הערכה אולטרה סאונד של מיקרו-מבנה שריר הלב
Summary
אקו-קרדיוגרפיה משמשת בדרך כלל לאפיון וכימות לא פולשניים של שינויים במבנה ובתפקוד הלב. אנו מתארים אלגוריתם הדמיה מבוסס אולטרסאונד המציע מדד פונדקאי משופר של מיקרו-מבנה שריר הלב וניתן לבצעו באמצעות תוכנת ניתוח תמונה בגישה פתוחה.
Abstract
אקו לב היא מודאליות הדמיה נגישה נרחבת המשמשת בדרך כלל לאפיון וכימות לא פולשניים של שינויים במבנה ובתפקוד הלב. הערכות אולטרה סאונד של רקמת לב יכול לכלול ניתוחים של עוצמת אות backscatter בתוך אזור נתון של עניין. טכניקות שהוקמו בעבר הסתמכו בעיקר על הערך המשולב או הממוצע של עוצמות אותות backscatter, אשר עשויים להיות רגישים לשונות מנתונים כינוי מקצבי מסגרות נמוכים ועיכובים בזמן עבור אלגוריתמים המבוססים על וריאציה מחזורית. בזאת, אנו מתארים אלגוריתם הדמיה מבוסס אולטרסאונד המשתרע משיטות קודמות, ניתן להחיל על מסגרת תמונה אחת ומהווה את ההפצה המלאה של ערכי עוצמת האות הנגזרים מדגם שריר הלב נתון. כאשר מוחל על נתוני הדמיה מייצגים של עכברים ובני אדם, האלגוריתם מבחין בין נבדקים עם או בלי חשיפה להתנגדות כרונית לאחר העומס. האלגוריתם מציע מדד פונדקאי משופר של מיקרו-מבנה שריר הלב וניתן לבצעו באמצעות תוכנת ניתוח תמונה בגישה פתוחה.
Introduction
אקו לב היא מודאליות הדמיה נגישה נרחבת המשמשת בדרך כלל לאפיון וכימות לא פולשניים של שינויים במבנה ובתפקוד הלב. הערכות אולטרה סאונד של רקמת לב יכול לכלול ניתוחים של עוצמת אות backscatter בתוך אזור נתון של עניין בנקודת זמן אחת, כמו גם במהלך מחזור הלב. מחקרים קודמים הראו כי מדדים של עוצמת האות הסונוגרפי יכולים לזהות את הנוכחות הבסיסית של אי סדר בסיבים שריר הלב, קיימא לעומת רקמת שריר הלב בלתי נסבלת, ופיברוזיס ביניים1-3. אנו מתייחסים ל’מיקרו-מבנה’ שריר הלב כאל ארכיטקטורת הרקמות שניתן לאפיין, באמצעות ניתוח סונוגרפי, מעבר למדידות ליניאריות של גודל ברוטו ומורפולוגיה. לפיכך, ניתוחים של עוצמת האות הסונוגרפי שימשו להערכת שינויים מיקרו-מבניים של רקמת שריר הלב בהגדרה של קרדיומיופתיה היפרטרופית ומויקת4,5, מחלת לב כלילית כרונית6,7, ומחלת לב יתר לחץדם 8,9. עם זאת, טכניקות שנקבעו בעבר הסתמכו בעיקר על הערך המשולב או הממוצע של עוצמות אות backscatter, אשר עשוי להיות רגישים לשונות מרעש אקראי5, נתונים כינוי מקצבי פריימים נמוכים10, ועיכובים בזמן עבור אלגוריתמים המבוססים על וריאציה מחזורית11.
בזאת, אנו מתארים את שיטת השימוש באלגוריתם ניתוח תמונה מבוסס אולטרסאונד המשתרע משיטות קודמות; אלגוריתם זה מתמקד במסגרת דיאסטולית אחת עבור ניתוח תמונה ומסביר את ההתפלגות המלאה של ערכי עוצמת האות הנגזרים מדגם שריר הלב נתון. באמצעות קרום הלב כהפניה בתוך מסגרת12,13, האלגוריתם מכמת באופן רב וריאציה בהפצות עוצמת האות הסונוגרפי ומציע מדד פונדקאי משופר של מיקרו-מבנה שריר הלב. בפרוטוקול שלב אחר שלב, אנו מתארים שיטות להכנת תמונות לשימוש, דגימת אזורי עניין ועיבוד נתונים באזורים נבחרים בעלי עניין. אנו גם מראים תוצאות מייצגות מיישום האלגוריתם על תמונות אקו-קרדיוגרפיות שנרכשו מעכברים ובני אדם עם חשיפה משתנה ללחץ לאחר העומס בחדר השמאלי.
Protocol
Representative Results
Discussion
אנו מתארים את הפרוטוקול עבור אלגוריתם ניתוח תמונה הכומת את התפלגות עוצמת האות הסונוגרפית, ובתורו, מציע מדד פונדקאי של מיקרו-מבנה שריר הלב. תכונות סטנדרטיות של הפרוטוקול, כולל בחירה, שינוי גודל ומיקום של אזור ההחזר על ההשקעה וההפניה, משמשות למזעור השונות בין משתמשים לנושאים. אנו מראים כי כא…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
אנו אסירי תודה על משאבים שסופקו על ידי בית הספר לרפואה של הרווארד / בריגהם ובית החולים לנשים מעבדת ליבת פיזיולוגיה לב וכלי דם. עבודה זו נתמכה בחלקה במימון מענקי המכונים הלאומיים לבריאות HL088533, HL071775, HL093148 ו- HL099073 (RL). MB זכה בפרס מלגות פוסט-דוקטורט של מייסד איגוד הלב האמריקאי. KU הוא זוכה פרס מלגות פוסט-דוקטורט של מייסדי איגוד הלב האמריקאי. SC נתמך על ידי פרס מקרן אליסון.
Materials
| ImageJ v 1.46 | NIH (Bethesda, MD) | open access software | |
| Power ShowCase | Trillium Technology (Ann Arbor, MI) | commercial software |
Referenzen
- Yamada, S., Komuro, K. Integrated backscatter for the assessment of myocardial viability. Curr. Opin. Cardiol. 21, 433-437 (2006).
- Mimbs, J. W., O’Donnell, M., Bauwens, D., Miller, J. W., Sobel, B. E. The dependence of ultrasonic attenuation and backscatter on collagen content in dog and rabbit hearts. Circ. Res. 47, 49-58 (1980).
- Picano, E., et al. In vivo quantitative ultrasonic evaluation of myocardial fibrosis in humans. Circulation. 81, 58-64 (1990).
- Mizuno, R., et al. Myocardial ultrasonic tissue characterization for estimating histological abnormalities in hypertrophic cardiomyopathy: comparison with endomyocardial biopsy findings. Cardiology. 96, 16-23 (2001).
- Mizuno, R., Fujimoto, S., Saito, Y., Nakamura, S. Non-invasive quantitation of myocardial fibrosis using combined tissue harmonic imaging and integrated backscatter analysis in dilated cardiomyopathy. Cardiology. 108, 11-17 (2007).
- Marini, C., et al. Cyclic variation in myocardial gray level as a marker of viability in man. A videodensitometric study. Eur. Heart. J. 17, 472-479 (1996).
- Komuro, K., et al. Sensitive detection of myocardial viability in chronic coronary artery disease by ultrasonic integrated backscatter analysis. J. Am. Soc. Echocardiogr. 18, 26-31 (2005).
- Ciulla, M., et al. Echocardiographic patterns of myocardial fibrosis in hypertensive patients: endomyocardial biopsy versus ultrasonic tissue characterization. J. Am. Soc. Echocardiogr. 10, 657-664 (1997).
- Maceira, A. M., Barba, J., Varo, N., Beloqui, O., Diez, J. Ultrasonic backscatter and serum marker of cardiac fibrosis in hypertensives. Hypertension. 39, 923-928 (2002).
- D’Hooge, J., et al. High frame rate myocardial integrated backscatter. Does this change our understanding of this acoustic parameter. Eur. J. Echocardiogr. 1, 32-41 (2000).
- Finch-Johnston, A. E., et al. Cyclic variation of integrated backscatter: dependence of time delay on the echocardiographic view used and the myocardial segment analyzed. J. Am. Soc. Echocardiogr. 13, 9-17 (2000).
- Di Bello, V., et al. Increased echodensity of myocardial wall in the diabetic heart: an ultrasound tissue characterization study. J. Am. Coll. Cardiol. 25, 1408-1415 (1995).
- Takiuchi, S., et al. Quantitative ultrasonic tissue characterization can identify high-risk atherosclerotic alteration in human carotid arteries. Circulation. 102, 766-770 (2000).
- Querejeta, R., et al. Serum carboxy-terminal propeptide of procollagen type I is a marker of myocardial fibrosis in hypertensive heart disease. Circulation. 101, 1729-1735 (2000).
