脉搏波成像技术检测大鼠腹主动脉脉搏波传导速度的一致性与重复性研究*

2018-01-09宿愿,黄成武,张宏等

中国医学装备 2017年12期

宿愿①黄成武②张宏①钱林学①*

目的：评价脉搏波成像技术检测大鼠腹主动脉弹性的一致性及重复性。方法：随机选取20只SD大鼠，两名研究人员应用脉搏波成像技术分别测量20只SD大鼠的腹主动脉脉搏波传导测度，获得收缩脚处和重搏切迹处的脉搏波传导速度，即PWVsf和PWVdn，两名研究人员数据的一致性检测应用Bland-Altman散点图，同一名研究人员数据的重复性检测应用组内相关系数(ICC)。结果：Bland-Altman散点图显示，两名研究人员测量收缩脚处的脉搏波传导速度(PWVsf)和重搏切迹处的脉搏波传导速度(PWVdn)的点均有95%(19/20)落在95%一致性界限内。每名研究人员检测同一只大鼠PWVsf和PWVdn的ICC均＞0.75。结论：脉搏波成像技术评价大鼠的腹主动脉弹性的一致性和重复性较好，有望成为无创评价动脉弹性的动脉实验研究的重要工具。

动脉弹性；脉搏波成像技术；脉搏波传导速度；重复性；一致性

血管弹性与诸多心血管疾病如高血压、糖尿病等有着紧密关联，是预测心血管疾病发生以及评价心血管疾病风险的一项独立指标[1]。动脉弹性功能研究目前最主要是检测脉搏波传导速度(pulse wave velocity，PWV)，因其使用的安全、广泛、无创性等优点，被认为是临床评价血管弹性的金标准[1-3]。

PWV的检测方法由颈-股动脉的平均脉搏波传导速度[1]逐渐发展到局部血管的脉搏波传导速度，其中，法国声科公司Aixplorer声威超声仪检测局部血管PWV的技术只能对人体无斑块的颈动脉进行测量，对动物的任何血管无法进行测量，限制了动物实验研究的开展[4-5]。

近年来，基于脉搏波成像的PWV检测技术，可根据被检测患者或实验动物的心率进行频率调整，避免了由于捕捉不到一个心动周期而引起的PWV数值无法测量的弊端[6-7]。目前，该项技术在测量人体的颈动脉及升主动脉得到了初步验证，在应用于心率较快、动脉管壁较细的动物实验之初，应进行一致性及重复性的评价[8-9]。基于此，本研究对脉搏波成像技术检测大鼠腹主动脉脉搏波传导速度的一致性与重复性进行研究

1 资料与方法

1.1 实验资料

选取20只健康雄性SD大鼠，大鼠平均周龄(16±4)周，体重(250±30)g，由首都医科大学附属北京友谊医院动物实验中心饲养，超声检查大鼠腹主动脉走行正常，无内中膜增厚及斑块表现。

1.2 仪器与方法

1.2.1 仪器设备

采用清华大学引进的SonixMDP Research型超声研究平台(加拿大Ultrasonix公司)，探头选用L40-8/12(频率20 MHz)。

1.2.2 操作方法

将大鼠麻醉后备皮，从左侧腹部找到腹主动脉主干，尽量避开肋骨和肠管，保持腹主动脉与探头平行显示腹主动脉长轴，选取大鼠动脉分叉处近心端1 cm处进行PWV数据采集(如图1所示)，保持不动采集5 s。通过管壁的运动描记脉搏波波形(如图2a、b所示)，计算PWV值，并可实现脉搏波传导的可视化(如图2c、d所示)。

图1 大鼠腹主动脉脉搏波传导速度检测过程示意图

图2 脉搏波成像示意图

1.2.3 检测过程

由两名研究人员对20只SD大鼠的腹主动脉PWV分别进行检测，根据随机表确定两名研究人员检测每只大鼠的先后顺序，一名研究人员测量时，另一名研究人员回避，对每只大鼠连续测量5次，测量值包括收缩脚处的脉搏波传导速度(pulse wave velocity at systolic foot，PWVsf)和重搏切迹处的脉搏波传导速度(pulse wave velocity at dicrotic notch，PWVdn)，收缩脚定义为脉搏加速度曲线在收缩期起始的峰值处；而重搏切迹则定义为脉搏加速度曲线上收缩末期附近的峰值处[10-11]。

1.3 统计学方法

两名研究人员的一致性分析应用MedCalc统计学软件的Bland-Altman散点图，同一研究人员检测的重复性分析应用SPSS 22.0统计学软件的组内相关系数(intraclass correlation coefficien，ICC)。

2 结果

2.1 一致性检验

每名研究人员连续测量大鼠的PWVsf和PWVdn各5次，取平均值。绘制Bland-Altman散点图，PWVsf和PWVdn的点均有95%(19/20)落在95%一致性界限内(如图3所示)。PWVsf和PWVdn在95%一致性界限较窄，表明两名研究人员的检测结果有较好的一致性，见表1。

表1 一致性检验Bland-Altman参数分析结果

图 3 一致性检验的 Bland-Altman 散点图

2.2 重复性检验

每名研究人员检测同一只大鼠时，PWVsf和PWVdn均连续测量5次，所测得ICC值均＞0.75，表示较好的重复性，见表2。

表2 研究人员检测同一大鼠结果的重复性

3 讨论

脉搏波是心脏射血过程中产生的周期性的、以一定速度沿着血管壁传播的压力波。PWV作为动脉硬度的一个可靠测量指标被广泛地使用，且常规颈动脉-股动脉之间的全局PWV对心血管疾病和全因死亡率的预测功能已被很多临床研究所证明[1]。传统的PWV的测量是动脉内两点间的平均传导速度，此方法是假设两测量点间的血管走向为直线，且路径上的各点硬度是均匀的，具有很大的局限性[12-14]。而实际上，血管硬度并不均匀，不仅疾病可能引起血管硬度局部分布的变化，即使是正常人的不同部位血管，其硬度也有很大差异。一些局部的血管病变(如动脉粥样硬化斑块、腹主动脉瘤等)将改变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学特征[15]。

血管回声跟踪技术(echo tracking，ET)是一项评价血管弹性新的技术，其优点为可以评价局部血管的弹性，但其测定的结果主要计算压力-应变弹性系数、硬化指数、顺应性、增大指数等反映动脉弹性变化的相关参数所得出，而非直接测量得出[16-17]。法国声科公司的Aixplorer超声诊断仪，内置基于超高速成像的PWV检测技术，可通过描记颈动脉管壁的运动，获得血管两个时间点的脉搏波传导速度，在血管直径扩张最快时，血压增加最快时，即收缩期起始脉搏波传导速度(beginning of the systole，BS)，血管直径减小最快时，血压降低最快时，即收缩期结束脉搏波传导速度(end of the systole，ES)，该方法不需要血压、体重指数等其他参数进行计算，相对减小了误差。该技术虽然能在一定程度反映动脉硬化，但是无法根据受试者调整频率，心率较慢的受试者经常出现无法检测出结果的情况，其原因是因为心率慢，系统在预设的时间内捕捉不到受试者的一个完整的心动周期；而心率过快，如大鼠等(心率高达300次/分)系统无法自动捕捉有效的心动周期。因该技术无法根据检测对象条件进行调节，且无法实现脉搏波传导的可视化，从而限制了应用。

脉搏波成像是测量血管弹性的一项新技术，其基本原理是通过高帧频血管超声成像和超声弹性成像算法，测量由脉搏波传播引起的血管壁的微小运动，得到脉搏在成像区域内的一段血管中传播的时间差，血管的长度通过超声图像准确测量，进而可以计算出局部PWV[6-7]。相对于超高速成像技术测量方法的优势在于脉搏波成像技术的频率可根据不同实验对象进行调节，可应用于除人体颈动脉之外血管的测量，此外，可以实现脉搏波传播的可视化，即对血管壁的运动进行成像，以直观地反映脉搏波的过程，同时获得更加丰富的血管硬度及均匀性分布等方面的信息[18]。

与超高速成像技术测量方法不同的是，脉搏波成像的数据采集时间为5 s，且大鼠的血管较细，易出现图像不理想的情况，这更需要操作者反复练习，包括调整探头与动脉管壁的角度及保持探头的稳定，以保证图像的质量。因此，在开展动物实验前，要检测此技术的可行性，即评估不同研究人员测量大鼠数据的一致性及同一研究人员测量大鼠数据的可重复性。

本研究对测量大鼠腹主动脉PWV进行了一致性和重复性检验，一致性检验应用Bland-Altman散点图，该方法可用于两个观察者间的比较[19]。研究结果显示，PWVsf和PWVdn均有95%(19/20)落在95%一致性界限内，差值较小，在可接受范围内，表明两名研究人员检测大鼠腹主动脉PWV结果的一致性较好。

重复性检验应用ICC，通常认为ICC＞0.75表明检测重复性较好，本研究中两名研究人员检测同一只大鼠PWVsf和PWVdn的测量值均＞0.75，表示测量的重复性较好。本研究发现，脉搏波成像技术检测大鼠腹主动脉PWV的一致性和重复性较好，有望成为无创评价动脉弹性的动物实验研究的重要工具。

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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