文摘

Radionuclide-based成像是一种替代评估心室功能和同步,并可能被用作工具识别的患者可能受益于心脏再同步治疗(CRT)。在之前的工作中,我们使用因子分析(时尚)的动态结构分析的贡献和空间分布的3个最重要的因素(3-MSF)出现在一个动态的均衡放射性核素造影图像。在这项工作中,概率密度函数模型对照组3-MSF从时尚中提取的算法;也是一个指数,基于可能性对照组收缩之间的模型,并提出了正常人的样本。这个正常指数与计算两cardiopathic人群,满足临床标准被认为是CRT的候选人。提出正常指数提供了一个测量,符合目前使用的相分析在临床环境中,敏感到足以显示收缩正常和异常组之间的差异,这表明它可以与心室收缩不同步的严重程度,因此显示承诺作为病人在CRT的后续过程。

1。介绍

心力衰竭(HF)被定义为一个复杂的临床综合征,可以来自任何结构或功能性心脏疾病和损害心室填补或排出血液的能力(1]。根据44年跟踪国家心脏,肺和血液研究所的弗雷明汉心脏研究,大约570万名患者心力衰竭诊断在美国。心力衰竭诊断后存活率是男性比女性低,不到15%的女性生存超过8 - 12年和一年的死亡率达到20% (2]。

心室不同步也一直与心力衰竭患者的死亡率增加有关(3,4]。可以克罗地亚共和国Dyssynchronous收缩电激活一个同步的形式与多点左右心室起搏器设备。这种治疗被称为心脏再同步治疗(CRT)。多项临床研究表明,CRT有助于增加受试者的平均寿命诊断为心力衰竭,专门类型的左心室射血分数低于35%或分类水平III或IV,据纽约心脏协会(5- - - - - -7)标准。几个CRT试验的荟萃分析,证据表明,高频住院治疗是减少了32%,全因死亡率下降了25%(大约3个月的治疗后8]。仅在一个随机对照试验比较最佳药物治疗与最佳药物治疗+ CRT(没有除颤器),CRT显著降低由任何原因死亡的风险和减少意外住院的主要心血管事件(37%9]。

然而,20%至30%的患者拥有高频不受益于再同步化治疗,可能由于几个原因10]。(我)建立标准来选择候选人CRT是有限的。(2)刺激导致不正确放置。(3)有过度刺激纤维组织的位置。

这导致了几个指标的定义,从成像模式,测量腔机械收缩,让候选人接受CRT的正确识别(11]。收缩期峰值速度和心肌变形的定量超声心动图图像已被建议作为代表索引来评估心室不同步。然而,在多个医疗中心进行的研究表明它有一个非常低的灵敏度歧视那些应对CRT从那些不12]。最近的研究报告指标,提取磁共振成像,可以有助于这个问题的解决方案,但这种成像方法的使用受到限制,这取决于类型的再同步装置,已经植入(11,13- - - - - -16]。

Radionuclide-based成像是另一个替代评估心室收缩同步性(17]。平衡放射性核素血管造影术(厄纳)是一组图片代表一个放射性示踪剂的空间分布和像素的强度与心室体积相关。厄纳的一般设置图像采集(见图1)由定位的探测器γ相机在左前斜视图(老挝)病人在仰卧位休息血红细胞注射后标有tc - 99 m。同步采集的图像与心电图(EKG)允许的积累放射性在几个rr间隔,构造图像集,代表一个特定的瞬间的心动周期18,19]。

厄纳图像处理通过调整第一个傅里叶变换的谐波分量(英尺)每个像素的时间强度演化(时间曲线(TAC))。从这些组件,阶段的角度,代表TAC行为,提取和映射(图像)阶段的心室收缩序列构造(20.]。几个指标,从相位角度的统计分布,提出了检测收缩异常模式(21- - - - - -23]。图2显示了一个示例的相位图像对应异常收缩模式(脑室和心室不同步),连同正确的(RV)和左心室(LV)直方图。这些分布测量的模式和标准偏差和用作临床指标来识别异常。

标准差的像素相位角度测量每个心室区域(ROI)的利益代表脑室不同步和相位角度的差异意味着两心室的ROI代表心室不同步(24]。几项研究已经报道的改善心室和脑室CRT后不同步,使用厄纳图像的傅里叶分析阶段(25- - - - - -29日]。多芬et al。30.]显示心室不同步被确认为一个独立预测因子的临床反应实际截止值为25.5°,敏感性为91.4%,特异性为84.4%。然而,傅里叶相位分析仅基于一英尺谐波有其局限性,因为它假定周期tac和平稳过渡之间的第一个和最后一个帧的动态图片系列。这些缺点更加突出的地区有严重收缩异常模式。

因子分析的动态结构(时尚)也被建议作为一个有价值的工具来检测异常心室腔”运动(31日,32]。厄纳图像提取这些tac是应用相关的生理行为特定区域和假设有像素集群定义其演化形态。因此,潮流决定了tac(系数)的像素组相同的行为,除了他们的几何和空间位置(因素)33,34]。在之前的工作由我们组,我们分析了贡献和空间分布的最重要因素存在于一个动态的一系列厄纳图像和我们提出另一种方法来重建阶段的形象。在[35),我们报道,超过90%的图像中包含的信息所代表的系列是三个最重要的因素(3-MSF),第三个因素大大增加时收缩模式是观察到的异常。同时,详细分析的散点图3-MSF显示第三个因素的重要性充分独立的区域有异常收缩模式。因此,需要提出一个指数来量化收缩异常,使用代表信息提取动态形象系列中,就变得很明显。

在这项工作中,3-MSF的概率密度函数模型,对照组从时尚中提取,提出了;正常参考指数,基于可能性对照组收缩模型和样品之间的正常的主题,提出了。然后指数统计与计算两个种群的病人满意的临床标准被视为候选人CRT:一组完全左束支阻滞(更多)和一组与扩张型心肌病(DCM)。

本文结构如下:在方法部分描述该模型描述正常收缩模式(部分2。1和2。2);定义的指标量化的程度正常参考人口(部分2。3);人群认为测试提出了指数(部分2。4和2。5)以及使用的统计数据(部分2。6)。结果部分描述的结果提出正常指数相比,不同的心脏病和测试提供的临床标准傅里叶分析阶段。这些都是在讨论部分进行了分析和解释,最后得出相应的部分。

2。材料和方法

2.1。因子分析的动态结构(时尚)

让是一个二维的数组(图3(c)),其指数表示像素的值获得的图像系列的框架。每一帧大小像素如图3(一)。代表了时间序列生成的每个像素在图像集,称为时间曲线(TAC)(图3(b))。

让一个线性变换,decorrelates厄纳图像集,所以 在哪里的因素是(图3(c)),是中值删除;自相关矩阵的特征向量集吗和是按比例缩小的自相关矩阵的对角矩阵的特征值的。每个因素的贡献是由相应的特征值大小。

2.2。正常收缩模式模型

三个最重要的因素(3-MSF)厄纳的研究,获得了正常受试者,人口进行了分析;这些因素的空间分布可以观察到在图4。相关联的阶乘的3 d空间中每一个点在厄纳给定像素的投影图像,在每个主要的特征向量V。

这些因素的概率密度函数(PDF)模型的线性组合高斯密度函数(高斯混合),定义为以下表达式(36]: 在哪里是观察到的变量,是相对的重量吗th高斯函数的混合物是多元高斯PDF和参数 估计混合参数为期望最大化算法,最大可能性的混合模型,使用(37]。

六个数据组组装,10个科目每个,随机选择的23个对照组,后一个标准的引导重采样过程。的PDF 3-MSF建模为每个组,使用上面描述的过程。高斯混合组件的数量确定考虑到贝叶斯信息准则(BIC) [38,39]。模型的参数、BIC和可能性计算使用R包(R基金会,http://www.r-project.org/)[40]。

2.3。正常指数

考虑到数据样本的似然估计()代表的概率假定所描述的这些观测井(高斯混合模型, ,参数),在这项工作我们提出一个正常指数基于这个概率。假设之间统计独立观察,一组样本的平均对数似对参考(健康)人口可以被定义为一个比较指数()正常收缩的模式如下: 在哪里观察的设置,在我们的案例中对应于每个主题的tac心室区域。

正常指数()为一组八个正常人(不考虑混合参数估计)测量和统计与指数获得更多和DCM科目。

2.4。研究人群

三个学科组被认为是在这项研究中:15科目确诊;13 DCM患者和31个正常人(23作为训练阶段的控制人口和8定义正常指数);所有人都把他们的知情同意参与这项研究。这些人群的具体特征如表所示1。

确诊时发生心室的电冲动从耳廓中断,从而导致QRS波群持续时间超过0.12 s。这种延迟引起心室收缩异步可进步最终成为心功能不全(41]。更多研究人口由15无症状的科目(8男性,7雌性),有左心室射血分数(EF)大于45%,由厄纳据纽约心脏协会(NYHA)标准(42];受试者不存在心血管症状和没有以前的历史心肌梗死和/或心脏衰竭。

主题与特发性扩张型心肌病心功能不全出现左心室(LV)或右心室(RV)原因不明的扩张,国际米兰和脑室异常收缩性;他们必须团聚的所有标准被认为是CRT候选人(41- - - - - -44]。DCM人口由13个主题,EF%,由厄纳,平均QRS持续时间年代;他们还提出了一个类III或IV心脏衰竭,根据NYHA [42]。

控制人口由23个志愿者(18岁男性,5女性)的EF%;冠状动脉疾病的概率较低,没有急性梗死心肌的历史。这组心电图无异常和心脏功能被认为是正常的,经过彻底的临床评价。

2.5。厄纳图像采集

相同的通用电气(General Electric)千禧年MPR /议员γ相机是用于所有厄纳图像采集。它只有一个头64光电倍增管,它配备了一个低能量、高分辨率parallel-hole准直器;校准的能量峰值集中在140 KeV和探测器的一致性保证不到5% (45]。图像数字化1.33 64×64像素分辨率和放大的因素。

红细胞是应用一个体内/体外修改技术,740年到925年的兆贝可tc - 99 m,使用一个UltraTag工具包(46,47]。心电图是连续监测与R波同步图像采集。消除室性期外收缩在收购期间,击败接受窗口被定义在±20%的平均心率。图片拍摄的前左斜投影,同时为了达到最好的左和右心室的定义。总共16帧得到每帧300 Kcounts密度。

对于每一个主体,一个图像对应于舒张末被选中并手动分割的专家,来定义心室区域。这个细分定义了一个面具,用来自动提取室区域的其他框架。

2.6。统计分析

正常指数表示为均值±标准差。独立指数测量正常组相比获得更多和DCM人群使用以及独立样本和考虑。SPSS 10.0版软件是用于所有统计分析。

2.7。总结

总而言之,方法分为两个阶段:训练来获取模型的参数(图5(一个)),这个模型的应用数量的比较(图5 (b))。

3所示。结果

3.1。因子分析

3-MSF获得的信息(,,)左和右心室区域投射到散点图观察心室之间人口和区域差异。数据4,6,7对应于控制,确诊,分别和DCM的人群。

散点图里,获得研究对象的研究表明,左和右心室的信息重叠在控制人口(图4),但也在与异常收缩模式(预估数据6 (b)和7 (b))。然而,在室间异步的存在,更多的人口,将是必要的因子信息的分析,去欣赏一个清晰的分离室区域(数据6(一),6 (c),6 (d))。DCM的人口,也提出了国米和脑室异步,把第三个因素信息的散点图()显示左和右区域分区,虽然这是明显低于在确诊的情况下,可能用异步类型的差异来解释。

3.2。因素模型的概率密度函数

不同模型得到的PDF 3-MSF六组,与10个科目每个随机选择从控制人口。表2混合高斯函数的特点表明,最佳调整每组。

控制人口,最低BIC和对数似值对应于模型5,所以它的概率最高最好的描述数据对应的PDF,,分布的正常收缩模式组。该模型的特点是有五个高斯函数与变量体积,形状,和方向。重量参数(),平均值()和协方差矩阵()描述所选模型如表所示3。

调整模型的水平曲线叠加的信息3-MSF的每个研究人口的一个主题。数据8,9,10显示正常的通信,确诊,分别和DCM科目。之间的协议模型和cardiopathic科目差,可能预期。

在表4正常指数()因人口研究所得,而定义的正常收缩模型(见(4)),。它可以观察到,每当可能性值增加,成为统计不同于正常人,计算的概率模型解释了数据减少。病理人口统计学的计算指标不同正常的人口,这表明更多和DCM人口出现心室收缩异常模式。此外,DCM人口呈现出较大的差异与参照组;这也证实了与评估受试者的临床特点和恶化的心室收缩模式。

作为比较,在桌子上4最临床使用(意思是,标准偏差,和模式)指标,提取阶段分析,包括。它可以观察到,标准偏差从传统的分析还显示了正常和病理的人口统计学差异。

4所示。讨论

国际米兰和脑室收缩同步心脏泵功能起着重要的作用。收缩同质性的恶化会导致不良预后的临床演变,而心室收缩的修复已经被证明是心力衰竭患者的临床益处。然而,尽管一些研究表明,CRT可以大有好处严重心脏故障,仍然高达30%的患者治疗后的恢复。已经几次改善病人的选择和预见到心脏再同步化治疗的成功,取决于特定的支持。在一个大型研究,钟等。12)得出结论:超声心动图指标不为此并不可靠,由于减少敏感性和特异性。此外,一个完整的评审Pavlopoulos Nihoyannopoulos [10)表明,必须采取全面的方法来充分选择CRT候选人,全球临床标准,除了电气和机械支持措施,必须考虑。Van der墙等。11]表明,尽管提出了几种形式的非侵入性量化LV不同步,没有哪种技术最好的预测响应协议CRT nonechocardiographic成像技术,如厄纳可能为CRT候选人的选择提供有价值的信息。同时,致力于et al。17]国家相分析基于SPECT可导致足够的LV不同步检测和核成像可以为CRT候选人的选择提供有价值的信息。总之,建立临床标准来考虑一个主题作为一个CRT候选人不足以识别这些患者会从治疗中获益最大10),证明需要另一种分析技术,提出了的工作。这种方法认为代表心室收缩动力学的信息,这是包含在从时尚中提取的三个最重要的因素。它是基于正常收缩的特征模式,定义从控制人口作为参考,对“正常指数”可以测量。的异常收缩模式在全球范围内,有两个病理人群。

3-MSF散射情节的分析获得的人口研究表明,第三个因素是必要的信息单独的左和右心室区域,特别是人口异常收缩,可以观察到数据4,6,7。这些发现与以前公布的协议结果(35]。扩张型心肌病患者的散点图显示数据数量的增加,以及心室腔之间的重叠,而更多人口。这可以解释这一事实DCM的特点是一个重要的心室扩张,连同一个本质上的不均匀收缩。因此,增加的信息容量和蛀牙发生色散(38]。同样,因为它可以在数据中被观察到8,9,10正常收缩之间,调整模型和cardiopathic心室行为差,因为它是预期。

3-MSF PDF获得的比较正常的人口更多的行为和DCM组,使用该指标,具有的优势不是正常收缩假设一个特定的序列模式,并不取决于心室腔的大小。它可以观察到在桌子上4DCM人口(国米和脑室异步和EF < 35%)提供了一个更大、更显著的差异对正常的人口比确诊病人(室间异步和正常的EF)。这些研究结果与报道的协议Fauchier et al。26),得出这样的结论:DCM与国米主题——和脑室不呈现一个不良心脏事件的概率更大。傅里叶相位分析相比,提出正常指数获得的差异是一致的标准偏差,正常和病理之间的人群。这表明正常指数提出了工作允许的异常程度的评价心室收缩。

5。结论

由于超声心动图的敏感性和特异性措施充分选择CRT候选人,厄纳提取指数似乎更可靠的检测心室不同步。在这部作品中,概率密度函数模型正常心室收缩模式被定义为控制人口和验证。它是基于三个最重要的动态因素的深入分析从厄纳获得图像在几个人口呈现不同的心室同步模式。此外,指标量化不同病理人口和参考正常收缩模式提出了;这个可能性的验证措施进行患者完全左束支堵塞和扩张型心肌病。两种群呈现显著差异收缩模式,相对于参考模型和这些差异更重要的DCM人口,由于国米和脑室不同步,如预期。傅里叶相位分析相比,特别是与标准差,该指数也检测正常和病理组织之间的区别。此外,这个索引,加上时尚,极其敏感,足以显示收缩模式差异,这表明这种分析可以与心室收缩不同步程度的严重性。此外,使用这个索引可能承诺在CRT患者的跟踪。

在未来的工作中,应结合其他临床信息,提取心电图或来自不同成像模式,提出一个完整的正常指数,提高病人选择CRT。同时,通过不同阶段的纵向研究治疗将需要验证测量异步严重性指数的能力,尤其是在病人已经提交给心脏再同步化治疗。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作是由CONACyT(批准号cb - 2006 - 01 - 0061657)。作者欣然承认医疗的援助,生物医学,化学和技术人员的核心脏病学系西班牙de Cardiologia伊格纳西奥·查韦斯。