Kvantifisering av Global diastolisk funksjon av Kinetisk modellering basert analyse av transmitral Flow via Parametrized diastolisk Fylling formalisme

Summary

Nøyaktig, kausalitet basert kvantifisering av globale diastolisk funksjon har blitt oppnådd ved kinematisk modellering basert analyse av transmitral mengde via Parametrized diastolisk Fylling (PDF) formalisme. PDF genererer unike stivhet, avslapping og belastningsparametere og belyser "nye" fysiologi og samtidig gi sensitive og spesifikke indeksene dysfunksjon.

Abstract

Kvantitativ hjertefunksjon vurderingen, er fortsatt en utfordring for fysiologer og klinikere. Selv om historisk invasive metoder har omfattet de eneste midler som er tilgjengelige, utvikling av invasiv bildediagnostikk (ekkokardiografi, MRI, CT) med høy tidsmessig og romlig oppløsning gir et nytt vindu for kvantitativ diastolisk funksjonsevaluering. Ekkokardiografi er avtalt standard for diastolisk funksjon vurdering, men indeksene i dagens klinisk bruk bare utnytte valgte funksjoner i kammeret dimensjon (M-modus) eller blod / vev bevegelse (doppler) kurver uten å innlemme de fysiologiske årsaksfaktorer for bevegelsen selv. Erkjennelsen av at alle venstre ventriklene (LV) Ta initiativ til å fylle ved å fungere som mekaniske sugepumper tillater global diastolisk funksjon skal vurderes basert på lover om bevegelse som gjelder for alle kamrene. Hva skiller ett hjerte fra en annen er parametrene av bevegelsesligningen som governs fylling. Følgelig utvikling av Parametrized diastolisk Fylling (PDF) formalisme har vist at hele spekteret av klinisk observert tidlig transmitral flow (Doppler E-wave) mønstre er svært godt skikket av lovene i dempet svingebevegelsen. Dette muliggjør analyse av de enkelte E-bølger i samsvar med en kausal mekanisme (rekyl-initiert suge) som gir tre (numerisk) unike lumped parametere som fysiologisk analoger er kammeret stivhet (k), viskoelastisitet / avslapning (c), og belastningen (x _o). Innspillingen av transmitral flyt (Doppler E-bølger) er standard praksis i klinisk kardiologi og derfor den ekkokardiografisk metode for registrering er bare kort anmeldt. Vårt fokus er på fastsettelse av PDF-parametere fra rutinemessig registrert E-bølgedata. Som de markerte resultatene indikerer, når PDF-parametrene er hentet fra et passende antall last varierende E-bølger, de investigator er gratis å bruke parametrene eller konstruere indekser fra parameterne (for eksempel lagret energi 1/2 kx _o ^to, maksimum AV trykkgradient kx _o, last uavhengig indeks over diastolisk funksjon, etc.) og velg aspekt av fysiologi eller patofysiologi skal kvantifiseres.

Introduction

Banebrytende studier av Katz ¹ i 1930 avslørte at pattedyr venstre ventrikkel initierer fylling ved å være en mekanisk sugepumpe, og mye innsats siden da har vært viet til å rakne arbeidet i diastolen. For mange år, invasive metoder var de eneste alternativene som er tilgjengelige for klinisk eller forskning vurdering av diastolisk funksjon (DF) ^2-16. På 1970-tallet derimot, tekniske fremskritt og utviklingen i ekkokardiografi slutt ga kardiologer og fysiologer praktiske verktøy for ikke-invasiv karakterisering av DF.

Uten en samlende årsaksteori eller paradigme for diastolen om hvordan hjertet fungerer når det fyller, forskere foreslått mange fenomenologisk indekser basert på korrelasjon med kliniske funksjoner. Den krumlinjet, hurtig stigende og fallende form transmitral blodstrømningshastigheten kontur under tidlig, hurtig fylling, for eksempel, ble tilnærmet som en trekant, og diastolisk fun k indekser ble definert fra geometriske funksjoner (høyde, bredde, område, etc.) av den trekanten. Tekniske fremskritt i ekkokardiografi har tillatt vev bevegelse, belastning og tøyning under fylling som skal måles, for eksempel, og hver teknisk avansement brakte med seg en ny avling av fenomenologiske indekser å være korrelert med kliniske funksjoner. Men indeksene fortsatt trene seg og ikke årsakssammenheng og mange indekser er ulike mål på den samme underliggende fysiologi. Det er ikke overraskende derfor at tiden ansatt kliniske indekser av DF har begrenset spesifisitet og sensitivitet.

For å overvinne disse begrensningene den Parametrized diastolisk Fylling (PDF) formalisme, en årsaks kinematiske, ble slått i hartkorn parameter modell av venstre ventrikkel fylling som er motivert av og inkorporerer sugepumpe fysiologi av diastolen utviklet og validert ^17. Det modeller diastolisk funksjon (som manifestert ved krumlinjet figurerav transmitral flyt konturer) i samsvar med reglene i dempet harmonisk oscillasjon bevegelse. Ligningen for dempet harmonisk oscillasjon bevegelse er basert på Newtons andre lov og kan bli skrevet, per masseenhet, som:

Ligning 1

Denne lineære ^2. ordens differensiallikning har tre parametere: k – kammer stivhet, c – viskoelastisitet / avslapping, og x _o – oscillator innledende fortrengning / forspenning. Modellen forutsier at de forskjellige klinisk observerte diastolisk fylling mønstre er et resultat av variasjonen i den numeriske verdien av disse tre modellparametere. Basert på PDF-formalisme og klassisk mekanikk, kan e-bølger klassifiseres som blir bestemt av under-dempede eller over dempet regimer for bevegelse. Tallrike studier <sup> 17-21 har validert at klinisk registrerte E-bølge konturer og PDF modell spådd konturene viser flott avtale og har belyst de hemodynamiske / fysiologiske analoger av de tre PDF Parametere ^21. Fremgangsmåte for ekstrahering av modellparametere fra klinisk innspilt E-bølgedata er beskrevet i metodene nedenfor.

I motsetning til typiske indekser av DF i dagens klinisk bruk, PDF modellens tre parametrene er kausalitet basert. Som omtalt i metodene nedenfor, kan flere indekser av diastolisk fysiologi være avledet fra disse grunnleggende parametre og fra anvendelsen av PDF formalisme til aspekter av diastolen annet enn transmitral flyt. I dette arbeidet, metoder for PDF-basert analyse av transmitral flyt og de fysiologiske forbindelser som kan trekkes fra PDF-tilnærming, er dens parametere og avledet indeksene beskrevet. I tillegg er det vist at PDF-parametere eller indekser avledet fra dem kan ertehverandre iboende kammer egenskaper fra de eksterne virkningene av belastning kan gi korrelater til tradisjonelle invasiv definerte parametere og kan skille mellom normale og patologiske grupper.

Protocol

Prosedyren for å anskaffe ekkokardiografiske bilder og analysere dem for å få PDF-parametrene er beskrevet nedenfor. Selv hjertekateterisering er nevnt i emnevalg delen nedenfor, metoden beskrevet gjelder kun for ekkokardiografisk delen. Beskrivelsen av kateterisering del ble inkludert for uavhengig validering av modellbaserte prediksjoner og er ikke relatert til analysen av E-bølger via PDF formalisme. Før datainnsamling, gir alle fag signert, informert samtykke til deltakelse i studien i samsvar med Inst…

Representative Results

Doppler-bølgeformene er representative for de fire forskjellige typer av fyllemønstre (normal, pseudonormal, forsinket avslapning, konstriktiv-begrensende) ved hjelp av metoden beskrevet ovenfor er vist i figur 2. Figur 2A viser det normale mønster, som i seg selv ikke kan skilles fra pseudonormal mønster. Figur 2B viser en forsinket avslapping og Figur 2C viser en konstriktiv-restriktiv mønster assosiert med alvorlig diastolisk dysfunksjon. For oversiktens skyld e…

Discussion

I tråd med vår methodologic fokus, er de viktigste aspektene ved metodene som kan motta nøyaktige og meningsfulle resultater uthevet.

Ekkokardiografi

The American Society of Ekkokardiografi (ASE) har retningslinjer for utførelsen av Transtorakal studier ^16. Under et ekko eksamen, er det en rekke faktorer som påvirker bildekvaliteten. Faktorer som er utenfor kontroll av sonographer inkluderer: tekniske egenskapene til imager blir brukt, puls, pasie…

Materials

Name of Equipment/ Software	Company	Catalog Number	Comments/Description
Philips iE33	Philips (Andover, MA.)
LabVIEW 6.0	National Instruments		Version 6.0.2
MATLAB	MathWorks		Version R2010b