脈搏波成像技術(shù)檢測(cè)大鼠腹主動(dòng)脈脈搏波傳導(dǎo)速度的一致性與重復(fù)性研究*

宿 愿①黃成武②張 宏①錢(qián)林學(xué)①*

目的：評(píng)價(jià)脈搏波成像技術(shù)檢測(cè)大鼠腹主動(dòng)脈彈性的一致性及重復(fù)性。方法：隨機(jī)選取20只SD大鼠，兩名研究人員應(yīng)用脈搏波成像技術(shù)分別測(cè)量20只SD大鼠的腹主動(dòng)脈脈搏波傳導(dǎo)測(cè)度，獲得收縮腳處和重搏切跡處的脈搏波傳導(dǎo)速度，即PWVsf和PWVdn，兩名研究人員數(shù)據(jù)的一致性檢測(cè)應(yīng)用Bland-Altman散點(diǎn)圖，同一名研究人員數(shù)據(jù)的重復(fù)性檢測(cè)應(yīng)用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(ICC)。結(jié)果：Bland-Altman散點(diǎn)圖顯示，兩名研究人員測(cè)量收縮腳處的脈搏波傳導(dǎo)速度(PWVsf)和重搏切跡處的脈搏波傳導(dǎo)速度(PWVdn)的點(diǎn)均有95%(19/20)落在95%一致性界限內(nèi)。每名研究人員檢測(cè)同一只大鼠PWVsf和PWVdn的ICC均＞0.75。結(jié)論：脈搏波成像技術(shù)評(píng)價(jià)大鼠的腹主動(dòng)脈彈性的一致性和重復(fù)性較好，有望成為無(wú)創(chuàng)評(píng)價(jià)動(dòng)脈彈性的動(dòng)脈實(shí)驗(yàn)研究的重要工具。

動(dòng)脈彈性；脈搏波成像技術(shù)；脈搏波傳導(dǎo)速度；重復(fù)性；一致性

血管彈性與諸多心血管疾病如高血壓、糖尿病等有著緊密關(guān)聯(lián)，是預(yù)測(cè)心血管疾病發(fā)生以及評(píng)價(jià)心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)的一項(xiàng)獨(dú)立指標(biāo)[1]。動(dòng)脈彈性功能研究目前最主要是檢測(cè)脈搏波傳導(dǎo)速度(pulse wave velocity，PWV)，因其使用的安全、廣泛、無(wú)創(chuàng)性等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是臨床評(píng)價(jià)血管彈性的金標(biāo)準(zhǔn)[1-3]。

PWV的檢測(cè)方法由頸-股動(dòng)脈的平均脈搏波傳導(dǎo)速度[1]逐漸發(fā)展到局部血管的脈搏波傳導(dǎo)速度，其中，法國(guó)聲科公司Aixplorer聲威超聲儀檢測(cè)局部血管PWV的技術(shù)只能對(duì)人體無(wú)斑塊的頸動(dòng)脈進(jìn)行測(cè)量，對(duì)動(dòng)物的任何血管無(wú)法進(jìn)行測(cè)量，限制了動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究的開(kāi)展[4-5]。

近年來(lái)，基于脈搏波成像的PWV檢測(cè)技術(shù)，可根據(jù)被檢測(cè)患者或?qū)嶒?yàn)動(dòng)物的心率進(jìn)行頻率調(diào)整，避免了由于捕捉不到一個(gè)心動(dòng)周期而引起的PWV數(shù)值無(wú)法測(cè)量的弊端[6-7]。目前，該項(xiàng)技術(shù)在測(cè)量人體的頸動(dòng)脈及升主動(dòng)脈得到了初步驗(yàn)證，在應(yīng)用于心率較快、動(dòng)脈管壁較細(xì)的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)之初，應(yīng)進(jìn)行一致性及重復(fù)性的評(píng)價(jià)[8-9]。基于此，本研究對(duì)脈搏波成像技術(shù)檢測(cè)大鼠腹主動(dòng)脈脈搏波傳導(dǎo)速度的一致性與重復(fù)性進(jìn)行研究

1 資料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)資料

選取20只健康雄性SD大鼠，大鼠平均周齡(16±4)周，體重(250±30)g，由首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京友誼醫(yī)院動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心飼養(yǎng)，超聲檢查大鼠腹主動(dòng)脈走行正常，無(wú)內(nèi)中膜增厚及斑塊表現(xiàn)。

1.2 儀器與方法

1.2.1 儀器設(shè)備

采用清華大學(xué)引進(jìn)的SonixMDP Research型超聲研究平臺(tái)(加拿大Ultrasonix公司)，探頭選用L40-8/12(頻率20 MHz)。

1.2.2 操作方法

將大鼠麻醉后備皮，從左側(cè)腹部找到腹主動(dòng)脈主干，盡量避開(kāi)肋骨和腸管，保持腹主動(dòng)脈與探頭平行顯示腹主動(dòng)脈長(zhǎng)軸，選取大鼠動(dòng)脈分叉處近心端1 cm處進(jìn)行PWV數(shù)據(jù)采集(如圖1所示)，保持不動(dòng)采集5 s。通過(guò)管壁的運(yùn)動(dòng)描記脈搏波波形(如圖2a、b所示)，計(jì)算PWV值，并可實(shí)現(xiàn)脈搏波傳導(dǎo)的可視化(如圖2c、d所示)。

圖1 大鼠腹主動(dòng)脈脈搏波傳導(dǎo)速度檢測(cè)過(guò)程示意圖

圖2 脈搏波成像示意圖

1.2.3 檢測(cè)過(guò)程

由兩名研究人員對(duì)20只SD大鼠的腹主動(dòng)脈PWV分別進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)隨機(jī)表確定兩名研究人員檢測(cè)每只大鼠的先后順序，一名研究人員測(cè)量時(shí)，另一名研究人員回避，對(duì)每只大鼠連續(xù)測(cè)量5次，測(cè)量值包括收縮腳處的脈搏波傳導(dǎo)速度(pulse wave velocity at systolic foot，PWVsf)和重搏切跡處的脈搏波傳導(dǎo)速度(pulse wave velocity at dicrotic notch，PWVdn)，收縮腳定義為脈搏加速度曲線在收縮期起始的峰值處；而重搏切跡則定義為脈搏加速度曲線上收縮末期附近的峰值處[10-11]。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

兩名研究人員的一致性分析應(yīng)用MedCalc統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件的Bland-Altman散點(diǎn)圖，同一研究人員檢測(cè)的重復(fù)性分析應(yīng)用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件的組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(intraclass correlation coefficien，ICC)。

2 結(jié)果

2.1 一致性檢驗(yàn)

每名研究人員連續(xù)測(cè)量大鼠的PWVsf和PWVdn各5次，取平均值。繪制Bland-Altman散點(diǎn)圖，PWVsf和PWVdn的點(diǎn)均有95%(19/20)落在95%一致性界限內(nèi)(如圖3所示)。PWVsf和PWVdn在95%一致性界限較窄，表明兩名研究人員的檢測(cè)結(jié)果有較好的一致性，見(jiàn)表1。

表1 一致性檢驗(yàn)Bland-Altman參數(shù)分析結(jié)果

圖 3 一致性檢驗(yàn)的 Bland-Altman 散點(diǎn)圖

2.2 重復(fù)性檢驗(yàn)

每名研究人員檢測(cè)同一只大鼠時(shí)，PWVsf和PWVdn均連續(xù)測(cè)量5次，所測(cè)得ICC值均＞0.75，表示較好的重復(fù)性，見(jiàn)表2。

表2 研究人員檢測(cè)同一大鼠結(jié)果的重復(fù)性

3 討論

脈搏波是心臟射血過(guò)程中產(chǎn)生的周期性的、以一定速度沿著血管壁傳播的壓力波。PWV作為動(dòng)脈硬度的一個(gè)可靠測(cè)量指標(biāo)被廣泛地使用，且常規(guī)頸動(dòng)脈-股動(dòng)脈之間的全局PWV對(duì)心血管疾病和全因死亡率的預(yù)測(cè)功能已被很多臨床研究所證明[1]。傳統(tǒng)的PWV的測(cè)量是動(dòng)脈內(nèi)兩點(diǎn)間的平均傳導(dǎo)速度，此方法是假設(shè)兩測(cè)量點(diǎn)間的血管走向?yàn)橹本€，且路徑上的各點(diǎn)硬度是均勻的，具有很大的局限性[12-14]。而實(shí)際上，血管硬度并不均勻，不僅疾病可能引起血管硬度局部分布的變化，即使是正常人的不同部位血管，其硬度也有很大差異。一些局部的血管病變(如動(dòng)脈粥樣硬化斑塊、腹主動(dòng)脈瘤等)將改變的是局部血管的硬度，因此，局部硬度更能反映血管的局部力學(xué)特征[15]。

血管回聲跟蹤技術(shù)(echo tracking，ET)是一項(xiàng)評(píng)價(jià)血管彈性新的技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)為可以評(píng)價(jià)局部血管的彈性，但其測(cè)定的結(jié)果主要計(jì)算壓力-應(yīng)變彈性系數(shù)、硬化指數(shù)、順應(yīng)性、增大指數(shù)等反映動(dòng)脈彈性變化的相關(guān)參數(shù)所得出，而非直接測(cè)量得出[16-17]。法國(guó)聲科公司的Aixplorer超聲診斷儀，內(nèi)置基于超高速成像的PWV檢測(cè)技術(shù)，可通過(guò)描記頸動(dòng)脈管壁的運(yùn)動(dòng)，獲得血管兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)的脈搏波傳導(dǎo)速度，在血管直徑擴(kuò)張最快時(shí)，血壓增加最快時(shí)，即收縮期起始脈搏波傳導(dǎo)速度(beginning of the systole，BS)，血管直徑減小最快時(shí)，血壓降低最快時(shí)，即收縮期結(jié)束脈搏波傳導(dǎo)速度(end of the systole，ES)，該方法不需要血壓、體重指數(shù)等其他參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，相對(duì)減小了誤差。該技術(shù)雖然能在一定程度反映動(dòng)脈硬化，但是無(wú)法根據(jù)受試者調(diào)整頻率，心率較慢的受試者經(jīng)常出現(xiàn)無(wú)法檢測(cè)出結(jié)果的情況，其原因是因?yàn)樾穆事到y(tǒng)在預(yù)設(shè)的時(shí)間內(nèi)捕捉不到受試者的一個(gè)完整的心動(dòng)周期；而心率過(guò)快，如大鼠等(心率高達(dá)300次/分)系統(tǒng)無(wú)法自動(dòng)捕捉有效的心動(dòng)周期。因該技術(shù)無(wú)法根據(jù)檢測(cè)對(duì)象條件進(jìn)行調(diào)節(jié)，且無(wú)法實(shí)現(xiàn)脈搏波傳導(dǎo)的可視化，從而限制了應(yīng)用。

脈搏波成像是測(cè)量血管彈性的一項(xiàng)新技術(shù)，其基本原理是通過(guò)高幀頻血管超聲成像和超聲彈性成像算法，測(cè)量由脈搏波傳播引起的血管壁的微小運(yùn)動(dòng)，得到脈搏在成像區(qū)域內(nèi)的一段血管中傳播的時(shí)間差，血管的長(zhǎng)度通過(guò)超聲圖像準(zhǔn)確測(cè)量，進(jìn)而可以計(jì)算出局部PWV[6-7]。相對(duì)于超高速成像技術(shù)測(cè)量方法的優(yōu)勢(shì)在于脈搏波成像技術(shù)的頻率可根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行調(diào)節(jié)，可應(yīng)用于除人體頸動(dòng)脈之外血管的測(cè)量，此外，可以實(shí)現(xiàn)脈搏波傳播的可視化，即對(duì)血管壁的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行成像，以直觀地反映脈搏波的過(guò)程，同時(shí)獲得更加豐富的血管硬度及均勻性分布等方面的信息[18]。

與超高速成像技術(shù)測(cè)量方法不同的是，脈搏波成像的數(shù)據(jù)采集時(shí)間為5 s，且大鼠的血管較細(xì)，易出現(xiàn)圖像不理想的情況，這更需要操作者反復(fù)練習(xí)，包括調(diào)整探頭與動(dòng)脈管壁的角度及保持探頭的穩(wěn)定，以保證圖像的質(zhì)量。因此，在開(kāi)展動(dòng)物實(shí)驗(yàn)前，要檢測(cè)此技術(shù)的可行性，即評(píng)估不同研究人員測(cè)量大鼠數(shù)據(jù)的一致性及同一研究人員測(cè)量大鼠數(shù)據(jù)的可重復(fù)性。

本研究對(duì)測(cè)量大鼠腹主動(dòng)脈PWV進(jìn)行了一致性和重復(fù)性檢驗(yàn)，一致性檢驗(yàn)應(yīng)用Bland-Altman散點(diǎn)圖，該方法可用于兩個(gè)觀察者間的比較[19]。研究結(jié)果顯示，PWVsf和PWVdn均有95%(19/20)落在95%一致性界限內(nèi)，差值較小，在可接受范圍內(nèi)，表明兩名研究人員檢測(cè)大鼠腹主動(dòng)脈PWV結(jié)果的一致性較好。

重復(fù)性檢驗(yàn)應(yīng)用ICC，通常認(rèn)為ICC＞0.75表明檢測(cè)重復(fù)性較好，本研究中兩名研究人員檢測(cè)同一只大鼠PWVsf和PWVdn的測(cè)量值均＞0.75，表示測(cè)量的重復(fù)性較好。本研究發(fā)現(xiàn)，脈搏波成像技術(shù)檢測(cè)大鼠腹主動(dòng)脈PWV的一致性和重復(fù)性較好，有望成為無(wú)創(chuàng)評(píng)價(jià)動(dòng)脈彈性的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究的重要工具。

[1]Laurent S，Cockcroft J，Bortel LV，et al.Expert consensus document on arterial stiffness：methodological issues and clinical applications[J].Eur Heart J，2006，27(21)：2588-2605.

[2]Yamashina A，Tomiyama H.Arteriosclerosis and pulse wave velocity[J].Nihon Rinsho，2004，62(1)：80-86.

[3]Van Bortel LM，Laurent S，Boutouyrie P，et al.Expert consensus document on the measurement of aortic stiffness in daily practice using carotid-femoral pulse wave velocity[J].J Hypertens，2012，30(3)：445-448.

[4]Montaldo G，Tanter M，Bercoff J，et al.Coherent plane-wave compounding for very high frame rate ultrasonography and transient elastography[J].IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control，2009，56(3)：489-506.

[5]宿愿，錢(qián)林學(xué)，張宏.超聲測(cè)量脈搏波傳導(dǎo)速度評(píng)估血管彈性研究進(jìn)展[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)裝備，2016，13(12)：62-65.

[6]Luo J，Li RX，Konofagou EE.Pulse wave imaging of the human carotid artery：an in vivo feasibility study[J].IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control，2012，59(1)：174-181.

[7]Luo J，F(xiàn)ujikura K，Tyrie LS，et al.Pulse Wave Imaging of Normal and Aneurysmal Abdominal Aortas In Vivo[J].IEEE Trans Med Imaging，2009，28(4)：477-486.

[8]Huang C，Guo D，Lan F，et al.Noninvasive measurement of regional pulse wave velocity in human ascending aorta with ultrasound imaging：an in-vivo feasibility study[J].J Hyper tens，2016，34(10)：2026-2037.

[9]Huang C，Su Y，Zhang H，et al.Comparison of different pulse waveforms for local pulse wave velocity measurement in healthy and hypertensive common carotid arteries in Vivo[J].Ultrasound Med Biol，2016，42(5)：1111-1123.

[10]Hermeling E，Reneman RS，Hoeks APG，et al.Advances in arterial stiffness assessment[J].Artery Research，2011，5(4)：130-136.

[11]Hermeling E，Reesink KD，Kornmann LM，et al.The dicrotic notch as alternative time-reference point to measure local pulse wave velocity in the carotid artery by means of ultrasonography[J].J Hypertens，2009，27(10)：2028-2035.

[12]Papamichael CM，Lekakis JP，Stamatelopoulos KS，et al.Ankle-brachial index as a predictor of the extent of coronary atherosclerosis and cardiovascular events in patients with coronary artery disease[J].Am J Cardiol，2000，86(6)：615-618.

[13]van Popele NM，Grobbee DE，Bots ML，et al.Association between arterial stiffness and atherosclerosis：the Rotterdam Study[J].Stroke，2001，32(2)：454-460.

[14]孫旭，袁洪，黃志軍，等.300例高血壓前期者脈搏波傳導(dǎo)速度與頸動(dòng)脈硬化改變及相關(guān)性[J].中國(guó)動(dòng)脈硬化雜志，2009，17(10)：823-826.

[15]Reneman RS，Meinders JM，Hoeks AP.Noninvasive ultrasound in arterial wall dynamics in humans：what have we learned and what remains to be solved[J].Eur Heart J，2005，26(10)：960-966.

[16]張宏，胡向東，錢(qián)林學(xué).血管回聲跟蹤技術(shù)的研究進(jìn)展與展望[J].中華臨床醫(yī)師雜志：電子版，2010，4(12)：12-16.

[17]趙軍鳳，錢(qián)林學(xué)，張宏，等.基于血管壁回聲跟蹤技術(shù)的血管內(nèi)皮舒張功能技術(shù)檢測(cè)長(zhǎng)期吸煙者血管內(nèi)皮功能[J].中華臨床醫(yī)師雜志：電子版，2013，7(4)：1795-1797.

[18]Li RX，Luo J，Balaram SK，et al.Pulse wave imaging in normal，hypertensive and aneurysmal human aortas in vivo：a feasibility study[J].Phys Med Biol，2013，58(13)：4549-4562.

[19]薩建，劉桂芬.定量測(cè)量結(jié)果的一致性評(píng)價(jià)及Bland-Altman法的應(yīng)用[J].中國(guó)衛(wèi)生統(tǒng)計(jì)，2011，28(4)：409-411.

A study on the consistency and repeatability of pulse wave imaging technique in the measurement of pulse wave velocity for abdominal artery of rat

/SU Yuan, HUANG Chengwu, ZHANG Hong, et al

Objective:To evaluate the consistency and repeatability of pulse wave imaging technique in the measurement of pulse wave velocity for abdominal artery of rat.Methods:20 rats were randomly selected as objects. And the pulse wave imaging technique was applied by two researchers to measure the pulse wave velocity of abdominal artery of rat, and then to obtain the data of PWVsf and PWVdn. The Bland-Altman scatter diagram was applied to evaluate the measurement consistency between two researchers, and the interclass correlation coefficient (ICC) was applied to evaluate the measurement repeatability of each researcher.Results:Bland-Altman scatter diagram shown 95%(19/20) points of PWVsf and PWVdn of two researchers fell within the limits of 95% consistency, respectively.And the ICCs of PWVsf and PWVdn of each researcher for the same rat were higher than 0.75.Conclusion:Pulse wave imaging technique has better consistency and repeatability in evaluating abdominal artery elasticity of rat, and it has the potential to become an important tool in the animal experiment research that evaluates artery elasticity by using noninvasive technique.

Artery elasticity; Pulse wave imaging technique; Pulse wave velocity; Consistency; Repeatability

Department of Ultrasound Medicine, Beijing Friendship Hospital of Capital Medical University, Beijing, 100050, China

宿愿,女,(1991- ),碩士，醫(yī)師。首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京友誼醫(yī)院超聲科，從事超聲診斷工作。

1672-8270(2017)12-0012-04

R-331

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.12.004

國(guó)家自然科學(xué)基金(81541132)“超高速超聲與脈搏波成像對(duì)高血壓動(dòng)脈力學(xué)屬性改變的研究”

①首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京友誼醫(yī)院超聲科 北京 100050

②清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)影像研究中心 北京 100084

*通訊作者：qianlinxue2002@163.com

//China Medical Equipment,2017,14(12):12-15.

2017-08-18