脈搏波成像技術檢測大鼠腹主動脈脈搏波傳導速度的一致性與重復性研究*

脈搏波成像技術檢測大鼠腹主動脈脈搏波傳導速度的一致性與重復性研究*

宿 愿①黃成武②張 宏①錢林學①*

目的：評價脈搏波成像技術檢測大鼠腹主動脈彈性的一致性及重復性。方法：隨機選取20只SD大鼠，兩名研究人員應用脈搏波成像技術分別測量20只SD大鼠的腹主動脈脈搏波傳導測度，獲得收縮腳處和重搏切跡處的脈搏波傳導速度，即PWVsf和PWVdn，兩名研究人員數據的一致性檢測應用Bland-Altman散點圖，同一名研究人員數據的重復性檢測應用組內相關系數(ICC)。結果：Bland-Altman散點圖顯示，兩名研究人員測量收縮腳處的脈搏波傳導速度(PWVsf)和重搏切跡處的脈搏波傳導速度(PWVdn)的點均有95%(19/20)落在95%一致性界限內。每名研究人員檢測同一只大鼠PWVsf和PWVdn的ICC均＞0.75。結論：脈搏波成像技術評價大鼠的腹主動脈彈性的一致性和重復性較好，有望成為無創評價動脈彈性的動脈實驗研究的重要工具。

動脈彈性；脈搏波成像技術；脈搏波傳導速度；重復性；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聯，是預測心血管疾病發生以及評價心血管疾病風險的一項獨立指標[1]。動脈彈性功能研究目前最主要是檢測脈搏波傳導速度(pulse wave velocity，PWV)，因其使用的安全、廣泛、無創性等優點，被認為是臨床評價血管彈性的金標準[1-3]。

PWV的檢測方法由頸-股動脈的平均脈搏波傳導速度[1]逐漸發展到局部血管的脈搏波傳導速度，其中，法國聲科公司Aixplorer聲威超聲儀檢測局部血管PWV的技術只能對人體無斑塊的頸動脈進行測量，對動物的任何血管無法進行測量，限制了動物實驗研究的開展[4-5]。

近年來，基于脈搏波成像的PWV檢測技術，可根據被檢測患者或實驗動物的心率進行頻率調整，避免了由于捕捉不到一個心動周期而引起的PWV數值無法測量的弊端[6-7]。目前，該項技術在測量人體的頸動脈及升主動脈得到了初步驗證，在應用于心率較快、動脈管壁較細的動物實驗之初，應進行一致性及重復性的評價[8-9]。基于此，本研究對脈搏波成像技術檢測大鼠腹主動脈脈搏波傳導速度的一致性與重復性進行研究

1 資料與方法

1.1 實驗資料

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，由首都醫科大學附屬北京友誼醫院動物實驗中心飼養，超聲檢查大鼠腹主動脈走行正常，無內中膜增厚及斑塊表現。

1.2 儀器與方法

1.2.1 儀器設備

采用清華大學引進的SonixMDP Research型超聲研究平臺(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，從左側腹部找到腹主動脈主干，盡量避開肋骨和腸管，保持腹主動脈與探頭平行顯示腹主動脈長軸，選取大鼠動脈分叉處近心端1 cm處進行PWV數據采集(如圖1所示)，保持不動采集5 s。通過管壁的運動描記脈搏波波形(如圖2a、b所示)，計算PWV值，并可實現脈搏波傳導的可視化(如圖2c、d所示)。

圖1 大鼠腹主動脈脈搏波傳導速度檢測過程示意圖

圖2 脈搏波成像示意圖

1.2.3 檢測過程

由兩名研究人員對20只SD大鼠的腹主動脈PWV分別進行檢測，根據隨機表確定兩名研究人員檢測每只大鼠的先后順序，一名研究人員測量時，另一名研究人員回避，對每只大鼠連續測量5次，測量值包括收縮腳處的脈搏波傳導速度(pulse wave velocity at systolic foot，PWVsf)和重搏切跡處的脈搏波傳導速度(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 統計學方法

兩名研究人員的一致性分析應用MedCalc統計學軟件的Bland-Altman散點圖，同一研究人員檢測的重復性分析應用SPSS 22.0統計學軟件的組內相關系數(intraclass correlation coefficien，ICC)。

2 結果

2.1 一致性檢驗

每名研究人員連續測量大鼠的PWVsf和PWVdn各5次，取平均值。繪制Bland-Altman散點圖，PWVsf和PWVdn的點均有95%(19/20)落在95%一致性界限內(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結果有較好的一致性，見表1。

表1 一致性檢驗Bland-Altman參數分析結果

圖 3 一致性檢驗的 Bland-Altman 散點圖

2.2 重復性檢驗

每名研究人員檢測同一只大鼠時，PWVsf和PWVdn均連續測量5次，所測得ICC值均＞0.75，表示較好的重復性，見表2。

表2 研究人員檢測同一大鼠結果的重復性

3 討論

脈搏波是心臟射血過程中產生的周期性的、以一定速度沿著血管壁傳播的壓力波。PWV作為動脈硬度的一個可靠測量指標被廣泛地使用，且常規頸動脈-股動脈之間的全局PWV對心血管疾病和全因死亡率的預測功能已被很多臨床研究所證明[1]。傳統的PWV的測量是動脈內兩點間的平均傳導速度，此方法是假設兩測量點間的血管走向為直線，且路徑上的各點硬度是均勻的，具有很大的局限性[12-14]。而實際上，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(如動脈粥樣硬化斑塊、腹主動脈瘤等)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特征[15]。

血管回聲跟蹤技術(echo tracking，ET)是一項評價血管彈性新的技術，其優點為可以評價局部血管的彈性，但其測定的結果主要計算壓力-應變彈性系數、硬化指數、順應性、增大指數等反映動脈彈性變化的相關參數所得出，而非直接測量得出[16-17]。法國聲科公司的Aixplorer超聲診斷儀，內置基于超高速成像的PWV檢測技術，可通過描記頸動脈管壁的運動，獲得血管兩個時間點的脈搏波傳導速度，在血管直徑擴張最快時，血壓增加最快時，即收縮期起始脈搏波傳導速度(beginning of the systole，BS)，血管直徑減小最快時，血壓降低最快時，即收縮期結束脈搏波傳導速度(end of the systole，ES)，該方法不需要血壓、體重指數等其他參數進行計算，相對減小了誤差。該技術雖然能在一定程度反映動脈硬化，但是無法根據受試者調整頻率，心率較慢的受試者經常出現無法檢測出結果的情況，其原因是因為心率慢，系統在預設的時間內捕捉不到受試者的一個完整的心動周期；而心率過快，如大鼠等(心率高達300次/分)系統無法自動捕捉有效的心動周期。因該技術無法根據檢測對象條件進行調節，且無法實現脈搏波傳導的可視化，從而限制了應用。

脈搏波成像是測量血管彈性的一項新技術，其基本原理是通過高幀頻血管超聲成像和超聲彈性成像算法，測量由脈搏波傳播引起的血管壁的微小運動，得到脈搏在成像區域內的一段血管中傳播的時間差，血管的長度通過超聲圖像準確測量，進而可以計算出局部PWV[6-7]。相對于超高速成像技術測量方法的優勢在于脈搏波成像技術的頻率可根據不同實驗對象進行調節，可應用于除人體頸動脈之外血管的測量，此外，可以實現脈搏波傳播的可視化，即對血管壁的運動進行成像，以直觀地反映脈搏波的過程，同時獲得更加豐富的血管硬度及均勻性分布等方面的信息[18]。

與超高速成像技術測量方法不同的是，脈搏波成像的數據采集時間為5 s，且大鼠的血管較細，易出現圖像不理想的情況，這更需要操作者反復練習，包括調整探頭與動脈管壁的角度及保持探頭的穩定，以保證圖像的質量。因此，在開展動物實驗前，要檢測此技術的可行性，即評估不同研究人員測量大鼠數據的一致性及同一研究人員測量大鼠數據的可重復性。

本研究對測量大鼠腹主動脈PWV進行了一致性和重復性檢驗，一致性檢驗應用Bland-Altman散點圖，該方法可用于兩個觀察者間的比較[19]。研究結果顯示，PWVsf和PWVdn均有95%(19/20)落在95%一致性界限內，差值較小，在可接受范圍內，表明兩名研究人員檢測大鼠腹主動脈PWV結果的一致性較好。

重復性檢驗應用ICC，通常認為ICC＞0.75表明檢測重復性較好，本研究中兩名研究人員檢測同一只大鼠PWVsf和PWVdn的測量值均＞0.75，表示測量的重復性較好。本研究發現，脈搏波成像技術檢測大鼠腹主動脈PWV的一致性和重復性較好，有望成為無創評價動脈彈性的動物實驗研究的重要工具。

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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

宿愿,女,(1991- ),碩士，醫師。首都醫科大學附屬北京友誼醫院超聲科，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

國家自然科學基金(81541132)“超高速超聲與脈搏波成像對高血壓動脈力學屬性改變的研究”

①首都醫科大學附屬北京友誼醫院超聲科 北京 100050

②清華大學生物醫學影像研究中心 北京 100084

*通訊作者：qianlinxue2002@163.com

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

2017-08-18