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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Este trabajo fue apoyado en parte por el Alan A. y Edith L. Wolff Charitable Trust, St. Louis, y la Fundación Barnes-Jewish Hospital de. L. Shmuylovich y E. Ghosh fueron parcialmente compatibles con las becas concedidas predoctorales del Heartland de afiliados de la Asociación Americana del Corazón. S. Zhu recibió apoyo parcial del Programa de Compton Los estudiosos de la Universidad de Washington y el Colegio de Artes y Premio de Investigación Licenciatura Verano Ciencias. S. Mossahebi recibió apoyo parcial del Departamento de Física.

El procedimiento para la adquisición de imágenes ecocardiográficas y análisis de los mismos para obtener los parámetros PDF se detalla a continuación. Aunque el cateterismo cardíaco se menciona en la parte de selección de sujetos por debajo, la metodología descrita se aplica sólo a la porción ecocardiográfico. La descripción de la parte de cateterismo se incluyó para la validación independiente de las predicciones del modelo con base y no está relacionada con el análisis de los E-ondas a través</em...

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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. Physiol. 101, 92-101 (2006).</li><li>Kreyszig, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Advanced Engineering Mathematics. , (2011).</li><li>Press, W. H., Teukolsky, S. A., Vetterling, W. T., Flannery, B. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Numerical recipes 3rd Edition: The Art of Scientific Computing. , (2007).</li><li>Claessens, T., 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+Parametrized+Diastolic+Filling+Formalism:+Application+in+the+Asklepios+Population.">The Parametrized Diastolic Filling Formalism: Application in the Asklepios Population.</a> Am. Soc. Mech. Eng. Summer Bioengineering Conference Proceedings. , (2011).</li><li>Chung, C. 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>

En consonancia con nuestro enfoque metodológico, se resaltan los aspectos clave de los métodos que facilitan la obtención de resultados precisos y significativos. ECOCARDIOGRAFÍA La Sociedad Americana de Ecocardiografía (ASE) tiene pautas para la realización de estudios transtorácica 16. Durante un examen de eco, hay una multitud de factores que afectan la calidad de la imagen. Los factores que están más allá del control del ecografista inclu...

Estudios pioneros por Katz 1 en 1930 revelaron que el ventrículo izquierdo de mamíferos inicia llenado por ser una bomba de succión mecánica, y mucho esfuerzo desde entonces se ha dedicado a desentrañar el funcionamiento de la diástole. Durante muchos años, los métodos invasivos eran las únicas opciones disponibles para la evaluación clínica o la investigación de la función diastólica (DF) 2-16. En la década de 1970, sin embargo, los avances y desarrollos en la ecocardiografía técnicos finalmente dieron cardiólogos y fisiólogos herramientas prácticas para la caracterización no invasiva del DF. Sin una teoría causal unificación o paradigma para la diástole con respecto a cómo trabaja el corazón cuando se llena, los investigadores propusieron numerosos índices fenomenológicos basados ​​en la correlación con las características clínicas. La curvilínea, rápidamente subiendo y bajando forma de la velocidad del flujo sanguíneo transmitral contorno durante la primera, llenado rápido, por ejemplo, se aproxima como un triángulo y diastólica fuíndices ncio se definen a partir de las características geométricas (altura, anchura, área, etc.) de ese triángulo. Los avances técnicos en ecocardiografía han permitido que el movimiento del tejido, la tensión, y la velocidad de deformación durante el llenado a medir, por ejemplo, y cada avance técnico trajo consigo una nueva cosecha de índices fenomenológicas que se correlaciona con las características clínicas. Sin embargo, los índices siguen siendo correlativo y no causal y muchos índices son diferentes medidas de la misma fisiología subyacente. No es de extrañar, por tanto, que los índices clínicos actualmente empleados de DF han especificidad y una sensibilidad limitada. Para superar estas limitaciones, el llenado (PDF) formalismo parametrizada diastólica, una cinemática causal, modelo de parámetros concentrados de llenado del ventrículo izquierdo que está motivado por e incorpora la fisiología de succión de la bomba de la diástole fue desarrollado y validado 17. Modela la función diastólica (tal como se manifiesta en las formas curvilíneasde los contornos de flujo transmitral) de acuerdo con las reglas de movimiento oscilatorio amortiguado armónico. La ecuación de movimiento oscilatorio armónico amortiguado se basa en la segunda ley de Newton y se puede escribir, por unidad de masa, como: <img alt="Ecuación 1" fo:content-width="1in" src="/files/ftp_upload/51471/51471eq1.jpg" /> Ecuación 1 Esta 2 ª ecuación diferencial de orden lineal tiene tres parámetros: K - rigidez de la cámara, c - viscoelasticidad / relajación, y x o - desplazamiento inicial / precarga del oscilador. El modelo predice que los diferentes patrones de llenado diastólico observadas clínicamente son el resultado de la variación en el valor numérico de estos tres parámetros del modelo. Con base en el formalismo de PDF y la mecánica clásica, E-ondas pueden ser clasificados como siendo determinado por bajo amortiguadas-o sobre-amortiguado regímenes de movimiento. Numerosos estudios <sup&gt; 17-21 han validado que clínicamente registrados contornos de onda E y el modelo PDF predijeron contornos muestran excelente acuerdo y han dilucidado los hemodinámicos / análogos fisiológicos de los tres parámetros PDF 21. El proceso para la extracción de los parámetros del modelo de vista clínico registrado datos de la onda E se detalla en los siguientes métodos. A diferencia de los índices típicos de DF en uso clínico actual, tres parámetros del modelo PDF son la causalidad basada. Como se discute en los siguientes métodos, índices adicionales de la fisiología diastólica se pueden derivar de estos parámetros fundamentales y de la aplicación del formalismo PDF a aspectos de la diástole otro que el flujo transmitral. En este trabajo, los métodos de análisis basado en PDF de flujo transmitral y de las relaciones fisiológicas que se pueden extraer del enfoque PDF, se describen los parámetros y los índices derivados. Además, se muestra que los parámetros PDF o índices derivadas de ellos pueden burlarseaparte las propiedades intrínsecas de la cámara de los efectos externos de la carga pueden proporcionar correlaciones con los parámetros definidos invasiva tradicionales y pueden diferenciar entre los grupos normales y patológicos.

<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

Cuantitativa evaluación de la función cardíaca continúa siendo un desafío para los fisiólogos y médicos. Aunque los métodos invasivos históricamente han conformado el único medio disponible, el desarrollo de técnicas de imagen no invasivas (ecocardiografía, resonancia magnética, CT) que tiene una alta resolución temporal y espacial proporcionan una nueva ventana para la evaluación cuantitativa de la función diastólica. La ecocardiografía es la acordada estándar para la evaluación de la función diastólica, pero los índices de uso clínico actual simplemente utilizar las características de dimensión de la cámara (modo M) o el movimiento de la sangre / tejido (Doppler) formas de onda seleccionada sin incorporar los determinantes causales fisiológicas del movimiento mismo. El reconocimiento de que todos los ventrículos izquierdo (LV) iniciar el llenado, al servir como bombas de succión mecánica permite la función diastólica global para ser evaluado sobre la base de las leyes del movimiento que se aplican a todas las cámaras. Lo que diferencia a un corazón de la otra son los parámetros de la ecuación de movimiento que govllenado Erns. De acuerdo con ello, el desarrollo del llenado diastólico parametrizada (PDF) formalismo ha demostrado que toda la gama de flujo transmitral precoz observado clínicamente patrones (Doppler E-onda) son extremadamente bien en forma por las leyes del movimiento oscilatorio amortiguado. Esto permite el análisis del E-ondas individuales de acuerdo con un mecanismo causal (succión de retroceso-iniciado) que produce tres (numéricamente) parámetros concentrados únicos cuyos análogos fisiológica son rigidez de la cámara (k), viscoelasticidad / relajación (c), y la carga (x o). La grabación del flujo transmitral Doppler (E-ondas) es una práctica estándar en la cardiología clínica y, por lo tanto, el método de grabación ecocardiográfico se revisa brevemente. Nuestra atención se centra en la determinación de los parámetros de PDF a partir de datos de ondas E registrados de forma rutinaria. Como los resultados resaltados indican, una vez que los parámetros PDF se han obtenido a partir de un número adecuado de carga variable E-ondas, las Invesinves- es libre de utilizar los parámetros o construir índices de los parámetros (como la energía almacenada medio kx o 2, la presión máxima AV o gradiente kx, índice de carga independiente de la función diastólica, etc.) y seleccionar el aspecto de la fisiología o fisiopatología ser cuantificados.

Formas de onda Doppler representante de los cuatro tipos diferentes de patrones de llenado (, seudonormal, la relajación normal de retraso,-constrictiva restrictivo) usando el método detallado anteriormente se muestran en la Figura 2. Figura 2A muestra el patrón normal, lo que, por sí mismo es indistinguible de la seudonormal patrón. Figura 2B muestra una relajación retardada y la Figura 2C muestra un patrón de constrictiva restrictivo asociado con la disfunción...

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

La cuantificación de la función diastólica por Global Análisis basado en Modelado cinemático de flujo transmitral mediante el formalismo de llenado diastólico parametrizada

Exacta cuantificación, basada en la causalidad de la función diastólica global ha sido alcanzado por el análisis basado en la modelización cinemática de flujo transmitral a través de la parametrizada llenado diastólico (PDF) formalismo. PDF genera rigidez, la relajación, y los parámetros de carga única y aclara &quot;nuevo&quot; fisiología mientras que proporciona índices de sensibilidad y especificidad de la disfunción.

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

La evaluación de la administración de genes nanopartículas poliméricas por nanopartículas de análisis de seguimiento y de alto rendimiento Citometría de Flujo

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

Investigación

Bioingeniería

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

Investigación De La Separación De Flujo Tridimensional Inducida Por Un Pólipo Modelo De Pliegue Vocal

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

Eléctrico de la célula-sustrato Impedancia de detección para la cuantificación de la proliferación endotelial, la función de barrera, y la motilidad

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

La lignina Down-regulación de<em&gt; Zea mays</em&gt; Vía dsRNAi y Análisis de lignina Klason

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

Límite exterior asistida por segmentación y cuantificación de huesos Trabecular por un 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

Detección de endotoxinas en las formulaciones Nano mediante ensayos de Limulus Amoebocyte Lysate (LAL)

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

Medición de metaloproteinasa de la matriz celular Global y actividad metabólica en hidrogeles 3D

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

Cuantificación simultánea de kynureninas seleccionadas analizadas por cromatografía líquida-espectrometría de masas en medio recogido de cultivos celulares oncológicos

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

La cuantificación de la inyección mediante pruebas mecánicas

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