在不受控制的环境中进行单腿膝伸肌运动期间基于多普勒超声的腿部血流评估

多普勒超声于 1980 年代引入，已广泛用于确定收缩的肌肉血流，特别是在单腿膝伸肌模型中，允许在小肌肉质量激活期间测量股总动脉 （CFA） 的血流 1,2,3,4,5,6 .基于多普勒超声的血流技术为各种人群的血管调节提供了宝贵的见解，包括健康成年人^7,8、糖尿病患者⁹、高血压 10、慢性阻塞性肺病 11,12 和心力衰竭 ^13,14。

多普勒超声的一个优点是，与热稀释等其他血流测定方法相比，多普勒超声具有非侵入性，必要时可与动脉和静脉导管插入术结合使用3,4,6,15。它还能够进行心跳到心跳的血流速度测量，从而可以检测快速变化¹⁶。然而，基于多普勒超声的血液测量具有局限性，包括在接近最大运动强度的过度肢体运动期间难以获得稳定的记录，以及要求超声可及目标血管，不包括测力计骑自行车期间的评估¹⁵。因此，单腿膝伸肌模型非常适合在次最大强度的动态运动期间使用多普勒超声进行 LBF 评估¹⁷，最大限度地减少与运动相关的心肺限制的影响，并促进健康受试者与心肺疾病患者之间的比较¹¹。

尽管被广泛使用，但近几十年来，使用多普勒超声的单腿膝伸肌模型的日间可靠性尚未得到更大规模的研究，先前的研究涉及小人群 （n = 2）3,18,19,20。

本研究旨在调查 （1） 日内重测信度，（2） 日间重测信度，以及 （3） 多普勒超声在 0 W、6 W、12 W 和 18 W 下单腿膝伸肌运动期间评估 LBF 的评分者间信度。测量是在临床现实场景中进行的，在两次测量之间移除探头。需要注意的是，在测量过程中，已知影响LBF的几个内在和外在环境因素没有得到控制，这可能会引入可变性并影响可靠性。考虑到多普勒超声技术和血流分析软件的进步，我们假设，即使在不受控制的环境中，当由同一超声医师进行时，也可以在所有强度下实现可接受的日内和日间 LBF 测量可靠性。

该研究由丹麦首都地区区域伦理委员会（文件编号 H-21054272）评估，该委员会确定这是一项高质量的研究。根据丹麦立法，该研究因此在当地获得了Rigshospitalet临床生理学和核医学系内部研究和质量改进委员会的批准（文件编号。KF-509-22）。该研究是根据《赫尔辛基宣言》的指导方针进行的。所有受试者在入组前都提供了口头和书面知情同意书。该研究包括≥18岁的男性和女性。排除了患有外周动脉疾病、心力衰竭、阻碍 KEE 努力的神经和肌肉骨骼疾病以及研究前 2 周内出现疾病症状的个体。

1. 参与者的设置

1. 将参与者放在单腿膝伸椅上，参与者的背部靠在椅子上（补充图1）。给参与者穿上内衣，以便用超声探头进入腹股沟区域。
2. 将三个心电图电极（参见 材料表）放在参与者身上。将电极放置在第三肋间隙的胸壁右侧，第三肋间隙的左侧和第十一肋间隙的左侧，使电极与心脏等距。
3. 将参与者置于腹部和大腿之间 >90 度角。
4. 调整将单膝伸肌椅连接到飞轮的手臂，使参与者能够完全伸展膝盖。
5. 将参与者的腿紧紧地绑在椅子的踏板上，以避免使用肢体下部的肌肉。
6. 放置一把椅子或长凳以稳定不活动的腿。
   注意: >90 度的角度被认为是最小角度。增加角度将打开腹股沟区域，从而使用超声探头更好地进入股动脉。当受试者有可能干扰扫描的腹部肥胖时，通常使用这种方法。
   根据类型和型号的不同，增加单腿膝伸椅的阻力会有所不同，因此不作详细描述。绝对强度和相对强度均可报告。为了报告相对强度，请在前一天进行疲惫测试。

2. 超声仪器的设置

1. 按 打开 按钮。
2. 按 "患者 "创建一个文件，用于保存检查。将光标移动到"新患者"，然后按回车键。填写"患者ID"，将光标移动到"创建"，然后按Enter键（补充图2 和 补充图3）。
3. 按探头，选择线性探头 （9 MHz），然后将超声凝胶（参见材料表）涂在探头上。
   注意:如果不分配"患者 ID"，则无法保存参与者的数据。可以为这张纸分配更多数据，但不是执行检查的必要条件。

3. 多普勒超声扫描

1. 用最靠近参与者的手操作线性探头，并将其放置在腹股沟区域。找到最佳动脉切片，以便仔细获得 LBF 测量值。这是在腹股沟韧带下方，在动脉直段的股总动脉分叉上方 3-4 厘米处。
2. 将探头垂直于容器。按下 2D 按钮并制作股总动脉 （CFA） 的横截面图像。
3. 优化增益和深度，在整个实验过程中保持，以确保动脉位于屏幕中间，血液是黑色的。顺时针转动增益按钮可增加增益，逆时针转动按钮可降低 增益 。顺时针转动深度以增加 深度 ，逆时针转动以减小深度。
   注意: 请参阅补充图 2 和补充图 3 了解按钮的定位，请参阅补充图 4 了解使用增益和深度优化的超声图像。
4. 在 2D 模式下，按一次 冻结 并使用轨迹球滚动以查找收缩末期图像。在心电图引导下，通过在 T 波结束时停止图像来执行此操作。
5. 按一次 测量 ，将光标移动到动脉的浅表内膜层，然后按 Enter。将光标移动到动脉的深层内膜层，然后按 Enter 键以获得收缩末期的直径。直径将显示在左上角。
6. 按 Freeze 并将探头顺时针旋转 90 度，同时将动脉保持在屏幕中间并使其与动脉平行以创建纵向视图。按下脉搏波按钮 PW ，然后按 测量。这将在屏幕右侧创建一个下拉菜单。将光标移动到 CFA，然后按 Enter 键。
7. 将光标移动到"自动"，然后按 Enter。将光标移动到"流量"，然后按 Enter。将光标移动到"实时"，然后按 Enter 获取跟踪，然后按一次 测量 完成。
8. 以尽可能低的共振角获得速度，并且始终低于 60 度。顺时针转动转向角按钮可减小转向角，逆时针转动按钮可增大 转向角 。转动 角度校正 按钮，确保在光标与动脉水平的情况下获得迹线，如 补充图 4 所示。
9. 按 Sample vol. 根据动脉的宽度进行调整，并远离动脉壁。要减小样本数量，请按 向左箭头。要增加样本数量，请按 向右箭头。
10. 通过动脉的同步 2D 可视化和视听血流速度反馈获得血流速度轨迹。顺时针转动声音按钮，确保 声音 已打开。
11. 在坐姿休息至少 30 秒期间获取第一条轨迹，然后按两次 图像存储 以保存轨迹。然后指导参与者在测试期间保持每分钟 60 轮 （RPM） 的速度，并且仅使用股四头肌进行腿部伸展并保持腘绳肌放松。在整个实验过程中保持探头固定。
12. 指导参与者在 60 W 时保持每分钟 0 轮 （RPM） 的速度，并且仅使用股四头肌进行腿部伸展并保持腘绳肌放松。在整个实验过程中保持探头固定，并按两次 图像存储 以保存迹线。
13. 增加阻力并让参与者完成至少 150 秒的运动，然后获得 30 秒的轨迹，然后按两次 图像存储 以保存轨迹。

4. 血流定量

1. 获得所有图像后，按 "查看"。
2. 按 Track Ball 并将光标移动到欲望图像上，然后双击 Enter。
3. 出现所需的迹线后，按 测量 并将光标移动到屏幕右侧下拉菜单中的"流量"，然后按 Enter。
4. 将光标移动到 2D 超声图像上，按 Enter 键，然后拖动光标直到达到静止期间测量的直径，然后再次按 Enter 键。
5. 顺时针转动 光标选择 按钮两次，然后通过滚动轨迹球并按 Enter 键选择将在两条垂直线之间显示的 30 秒轨迹。
6. 将 LBF 计算为平均血流速度 （cm/s） 和股动脉横截面积 （cm²） 的乘积，将显示在左上角。
   注意: 在数据分析之前，通过目视检查迹线进行质量控制，并排除受运动伪影和不规则心跳影响的脉搏波。完成检查后，可以通过顺时针转动 Angle Corr. 按钮减小角度，逆时针转动角度调整校正角度，以确保光标与动脉水平。

参与者
2022 年 5 月至 2022 年 10 月，共招募了 30 名健康男性和女性参与研究。所有受试者均无心血管、代谢或神经系统疾病史。他们没有被指示改变他们的日常习惯，包括咖啡因、酒精、尼古丁、剧烈运动或任何其他可能影响血管功能的因素。

实验步骤
参与者在两个不同的实验日向实验室报告，相隔 10 天。对于每个参与者，实验在一天中的同一时间进行，但参与者之间的时间不同。此外，实验是在同一个房间里进行的，光线照射有限，温度受控，没有音乐，谈话也有限。在实验第 1 天和第 2 天，测量由同一位超声医师 （S1） 进行。

参与者被置于方案和 补充图 1 中描述的单腿膝伸肌模型中。单腿膝伸椅由我们研究中心的一位前教授（Bengt Saltin教授）建造，也被称为"Saltin椅子"（见 材料表）。

在两个不同的实验日，间隔10天，参与者向实验室报告。每个参与者的实验都是在一天中的同一时间进行的，尽管参与者之间的具体时间不同。实验在受控环境中进行，光照有限，温度受控，没有音乐，对话也有限。在两个实验日（1 日和 2 日），测量均由同一位超声医师 （S1） 进行。参与者被定位在单腿膝伸肌模型中，如方案和 补充图 1 中所述。单腿膝伸椅，也称为"Saltin椅子"（见 材料表），由我们研究中心的Bengt Saltin教授开发。

最初，在坐姿休息条件下测量优势腿股总动脉 （CFA） 中的血流量，将腿固定在踏板上。随后，参与者开始锻炼，并在以下工作负载下测量血流量:0 W、6 W、12 W 和 18 W。每次锻炼持续 4 分钟，并连续进行。在每个工作负载中进行两次血流测量，以确保稳定状态。测量值在每个工作量21的2.5分钟和3.5分钟获得。为了评估当天的可靠性，在第一次测量后将探头短暂地从动脉上抬起 10 秒，然后在第二次测量时重新定位，如图 1 所示。在整个实验过程中，使用静止时测量的CFA收缩末期直径来计算流量。

在实验的第三个日，使用上述相同的运动方案调查两名超声医师之间的差异。六名受试者为第三次访问提供了知情同意书。如图 1 所示，两名熟练的超声医师在临床环境中测量血流方面经验丰富，在相同的工作负荷下，彼此相距不到 1 分钟。熟练的超声医师被定义为在单腿膝伸肌模型中完成至少 20 小时的扫描志愿者，包括纠错监督。两位超声医师在一天内的可靠性相当。在练习过程中，两位超声医师以随机顺序测量血流量，同时对彼此的测量结果不知情。为了避免音频和视觉反馈，超声医师没有同时出现在房间里。第一位超声医师在给定工作量下 150 秒后完成第一次测量。完成追踪后，第一位超声医师将超声设备重置为默认设置并离开房间。参与者保持相同的速度和负荷，然后第二位超声医师进入房间以获得新的痕迹。两位超声医师都对四个工作量进行了血流测量，如实验第 1 天和第 2 天。在扫描每个工作负载之前，掷硬币确定了超声医师的随机顺序，确保"获胜者"开始测量。在实验第 3 天，每位超声医师在每次锻炼期间仅获得一次血流测量值。

统计学
所有统计分析均使用统计软件进行。 p < 0.05（双尾）的显着性水平被认为具有统计学意义。数据以平均值（标准差，SD）或平均值[95%置信区间，下限（LL），上限（UL）]表示。配对 t 检验 用于评估 LBF 的日内和日间差异。对 p 值进行 Bonferroni 校正，统计显著性阈值为 0.005。

可靠性衡量被测变量22 中由可变性引入的随机误差量。使用 Bland-Altman 图评估绝对可靠性，并表示为一致性限 （LOA） 和最小实际差 （SRD），估计 95% 的病例23,24 中两个测量值之间的预期差异。使用单因素方差分析 （ANOVA） 确定参与者内的标准差 （SDw），并使用以下公式24 计算 SRD:

为了将该方法与其他LBF测量技术进行比较，计算方差系数（CV）作为可靠性的相对度量。CV 表示测量误差25 引起的方差比例:

基于线性混合模型的均值估计值和残差方差分布，模拟 CV 的分布，以获得 CV26 的 95% 置信区间。关于CV值的质量水平没有官方共识，因为它们取决于方法和研究类型。然而，如果 <10%，则通常认为 CV 较低，如果 10%-20% 可接受，如果高于 25%，则不可接受25,27。

在这项研究中，超声医师 1 和超声医师 2 是唯一感兴趣的评估者，并进行了多次测量以确定要使用的适当 ICC 模型。使用具有绝对一致性和多重测量 ICC 的双向混合效应模型计算组内相关系数 （ICC） （3， k）。第一个数字表示模型（1、2 或 3），第二个数字/字母表示类型，表示它是单个评分者/测量值 （1） 还是评分者/测量值的平均值 （k）28,29。

绝对可靠性和相对可靠性通常用于评估测量的可靠性。重复性是指在相同条件下重复测量时获得相同结果的一致性。另一方面，可重复性是指在变化或变化的条件下进行测量时获得一致结果的能力。这些术语有助于理解和评估测量方法22的可靠性。

所有参与者都成功完成了研究并耐受了实验设计。共纳入30名健康受试者（年龄:33±9.3，男性/女性:14/16），平均体重74.5公斤（SD:13），平均身高174厘米（SD:9.3）。

绝对值和内部一致性
日内或日间测量值的绝对LBF值没有统计学上的显着差异（表1）。LBF 在增量工作负载中逐渐增加（图 2），范围从休息时的 0.36 （SD: 0.20） L/min 到 18 W 运动期间的 2.44 （SD: 0.56） L/min，表明随着工作负载的进展呈线性增加。

图 3 显示了 LBF 测量的 Bland-Altman 图，图 4 显示了日间可靠性，图 5 显示了评估者之间的可靠性。日内数据显示没有异常值，而在日间测量中观察到一些异常值，在评分者间测量期间观察到几个异常值。

重测可靠性
表2中提供了日内最小实际差异（SRD）、变异系数（CV）和组内相关系数（ICC）的值，表3中提供了日间值，表4中提供了评分者间的值。

日内SRD值范围为0.28 [95% CI: 0.22， 0.38] L/min（0 W）至0.39 [95% CI: 0.32， 0.50] L/min（18 W）。在日间测量中，SRD值较高，范围从0 W时的0.66 [95% CI:0.41,1.32] L/min到18 W期间的0.71 [95% CI:0.53,1.01] L/min。在评分者间测量中，SRD 甚至更高，范围从 0.23 [95% CI: 0.12， 0.70] L/min 在静息时到 1.55 [95% CI: 1.02， 2.82] L/min 在 18 W 运动期间。

CV值范围从18 W期间的4.0 [95% CI: 3.0， 5.1] %到0 W期间的4.2 [95% CI: 3.1， 5.3] %。在日间测量中，CV也较高，范围从休息期间的20.2 [95% CI:14.7,27.2] %到6 W期间的10.1 [95% CI:7.5至13.1] %。在评分者间测量期间获得了更高的值，CV 范围从静息时的 26.8 [95% CI: 11， 51] % 到 6 W 期间的 17.9 [95% CI: 8.5， 29.2] %。

ICC 值显示，所有工作负载的可靠性（包括日内和日间）均为 >0.90。相反，评分者之间的测量结果产生的ICC值低至0.41（0.1至0.84）。

图 1:研究设计概述。 共有 30 名健康参与者接受了单腿膝伸肌方案，增量工作量范围为 0 至 18 W。该协议在 10 天内重复。第 3 天，由 6 名参与者组成的亚组自愿参加评分者间信度研究。 请点击这里查看此图的较大版本.

图 2:单腿膝伸肌运动的腿部血流反应。 第 1 天和第 2 天的平均值分别用黑点和灰点表示，胡须表示标准偏差。在静止时获得一次测量值，在每个工作负载（0、6、12 和 18 W）获得两次测量值。 请点击这里查看此图的较大版本.

图 3:Bland-Altman 图描绘的单腿膝关节伸展期间腿部血流的日内重测可靠性。这些图是根据两天的日内测量值创建的 （n = 60）。每个增量工作负载显示一个图:0 W （A）、6 W （B）、12 W （C） 和 18 W （D）。请点击这里查看此图的较大版本.

图 4:Bland-Altman 图描绘的单腿膝关节伸展期间腿部血流的日间重测可靠性。这些图是根据一天之间的测量值 （n = 30） 创建的。每种条件都显示了一个图:休息 （A）、0 W （B）、6 W （C）、12 W （D） 和 18 W （E）。请点击这里查看此图的较大版本.

图 5:由 Bland-Altman 图描绘的单腿膝关节伸展期间腿部血流的评估者间重测可靠性。这些图是根据评分者之间的测量结果创建的 （n = 6）。每种条件都显示了一个图:休息 （A）、0 W （B）、6 W （C）、12 W （D） 和 18 W （E）。请点击这里查看此图的较大版本.

表 1:腿部血流。该表显示了在第一次和第二次血流测量期间第 1 天和第 2 天获得的绝对血流值和股总动脉直径测量值。数据以平均值（标准差）表示。进行配对 t 检验以评估日内和日间差异。缩写:W = watt，CFA = 股总动脉。将 Bonferroni 校正后被认为具有统计显著性的 p 值设置为 p = 0.005。

表 2:日内可靠性测量。 该表显示了日内可靠性测量的平均值（包括 95% 置信区间、下限、上限）。W = 瓦特。SRD = 最小实际差，CV = 方差系数，ICC = 类内相关系数。

表 3:日间可靠性测量。 该表提供了日间可靠性测量的平均值（包括 95% 置信区间、下限、上限）。W = 瓦特。SRD = 最小实际差，CV = 方差系数，ICC = 类内相关系数。

表 4:评分者间可靠性测量。 该表显示了评分者间可靠性测量的平均值（包括 95% 置信区间、下限、上限）。W = 瓦特。SRD = 最小实际差，CV = 方差系数，ICC = 类内相关系数。

补充图1:单腿膝伸肌模型。 这张图片描绘了一名参与者在试验期间使用单腿膝伸肌模型。使用该图像已事先征得参与者和超声医师的同意。文本框用于突出显示协议中提到的所有材料。 请点击这里下载此文件。

补充图2:超声仪器。 这张图片展示了用于进行多普勒超声检查的按钮。协议中描述的所有按钮都突出显示，以便于参考。 请点击这里下载此文件。

补充图3:脉冲波模式下的超声设备。 该图像演示了用于在脉搏波模式下进行多普勒超声检查的按钮。为清楚起见，协议部分中提到的所有按钮都突出显示。 请点击这里下载此文件。

补充图4:多普勒超声信号。 该图像显示了用于计算腿部血流量的血流轨迹。协议部分中描述的所有相关指标和按钮都突出显示，以便于识别和参考。 请点击这里下载此文件。

作者声明，该研究是在没有任何可被解释为潜在利益冲突的商业或财务关系的情况下进行的。