Name: quantification of global diastolic function by kinematic modeling-based analysis of transmitral flow via the parametrized diastolic filling formalism
Uploaded: 2014-09-01T14:00:00
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Diese Arbeit wurde zum Teil durch die Alan A. und Edith L. Wolff Charitable Trust, St. Louis, und dem Barnes-Jewish Hospital Foundation unterstützt. L. und E. Shmuylovich Ghosh wurden teilweise durch Promotionsstipendium Auszeichnungen von der Heartland Partner der American Heart Association. S. Zhu erhielt teilweise Unterstützung von der Washington University Compton Scholars Program und der Hochschule der Künste und Wissenschaften &#39;Summer Undergraduate Research Award. S. Mossahebi erhalten teilweise Unterstützung von der Fakultät für Physik.

Das Verfahren für die Erfassung und Analyse von echokardiographischen Bilder sie, um die PDF-Parameter zu erhalten wird im Folgenden aufgeführt. Obwohl Herzkatheter wird in der Betreff-Auswahlabschnitt unten erwähnt, gilt die beschriebene Methode nur auf die echokardiographischen Teil. Die Beschreibung der Katheterisierung Teil wurde für die unabhängige Validierung der modellbasierten Vorhersagen enthalten und ist nicht mit der Analyse der E-Wellen über die PDF-Formalismus. Vor der Datenerfassung, bieten ...

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	<li>Katz, L. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+role+played+by+the+ventricular+relaxation+process+in+filling+the+ventricle.">The role played by the ventricular relaxation process in filling the ventricle.</a> Am. J. Physiol. 95, 542-553 (1930).</li><li>Frais, M. A., Bergman, D. W., Kingma, I., Smiseth, O. A., Smith, E. R., Tyberg, J. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+dependence+of+the+time+constant+of+left+ventricular+isovolumic+relaxation+on+pericardial+pressure.">The dependence of the time constant of left ventricular isovolumic relaxation on pericardial pressure.</a> Circulation. 81, 1071-1080 (1990).</li><li>Weiss, J. L., Frederiksen, J. W., Weisfeldt, M. 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J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitation+of+Mitral+Annular+Oscillations+and+Longitudinal+'Ringing'+of+the+Left+Ventricle:+A+New+Window+into+Longitudinal+Diastolic+Function.">Quantitation of Mitral Annular Oscillations and Longitudinal 'Ringing' of the Left Ventricle: A New Window into Longitudinal Diastolic Function.</a> J. Appl. Physiol. 100, 112-119 (2006).</li><li>Kov&#225;cs, S. J., Meisner, J. S., Yellin, E. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modeling+of+diastole.">Modeling of diastole.</a> Cardiol. Clin. 18, 459-487 (2000).</li><li>Riordan, M. M., Chung, C. S., Kov&#225;cs, S. 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F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Can+Transmitral+Doppler+E-waves+Differentiate+Hypertensive+Hearts+From+Normal?.">Can Transmitral Doppler E-waves Differentiate Hypertensive Hearts From Normal?.</a> Hypertension. 30, 788-795 (1997).</li><li>Riordan, M. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Effects+of+Caloric+Restriction-+and+Exercise-Induced+Weight+Loss+on+Left+Ventricular+Diastolic+Function.">The Effects of Caloric Restriction- and Exercise-Induced Weight Loss on Left Ventricular Diastolic Function.</a> Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 294, H1174-H1182 (2008).</li><li>Meyer, T. E., Kov&#225;cs, S. J., Ehsani, A. A., Klein, S., Holloszy, J. O., Fontana, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-term+Caloric+Restriction+Slows+Cardiac+Aging+in+Humans.">Long-term Caloric Restriction Slows Cardiac Aging in Humans.</a> J. Am. Coll. Cardiol. 47, 398-402 (2006).</li><li>Riordan, M. M., Kov&#225;cs, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Absence+of+diastolic+mitral+annular+oscillations+is+a+marker+for+relaxation-+related+diastolic+dysfunction.">Absence of diastolic mitral annular oscillations is a marker for relaxation- related diastolic dysfunction.</a> Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 292, H2952-H2958 (2007).</li><li>Mossahebi, S., Kov&#225;cs, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kinematic+Modeling-based+Left+Ventricular+Diastatic+(Passive)+Chamber+Stiffness+Determination+with+In-Vivo+Validation.">Kinematic Modeling-based Left Ventricular Diastatic (Passive) Chamber Stiffness Determination with In-Vivo Validation.</a> Annals BME. 40 (5), 987-995 (2012).</li><li>Zhang, W., Chung, C. S., Riordan, M. M., Wu, Y., Shmuylovich, L., Kov&#225;cs, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Kinematic+Filling+Efficiency+Index+of+the+Left+Ventricle:+Contrasting+Normal+vs.+Diabetic+Physiology.">The Kinematic Filling Efficiency Index of the Left Ventricle: Contrasting Normal vs. Diabetic Physiology.</a> Ultrasound Med. Biol. 33, 842-850 (2007).</li><li>Zhang, W., Kov&#225;cs, S. 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J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+E-wave+delayed+relaxation+pattern+to+LV+pressure+contour+relation:+model-based+prediction+with+in+vivo+validation.">The E-wave delayed relaxation pattern to LV pressure contour relation: model-based prediction with in vivo validation.</a> Ultrasound Med. Biol. 36 (3), 497-511 (2010).</li><li>Shmuylovich, L., Kov&#225;cs, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+load-independent+index+of+diastolic+filling:+model-based+derivation+with+in-vivo+validation+in+control+and+diastolic+dysfunction+subjects.">A load-independent index of diastolic filling: model-based derivation with in-vivo validation in control and diastolic dysfunction subjects.</a> J. Appl. 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S., Kov&#225;cs, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Consequences+of+Increasing+Heart+Rate+on+Deceleration+Time,+Velocity+Time+Integral,+and+E/A.">Consequences of Increasing Heart Rate on Deceleration Time, Velocity Time Integral, and E/A.</a> Am. J. Cardiol. 97, 130-136 (2006).</li></ol>

Im Einklang mit unserer methodischen Schwerpunkt werden die wichtigsten Aspekte der Methoden, die erleichtern, um genaue und aussagekräftige Ergebnisse hervorgehoben. ECHOKARDIOGRAPHIE Die American Society of Echokardiographie (ASE) hat Richtlinien für die Durchführung von Studien transthorakale 16. Während eines Echoprüfung gibt es eine Vielzahl von Faktoren, die die Bildqualität beeinträchtigen. Faktoren, die außerhalb der Kontrolle der Unter...

Bahnbrechenden Studien von Katz 1 im Jahr 1930 ergab, dass die linke Herzkammer initiiert Säugetier Füllung, indem sie eine mechanische Saugpumpe und viel Mühe hat sich seitdem zu der Entschlüsselung der Funktionsweise der Diastole gewidmet. Seit vielen Jahren waren invasive Methoden die einzigen Optionen für die klinische Forschung oder Beurteilung der diastolischen Funktion (DF) 2-16 zur Verfügung. In den 1970er Jahren jedoch technische Weiterentwicklungen und Entwicklungen in der Echokardiographie gab schließlich Kardiologen und Physiologen praktische Werkzeuge für die nichtinvasive Charakterisierung von DF. Ohne eine vereinheitlichende Theorie kausaler oder Paradigma für die Diastole über, wie das Herz funktioniert, wenn es füllt, schlug die Forscher zahlreiche phänomenologische Indizes basierend auf der Korrelation mit klinischen Merkmalen. Die gekrümmte, rasch steigende und fallende Form des transmitralen Blutflussgeschwindigkeit in der frühen Kontur, schnelle Befüllung, zum Beispiel, wurde als ein Dreieck und diastolischen fu angenähertnktion Indizes wurden von geometrischen Merkmalen des Dreiecks definiert (Höhe, Breite, Fläche, etc..). Technische Fortschritte in der Echokardiographie haben Gewebebewegung, Dehnung, Dehnungsrate und erlaubt während der Befüllung gemessen werden soll, zum Beispiel, und jeder technische Fortschritt brachte eine neue Ernte von phänomenologischen Indizes mit klinischen Merkmalen korreliert werden. Allerdings bleiben die Indizes korreliert und nicht kausal und viele Indizes sind verschiedene Maßnahmen der gleichen zugrunde liegenden Physiologie. Es ist nicht verwunderlich, dass derzeit beschäftigt klinischen Indizes der DF haben Spezifität und Sensitivität begrenzt. Um diese Einschränkungen, die die parametrisierten diastolische Füllung (PDF) Formalismus, ein kausaler kinematische zu überwinden, wurde in einen Topf geworfen Parameter-Modell der linksventrikulären Füllung, die durch motiviert ist und beinhaltet die Saugpumpe Physiologie der Diastole entwickelt und validiert 17. Es Modelle diastolischen Funktion (wie durch die gekrümmten Formen manifestiertvon transmitralen Fluss Konturen) in Übereinstimmung mit den Regeln des gedämpften harmonischen Schwingungsbewegung. Die Gleichung für die gedämpfte harmonische Schwingungen auf Newtons zweites Gesetz und kann geschrieben werden, pro Masseneinheit, zB: <img alt="Gleichung 1" fo:content-width="1in" src="/files/ftp_upload/51471/51471eq1.jpg" /> Gleichung 1 Diese lineare 2. Ordnung Differentialgleichung hat drei Parameter: k - Kammer Steifigkeit, c - Viskoelastizität / Entspannung, und x o - des Oszillators Anfangsverschiebung / Vorspannung. Das Modell sagt voraus, dass die verschiedenen klinisch beobachtet diastolischen Füllung Muster sind das Ergebnis der Änderung in dem numerischen Wert dieser drei Modellparameter. Basierend auf der PDF-Formalismus und der klassischen Mechanik, kann E-Wellen als von unter-oder über-gedämpft gedämpft Regime der Bewegung bestimmt klassifiziert werden. Zahlreiche Studien <sup&gt; 17-21 haben bestätigt, dass klinisch aufgezeichnet E-Wellenkonturen und PDF-Modell vorhergesagt Konturen zeigen hervorragende Vereinbarung und haben die hämodynamischen aufgeklärt / physiologischen Analoga der drei PDF Parameter 21. Das Verfahren zur Extraktion von Modellparametern aus klinisch aufgezeichnet E-Wave-Daten ist in den Methoden unten detailliert. Im Gegensatz zu typischen Indizes der DF in der aktuellen klinischen Einsatz sind drei Parameter des PDF-Modells Kausalität. Wie in den Methoden unten diskutiert wird, können zusätzliche Indizes der diastolischen Physiologie von diesen Grundparameter und von der Anwendung der PDF-Formalismus, um Aspekte der Diastole andere als transmitralen Strom abgeleitet werden. In dieser Arbeit Methoden der PDF-basierten Analyse transmitralen Strom und physiologischen Beziehungen, die aus der PDF-Ansatz gezogen werden kann, die Parameter und die abgeleiteten Indizes beschrieben. Zusätzlich wird gezeigt, dass die PDF-Parameter oder Indizes daraus ableitbaren teaseabgesehen intrinsischen Eigenschaften Kammer von den externen Auswirkungen der Belastung kann Korrelate zu herkömmlichen invasiven definierten Parameter bieten und kann zwischen normalen und pathologischen Gruppen zu differenzieren.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="661">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Name of Equipment/ Software</td>
			<td style="width:159px;">Company</td>
			<td style="width:119px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:167px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Philips iE33</td>
			<td style="width:159px;">Philips (Andover, MA.)</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">LabVIEW 6.0</td>
			<td style="width:159px;">National Instruments</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Version 6.0.2</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">MATLAB</td>
			<td style="width:159px;">MathWorks</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Version R2010b</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

quantification of global diastolic function by kinematic modeling-based analysis of transmitral flow via the parametrized diastolic filling formalism

Quantitative Beurteilung der Herzfunktion bleibt eine Herausforderung für Physiologen und Kliniker. Obwohl historisch invasive Methoden die einzige Möglichkeit besteht, die Entwicklung von nicht-invasiven bildgebenden Verfahren (Echokardiographie, MRT, CT) mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung liefern ein neues Fenster für die quantitative Beurteilung diastolischen Funktion. Die Echokardiographie ist das auf Standard für die diastolische Funktion Einschätzung überein, aber Indizes in aktuellen klinischen Einsatz nur ausgewählte Merkmale Kammer Dimension (M-Modus) oder Blut / Gewebebewegung (Doppler) Wellenformen zu nutzen, ohne Einbeziehung der physiologischen kausalen Determinanten der Bewegung selber. Die Erkenntnis, dass alle linken Ventrikel (LV) initiieren Füllen durch mechanische Absaugpumpen dienen können globalen diastolischen Funktion basierend auf Bewegungsgesetze, die für alle gelten Kammern bewertet werden. Was unterscheidet ein Herz von einem anderen sind die Parameter der Bewegungsgleichung, die govErns-Füllung. Dementsprechend Entwicklung der diastolische Füllung Parametrisierte (PDF) Formalismus hat gezeigt, dass der gesamte Bereich der klinisch beobachteten frühen transmitralen Strom (Doppler-E-Welle) Muster sind sehr gut Passform durch die Gesetze der gedämpften Schwingungsbewegung. Dies ermöglicht eine Analyse der individuellen E-Wellen in Übereinstimmung mit einer kausalen Mechanismus (Rückstoß initiiert Ansaugen), die drei (numerisch) einzigartig konzentrierten Parameter, deren physiologische Analoga Kammer Steifigkeit (k), Viskoelastizität / Entspannung (c) und Last (x ergibt o). Die Aufzeichnung der transmitralen Strom (Doppler-E-Wellen) ist gängige Praxis in der klinischen Kardiologie und daher die echokardiographischen Aufnahmeverfahren nur kurz überprüft. Unser Fokus liegt auf der Bestimmung der Parameter von PDF routinemäßig aufgezeichnet E-Wave-Daten. Da die hervorgehobenen Ergebnisse zeigen, wenn die PDF-Parameter aus einer geeigneten Anzahl von Last erhalten worden unterschiedlichen E-Wellen, die Investigator ist frei, um die Parameter zu verwenden oder zu konstruieren Indizes aus den Parametern (wie gespeicherte Energie 2.1 kx o 2, maximal AV Druckgefälle kx o, Lastindex von unabhängigen diastolischen Funktion, etc.), und wählen Sie den Aspekt der Physiologie oder Pathophysiologie quantifiziert werden.

Doppler-Wellenformen repräsentativ für die vier verschiedenen Arten von Füllmustern (normal, pseudonormal, verzögerte Erholung, konstriktive beschränke) unter Verwendung der oben beschriebenen Methode, sind in der Abbildung 2 dargestellt. 2A zeigt das normale Muster, die von selbst nicht von der pseudonormal ist Muster. 2B zeigt eine verzögerte Erholung und 2C zeigt eine Eingrenzungs einschränkendes Muster mit schweren diastolische Dysfunktion. A...

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

Quantifizierung der globalen diastolischen Funktion durch kinematische Modellierung basierende Analyse der transmitralen Fluss über die diastolische Füllung Parametrisierte Formalismus

Präzise, ​​Kausalität basierte Quantifizierung der globalen diastolischen Funktion durch kinematische Modellierung basierende Analyse des transmitralen Fluss über die Parametrisierte diastolische Füllung (PDF) Formalismus erreicht. PDF erzeugt einzigartige Steifigkeit, Entspannung und Belastungsparameter und erläutert &quot;neuen&quot; Physiologie und gleichzeitig sensitive und spezifische Indizes der Dysfunktion.

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

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Evaluation of Polymeric Gene Delivery Nanoparticles by Nanoparticle Tracking Analysis and High-throughput Flow Cytometry

Evaluation von polymeren Gene Delivery-Nanopartikeln durch Nanopartikel Tracking-Analyse und High-throughput Durchflusszytometrie

Non-viral gene delivery using polymeric nanoparticles has emerged as an attractive approach for gene therapy to treat genetic diseases1 and as a ...

Forschung

Biotechnik

Investigating the Three-dimensional Flow Separation Induced by a Model Vocal Fold Polyp

Untersuchung der dreidimensionalen Strömungstrennung, die durch ein Modell Vocal Fold Polyp induziert wird

The fluid-structure energy exchange process for normal speech has been studied extensively, but it is not well understood for pathological conditions. ...

Electric Cell-substrate Impedance Sensing for the Quantification of Endothelial Proliferation, Barrier Function, and Motility

Elektro-Zell-Substrat-Impedance Sensing zur Quantifizierung der endothelialen Proliferation, Barrierefunktion und Beweglichkeit

Electric Cell-substrate Impedance Sensing (ECIS) is an in vitro impedance measuring system to quantify the behavior of cells within adherent cell layers. ...

Lignin Down-regulation of Zea mays via dsRNAi and Klason Lignin Analysis

Lignin Down-regulation of Zea mays via dsRNAi and Klason Lignin Analysis

Lignin Herunterregulierung<em&gt; Zea mays</em&gt; Über dsRNAi und Klason Lignin Analyse

To facilitate the use of lignocellulosic biomass as an alternative bioenergy resource, during biological conversion processes, a pretreatment step is ...

Outer-Boundary Assisted Segmentation and Quantification of Trabecular Bones by an Imagej Plugin

Äußere Begrenzung unterstützt Segmentierung und Quantifizierung der trabekulären Knochen durch eine Imagej-Plugin

Micro-computed tomography (micro-CT) is routinely used to assess bone quantity and trabecular microstructural properties in small animals under different ...

Detection of Endotoxin in Nano-formulations Using Limulus Amoebocyte Lysate (LAL) Assays

Detection of Endotoxin in Nano-formulations Using Limulus Amoebocyte Lysate LAL Assays

Nachweis von Endotoxin im Nano-Rezepturen mit Limulus Amoebocyte Lysate (LAL) Assays

When present in pharmaceutical products, a Gram-negative bacterial cell wall component endotoxin (often also called lipopolysaccharide) can cause ...

Measuring Global Cellular Matrix Metalloproteinase and Metabolic Activity in 3D Hydrogels

Messung der globalen zellulären Matrix Metalloproteinase und metabolische Aktivität in 3D Hydrogele

Three-dimensional (3D) cell culture systems often more closely recapitulate in vivo cellular responses and functions than traditional two-dimensional (2D) ...

Simultaneous Quantification of Selected Kynurenines Analyzed by Liquid Chromatography-Mass Spectrometry in Medium Collected from Cancer Cell Cultures

Gleichzeitige Quantifizierung ausgewählter Kynurenine, analysiert durch Flüssigchromatographie-Massenspektrometrie in Medium Collected from Cancer Cell Cultures

The kynurenine pathway and the tryptophan catabolites called kynurenines have received increased attention for their involvement in immune regulation and ...

The Quantification of Injectability by Mechanical Testing

Quantifizierung der Injekbarkeit durch mechanische Prüfung

Injectable biomaterials are becoming increasingly popular for the minimally invasive delivery of drugs and cells. These materials are typically more ...