noninvaziv karakterizasyonu için kardiyologlar ve fizyolog pratik araçlar verdi.

Doldurur zaman kalp nasıl çalıştığını ilişkin diastolde için birleştirici bir nedensel bir teori veya paradigma olmadan, araştırmacılar klinik özellikleri ile korelasyon dayalı sayısız fenomenolipik indeksler önerdi. Eğrisel, hızla yükselen ve örneğin, erken, hızlı bir biçimde doldurulması sırasında Transmitral kan akış hızı kontur şekli düşen bir üçgen ve diyastolik fu gibi yaklaşık olarak bulundunction indeksleri geometrik özelliklerinden tanımlanmıştır (yükseklik, genişlik, alan, vb.) bu üçgenin. Ekokardiyografide Teknik gelişmeler, örneğin ölçülecek için dolum sırasında doku hareketini, gerginlik ve gerilme hızını izin ve onunla fenomenolojik endeksleri yeni bir ürün getirdi, her teknik ilerleme, klinik özellikleri ile ilişkili olduğu. Ancak, endeksler bağıntılı kalır ve nedensel olmayan ve birçok indeksleri aynı temel fizyolojisi farklı tedbirler vardır. Bu DF şu anda çalışan klinik indeksler özgüllük ve duyarlılığı sınırlı olduğunu, bu nedenle şaşırtıcı değil.

Bu sınırlamaları parametrized Diyastolik Dolum (PDF) biçimcilik, nedensel bir kinematik aşmak için, motive ve diyastolün emme-pompa fizyolojisini içeren sol ventrikül dolum toplu parametreli modeli geliştirilmiş ve 17 doğrulanmıştır. Bu modeller eğrisel şekiller ile tecelli olarak diyastolik fonksiyon (sönümlü harmonik salınım hareketinin kurallarına uygun olarak mitral akış kontür) arasında. Sönümlü harmonik salınımlı hareket denklemi Newton'un İkinci Kanunu dayanmaktadır ve gibi, birim kütle başına, yazılabilir:

Denklem 1 Denklem 1

- Odası sertlik, c - viskoelastisite / rahatlama, ve x o - Titreşicinin ilk deplasman / önyükünü k: Bu doğrusal 2. mertebeden diferansiyel denklem üç parametre vardır. Modeli farklı klinik gözlenen diyastolik dolum desenler bu üç model parametrelerinin sayısal değer varyasyon sonucu olduğunu öngörür. PDF biçimcilik ve klasik fiziğe dayalı, e-dalgalar hareket altında sönümlü veya aşırı sönümlü rejimler tarafından belirlenir olarak sınıflandırılabilir. Çeşitli çalışmalar 21 parametreleri aydınlatmıştır tahmin ettiğini valide. Klinik olarak kaydedilen E-dalga veri modeli parametreleri çıkarılması için bir işlem aşağıdaki adımlardan ayrıntılı olarak açıklanmaktadır.

Mevcut klinik kullanımda DF tipik endeksler aksine, PDF modelin üç parametre nedensellik temellidir. Aşağıdaki yöntemlerde açıklandığı gibi, diyastolik fizyoloji ilave indeksleri bu temel parametreleri ve PDF formalizmin uygulamasından mitral akışı daha diyastol diğer yönleri elde edilebilir. Bu çalışmada, PDF yaklaşım çizilebilir transmitral akışı ve fizyolojik ilişkilerin PDF tabanlı analiz yöntemleri, onun parametreleri ve indeksler açıklanmıştır. Ayrıca, bunlardan türetilen PDF parametreleri veya indeksler didikleyebiliriz gösterilmiştiryükün dış etkilerden dışında içsel kamara özellikleri geleneksel invaziv tanımlanan parametrelere yansımalarına ilişkin sağlayabilir ve normal ve patolojik gruplar arasında ayrım yapabilirsiniz.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Ekokardiyografik görüntüleri edinme ve PDF parametrelerini elde etmek, onları analiz etmek için prosedürü aşağıda ayrıntılı. Kardiyak kateterizasyon aşağıdaki konu seçimi kısmında belirtilen olmasına rağmen, açıklanan metodoloji sadece ekokardiyografik bölümü için geçerlidir. Kateterizasyon kısmının açıklama model dayalı tahminlere bağımsız doğrulama için yer ve PDF formalizmin üzerinden e-dalgaların analizine ilgisiz edildi. Önceki veri toplama için, bütün denekler, imzalı sağlayan Washington Üniversitesi Tıp Okulu'nda Kurumsal Değerlendirme Kurulu (İnsan Araştırma Koruma Ofisi) uyarınca çalışmaya katılım için onam.

NOT: Bu bölümde açıklanan (bunları kullanmak için nasıl öğreticiler ile birlikte) tüm yazılım programları indirebilirsiniz http://cbl1.wustl.edu/SoftwareAgreement.htm

1. Konu Seçimi

NOT: Kardiyovasküler Biyofizik Laboratuvarı veritabanındaki tüm konular eş zamanlı ekokardiyografi ve yapılan kalp kateterizasyonu vardı ve teşhis kardiyak kateterizasyon için hekimleri tarafından sevk edildi. Veritabanı dahil edilme kriterleri şunlardır: önemli kalp kapak anomalileri 1) yokluğu, EKG, açıkça tanımlanabilir E- ve A-dalgaları ile tatmin edici bir ekokardiyografik pencere 3) varlığı duvar hareket bozuklukları ya da dal bloğu 2) yokluğu.

2. Ekokardiyografik Veri Toplama

  1. Ekokardiyografi kriterlerine 16 Amerikan Derneği göre, tüm denekler için tam 2D / eko-Doppler çalışma kaydedin. Not: eleme, bir eko-kardiyogramlar sonografırın ile standart bir klinik görüntüleyici ile kaydedilmiştir. Arzu edildiği takdirde, ilave ekokardiyografi, kayıt doğrulama amaçla gerçekleştirilebiliruygun, yüksek sadakat kateter sonra aynı anda var LV hemodinamik ölçmek için LV içine ilerletilir.
  2. Sırtüstü pozisyonda Görüntü konular. Bir nonresearch ortamda, standart sol yanal konumlandırma yönteminin genelliği kaybı olmadan kullanılabilir. Renkli M-mod Doppler görüldüğü gibi PD düzleminde (hizalama etkilerini aza indirmek için mitral kapaktaki ipuçları ve dik arasındaki yönetmenliğini 1,5-5 mm Geçitli örnek hacmi ile 2.5 MHz transdüser kullanılarak apikal dört boşluk görüşlerini elde ), 1 (125 Hz) ya da 2 (250 Hz), ekranın tam yükseklik ve yumuşatma olmaksızın çıkış dinamik aralığını yararlanmak için ayarlanan hızı ölçek yararlanmak için ayarlanmıştır başlangıçta belirlenen duvar filtresi.
  3. Örnek hacmi 2,5 mm Geçitli ve mitral halka lateral ve septal iksirler konumlandırılmış olan Doku Doppler görüntüleme gerçekleştirin.
  4. Simult ile DVD yankı makine ve kayıtlarında DICOM formatındaki Doppler sınavları kaydeterişmesi kaydedildi elektrokardiyogram (EKG).

3. Doppler Görüntü İşleme ve Konvansiyonel Analizi

NOT: Bu bölümde iki özel MATLAB programları anlatılmaktadır. İlk program adımı 3,1 anlatılan ve ikinci program adımı 3,2-3,5 tarif edilmektedir. (Bunları kullanmak için nasıl öğreticiler ile birlikte) tüm yazılım programları indirebilirsiniz http://cbl1.wustl.edu/SoftwareAgreement.htm

  1. Bitmap (bmp) dosyaları DICOM formatında ve video görüntüleri dönüştürmek (özel MATLAB programı kullanılarak). NOT: Doppler E-dalgaları ve doku Doppler E'dalgaları sığdırmak için aşağıda açıklanan prosedürü Şekil 1'de gösterilmiştir.
  2. Tür E zirve, bir tepe, E dur gibi geleneksel transmitral akım parametreleri ölçmek için başka bir özel MATLAB programında bitmap görüntü dosyaları yükleyin vb E 'zirve, bir' pik. ve PDF analiz için görüntü kırpma. Analizi için EKG ile belirtildiği gibi ayırt transmitral akım kontur ve tam bir kardiyak döngü ile görüntü seçin.
  3. Görüntüler (dikey eksen boyunca piksel / (m / san olarak ölçülen)) (yatay eksende piksel / s olarak ölçülen) Marka zaman örnekleme hızı ve hız örnekleme oranı. Belirterek ve görüntü üzerinde ardışık R zirveleri (veya EKG herhangi farklı özellik) işaretleyerek tam kalp döngüsü tanımlayın.
  4. Mark transmitral Doppler E ve seçilen kardiyak çevrimde bir dalga ya da doku Doppler E 've A'- dalga.
    1. Doppler E dalgası zirve noktasıdır ie seçin. E pik, (ya da E 'pik) ve e-dalgası (veya E'-dalga) bir ivme eğimini maç için bir rehber olarak başlangıç ​​zirveye bağlayan hattı kullanarak dalganın başlangıcını işaretlemek. Dalganın başlangıç ​​pe baştan aralığını hesaplamak için kullanılırak ak E-dalgası (veya E'-dalga) hızlanma süresi (AT) olarak ifade.
    2. Yavaşlama ivmesini eşleştirmek için bir rehber olarak sonuna kadar zirveye bağlayan hattı kullanarak e-dalgası (veya E'-dalga) sonunu işaretlemek. Bu yavaşlama zamanı (DT) olarak ifade başlangıca zirveden aralığını hesaplamak için kullanılır. Dalgasının sonuna kadar baştan aralığı E-dalga (E dur = + DT AT) ve süresidir. Program uygun talimatlar ile tüm süreç boyunca kullanıcıya yol gösterir.
  5. Mark e-dalga ile benzer bir prosedür kullanılarak bir dalga. E- ve A-dalgalarla programı E zirveye / A zirve oranını hesaplar kutladı.
    NOT: Program olarak kırpılmış görüntüler E- ve tek A dalgaları içeren belirgin dalgalar kaydeder. Program aynı zamanda her dövmek için kırpma ve ölçülen parametreler ile bir veri dosyası oluşturur.

PDF Formalizmi kullanma Transmitral Flow 4. Otomatik Montaj

Doppler E- otomatik montaj ve A-dalgası ve doku Doppler E 've A'- dalga kontür özel bir LabView programı 18,19 kullanılarak yapılır.
  1. Kırpılan görüntüyü yükleyin ve program otomatik olarak maksimum hız zarfı (MVE) hesaplar. Şekil 1 'de gösterildiği gibi yaklaşık olarak akış MVE mitral şekilde eşiği ayarlayarak MVE seçin. Başlamasını ve MVE tanımlayan noktalarının sona ermesi, operatör tarafından zaman ekseni boyunca seçilebilir, öyle ki iyi bir uyum sağlayan bir kaç MVE katılımı Dalganın gerçek seçilen kısmına sonradan monte etmek için girdi olarak kullanılmaktadır.
  • Not: kullanıcı tarafından seçilen MVE noktaları otomatik bir Levenberg- Marquardt (tekrar) algoritması kullanılarak zamanın bir fonksiyonu olarak hızı için PDF model çözümü uygun bir bilgisayar programına girilir. Uydurma şartı ile gerçekleştirilir ki klinik (girdi) arasındaki ortalama kare hataverileri (MVE) ve PDF modeli tahmin kontur minimize edilebilir. Modeli lineer olduğunu, parametrelerin bir dizi özgün girdi olarak kullanılan her Doppler E-dalga türetilmiş MVE için elde edilir. Böylece sayısal benzersiz k, c, ve x o değerleri her E'-dalga için her E-dalga ve k 'c' ve x o 'için oluşturulur.
  • Uygun e-dalgası üzerine bindirilmiş olduğunda durumunda uyum açıkça suboptimaldir (veya E'-dalga) görüntü daha kullanarak MVe değiştirin (yani. Algoritması, örneğin MVE dahil gürültü sığacak şekilde çalıştı) / daha az böylece modelini değiştirerek noktaları, daha iyi bir uyum elde etmek için PDF parametrelerin sonucu modifikasyonu ile kontur öngördü.
  • Uygun PDF uygun üretilen edildiğinde verileri kaydetmek. NOT: Program otomatik olarak görüntüdeki verilere ve PDF parametreleri içeren metin dosyaları kaydetmek için yazılır vekontur bilgiler.
    Yukarıda tarif edilen yöntemle elde edilmiş PDF parametreler yeni fizyolojisi aydınlatmak ve aşağıdaki Örnek Sonuçlar bölümünde ayrıntılı olarak normal ve patolojik fizyoloji ayırt etmek için kullanılabilir.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Representative Results

    Yukarıda açıklanan yöntem kullanılarak (-konstriktif kısıtlayıcı normal yalancı, gecikmiş gevşeme), Şekil 2 'de gösterilmiştir doldurma desenleri dört farklı Doppler dalga temsil etmektedir. Şekil 2A, bu yalancı ayrılamayan başına normal biçimini göstermektedir desen. Şekil 2B gecikmiş bir rahatlama ve Şekil 2C ciddi diyastolik disfonksiyon ile ilişkili bir sıkıştırıcı-restriktif gösterir. Anlaşılır olması için, PDF model tahmin uyar görüntülerde üst üste. Geleneksel bir yankı parametreleri (E pik, bir pik, e-dalgası ve E-dalga DT) ile PDF parametreleri (K, C, X, O), her bir görüntü aşağıda listelenmiştir. Rakamlar gösterdiği gibi, PDF biçimcilik uyuyor (tahmin) çok iyi bu dolum desen her üç. PDF parametreler odası özellikleri hakkında bilgi vermek. Dekoydu gevşeme paterni (Şekil 2B), genellikle normal seyrinden (Şekil 2A) c yüksek viskoelastisite / gevşeme PDF parametre vardır. Konstrüktif sınırlayıcı desen (Şekil 2C), tipik olarak, normal bir modele göre daha yüksek bir sertlik (PDF parametre k) sahiptir.

    PDF formülasyonu kullanılarak, Doppler e-dalgaların analizi, normal ve patolojik gruplar arasında ayrım ve yeni fizyoloji bulmak için kullanılmıştır. Yeni fizyolojisini aydınlatmak için patolojik ve normal fizyoloji ve PDF biçimcilik seçilen uygulamalar arasında ayrım amaçlanmıştır PDF biçimcilik dayalı DF analizin bazı seçilmiş yayınlanan sonuçlar aşağıda listelenmiştir.

    DİYABET

    Yöntem, diyabetik ve yaşı uygun kontrol grubu arasında df farkları ölçmek için gösterilmiştir. Iken böyle DT, E zamana E-dalga yavaşlama gibi geleneksel indeksler c parametresi gruplar 22 arasında anlamlı olarak farklı idi. Ayrıca, 23 o olarak kx PDF parametrelerin hesaplanabilir zirve Atrioventriküler basınç gradyan, diyabetik grupta anlamlı olarak daha yüksekti. Ayrıca, aşağıda şeker hastalarına uygulanan kinematik dolum verimliliği, bkz.

    HİPERTANSİYON

    Yöntem kontrollere 24 oranla hipertansif hastalarda mitral dolum kalıplarını analiz etmek için kullanılır olmuştur. Konvansiyonel Doppler indeksler gruplar ama PDF c parametresi hipertansif olmayan kontrollere göre hipertansif konular grubunda anlamlı derecede yüksek olduğu ayırt koyamadık.

    CALORIC KISITLAMA KALP yaşlanmayı yavaşlatır >

    Yöntem insanlarda 25 DF kalori kısıtlamasının etkisi değerlendirildi. DF transmitral akışını ölçmek ve uyumlu kontroller denenen kestirim karşılaştırarak kalori kısıtlaması uygulayan kişilerde değerlendirilmiştir. E / A değeri yüksek ve daha yüksek erken doluş (E dalgası) fraksiyon tarafından sayısal olarak DF kalori kısıtlaması grubunda anlamlı düzeyde daha oldu. Ayrıca, viskoelastisitesinin temsil LV odası sertlik, ve c, temsil PDF parametre k, kalori kısıtlaması bireylerde anlamlı olarak daha düşüktü. E pik iki grup arasında anlamlı farklı değildi çünkü, kontrol grubu aynı pik doluş hızı elde etmek için daha fazla enerji harcar. Bu kalori kısıtlaması daha verimli DF ile ilişkili olduğunu ortaya koymuştur. Ayrıca yaşlı kalori kısıtlı konularda dolum kalori kısıtlaması kalp yaşlanmayı yavaşlatır 26 düşündüren, bir genç normal bir kohort karşılaştırılabilir.

    _content "> BULUNMASI VS. mitral halka salınımları YAYMAMASI

    PDF biçimcilik de E'-dalgasından sonra mitral halka salınımları (MAO) analiz etmek için kullanılır olmuştur (E "-wave, E '' -. Dalga, vb). Mitral halka bu 'zil' insanlarda 20 gözlenmiştir ancak sonraki salınımların varlığı ve yokluğu karakterizasyonu yoktu. Bir yöntem olup, hipotez MAO olmaması nedeniyle daha az etkili ya da daha düşük gevşeme yükselmiştir akışkan-esneklik etkileri açıklanmıştır test edilen izin verdi. MAO olmadan 20 konularda MAO ile 35 hasta karşılaştırılarak, boylamasına sertliği (k ') ve uzunlamasına viskoelastisite / gevşeme (c') MAO olmadan grubunda daha yüksek olduğu saptanmıştır. İlk geri tepme kuvveti ve depolanan tepme enerjisi hem MAO ile grupta daha yüksekti. Buna ek olarak, MAO yokluğu konsantre olduğu gösterildigevşeme ilgili diyastolik disfonksiyon 27 ordant. Dolayısıyla doku Doppler E 'dalgalarının PDF analiz MAO yokluğu gevşeme ilgili diyastolik disfonksiyon gösterir ortaya koymaktadır.

    E-DALGA ANALİZİ KAYNAKLANAN diastatic GERGİNLİK

    Diyastol sonu basınç-hacim ilişkisi (EDPVR) eğimi tanıdık sertlik tabanlı bir dizin, eğim diastatik basınç hacminin (Dp / ΔV) (PV) ilişki (D-PVR) sağlarken in-vivo sağlar rahat LV sertliği. Ekokardiyografi, (yani Doppler E-dalgası), analizi yerine mutlak basınç bilgi daha, sadece göreli sağlayabilir. Bu duruma göre, bu LV rahat (diastatik) sertlik, tek başına 28 e-dalga analizi tarafından doğrudan hesaplanabilir gösterilmiştir. Diastazisi de PDF formalizmini ve Bernoulli denklemi basıncını ve hacmini (E-dalgasının sonu) kullanılarak elde edilir. Bu şekilde elde edilen P V noktalarına zaman yerleştirmek yoluylalineer regresyon E dalgası analizi D-PVR oluşturmak (D-PVR E-dalgası), eğim, diastatik sertlik K E-dalga hesaplanmıştır. Sonuçlar PDF tabanlı e-dalga analizi diastatik sertlik arasında mükemmel bir korelasyon (R 2 = 0.92) vermiştir (K E dalgası) ve 30 olguda eşzamanlı PV verileri (K CATH) den diastatik sertlik eşzamanlı altın standart ölçüm (444 toplam Normal LVEF (LVEF>% 55) ile kardiyak siklus).

    KĐNEMATĐĞĐ DOLUM VERİMLİLİK ENDEKSİ

    Bir kinematik modelleme açısından bakıldığında, artan gevşeme / viskozite sabit c dolum direnci arttı üretir. Dolayısıyla idealize ventriküler dolum için doğal bir seçim sadece ve tam rahatlama geri tepme nedeniyle bir senaryo, hiçbir sönümleme (c = 0) yani olduğunu. Kinematik dolum verimliliği endeksi (KFEI) tanımlanmış ve fiili hacminin boyutsuz oranı olarak 29 elde edildi girinsol ventrikül (LV) ing (hız zaman integrali PDF parametreleri c, k, x o gerçek e-dalgasının [VTI]) ideal bir hacme sahip (ideal bir e-dalga aynı k VTI ve x o ama hiçbir direnç doldurma [c = 0]). 36 normal ventrikül fonksiyonu olan hastalarda (diyabetik 17 ve 19 iyi bir uyum diyabeti olmayan kontrol) ve diyabetik hastalarda (49.1 ± 3.3%) E-dalgaların 30 KFEI, normal hastalara göre anlamlı olarak daha düşük olduğu gösterilmiştir (55.8 ± 3.3%) . Bu LVEF normale bile, dolum verimlilik diyabetik olmayanlara kıyasla diyabetiklerde engelli olduğu anlamına gelir.

    DOLUM VERİMLİLİK yaşla beraber azalmaktadır

    29 kinematik doldurma etkililiği indeksi (KFEI) yeteneği ışığında karşı diyabet doldurarak değerlendirmek. Diyabetik olmayan kontroller, KFEI yaş bağımlılığı tespit edildi. Bu KFEI, büyüklük olarak azaldığı gösterildiyaş ve normal LVEF (LVEF>% 55) ve kardiyovasküler patoloji 30 olmadan 72 gönüllü kontrol analiz ederek yaş (R 2 = 0.80) ile çok güçlü korelasyon. DF diğer geleneksel parametrelerin yaşı bağımlılığı de değerlendirilmiştir. Yaşla birlikte azaldığı bilinmektedir diğer non-invaziv DF önlemler ile uyum içinde, KFEI azalır ve yaş (R = 0.80 2) ile çok güçlü korelasyon. Çok değişkenli analizler yaş KFEI (p = 0.003) tek ve en önemli katkıyı olduğunu göstermiştir.

    Diyastolik fonksiyon YÜK BAĞIMSIZ ENDEKSİ

    E-dalga kontür solunum yanıt yendi-by-beat değişiklikleri göstermek ve dolayısıyla güçlü yük bağımlılığını göstermektedir. Nitekim DF tüm indeksler yük bağlıdır. O DF endeksler gözlenen farklılıklar yük değişimi veya iç bölme mülkiyet varyasyon sonucu sonucu olup olmadığı sorusuna çağırır, çünkü bu problemlidir. Teorik tahmin ve deneydiyastolik fonksiyon (LIIDF) bir yük bağımsız endeksi arkadaşları doğrulama fizyolojisi / kardiyoloji uzun aranan çözülememiş bir sorun olmuştur. Yük bağımlılık soruyu çözmek için, PDF biçimcilik değişken yüklere ölçülen E-dalgalarına uygulanmıştır. Kinematik modelleme ve matematiksel türetme sayesinde, bir yük bağımsız indeksi farklı yükler ölçülen E-dalgalar arasında muhafaza edilir, elde edilmiştir. Her ölçüm e-dalgası için PDF parametreleri K ve x, O, model tepe hız E peak ile çarpılır tepe tepe anlık basınç farkı tahrik akımına benzer kuvveti değeri ve PDF parametresi c tahmin kx O vermek üzere çarpılmıştır dolum direnen tepe gücü için bir değer elde etmek. Vs o KX çiziliyor. C E pik her E-dalgası için bir sipariş çifti olan bir çok doğrusal bir ilişki üretir gibi (boyutsuz) eğim M sou olduğunuyük bağımsız dizin sonra ğa ve yük rağmen korunmuş kalır E-dalgalar değişiklikleri oluşturdu.

    16 sağlıklı gönüllülerde yük eğim tablosu aracılığıyla farklılık iken kaydedilen doğrulama e-dalgaları (yatay baş yukarı ve baş aşağı) için analiz edildi. Tahmin edildiği gibi sonuçları 33 kx o ve c E tepe arasındaki çok yüksek korelasyon (R2 = 0.98) vermiştir. Normal ve diyastolik disfonksiyon konular arasında ayrım M yeteneği de vs diyastolik disfonksiyon konularda eşzamanlı cath-yankı verilerin analizi ile değerlendirildi. kontrol eder. Diyastolik disfonksiyon grubunda (M = 0.98 ± 0.07) ortalama M kontroller (M = 1.17 ± 0.05, p <0.001) 33 daha düşüktü.

    Şekil 1
    Operasyonel adımlar Şekil 1. Sırasıuydurma (A) E-dalgası ve (B) PDF formalizmine aracılığıyla E'dalga için. A) Soldan sağ için Mitral akım görüntü Doppler hız profili elde etmek kırpılır. (Mavi zaman sınırları ile yeşil renkte) E-dalgasının maksimum hızı zarf (MVE) seçili uygun olması için. PDF uyum minimize Hata Levenberg- Marquardt PDF parametrelerin sonuçlanan algoritma ve zinde. B iyilik bir ölçüsü) doku Doppler görüntü benzer prosedürü yoluyla elde edilir. Görüntü kırpma sonra ters çevrilir. Ayrıntılar için metne bakınız. , bu rakamın büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.

    Şekil 2
    PDF uyuyor Şekil 2. Üç E-dalga desenleri. A) Normal / yalancı dolum desen. B) Gecikmeli gevşeme paterni. C) Konstriktif kısıtlayıcı desen. Ayrıntılar için metne bakınız. , bu rakamın büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Discussion

    Bizim metodolojik odak doğrultusunda, doğru ve anlamlı sonuçlar elde kolaylaştıran yöntemlerin önemli yönleri vurgulanır.

    EKOKARDİYOGRAFİ

    Amerikan Ekokardiyografi Derneği (ASE) transtorasik çalışmaların 16 performans için kurallar vardır. Bir yankı sınav sırasında, görüntü kalitesini etkileyen faktörler çok sayıda bulunmaktadır. Sonografırın kontrolü dışında olan faktörler şunlardır: özelliklerine atıfta kullanılan görüntüleyici teknik yetenekleri, kalp hızı, hastanın vücut yapısı, daha konumu bireysel varyasyon, anatomik yapıların yönlendirmesi ve 'eko penceresi' kalite, Belirli bir kişinin dokuda ultrason iletim. Sonografırın tarafından doğrudan kontrol edilebilir faktörler transduser seçimi dahil olmak üzere makine ayarlarını içerir. PDF analizi sadakat eko görüntü qual dayandığındanSığ, bakım mümkün olan en iyi görüntü elde etmek için görüntü alma sürecinde alınmalıdır.

    Optimal E dalgası görüntü PDF analizi için kalite, ekrana E-dalga boyutu göreli maksimize ve 100 mm / sn tarama hızı ayarlamak için arzu edilir. Yüksek silme hızı ve maksimum hız ölçeği belirlemede tam ekran boyutuna kullanımı hem zaman ve hız eksende (yani daha fazla puan fit olmak) zamansal çözünürlüğe artış sağlar. Baseline filtre ayarları da yüksek tarama hızı ayarları ile daha kararlı olabilir. Kaydedilen kardiyak döngü sayısı yankı laboratuarları arasında oldukça değişkendir. Birkaç yoluyla anlamlı PDF analizi sürekli kayıt (3 veya 4) solunum döngüleri için en arzu edilir. 75 atım / dk ve 12 respirations / dk, tipik bir dinlenme kalp hızında 4 Solunum döngüsü 25 kalp döngülerini vermelidir sürekli kaydı 20 sn TL'dir. Döngü bu sayı kaydederken, çünkü yük v haklıistenirse LIIDF hesaplanabilir, böylece sessiz bir solunumun sonucu arying. Not, 25 yendi ortalamasına göre x o, c, ve k bu işlem değerleri Diyastolün karakterize etmek meşru bir yoldur. Yük değişiklik aynı zamanda 30 ° 'lik bir köpük kamasını kullanarak Valsalva veya Mueller manevralar ile ya da pasif bacak yükselmesi ile klinik kaydı sırasında oluşturulabilir.

    PDF PARAMETRE BELİRLEME

    ALGORİTMİK DETAYLARI

    Bir sönümlü harmonik osilatör ve bunun matematiksel çözümü için hareket denklemi, fizik ve mekanik 34 mühendislik matematik standart ders içeriği vardır. Bilgisayar dili (C ++, Fortran, LabView, MATLAB, vb.) Uygulandığı hangi seçimi kullanıcı / araştırmacının takdirine da. Standart sayısal yöntemler var ve iyi 35 bilinmektedir. Diğer gruplar w tarafından PDF formalizmini hayata geçirdikPDF için sayısal değerler de dahil olmak üzere, kendi sayısal algoritması riting ve bağımsız bizim sonuçlar çoğaltılmadan boyunca 1000'in üzerinde hastayı kapsayan büyük bir çalışmada 36 parametreleri. Çalışmaları devam eden web tabanlı PDF analiz araçları geliştirme içermesine rağmen, yöntemin uygun, geniş ulaşan fayda en iyi ticari ekokardiyografik görüntüleme cihazlarının özel analiz paketinin içine PDF biçimcilik eklenmesi ile elde edilebilir.

    OPERATÖR BAĞIMLI YÖNLERİ

    E dalgası görüntü alınır ve kırpılmış sonra sönümlü harmonik osilasyon hızı çözelti yöntemi ile oturacak şekilde olan puan arasında bir asıl grubu, yani, maksimum hızı zarfın belirlemektedir (Şekil 1 e bakınız), belirlenir. Panel ve Şekil 1 'de işlevsel basamak dizisi ile gösterilen ve yukarıda ele alındığı gibi, kontur etkileyen temel gürültü gibi dış gürültü ofte olduğuGörüntünün n parçasıdır. Operatör, uygun olması için başlangıç ​​ve sonunu tanımlayan noktalarının mavi dikey çizgilerin konumunu ayarlayarak, Şekil 1 'de gösterildiği gibi noktaları sürekli grubu, uygun olduğu belirlenebilir. Yöntem doğrudan ithal resmin üzerine uyum gösterir ve anlamlı olup olmadığını operatörün kolaylıkla değerlendirebilir.

    Kalp hızı diyastol süresi ve e-dalga 37 özelliklerine üzerinde bir etkisi vardır, ve bakım hasta kalp hızı bağlamında uydurma algoritmasının sonuçlarını yorumlamak için alınmalıdır. Sinüs ritmi E ve A-dalgalar 80 atım / dakika altında tipik kalp oranlarda, diastaz kısa bir süre ayrılır. Bu e-dalgasının yavaşlama kısmının dahil kolaylaştırır. Kalp hızları arttıkça, diastaz azalır ve A dalga başlangıçlı E-dalga feshinden önce meydana yana, kaybolur. Hızlı kalp hızlarında, 90 vuruş / dakika, yukarıdaki A-E-dalga dalga yavaşlama kısmının üzerinde uzandığıve E-dalgasının PDF analizi, çünkü uygun olması için kullanılabilir mve noktalarının sınırlı sayıda güvenilmez olur. En az 1/2 toplam yavaşlama E-dalga dalga 2/3 anlamlı analiz için montaj için mevcut olmalıdır.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Acknowledgements

    Bu çalışma Alan A. ve Edith L. Wolff Charitable Trust, St Louis ve Barnes-Jewish Hastanesi Vakfı tarafından kısmen desteklenmiştir. L. Shmuylovich ve E. Ghosh kısmen Amerikan Kalp Derneği Heartland İştiraki'ne predoctoral burslu tarafından desteklenmiştir. S. Zhu Washington Üniversitesi Compton Scholars Program ve Sanat Koleji ve Bilimleri 'Yaz Lisans Araştırma Ödülü kısmi destek aldı. S. Mossahebi Fizik Bölümü kısmi destek aldı.

    Materials

    Name Company Catalog Number Comments
    Philips iE33 Philips (Andover, MA)
    LabView 6.0 National Instruments Version 6.0.2
    MATLAB MathWorks  Version R2010b

    DOWNLOAD MATERIALS LIST

    References

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

    Comments

    0 Comments


      Post a Question / Comment / Request

      You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

      Video Stats