Quantification de Global diastolique fonction de l'analyse basée sur la modélisation cinématique de transmitral débit via le formalisme de remplissage diastolique paramétrée

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
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Bioengineering

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Summary

Précis, quantification basée sur la causalité de la fonction diastolique global a été réalisé par l'analyse cinématique basée sur la modélisation des flux transmitral via le paramétrée diastolique de remplissage (PDF) de formalisme. PDF génère rigidité, la relaxation et les paramètres de charge unique et met en lumière «nouvelle» physiologie tout en fournissant des indices sensibles et spécifiques de la dysfonction.

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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).

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Abstract

L'évaluation quantitative de la fonction cardiaque reste un défi pour les physiologistes et les cliniciens. Bien que les méthodes invasives ont historiquement constitué le seul moyen disponible, le développement des techniques d'imagerie non invasives (échographie, IRM, CT) ayant une résolution spatiale et temporelle de fournir une nouvelle fenêtre pour l'évaluation quantitative de la fonction diastolique. L'échocardiographie est la norme convenue pour l'évaluation de la fonction diastolique, mais des indices de l'utilisation clinique courante simplement utiliser les fonctionnalités de chambre dimension (M-mode) ou le mouvement de sang / tissu (Doppler) des formes d'onde choisie sans intégrer les déterminants de causalité physiologiques de la motion elle-même. La reconnaissance du fait que toutes les ventricules gauche (VG) lancer le remplissage en servant de pompes mécaniques d'aspiration permet la fonction diastolique globale évaluée en fonction de lois du mouvement qui s'appliquent à toutes les chambres. Ce qui différencie un coeur d'un autre sont les paramètres de l'équation du mouvement qui gouremplissage Ems. En conséquence, le développement de l'Remplissage paramétrée diastolique (PDF) formalisme a montré que l'ensemble des flux transmitral début cliniquement observé (Doppler E-ondes) modèles sont extrêmement bien aménagée par les lois du mouvement oscillatoire amorti. Cela permet l'analyse de chaque e-ondes conformément à un mécanisme de causalité (recul initiée par aspiration) qui produit trois (numériquement) paramètres localisés uniques dont les analogues physiologique sont la rigidité de la chambre (k), la viscoélasticité / relaxation (c), et de la charge (x o). L'enregistrement de flux transmitral (Doppler E-ondes) est une pratique courante en cardiologie clinique et, par conséquent, la méthode d'enregistrement échocardiographique est brièvement passé en revue. Notre accent est mis sur la détermination des paramètres PDF à partir de données e-ondes enregistrées systématiquement. Comme les résultats mis en évidence indiquent, une fois que les paramètres de PDF ont été obtenus à partir d'un nombre approprié de charge variable E-ondes, les investigator est libre d'utiliser les paramètres ou construire des indices à partir des paramètres (tels que l'énergie stockée moitié kx o 2, la pression maximale AV gradient kx o, charge indice indépendant de la fonction diastolique, etc.) et sélectionnez l'aspect de la physiologie ou la physiopathologie à quantifier.

Introduction

Travaux pionniers de Katz 1 en 1930 ont révélé que le ventricule gauche chez les mammifères initie remplissage en étant une pompe d'aspiration mécanique, et beaucoup d'efforts depuis lors, a été consacrée à démêler les rouages ​​de la diastole. Depuis de nombreuses années, des méthodes invasives étaient les seules options disponibles pour l'évaluation clinique ou de la recherche de la fonction diastolique (DF) 2-16. Dans les années 1970, cependant, les progrès et les développements dans l'échocardiographie techniques ont finalement donné les cardiologues et les physiologistes outils pratiques pour la caractérisation non invasive de la DF.

Sans une théorie causale unification ou paradigme pour la diastole concernant le fonctionnement du cœur quand il se remplit, les chercheurs ont proposé de nombreux indices phénoménologiques sur la base de la corrélation avec des caractéristiques cliniques. Le curviligne, augmente rapidement et la baisse de forme de la transmitral contour de la vitesse d'écoulement de sang au début, remplissage rapide, par exemple, a été approchée par un triangle et diastolique fuindices de nction ont été définies à partir des caractéristiques géométriques (hauteur, largeur, surface, etc.) de ce triangle. Progrès techniques en échocardiographie ont permis un mouvement tissulaire, la souche, et la vitesse de déformation pendant le remplissage doit être mesurée, par exemple, et chaque progrès technique apporté avec elle une nouvelle culture d'indices phénoménologiques à être en corrélation avec les caractéristiques cliniques. Toutefois, les indices restent corrélative et non causales et de nombreux indices sont des mesures différentes de la même physiologie sous-jacente. Il n'est pas surprenant, donc, que les indices cliniques actuellement employées de DF ont spécificité et une sensibilité limitée.

Pour surmonter ces limitations le remplissage (PDF) de formalisme paramétrée diastolique, une cinématique de causalité, modèle de paramètres localisés de remplissage du ventricule gauche qui est motivée par et intègre la physiologie pompe aspirante de la diastole a été développé et validé 17. Il modélise la fonction diastolique (qui se manifeste par des formes curvilignesdes contours flux transmitral) en conformité avec les règles de mouvement oscillatoire amortie harmonique. L'équation de mouvement oscillatoire amortie harmonique est basé sur la deuxième loi de Newton et peut être écrit, par unité de masse, comme:

L'équation 1 L'équation 1

Cette 2 e équation différentielle afin linéaire a trois paramètres: k - rigidité de la chambre, c - viscoélasticité / relaxation, et x o - initiale déplacement / précharge de l'oscillateur. Le modèle prédit que les différents modèles de remplissage diastolique cliniquement observées sont le résultat d'une variation de la valeur numérique de ces trois paramètres du modèle. Basé sur le formalisme de PDF et la mécanique classique, E-ondes peuvent être classés comme étant déterminé par ou sur-amortie régimes sous-amortis de mouvement. De nombreuses études 21. Le procédé d'extraction de paramètres du modèle à partir de données E-onde cliniquement enregistrée est détaillée dans les méthodes ci-dessous.

Contrairement indices typiques de DF dans l'utilisation clinique actuelle, trois paramètres du modèle de PDF sont causalité base. Comme indiqué dans les méthodes ci-dessous, les indices supplémentaires de la physiologie diastolique peuvent être obtenues à partir de ces paramètres fondamentaux et de l'application du formalisme de PDF à des aspects de la diastole autres que les flux transmitral. Dans ce travail, les méthodes d'analyse basé PDF de flux transmitral et les relations physiologiques qui peuvent être tirées de l'approche de PDF, les paramètres et les indices dérivés sont décrits. En outre, il est démontré que les paramètres de PDF ou des index qui en découlent peuvent taquinerintervalle propriétés intrinsèques de la chambre des effets externes de charge peuvent fournir des corrélats de paramètres traditionnels invasive définis et peuvent se différencier entre les groupes normaux et pathologiques.

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Protocol

La procédure d'acquisition d'images échographiques et de les analyser afin d'obtenir les paramètres de PDF est détaillé ci-dessous. Bien que le cathétérisme cardiaque est mentionné dans la partie de sélection de l'objet ci-après, la méthode décrite ne s'applique qu'à la portion de échocardiographique. La description de la partie de cathétérisme a été inclus pour la validation indépendante des prédictions du modèle sur la base et n'est pas lié à l'analyse des e-ondes par le formalisme de PDF. Avant l'acquisition de données, tous les sujets fournissent signé, consentement éclairé pour la participation à l'étude en accord avec le Conseil d'examen institutionnel (Office Human Research Protection) à l'école de médecine de l'Université de Washington.

REMARQUE: Tous les programmes de logiciels (ainsi que des tutoriels sur la façon de les utiliser) décrits dans cette section peut être téléchargé à partir http://cbl1.wustl.edu/SoftwareAgreement.htm

Sélection 1 Objet

REMARQUE: Tous les sujets de la base de données de cardiologie Laboratoire de Biophysique avaient échocardiographie simultanée et cathétérisme cardiaque effectué et ont été référés par leur médecin pour un cathétérisme cardiaque diagnostique. Les critères d'inclusion de base de données sont les suivants: 1) l'absence de toute anomalie valvulaire significative, 2) l'absence d'anomalies de mouvement de la paroi ou bloc de branche sur l'ECG, 3) la présence d'une fenêtre échocardiographique satisfaisant avec E clairement identifiable et A-ondes.

2. échocardiographique d'acquisition de données

  1. Enregistrer une étude / écho-Doppler complète 2D pour tous les sujets, conformément à l'American Society of critères de échocardiographie 16. REMARQUE: Les échocardiographies de dépistage ont été enregistrés sur un imageur clinique standard par un échographiste. Si on le désire, l'échocardiographie transthoracique enregistrement supplémentaire peut être effectué à des fins de vérification,s après un cathéter approprié, haute fidélité est avancé dans la LV pour mesurer l'hémodynamique BT simultanément.
  2. sujets de l'image dans la position couchée sur le dos. Dans un cadre non axés, positionnement latéral gauche standard peut être utilisé sans perte de généralité de la méthode. Obtenir une vue de quatre chambre apicale en utilisant un transducteur de 2,5 MHz, avec le volume de l'échantillon fermée à 1,5-5 mm dirigés entre les extrémités des feuillets de la valve mitrale et orthogonal au plan MV (pour minimiser les effets d'alignement comme on le voit sur la couleur en mode M Doppler ), le filtre de paroi fixée au 1 (125 Hz) ou 2 (250 Hz), la ligne de base ajusté pour profiter de toute la hauteur de l'écran et l'échelle de vitesse ajusté à exploiter la gamme dynamique de la sortie sans aliasing.
  3. Effectuer une imagerie Doppler des tissus avec le volume d'échantillon fermée à 2,5 mm et positionné au niveau de la potion septum latéral et de l'anneau mitral.
  4. Enregistrer examens Doppler en format DICOM dans la machine d'écho et d'enregistrer sur DVD avec simultélectrocardiogramme aneously enregistrée (ECG).

3. Doppler Traitement et analyse des images classiques

NOTE: Cette section décrit deux programmes personnalisés MATLAB. Le premier programme est décrit dans l'étape 3.1 et le deuxième programme est décrit dans les étapes 3.2 à 3.5. Tous les logiciels (ainsi que des tutoriels sur la façon de les utiliser) peuvent être téléchargés à partir http://cbl1.wustl.edu/SoftwareAgreement.htm

  1. Convertir les images de format DICOM et vidéo des fichiers bitmap (bmp) (en utilisant un programme MATLAB personnalisé). NOTE: La procédure décrite ci-dessous pour s'adapter Doppler E-ondes et Doppler tissulaire E'-ondes est illustré à la figure 1.
  2. Charger les fichiers d'image bitmap sur un autre programme de MATLAB personnalisé pour mesurer les paramètres de flux de transmitral classiques tels que E pointe, un pic, E dur 'pic, A' pic, etc. et recadrer les images pour l'analyse de PDF. Sélectionnez les images à contours flux transmitral perceptible et le cycle cardiaque complet, comme indiqué par l'ECG pour l'analyse.
  3. Marquer le taux de temps d'échantillonnage (mesurée en pixels / s sur l'axe horizontal) et la fréquence d'échantillonnage de vitesse (mesurée en pixels / (m / s) le long de l'axe vertical) dans les images. Identifier le cycle cardiaque complet en notant et marquage des pics consécutifs de R (ou tout autre élément distinct de l'ECG) sur l'image.
  4. Mark le transmitral Doppler E et A-ondes ou Doppler tissulaire E'- et A'- vague dans le cycle cardiaque sélectionné.
    1. Sélectionnez le point de pic Doppler E-onde dire. E pic, (ou pic E ') et marquera le début de la vague en utilisant la ligne reliant le sommet au début comme un guide pour correspondre à la pente d'accélération de l'onde E (ou E'-ondes). Le début de l'onde est utilisé pour calculer l'intervalle de début de peflux ak noté que l'onde E (ou E'-ondes) temps d'accélération (AT).
    2. Marquer la fin de l'onde E (ou E '-onde) à l'aide de la ligne reliant la pointe de l'extrémité de guide pour correspondre à la pente de décélération. Il est utilisé pour calculer l'intervalle de pic à la valeur de référence désignée en tant que le temps de décélération (DT). L'intervalle du début à la fin de la vague est la durée de l'onde E (E dur = AT + DT). Le programme guide l'utilisateur à travers le processus avec des instructions appropriées.
  5. Mark l'onde A l'aide d'une procédure similaire à celle de l'E-onde. Avec à la fois E et A-ondes marqué le programme calcule le pic E / Un rapport de pointe.
    REMARQUE: Le programme enregistre les ondes marqués comme des images recadrées contenant E et seulement A-ondes. Le programme crée également un fichier de données avec les cultures et paramètres mesurés pour chaque battement.

4. montage automatisé de transmitral flux en utilisant le formalisme de PDF

Le montage automatisé de Doppler E et A-ondes et Doppler tissulaire E'- et les contours d'onde A'- se fait en utilisant un programme LabView personnalisé 18,19.
  1. Chargez l'image recadrée, et le programme calcule automatiquement l'enveloppe de la vitesse maximale (MVE). Sélectionner le MVE en fixant le seuil de telle sorte que l'écoulement se rapproche de MVE transmitral comme représenté sur la figure 1. L'apparition et la cessation des points qui définissent la MVE peut être sélectionné le long de l'axe des temps par l'opérateur de telle sorte que seuls les points MVE qui offrent une bonne correspondance à la partie réelle choisi de l'onde sont utilisées comme entrée pour le montage ultérieur.
  • REMARQUE: Les points MVE sont sélectionnées par l'utilisateur à l'entrée du programme d'ordinateur qui s'adapte automatiquement la solution de modèle PDF de vitesse en fonction du temps en utilisant un Levenberg- Marquardt (itérative) algorithme. Le montage se fait à l'exigence que l'erreur quadratique moyenne entre la clinique (entrée)données (MVE) et le modèle de PDF contour prédit être minimisés. Etant donné que le modèle est linéaire, un ensemble unique de paramètres est obtenue pour chaque MVE Doppler E-onde dérivé utilisé en tant qu'entrée. Ainsi numérique k, c, et les valeurs uniques x o sont générés pour chaque onde E et k ', c', et x o 'pour chaque E'-ondes.
  • Dans le cas où l'ajustement est évidemment sous-optimale lorsque l'ajustement est superposé sur l'E-onde (ou E'-ondes) l'image (c.-à-. L'algorithme a tenté de s'adapter bruit inclus dans le MVE par exemple) modifier le MVE en utilisant plus / moins points, modifiant ainsi le modèle prédit contour avec une modification conséquente des paramètres PDF pour obtenir un meilleur ajustement.
  • Enregistrer les données lors de l'ajustement approprié PDF a été généré. NOTE: Le programme est écrit pour enregistrer automatiquement les données de l'image et des fichiers texte contenant les paramètres PDF etl'information de contour.
    Les paramètres PDF obtenus à partir de la procédure décrite ci-dessus peuvent être utilisés pour élucider nouvelle physiologie et la distinction entre la physiologie normale et pathologique tel que décrit dans la section des résultats représentatifs ci-dessous.

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    Representative Results

    formes d'onde Doppler représentant des quatre types de motifs différents de remplissage (normal, pseudonormal, relaxation retardée, constrictive restrictive) en utilisant la méthode décrite ci-dessus sont représentées sur la figure 2. Figure 2A montre le schéma normal, qui, par lui-même est impossible à distinguer de la pseudonormal modèle. Figure 2B montre une relaxation retardée et la figure 2C montre un modèle de constriction restrictive associée à une dysfonction diastolique sévère. Pour plus de clarté, les accès prévues par le modèle PDF sont superposées sur les images. Les paramètres classiques d'écho (E de pointe, un pic, E-onde AT, et E-ondes DT) et les paramètres de PDF (k, c, x o) sont énumérés ci-dessous chaque image. Comme les chiffres l'indiquent, le formalisme PDF correspond (prédit) de ces trois modèles de remplissage très bien. Les paramètres PDF fournissent également des informations sur les propriétés de la chambre. Le deévolution de relaxation étaient posées (Figure 2B) a typiquement supérieur viscoélasticité PDF / relaxation paramètre c de la normale (Figure 2A). Motif constrictive restrictive (figure 2C) a généralement une plus grande rigidité (PDF paramètre k) que la normale.

    Analyse de Doppler E-ondes en utilisant le formalisme de PDF a été utilisé pour différencier entre les groupes normaux et pathologiques et de découvrir de nouveaux physiologie. Voici quelques résultats publiés sélectionnés de PDF formalisme analyse DF base destinés à la différence entre pathologique et la physiologie normale et des applications sélectionnées du formalisme PDF pour élucider nouvelle physiologie.

    DIABÈTE

    Le procédé a été montré pour quantifier les différences de DF entre les sujets témoins et diabétiques âge. Alors que les indices classiques telles que la décélération E-onde de temps DT, E c est significativement différente entre les groupes 22. En outre, le délai auriculo-ventriculaire gradient de pression maximale, qui peut être calculé à partir des paramètres de PDF comme kx o 23 était significativement plus élevé dans le groupe diabétique. En outre, voir l'efficacité de remplissage cinématique, appliquée aux diabétiques ci-dessous.

    HYPERTENSION

    Le procédé a été utilisé pour analyser les modèles de remplissage transmitral chez les sujets hypertendus par rapport aux témoins 24. Doppler conventionnelle indices dérivés ont été incapables de faire la différence entre les groupes, mais le PDF paramètre c était significativement plus élevée dans le groupe de sujets hypertendus par rapport aux témoins non hypertendus.

    La restriction calorique ralentit le vieillissement CARDIAQUE >

    La méthode a évalué l'effet de la restriction calorique sur DF chez l'homme 25. DF a été évaluée chez les sujets pratiquant la restriction calorique en mesurant le débit transmitral et la comparaison à des témoins appariés selon l'âge. DF était significativement meilleure dans le groupe de la restriction calorique, telle que quantifiée par une plus grande valeur de E / A et le remplissage précoce plus élevé (onde E) fraction. En outre, le paramètre PDF k, ce qui représente la rigidité LV de la chambre, et c, représentant viscoélasticité, était significativement plus faible chez les sujets de restriction calorique. Etant donné que le pic E n'était pas significativement différente entre les deux groupes, le groupe témoin dépense plus d'énergie pour atteindre la même vitesse de remplissage maximale. Cette étude a révélé que la restriction calorique est associée à plus efficace DF. En outre, le remplissage en calories sujets restreints de personnes âgées était comparable à une cohorte plus jeune normale, ce qui suggère que la restriction calorique ralentit le vieillissement cardiaque 26.

    _content "> PRESENCE VS. ABSENCE DE mitrale ANNULAIRES OSCILLATIONS

    Le formalisme de PDF a également été utilisé pour analyser les oscillations annulaires mitrales (MAO) après la E'-onde (le onde W E ", E '' '-. Onde, etc). Cette «sonnerie» de l'anneau mitral a été observé chez l'homme 20, mais la caractérisation de la présence et de l'absence des oscillations ultérieures a été défaut. La méthode a permis l'hypothèse à vérifier que l'absence de MAO est expliquée par des effets viscoélastiques augmenté en raison de la détente lente ou moins efficace. En comparant 35 sujets avec MAO à 20 sujets sans MAO, il a été constaté que la rigidité longitudinale (k ') et la visco-élasticité longitudinale / relaxation (c') étaient plus élevés dans le groupe sans MAO. La force de recul initial et l'énergie de recul enregistré deux étaient plus élevés dans le groupe avec la MAO. En outre, il a été démontré que l'absence de la MAO a été concentréordant avec liée relaxation dysfonction diastolique 27. Par conséquent, l'analyse de la PDF de tissus ondes Doppler E'- montre que l'absence de MAO liée indique un dysfonctionnement de la relaxation diastolique.

    RAIDEURS Diastasique DE E-WAVE ANALYSE

    Bien que la pente de la relation pression-volume en fin de diastole (EDPVR) fournit l'indice en fonction de la rigidité au courant, la pente (AP / AV) de la pression-volume diastasique (PV) relation (D-PVR) fournit le in vivo raideur de la LV détendue. Échocardiographique, (c.-à-Doppler onde E), l'analyse ne peut fournir qu'une relative, plutôt que des informations de pression absolue. En conséquence, il a été montré que la détente (diastasique) la rigidité de la LV peut être calculée directement à partir de l'analyse E-onde 28 seul. En utilisant le formalisme de PDF et la pression de l'équation de Bernoulli et le volume à diastasis (fin du E-onde) est dérivé. Le P dérivé, les points V lorsque ajustement parrégression linéaire générer le D-PVR de l'analyse onde E (D-PVR onde E) dont la pente, la raideur K diastasique E-onde a été calculée. Les résultats ont donné une excellente corrélation (R 2 = 0,92) entre la rigidité diastasique de l'analyse E-onde basé sur PDF (K onde E) et l'or mesure standard simultanée de rigidité diastasique de données simultanée PV (K CATH) à 30 sujets (444 au total cycles cardiaques) avec FEVG normale (FEVG> 55% de).

    REMPLISSAGE cinématique indice d'efficacité

    Du point de vue de la modélisation cinématique, une augmentation de la relaxation / viscosité constante c génère une résistance accrue à remplir. Par conséquent, un choix naturel pour le remplissage idéalisée ventriculaire est un scénario en raison de reculer relaxation seulement et complète, à savoir pas d'amortissement (c = 0). L'indice de l'efficacité de remplissage cinématique (KFEI) a été défini et dérivé 29 comme le rapport sans dimension de volume réel entrertion du ventricule gauche (VG) (temps de vitesse intégrante [VTI] de réel E-onde avec des paramètres PDF c, k, x o) au volume idéal (VTI d'idéal E-onde ayant même k et x o mais sans résistance remplissage [c = 0]). Chez 36 patients dont la fonction ventriculaire normale (17 diabétiques et 19 témoins non diabétiques bien adaptés), il a été montré que 30 KFEI de E-ondes chez les patients diabétiques (49,1 ± 3,3%) était significativement plus faible que chez les patients normaux (55,8 ± 3,3%) . Cela signifie que même si la FEVG est normale, l'efficacité de remplissage est altérée chez les diabétiques par rapport aux non-diabétiques.

    EFFICACITÉ DE REMPLIR détériore avec l'âge

    Compte tenu de la capacité de cinématique indice d'efficacité de remplissage (KFEI) 29 pour évaluer remplissant le diabète vs. contrôles non diabétiques, la dépendance de l'âge de KFEI a été déterminée. Il a été montré que KFEI, diminue en amplitudeavec l'âge et est corrélée fortement avec l'âge (R 2 = 0,80) en analysant 72 sujets témoins dont la FEVG est normale (FEVG> 55%) et sans pathologie cardiovasculaire 30. La dépendance de l'âge d'autres paramètres classiques de la DF a également été évaluée. En concordance avec d'autres mesures non invasives DF connus à diminuer avec l'âge, KFEI diminue et corrèle fortement avec l'âge (R 2 = 0,80). L'analyse multivariée a montré que l'âge est le seul facteur le plus important de KFEI (p = 0,003).

    LOAD INDEX INDÉPENDANT de la fonction diastolique

    Contours E-onde montrent des changements battement par battement, en réponse à la respiration et donc démontrent la dépendance de forte charge. En effet, tous les indices de DF sont fonction de la charge. Cette situation est problématique car elle remet en question si les différences observées dans les indices DF sont le résultat de la variation de la charge ou le résultat de la variation intrinsèque de la propriété de la chambre. Prédiction théorique et expériencevalidation al d'un indice indépendant de la charge de la fonction diastolique (LIIDF) a été un problème non résolu depuis longtemps cherché en physiologie / cardiologie. Pour répondre à la question de la dépendance de la charge, le formalisme de PDF a été appliqué à E-ondes mesurées à des charges variables. Grâce à la modélisation cinématique et calcul mathématique, une charge indice indépendant a été dérivé, qui est conservée entre E-ondes mesurées à différentes charges. Pour chaque e-onde mesurée, les paramètres PDF k et x o sont multipliés pour obtenir kx o, le modèle prédit la valeur de la force maximale analogue à débit de pointe instantané gradient de pression de conduite, et le paramètre PDF c est multiplié par le pic de vitesse E pic pour donner une valeur à la force maximale de résistance remplissage. Tracer kx o vs. C E pic comme une paire ordonnée pour chaque E-onde génère une relation très linéaire dont (dimension) piste M est le sought après charge indice indépendante et reste conservé malgré charge généré des changements dans l'e-ondes.

    Pour validation E-ondes enregistrées en charge a été modifiée par la table basculante (diriger, horizontal, et la tête en bas) à 16 volontaires sains ont été analysés. Les résultats ont donné 33 la très forte corrélation (R 2 = 0,98) entre kx o et c E pic comme prévu. La capacité de M à la différence entre les sujets de la dysfonction diastolique normale et a également été évaluée par l'analyse des données de cathétérisme écho simultanées dans les sujets de la dysfonction diastolique vs. contrôles. M moyenne pour le groupe de dysfonctionnement diastolique (M = 0,98 ± 0,07) était significativement plus faible que chez les témoins (M = 1,17 ± 0,05, P <0,001) 33.

    Figure 1
    Figure 1: Séquence d'étapes opérationnellespour le montage (A) une onde E et (B) une E'-ondes par le formalisme de PDF. A) De gauche à droite l'image du flux transmitral est rognée pour obtenir Doppler profil de vitesse. E-onde enveloppe de vitesse maximale (MVE) pour être en forme est sélectionné (représenté en vert avec des limites de temps en bleu). Minimisation de l'erreur PDF ajustement est obtenue par algorithme Levenberg- Marquardt résultant des paramètres PDF et une mesure de la qualité de l'ajustement. B) Une procédure similaire pour l'image de Doppler tissulaire. L'image est inversée après le recadrage. Voir le texte pour plus de détails. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

    Figure 2
    Figure 2 Trois modèles E-onde avec PDF unique. A) Normal / pseudonormal motif de remplissage. B) Retard de détente motif. C) modèle constrictive restrictive. Voir le texte pour plus de détails. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

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    Discussion

    En accord avec notre objectif méthodologique, les principaux aspects des méthodes qui facilitent l'obtention de résultats précis et significatifs sont mis en évidence.

    ÉCHOCARDIOGRAPHIE

    La Société américaine d'échocardiographie (ASE) a des lignes directrices pour la réalisation d'études transthoracique 16. Lors d'un examen écho, il ya une multitude de facteurs qui affectent la qualité de l'image. Les facteurs qui sont hors du contrôle de l'échographiste comprennent: les capacités techniques de l'imageur étant utilisées, la fréquence cardiaque, le patient habitus du corps, la variation individuelle dans l'emplacement, l'orientation des structures anatomiques, et la qualité de «fenêtre echo ', se référant aux caractéristiques de transmission d'ultrasons dans le tissu d'un sujet donné. Les facteurs qui sont directement contrôlable par l'échographiste comprennent les paramètres de la machine, y compris le choix de transducteur. Etant donné que la fidélité de l'analyse de la PDF est fonction de l'image d'écho quallité, il faut prendre soin pendant le processus d'acquisition d'images pour obtenir les meilleures images possibles.

    Pour optimiser E-onde qualité d'image pour l'analyse de PDF, en maximisant E-onde taille par rapport à l'affichage et le réglage de la vitesse de balayage de 100 mm / s sont souhaitables. Vitesse de balayage élevée et l'utilisation de la taille de l'affichage en plein dans la détermination de l'échelle maximale de vitesse permet d'augmenter la résolution temporelle (c.-à-plus de points pour être en forme) le long des deux axes de temps et de vitesse. Paramètres de filtrage de base peuvent également être mieux déterminé avec plus élevées réglages de vitesse de balayage. Le nombre de cycles cardiaques enregistrés est très variable entre les laboratoires d'écho. D'une analyse pertinente de PDF d'enregistrement continu à travers plusieurs (3 ou 4) cycles respiratoires est plus souhaitable. À une fréquence cardiaque de repos typique de 75 battements / min et 12 respirations / min, 4 cycles respiratoires s'élèvent à 20 secondes de l'enregistrement continu qui devrait fournir 25 cycles cardiaques. L'enregistrement de ce nombre de cycles est justifiée en raison de la charge varying conséquence de la respiration calme, de sorte que la LIIDF peut être calculé si on le souhaite. Remarque, ce que les valeurs de calcul pour x o, c, k et sur ​​la base de la moyenne de battement 25 est un moyen légitime de caractériser la diastole. variation de charge peut également être généré pendant l'enregistrement clinique par les manoeuvres de Valsalva ou Mueller, ou par élévation de la jambe passive utilisant une mousse de coin de 30 °.

    PDF PARAMETER DÉTERMINATION

    DÉTAILS ALGORITHMIQUES

    L'équation du mouvement pour un oscillateur harmonique amorti et sa solution mathématique est contenu standard des cours en mathématiques de l'ingénierie, de la physique et de la mécanique 34. Le choix de la langue de l'ordinateur (C ++, Fortran, LabView, MATLAB, etc.), Par laquelle il est mis en œuvre est également à la discrétion de l'utilisateur / chercheur. Méthodes numériques standards existent et sont bien connus 35. D'autres groupes ont mis en place le formalisme de PDF par wÉCRITURE leur propre algorithme numérique et ont répliqué indépendamment de nos résultats, y compris les valeurs numériques pour le PDF Paramètres 36 dans une grande étude portant sur ​​plus de 1000 patients. Alors que les travaux en cours comprend l'élaboration d'outils d'analyse de PDF sur le Web, le bénéfice optimal large, atteignant de la méthode pouvait être réalisé par l'incorporation du formalisme de PDF dans le logiciel d'analyse exclusive des imageurs échocardiographiques commerciales.

    OPÉRATEUR ASPECTS CHARGE

    Une fois l'image E-onde a été importé et cultivées (voir figure 1) la détermination de l'enveloppe de vitesse maximale, c'est à dire l'ensemble de points réelle pour laquelle la solution de vitesse oscillatoire amortie harmonique est à adapter par le procédé, est déterminée. Comme cela est représenté par la séquence d'étapes opérationnelles et les panneaux de la figure 1 et décrit ci-dessus, le bruit de fond ainsi que les bruits parasites qui affecte le contour est often partie de l'image. L'opérateur peut déterminer l'ensemble continu de points pour être en forme, comme le montre la figure 1, en ​​ajustant la position des lignes bleues verticales qui définissent le début et la fin des points pour être en forme. La méthode affiche l'ajustement directement sur l'image importée et l'opérateur peut facilement évaluer si elle est significative ou non.

    La fréquence cardiaque a un effet sur ​​la durée de la diastole et les caractéristiques de l'onde E-37, et il faut prendre soin d'interpréter les résultats de l'algorithme d'ajustement dans le cadre de la fréquence cardiaque du patient. À des fréquences cardiaques typiques dessous de 80 battements / min, en rythme sinusal E-et A-ondes sont séparées par une brève période de diastasis. Ceci facilite l'intégration de la partie de décélération du E-onde. Comme le rythme cardiaque augmente, diastasis diminue et disparaît, depuis le début Une onde se produit avant la fin E-onde. Au rythme cardiaque rapide, supérieure à 90 battements / min, la A-ondes recouvre la partie de la décélération de l'onde Eet analyse PDF de la E-onde devient peu fiable en raison du nombre limité de points MVE disponibles pour être en forme. Pour une analyse significative d'au moins 1.2 au 2.3 de la décélération forme d'onde totale E-ondes devrait être disponible pour le montage.

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    Acknowledgements

    Ce travail a été financé en partie par le Alan A. et Edith L. Wolff Charitable Trust, Saint-Louis, et la Fondation de l'Hôpital Barnes-Jewish. L. Shmuylovich et E. Ghosh ont été partiellement pris en charge par doctorales bourses de recherche de la Heartland affiliation de l'American Heart Association. S. Zhu a reçu un soutien partiel du Programme de Compton chercheurs de l'Université de Washington et de l'Ordre des Arts et bourse de recherche de premier cycle d'été de sciences. S. Mossahebi reçu un soutien partiel du Département de physique.

    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

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