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요약

글로벌 이완기 기능의 정확한 인과 관계 기반 정량화 매개 변수화 이완기 통해 transmitral 흐름 작성 (PDF) 형식주의의기구 학적 모델링 기반의 분석에 의해 달성되었다. PDF 고유 강성 이완 및로드 파라미터를 생성하고, 장애의 감지 및 특정 인덱스를 제공하는 동시에 '새로운'생리 해명.

초록

양이 심장 기능 평가는 생리 학자 및 임상에 대한 도전 남아있다. 역사적으로 침략적인 방법이 유일한 방법을 사용할 구성했지만, 비 침습적 영상 기술의 개발 (심 초음파, MRI, CT) 높은 공간적 해상도를 갖는 양적 이완기 기능 평가를위한 새 창을 제공합니다. 심 초음파는 이완기 기능 평가를위한 표준에 동의하지만, 현재 임상에서 인덱스는 단순히 움직임 자체의 생리 학적 인과 결정을 통합하지 않고 실 치수 (M 모드) 또는 혈액 / 조직 모션 (도플러) 파형의 기능을 선택 사용한다. 모든 좌심실 (LV)이 기계 흡입 펌프의 역할에 의해 작성 시작 인식은 글로벌 이완기 기능은 모든 방에 적용되는 운동의 법칙에 따라 평가 될 수 있습니다. 무엇 서로 한 마음을 차별화하는 GOV 운동 방정식의 매개 변수입니다Erns을 작성. 따라서, 매개 변수화 이완기 필링의 개발 (PDF) 형식주의는 임상 적으로 관찰 초기 transmitral 흐름의 전체 범위 (도플러 E-파) 패턴이 감쇠 진동 운동 법칙에 의해 매우 잘 맞는 것으로 나타났습니다. 이것은 인과 메커니즘 세 (수치) 그 생리적 유사체 챔버 강성 (K), 점탄성 / 휴식 (C),로드 아르 고유 일괄 매개 변수 (X를 산출 (반동 시작 흡입)에 따라 개별 E-파도의 분석을 가능하게 ) 오. transmitral 흐름 (도플러 E-파)의 기록은 임상 심장의 표준 관행 및 따라서, 심 초음파 기록 방법 만 간략하게 검토한다. 우리의 초점은 일상적 기록 E-wave 데이터로부터 PDF 파라미터의 결정에있다. 강조 표시된 결과를 나타냅니다으로, PDF 매개 변수는 E-파도를 동원 다양한 부하의 적절한 숫자에서 얻어졌다되면tigator는 매개 변수를 사용하거나 매개 변수에서 인덱스를 구성하는 무료입니다 (예 : 저장된 에너지로 2 KX O 2, 최대 AV 압력 그라데이션 KX 오, 이완기 기능의 부하 독립적 인 인덱스, 등.) 및 생리학 또는 병태 생리의 측면을 선택 정량화한다.

서문

1930 년 카츠 하나에 의해 개척 연구는 포유 동물의 좌심실 후 이완기의 동작을 탈피하기 위해 최선의 노력을 기울여 왔습니다 이후 기계 흡입 펌프 및 많은 노력 됨으로써 충전을 시작하는 것으로 나타났습니다. 몇 년 동안, 침습적 방법은 이완기 기능 (DF) 2-16의 임상 또는 연구 평가에 사용할 수있는 유일한 옵션이었다. 1970 년대에, 그러나, 기술 발전 및 심 초음파의 발전은 마침내 DF의 비 침습적 특성에 심장병 전문의와 생리 학자 실용적인 도구를했다.

그것이 채워지면 마음이 어떻게 작동하는지에 대한 이완기에 대한 통합 인과 이론 또는 패러다임하지 않고, 연구자들은 임상 양상과의 상관 관계를 기반으로 수많은 phenomenologic 인덱스를 제안했다. 곡선이 빠르게 상승하고, 예를 들어, 이른, 급속 충전시 transmitral 혈액 유속 윤곽 형상 떨어지는 삼각형 및 확장기 푸으로 근사시켰다nction 인덱스는 기하학적 기능에서 정의 된 (높이, 폭, 면적, 등.)이 삼각형. 심장 초음파 검사의 기술적 진보는, 예를 들어, 측정되는 충전 중에 조직 모션, 변형 및 변형 속도를 허용 한 그것으로 현상 인덱스 새로운 작물을 가져 각 기술적 진보는 임상 양상과 관련된다. 그러나, 인덱스는 상관 남아 인과하지 많은 인덱스는 동일한 기본 생리의 다른 조치입니다. 그것은 DF의 현재 사용중인 임상 인덱스 특이성과 감도를 제한 한 것으로, 따라서 놀라운 일이 아니다.

이러한 제한 매개 변수화 이완기 작성 (PDF) 형식주의, 인과 운동을 극복하기 위해 동기와 이완기의 흡입 펌프 생리학을 포함한다 좌심실 충만의 집중 매개 변수 모델을 개발하고 17를 검증했다. 이 모델 곡선 모양으로 나타나신 이완기 기능 (고조파 감쇠 진동 운동의 규칙에 따라 transmitral 흐름 등고선)의. 고조파 감쇠 진동 모션 방정식은 뉴턴의 제 2 법칙을 기반으로하고, 단위 질량 당 쓸 수있다 :

figure-introduction-1107 식 (1)

- 챔버 강성, C - 점탄성 / 휴식 및 X O - 오실레이터의 초기 변위 / 예압 K :이 선형 2 차 미분 방정식은 세 개의 매개 변수가 있습니다. 모델은 상이한 임상 관찰 이완기 필링 패턴이 세 모델 매개 변수의 수치의 변화의 결과 인 것으로 예측했다. PDF 형식주의와 고전 역학을 바탕으로, E-파도의 움직임에 따라 댐핑 이상 댐핑 정권에 의해 결정되는 것으로 분류 될 수있다. 많은 연구 17 ~ 21 임상 기록 E-웨이브 윤곽 PDF 모델은 윤곽이 뛰어난 계약을 표시하고 세 PDF의 혈역학 적 / 생리적 유사체가 21 매개 변수 명료 한 예측 된 것을 확인했다. 임상 적으로 기록 된 E-wave 데이터에서 모델 파라미터를 추출하기위한 프로세스는 아래에서 자세히 방법이다.

현재 임상에서 DF의 일반 인덱스와 달리, PDF 모델의 세 가지 매개 변수가 인과 관계를 기반으로합니다. 아래의 방법에서 설명하고있는 바와 같이, 이완기 생리학의 추가 인덱스는 이러한 기본 매개 변수에서와 PDF 형식주의의 응용 프로그램에서 transmitral 흐름보다 이완기 다른 측면으로 유도 될 수있다. 이 연구에서, PDF 접근법에서 도출 될 수 transmitral 흐름 및 생리적 관계 PDF 기반 분석의 방법은, 그 파라미터 및 유도 인덱스들이 설명된다. 또한, 그들로부터 파생 된 PDF 파라미터 또는 인덱스 애타게 수 있음을 나타낸다부하의 외부 영향으로부터 떨어져 고유 챔버 특성은 기존의 침습적으로 정의 된 매개 변수에 상관 관계를 제공 할 수 있으며 정상과 병리 그룹을 구별 할 수 있습니다.

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프로토콜

심 초음파 영상을 획득하고 PDF 파라미터를 얻기 위해 이들을 분석하는 절차는 아래에 자세히 설명된다. 심장 도관은 아래의 주제 선택 부분에 언급되어 있지만, 설명하는 방법은 심 초음파 부분에 적용됩니다. 카테터 삽입 부분의 설명은 모델 기반 예측의 독립적 인 검증을 위해 포함되어 있으며 PDF 형식주의를 통해 E-파도의 분석 관련이 있었다. 이전 데이터 수집에, 모든 주제는, 서명을 제공 의학의 워싱턴 대학에서 임상 시험 심사위원회 (인간 연구 보호 사무소)에 따라 연구에 참여 동의를 알렸다.

참고 :이 절에 설명 된 (이를 사용하는 방법에 대한 튜토리얼과 함께) 모든 소프트웨어 프로그램에서 다운로드 할 수 있습니다 http://cbl1.wustl.edu/SoftwareAgreement.htm

1 주제 선택

참고 : 심장 혈관 생물 물리학 실험실의 데이타베이스에있는 모든 주체가 동시에 심장 초음파 검사와 수행 심장 도관을했다 및 진단 심장 도관에 대한 자신의 의사에 의해 언급되었다. 데이터베이스 포함 기준은 다음과 같습니다 중대한 판막의 이상 1) 부재, ECG, 명확하게 식별 E-와 A-파도와 만족스러운 심 초음파 창 3)의 존재에 벽 운동 이상 또는 번들 지점 블록의 2) 부재.

2 심 초음파 데이터 수집

  1. 심장 초음파 검사 기준 (16)의 미국 사회에 따라 모든 주제에 대한 완벽한 2D / 에코 도플러 연구를 기록한다. 참고 : 선별 검사 심 초음파가 소노 그래퍼에 의해 표준 임상 영상에 기록되었다. 원하는 경우, 추가적인 흉부 심 초음파 기록 검증 목적을 수행 할 수있다적합한 고성능 카테터 이후의 동시에 LV의 혈류 역학을 측정하는 LV에 진출한다.
  2. 누운 자세에서 이미지 과목. nonresearch 설정에서는 표준 좌측 측방 위치 결정 방법의 일반성의 손실없이 사용될 수있다. 컬러 M 모드 도플러에 표시되는 MV 평면 (정렬 효과를 최소화하기 위해을의 승모판 전단지의 팁과 직교 사이 지시 1.5-5 mm에서 게이트 샘플 볼륨 2.5 MHz의 트랜스 듀서를 사용하여 치근단 사 실 뷰를 얻 ), 1 (125 Hz에서) 또는 2 (250 Hz에서), 디스플레이의 전체 높이와 에일리어싱없이 출력의 동적 범위를 이용하도록 조정 속도 스케일을 활용하도록 조정 기준선 설정 벽 필터.
  3. 샘플 량 2.5 mm에서 게이트 및 승모판 륜의 측면과 중격의 묘약에 위치와 도플러 조직 영상을 수행합니다.
  4. simult와 DVD의 에코 시스템 및 기록에 DICOM 형식으로 도플러 검사를 저장aneously 기록 심전도 (ECG).

3 도플러 이미지 처리와 기존의 분석

참고 :이 섹션은 두 개의 사용자 정의 MATLAB 프로그램을 설명합니다. 먼저이 프로그램은 단계 3.1에서 설명하는 두 번째 프로그램은 단계 3.2-3.5 설명한다. (사용 방법에 튜토리얼과 함께) 모든 소프트웨어 프로그램을 다운로드 할 수 http://cbl1.wustl.edu/SoftwareAgreement.htm

  1. 비트 맵 (.BMP) 파일에 DICOM 형식과 비디오 이미지를 변환 (사용자 정의 MATLAB 프로그램을 사용하여). NOTE : 도플러 E-파 및 조직 도플러 E'-파도 맞추기 위해 후술 절차는도 1에 도시된다.
  2. 이러한 E 피크, 피크 E의 지속 시간과 같은 종래 transmitral 흐름 파라미터를 측정하는 또 다른 정의 MATLAB 프로그램에 비트 맵 이미지 파일을로드 등 E '피크'피크. PDF 및 분석을 위해 이미지를 잘라낼. 분석을 위해 ECG로 표시된 바와 같이 식별 transmitral 흐름 윤곽 완전한 심장주기와 이미지를 선택합니다.
  3. 이미지에서 (수직 축의 픽셀 / (m / 초 단위로 측정)) (횡축 픽셀 / 초 단위로 측정) 마크 시간 샘플링 속도 및 속도 샘플링 속도. 지적 및 이미지를 연속 R 피크 (또는 ECG의 고유 한 기능)를 표시하여 전체 심장주기를 확인합니다.
  4. 마크 transmitral 도플러 E-선택한 심장주기에서 파 또는 조직 도플러 E'- 및 A'- 물결입니다.
    1. 도플러 E-웨이브 피크 점, 즉 선택합니다. E 피크 (또는 E '피크) 및 E-파 (또는 E'-파)의 가속 기울기와 일치하는 기준으로 시작하여 피크를 연결하는 선을 사용하여 파의 시작을 표시한다. 파도의 시작은 퍼가기 처음부터 간격을 계산하는 데 사용됩니다AK 흐름 파 E (또는 E'-파) 가속 시간 (AT)로 나타낸다.
    2. 감속 경사에 맞도록 참조 단부에 피크를 연결하는 선을 사용하여 E-파 (또는 E'-파)의 끝을 표시. 이 감속 시간 (DT)로 표시 기준에 절정에서 간격을 계산하는 데 사용됩니다. 파의 시작부터 끝까지의 간격은 E-웨이브 (E 지속 = + DT AT)의 기간입니다. 프로그램은 적절한 지시와 함께 전체 프로세스를 통해 사용자를 안내한다.
  5. 마크 E 표면파 유사한 절차를 사용하여 A-웨이브. E- 및 A-파도 모두 프로그램이 피크 E / A 피크 비율을 계산 표시.
    참고 :이 프로그램은로 자른 이미지가 E- 만 파를 포함하는 마크 파도를 저장합니다. 이 프로그램은 또한 각 비트에 대한 자르기 및 측정 매개 변수를 사용하여 데이터 파일을 작성합니다.

PDF의 형식주의를 사용 Transmitral 흐름의 4 자동 피팅

  1. 도플러 E-의 자동 피팅 및 A-웨이브 및 조직 도플러 E'- 및 A'- 웨이브 윤곽은 사용자 정의 LabVIEW 프로그램 (18, 19)을 사용하여 수행됩니다.
    1. 자른 이미지를로드하고, 프로그램이 자동으로 최대 속도 봉투 (MVE)을 계산한다. 도 1에 도시 된 바와 같이 MVE가 transmitral 흐름에 근사하도록 상기 임계 값을 설정하여 MVE을 선택. 발병과 MVE 정의 점의 종단은 오퍼레이터에 의해 시간 축에 따라 선택 될 수 있도록 양호한 일치 성을 제공하기 만 MVE 포인트 파의 실제 선택된 부분에 후속 피팅의 입력으로 사용된다.
  2. NOTE : 사용자 선택 MVE 포인트 자동 Levenberg- 마르카토 (반복) 알고리즘을 사용하여 시간의 함수로서 속도에 대한 PDF 모델 솔루션에 적합한 컴퓨터 프로그램에 입력된다. 끼워 맞춤이 필요로 달성되는 임상 (입력) 사이의 평균 제곱 오차데이터 (MVE) 및 PDF 모델 예측 윤곽이 최소화 될 수있다. 선형 모델이기 때문에, 파라미터의 세트는 고유의 입력으로 사용 된 각각의 도플러 E 표면파 유래 MVE 얻어진다. 따라서 수치 고유의 K, C 및 X 오 값은 각각 E '파에 대한 각 E-웨이브와 K', C ', 그리고 X 오'생성됩니다.
  3. 착용감이 E-파에 중첩 될 때 발생 착용감 분명히 차선 (또는 E'-파) 이미지가 더를 사용하여 MVE를 수정 (즉. 알고리즘 예컨대 MVE에 포함 된 잡음을 맞추기 위해 시도) / 이하 이에 모델을 수정하는 포인트는, 더 나은 적합을 달성하기 위해 PDF 파라미터의 결과적인 변형에 형상을 예측 하였다.

해당 PDF 맞는이 생성되었을 때 데이터를 저장합니다. 참고 :이 프로그램은 자동으로 이미지 데이터와 PDF 매개 변수를 포함하는 텍스트 파일을 저장하기 위해 작성되며,윤곽 정보를 제공합니다.
상술 한 절차로부터 얻어지는 PDF 파라미터는 새로운 생리 명료 아래 대표 결과 섹션에 설명 된대로 정상 및 병적 생리 구별하는데 사용될 수있다.

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결과

위에서 설명한 방법을 이용하여 (- 협착 제한적 정상, pseudonormal 지연 이완)도 2에 도시되어 충전 패턴의 네 가지 유형의 도플러 파형 담당자.도 2a는 pseudonormal로부터 구별 자체, 정상적인 패턴을 도시 패턴입니다. 그림 2b는 지연 휴식을 보여주고 그림 2C 심각한 이완기 기능과 관련된 협착 제한적인 패턴을 보여줍니다. 명확화를 위해, PDF 모델 - 예?...

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토론

우리의 방법론적인 초점을 유지, 정확하고 의미있는 결과를 얻기 용이 방법의 주요 측면이 강조된다.

심 초음파

심 초음파의 미국 사회 (ASE)는 흉부 연구 16의 성능에 대한 가이드 라인을 가지고있다. 에코 시험 동안, 이미지 품질에 영향을 미치는 요인 중 다수가있다. 소노 그래퍼의 통제 할 수없는 요인은 다음과 같습니다의 특성을 참조하여 사...

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공개

The authors have no competing financial interests.

감사의 말

이 작품은 앨런 A.와 에디스 L. 울프 자선 신탁, 세인트 루이스, 그리고 반즈 유대인 병원 재단에 의해 부분적으로 지원되었다. L. Shmuylovich 및 E. 고쉬는 부분적으로 미국 심장 협회 (American Heart Association)의 심장부 제휴에서 predoctoral 교제 상에 의해 지원되었다. S. 주홍는 워싱턴 대학 콤프 턴 장학생 프로그램 및 예술 대학과 과학 '여름 학부 연구 상 부분에서 지원을 받았다. S. Mossahebi은 물리학과에서 일부 지원을 받았다.

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자료

NameCompanyCatalog NumberComments
Philips iE33Philips (Andover, MA)
LabView 6.0National InstrumentsVersion 6.0.2
MATLABMathWorks Version R2010b

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