方法文章

基于多普勒超声的非受控环境下单腿膝伸肌运动期间腿部血流评估

3.4K 次观看

⸱

DOI：

10.3791/65746

⸱

2023年12月15日

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Centre for Physical Activity Research, Copenhagen University Hospital, 2Department of Clinical Physiology and Nuclear Medicine, Copenhagen University Hospital, 3Department of Biomedical Sciences, Faculty of Health and Medical Sciences, University of Copenhagen, 4Department of Nutrition, Exercise and Sports, Integrated Physiology Group, 5Neurovascular Research Laboratory, Faculty of Life Sciences and Education, University of South Wales, 6Department of Anaesthesiology and Intensive Care, Copenhagen University Hospital, Hvidovre Hospital

通讯作者： Jacob Peter Hartmann <jacob.peter.okholm.hartmann.01@regionh.dk>

本文内容

摘要

这项重测研究评估了在单腿膝关节伸展运动期间，使用多普勒超声技术测量下肢血流量的方法。研究考察了该方法在同一天内、不同天之间以及不同操作者之间的可靠性。结果表明，该方法在同一天内的重复性较高，不同天之间的可靠性可接受；然而，在静息状态及低负荷运动时，不同操作者之间的可靠性较低，无法接受。

摘要

多普勒超声已彻底改变了器官血流评估方式，被广泛应用于科研和临床领域。尽管基于多普勒超声的人体下肢肌肉收缩期血流评估较为常见，但该方法的可靠性仍需进一步研究。因此，本研究旨在探讨多普勒超声在评估静息状态及分级单腿膝关节伸展运动（0 W、6 W、12 W 和 18 W）期间下肢血流时，同日内重复测试、不同日间重复测试以及不同操作者之间的可靠性，且每次测量之间均移除超声探头。研究共纳入30名健康受试者（年龄：33 ± 9.3岁，男性/女性：14/16），他们在相隔10天的两个不同实验日到实验室进行测试。本研究未控制营养状态、一天中的时间或激素水平等主要混杂因素。在不同运动强度下，结果显示同日内重复测试具有较高的可靠性，变异系数（CV）为4.0%至4.3%；不同日间重复测试的可靠性可接受，CV为10.1%至20.2%；不同操作者之间的可靠性CV为17.9%至26.8%。因此，在难以控制多种环境因素的真实临床场景中，由同一名超声操作者实施时，多普勒超声可用于评估亚极量单腿膝关节伸肌运动期间的下肢血流，具有较高的同日内重复性和可接受的不同日间重复性。

引言

多普勒超声自20世纪80年代引入以来，已广泛用于测定收缩肌肉的血流量，特别是在单腿膝伸肌模型中，可实现小肌肉群激活期间股总动脉（CFA）血流的测量1,2,3,4,5,6。基于多普勒超声的血流检测技术为不同人群的血管调节机制提供了重要见解，包括健康成年人7,8、糖尿病患者9、高血压患者10、慢性阻塞性肺疾病（COPD）患者11,12以及心力衰竭患者13,14。

多普勒超声的一个优势在于其相对于其他血流测定方法（如热稀释法）具有非侵入性，并且在必要时可与动脉和静脉导管插入术结合使用3,4,6,15。此外，它还能实现逐搏血流速度测量，从而可检测快速变化16。然而，基于多普勒超声的血流测量也存在局限性，包括在接近最大运动强度下因肢体过度活动而难以获得稳定的记录，以及需要目标血管具备超声可及性，因此无法在功率自行车运动期间进行评估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利用多普勒超声评估下肢血流量17，该模型可最小化运动相关的心肺功能限制影响，并有助于健康受试者与心肺疾病患者之间的比较研究11。

尽管该方法被广泛使用，但近年来尚未在较大规模人群中研究过利用多普勒超声进行单腿膝伸肌模型的日内可靠性，此前的研究仅涉及小样本量（n = 2）3,18,19,20。

本研究旨在探讨多普勒超声在单腿膝关节伸展运动期间（0 W、6 W、12 W 和 18 W 功率下）评估下肢血流量（LBF）的（1）日内重复测试信度、（2）日间重复测试信度以及（3）不同评定者间的信度。测量在接近临床实际的情境下进行，每次测量之间将探头移除。需要特别指出的是，测量过程中未控制多种已知会影响下肢血流量的内在和外在环境因素，这可能引入变异并影响信度。考虑到多普勒超声技术和血流分析软件的进步，我们假设即使在未加控制的条件下，由同一名超声操作人员在各个运动强度下进行测量，仍可获得可接受的日内和日间重复性。

方案

该研究由丹麦首都大区区域伦理委员会（文件编号：H-21054272）进行评估，该委员会认定本研究属于质量改进研究。根据丹麦法律法规，该研究已获得哥本哈根大学医院临床生理学与核医学科内部科研与质量改进委员会的本地批准（文件编号：KF-509-22）。本研究遵循《赫尔辛基宣言》的指导原则。所有受试者在入组前均签署了书面知情同意书并提供了口头知情同意。研究纳入年龄≥18岁的男性和女性。患有外周动脉疾病、心力衰竭、神经系统或肌肉骨骼疾病（影响膝关节伸展运动能力）以及在研究开始前2周内出现任何疾病症状的个体被排除在外。

1. 受试者的准备

  1. 将受试者置于单腿膝关节伸展椅上，使其背部紧靠椅背（补充图1）。让受试者穿着便于使用超声探头接触腹股沟区域的内衣。
  2. 在受试者身上放置三个心电图电极（见材料表）。将电极分别置于胸壁右侧第三肋间隙、左侧第三肋间隙以及左侧第十一肋间隙，使各电极与心脏的距离相等。
  3. 调整受试者腹部与大腿之间的角度至>90度。
  4. 调节单膝伸展椅与飞轮之间的连接臂，使受试者能够完全伸展膝关节。
  5. 将受试者的腿部牢固地绑在椅子的踏板上，以避免肢体下部肌肉参与运动。
  6. 放置一把椅子或长凳以固定非活动腿。
    注意：>90度的角度被视为最小值。增大角度可使腹股沟区域更开放，便于超声探头更好地接触股动脉。当受试者存在腹部脂肪过多而可能干扰扫描时，通常采用此方法。
    不同型号和类型的单腿膝关节伸展椅增加阻力的方法各异，因此此处不作详细描述。可报告绝对强度或相对强度。若需报告相对强度，应在前一天进行力竭测试。

2. 超声设备的设置

  1. 按下开机按钮。
  2. 按下患者以创建用于保存检查数据的文件。将光标移至"新患者"，然后按回车键。填写"患者ID"，将光标移至"创建"，然后按Enter键（补充图2和补充图3）。
  3. 按下探头，选择线性探头（9 MHz），并在探头上涂抹超声耦合剂（参见材料表）。
    ​注意：未分配"患者ID"则无法保存受试者数据。可向该文件中添加更多数据，但对完成检查而言并非必需。

3. 多普勒超声扫描

  1. 用靠近受试者的手操作线性探头，并将其置于腹股沟区域。仔细寻找最适合获取下肢血流量（LBF）测量值的动脉节段，该位置位于腹股沟韧带下方，且在股总动脉分叉处上方3-4 cm的动脉直线段。
  2. 将探头垂直于血管放置。按下2D按钮，获取股总动脉（CFA）的横截面图像。
  3. 优化并保持增益和深度设置，确保动脉位于屏幕中央且血液呈黑色。转动 增益 顺时针旋转按钮以增加增益，逆时针旋转以降低增益。转动该按钮 深度 顺时针旋转以增加深度，逆时针旋转以减小深度。
    注意：请参见 补充图2 和 补充图3 用于按钮的定位以及 补充图4 经过增益和深度优化的超声图像。
  4. 在2D模式下，按下 冷冻 一次，然后使用轨迹球滚动寻找收缩末期图像。在心电图引导下，于T波结束时停止图像以完成此操作。
  5. 按压 测量 一次，并将光标移至动脉的浅层内膜层，然后按压 进入将光标移至动脉的深层内膜，然后按压 输入 以获取收缩末期的直径。该直径将显示在左上角。
  6. 按压 冷冻 并将探头顺时针旋转90度，同时保持动脉位于屏幕中央，并使探头与动脉平行，以获得纵向视图。按下脉冲波按钮 PW 然后按压 测量这将在屏幕右侧显示一个下拉菜单。将光标移至 CFA 并按回车键。
  7. 将光标移至 "自动" 并按压 输入. 将光标移至 "流量容积" 并按压 输入. 将光标移至 "活体，" 并按压 输入 获取轨迹，然后按压完成 测量 一次。
  8. 在尽可能低的声束入射角下获取速度，并始终确保角度低于60度。转动 转向角 顺时针旋转按钮以减小，逆时针旋转以增大。转动 角度校正 按钮，以确保获取的图像中光标与动脉保持水平，如图所示 补充图4.
  9. 按压 样品体积 根据动脉宽度进行调整，并避免接触动脉壁。为减小采样尺寸，请按压 左箭头. 为增加样本量，按下 右箭头.
  10. 通过同步二维动脉可视化以及音视频血流速度反馈，获取血流速度曲线。确保开启声音，打开 声音 顺时针旋转按钮。
  11. 在静坐休息状态下获取第一条轨迹，持续时间不少于 30 s，然后按压 图像库 两次以保存轨迹。然后指导受试者在测试期间保持每分钟60转（RPM）的节奏，仅使用股四头肌完成腿部伸展动作，并保持腘绳肌放松。整个实验过程中保持探头固定不动。
  12. 指导受试者以每分钟60转（RPM）的速度在0 W功率下进行运动，仅使用股四头肌完成腿部伸展动作，并保持腘绳肌放松。在整个实验过程中保持探头固定并按压 图像库 两次以保存轨迹。
  13. 增加阻力，让受试者完成至少150秒的运动后，再获取30秒的轨迹记录，然后按下 图像库 两次以保存轨迹。

4. 血流的定量分析

  1. 获取所有图像后，按下Review。
  2. 按下Track Ball，将光标移至所需图像位置，然后双击Enter。
  3. 当所需的轨迹出现后，按下Measure ，将光标移至屏幕右侧下拉菜单中的"Flow volume"选项，然后按下Enter。
  4. 将光标移至二维超声图像，按下Enter，然后拖动光标至静息状态下测得的直径位置，再次按下Enter。
  5. 将Cursor Select 按钮顺时针旋转两次，通过滚动轨迹球并按下Enter，选择显示在两条垂直线之间的30秒轨迹段。
  6. 通过平均血流速度（cm/s）与股动脉横截面积（cm2）的乘积计算下肢血流量（LBF），结果将显示在屏幕左上角。
    注意：在数据分析前应通过目视检查轨迹进行质量控制，排除受运动伪影或心律不齐影响的脉搏波。检查完成后，可通过将Angle Corr.按钮顺时针旋转以减小角度校正，或逆时针旋转以增大角度校正，确保光标与动脉保持水平。

结果

参与者
2022年5月至2022年10月期间，共招募了三十名健康的男性和女性参与本研究。所有参与者均无心血管、代谢或神经系统疾病的病史。研究未要求他们对其日常习惯进行任何改变，包括咖啡因、酒精、尼古丁摄入、剧烈运动或任何可能影响血管功能的其他因素。

实验步骤
参与者在相隔10天的两个不同实验日到实验室进行测试。每位参与者在每天的相同时间进行实验，但不同参与者之间的实验时间可能不同。此外，实验均在同一个房间内进行，环境条件包括有限的光照、恒定的温度、无音乐干扰以及尽量减少交谈。在实验日1和实验日2，所有测量均由同一名超声检查员（S1）完成。

将受试者置于本方案及补充图1所述的单腿膝伸肌模型中。单腿膝伸肌椅由本研究中心前教授（Bengt Saltin 教授）设计，也称为“Saltin 椅”（见材料表）。

在间隔10天的两个不同实验日，受试者前往实验室进行测试。每位受试者的实验均在每天的相同时间进行，但不同受试者之间的具体实验时间可能不同。实验在受控环境中进行，光照有限，温度恒定，无音乐干扰，且交谈受到限制。在两个实验日（第1天和第2天），均由同一名超声检查员（S1）完成测量。受试者按照本方案及补充图1所述，采用单腿膝伸肌模型体位。单腿膝伸肌椅（也称为“Saltin椅”，见材料表）由本研究中心的Bengt Saltin教授研发。

首先，在受试者坐位静息状态下，测量其优势腿的股总动脉（CFA）血流，同时将腿部固定在踏板上。随后，受试者开始运动，并在以下负荷下测量血流：0 W、6 W、12 W 和 18 W。每次运动持续 4 分钟，连续进行。在每个负荷下进行两次血流测量，以确保达到稳态。测量分别在每个负荷开始后的 2.5 分钟和 3.5 分钟时进行21。为评估日内重复性，在第一次测量后，将探头短暂移离动脉 10 秒，然后重新定位进行第二次测量，如图 1所示。实验全程采用静息状态下测得的股总动脉（CFA）收缩末期内径来计算血流量。

在第三次实验日，采用上述相同的运动方案，考察了两名超声操作员之间的差异。共有六名受试者签署了知情同意书，参与了第三次实验。两名在临床环境中具有测量血流经验的熟练超声操作员，在相同运动负荷下相隔1分钟内分别进行测量，如图1所示。熟练超声操作员的定义为：在单腿膝关节伸展模型中，已完成至少20小时的志愿者扫描，并接受过误差校正的指导。两名操作员均表现出相近的日内重复性。在运动过程中，两名操作员以随机顺序进行血流测量，且彼此对对方的测量结果设盲。为避免听觉和视觉反馈，两名操作员不同时在场。第一位操作员在特定负荷下运动150秒后完成首次测量。记录完图像后，第一位操作员将超声设备重置为默认设置并离开房间。受试者保持相同的运动节奏和负荷，随后第二位操作员进入房间获取新的图像记录。两名操作员均对四个运动负荷进行血流测量，与实验第1天和第2天相同。在每个负荷扫描前，通过抛硬币决定操作员的随机顺序，确保“胜出”者先开始测量。在实验第3天，每位操作员在每次运动过程中仅获取一次血流测量值。

统计学
所有统计分析均使用统计软件进行。显著性水平设定为 p < 0.05（双尾）被认为具有统计学显著性。数据以均值（标准差，SD）或均值[95%置信区间，下限（LL），上限（UL）]表示。配对 t检验 用于评估日内和日间LBF的差异。p值经过Bonferroni校正，统计学显著性阈值设为0.005。

可靠性用于衡量因被测变量的变异性所引入的随机误差程度22。绝对可靠性通过Bland-Altman图进行评估，并以一致性界限（LOA）和最小真实差异（SRD）表示，二者用于估计在95%的情况下两次测量之间可能存在的差异23,24。采用单因素方差分析（ANOVA）计算受试者内部的标准差（SDw），SRD通过以下公式计算24：

figure-results-1

为了将该方法与其他LBF测量技术进行比较，计算了变异系数（CV）作为可靠性的相对衡量指标。CV表示由测量误差引起的变异所占的比例25：

figure-results-2

基于线性混合模型的均值估计分布和残差方差，对变异系数（CV）的分布进行模拟，以获得CV的95%置信区间26。目前对于CV值的质量水平尚无官方共识，因其取决于具体的方法学和研究类型。然而，通常认为CV <10% 为低变异，10%-20% 为可接受，超过25% 则不可接受25,27。

在本研究中，超声医师1和超声医师2是唯一关注的评估者，通过多次测量确定了应采用的ICC模型。组内相关系数（ICC）采用双因素混合效应模型计算，基于绝对一致性以及多次测量的ICC（3, k）。第一个数字表示模型类型（1、2或3），第二个数字/字母表示形式，指示为单个评估者/测量值（1）或多个评估者/测量值的均值（k）28,29。

绝对可靠性和相对可靠性均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。而再现性则是指在不同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与评价一种测量方法的可靠性22。

所有参与者均成功完成了研究，并耐受了实验设计。共纳入30名健康受试者（年龄：33 ± 9.3岁，男性/女性：14/16），平均体重为74.5 kg（标准差：13），平均身高为174 cm（标准差：9.3）。

绝对值与内部一致性
日内及日间测量的绝对LBF值之间无统计学显著差异（表1）。随着递增负荷的增加，LBF呈逐步上升趋势（图2），从静息状态下的0.36（标准差：0.20）L/min增加至18 W运动时的2.44（标准差：0.56）L/min，表明LBF随负荷增加呈线性增长。

用于说明LBF测量结果的Bland-Altman图分别在图3中展示日内可靠性，在图4中展示日间可靠性，在图5中展示评分者间可靠性。日内数据未发现离群值，而日间测量中观察到少量离群值，评分者间测量中则观察到多个离群值。

重测信度
日内、日间及不同评定者之间的最小真实差异（SRD）、变异系数（CV）和组内相关系数（ICC）的数值分别在表2、表3和表4中提供。

日内SRD值在0 W时为0.28 [95% CI：0.22，0.38] L/min，在18 W时为0.39 [95% CI：0.32，0.50] L/min。日间测量的SRD值更高，在0 W时为0.66 [95% CI：0.41，1.32] L/min，在18 W时为0.71 [95% CI：0.53，1.01] L/min。不同评估者之间的测量SRD值更高，静息状态下为0.23 [95% CI：0.12，0.70] L/min，18 W运动时为1.55 [95% CI：1.02，2.82] L/min。

在18 W时，变异系数（CV）值范围为4.0 [95% 可信区间（CI）：3.0, 5.1]%，在0 W时为4.2 [95% 可信区间（CI）：3.1, 5.3]%。在日间测量中，CV值更高，静息状态下为20.2 [95% 可信区间（CI）：14.7, 27.2]%，6 W时为10.1 [95% 可信区间（CI）：7.5, 13.1]%。在不同评定者之间的测量中，CV值更高，静息时为26.8 [95% 可信区间（CI）：11, 51]%，6 W时为17.9 [95% 可信区间（CI）：8.5, 29.2]%。

ICC值表明，在所有工作负荷下，无论是日内还是日间，其可靠性均 >0.90。相比之下，评分者间测量所得的组内相关系数（ICC）值低至0.41（0.1～0.84）。

figure-results-3
图1：研究设计概述。 共有30名健康受试者参与了单腿膝关节伸展实验方案，其递增负荷范围为0至18 W。该方案在10天内重复进行。其中6名受试者组成的亚组于第3天参与了评估者间可靠性研究。请点击此处查看该图的放大版本。

figure-results-4
图2：单腿膝伸肌运动时腿部血流量的反应。 第1天和第2天的平均值分别用黑色和灰色圆点表示，误差线代表标准差。每种负荷（0、6、12 和 18 W）下均获得一个静息状态测量值和两个负荷状态测量值。请点击此处查看该图的放大版本。

figure-results-5
图3：通过Bland-Altman图显示单腿膝关节伸展期间腿部血流量的日内重复测试可靠性。 数据来自两天内同一日的测量值（n = 60）。每个递增负荷对应一个图表：0 W（A）、6 W（B）、12 W（C）和18 W（D）。请点击此处查看该图的放大版本。

figure-results-6
图4：通过Bland-Altman图显示单腿膝关节伸展期间腿部血流量的天间重复测试可靠性。 图表基于不同天的测量数据（n = 30）绘制。每种条件下各展示一个图表：静息状态（A）、0 W（B）、6 W（C）、12 W（D）和18 W（E）。请点击此处查看该图的放大版本。

figure-results-7
图5：通过Bland-Altman图显示的单腿膝关节伸展期间腿部血流量的评分者间重测信度。 图表基于评分者间测量结果（n = 6）绘制。每种条件下各展示一张图：静息状态（A）、0 W（B）、6 W（C）、12 W（D）和18 W（E）。请点击此处查看该图的放大版本。

N = 30第1天，第1次LBF第1天，第2次LBF日内p值第2天，第1次LBF第2天，第2次LBF日内p值日间平均差异日间 第1天，CFA直径（cm）第2天，CFA直径（cm）
静息状态（L/min）0.36 (0.20)NANA0.37 (0.14)NANA0.006 (0.11)0.760.94 (0.12)0.96 (0.14)
0 W (L/min)1.68 (0.40)1.69 (0.47)0.601.58 (0.34)1.63 (0.40)0.030.13  (0.30)0.37
6 W (L/min)1.77 (0.45)1.75 (0.46)0.531.74 (0.40)1.72 (0.39)0.250.02 (0.26)0.37
12 W (L/min)1.99 (0.50)1.99 (0.45)0.81.95 (0.37)1.97 (0.38)0.420.07 (0.32)0.4
18 W (L/min)2.43 (0.55)2.51 (0.53)0.102.34 (0.44)2.38 (0.45)0.120.12 (0.33)0.06

表1：腿部血流量。 本表显示了第1天和第2天在第一次和第二次血流测量期间获得的绝对血流量值及股总动脉直径测量值。数据以均值（标准差）形式呈现。采用配对t检验评估日内和日间差异。缩写：W = 瓦特，CFA = 股总动脉。经Bonferroni校正后，统计学显著性p值设定为p = 0.005。

SRD (L)CV (%)ICC (Fraction)
0 W0.28 (0.21 至 0.38)4.2 (3.1 至 5.3)0.98 (0.96 至 0.99)
6 W0.31 (0.26 至 0.38)4.3 (3.3 至 5.5)0.97 (0.95 至 0.99)
12 W0.31 (0.24 至 0.50)4.1 (3.1 至 5.2)0.96 (0.93 至 0.97)
18 W0.39 (0.32 至 0.50)4.0 (3 至 5.1)0.96 (0.94 至 0.98)

表2：日内可靠性测量。 该表列出了日内可靠性测量的平均值（含95%置信区间、下限、上限）。W = 瓦特。SRD = 最小真实差异，CV = 变异系数，ICC = 组内相关系数。

SRD (L)CV (%)ICC (Fraction)
静息状态0.21 (0.16 至 0.32)20.2 (14.7 至 27.2)0.92 (0.82 至 0.96)
0 W0.66 (0.41 至 1.32)13.7 (10.3 至 17.6)0.93 (0.86 至 0.97)
6 W0.52 (0.38 至 0.79)10.1 (7.5 至 13.1)0.91 (0.82 至 0.96)
12 W0.66 (0.50 至 0.94)11.5 (8.6-14.7)0.82 (0.62 至 0.91)
18 W0.71 (0.53 至 1.01)10.2 (7.6 至 13.1)0.90 (0.79 至 0.95)

表3：日间可靠性测量结果。 该表提供了日间可靠性测量的平均值（含95%置信区间、下限、上限）。W = 瓦特。SRD = 最小真实差异，CV = 变异系数，ICC = 组内相关系数。

SRD (L)CV (%) ICC (Fraction)
静息状态0.23 (0.12 至 0.70)26.8 (11 至 51)0.85 (0.1 至 0.98)
0 W0.96 (0.75 至 1.31)20 (9.2 至 33.3)0.74 (0.1 至 0.96)
6 W0.88 (0.59 至 1.55)17.9 (8.5 至 29.2)0.6 (0.2 至 0.94)
12 W1.09 (0.59 至 1.55)18.7 (8.8 至 30.6)0.5 (0.2 至 0.93)
18 W1.55 (1.01 至 2.82)18.4 (8.6 至 30.1)0.41(0.1 至 0.84)

表4：评分者间信度测量。 该表列出了评分者间信度测量的平均值（含95%置信区间、下限、上限）。W = 瓦特。SRD = 最小真实差异，CV = 变异系数，ICC = 组内相关系数。

补充图1：单腿膝伸肌模型。 本图像展示了受试者在试验过程中使用单腿膝伸肌模型的情景。已事先获得受试者和超声检查操作人员对使用此图像的知情同意。图中使用文本框标示了本方案中提及的所有材料。请点击此处下载该文件。

补充图2：超声设备。 本图像展示了进行多普勒超声检查时所使用的按钮。协议中描述的所有按钮均已高亮显示，便于参考。请点击此处下载该文件。

补充图3：脉冲波模式下的超声设备。 该图像展示了在脉冲波模式下进行多普勒超声检查时所使用的按钮。方案部分提到的所有按钮均已高亮显示，以便清晰识别。请点击此处下载该文件。

补充图4：多普勒超声信号。 本图像显示了用于计算腿部血流量的血流速度曲线。方案部分所述的所有相关参数和按钮均已高亮显示，便于识别和参考。 请点击此处下载该文件。

讨论

本研究评估了多普勒超声技术在健康受试者进行亚极量单腿膝关节伸展运动期间测量腿部血流量（LBF）的可靠性。结果表明，该方法在同一天内的重复性较高，日间重复性可接受，但在静息状态和0 W功率下，观察者间的重复性不可接受。

尽管在测量之间移除探头似乎影响甚微，但日内与日间测量可靠性的差异可能归因于未受控的环境因素。扫描部位、超声操作者及实验设置在整个研究过程中保持一致。然而，并未要求参与者在检查前避免摄入咖啡因、尼古丁、酒精或进行剧烈运动，而这些因素均已被证实会影响肢体血流30,31,32,33。此外，饮食、液体摄入量以及高热量摄入（尤其是富含脂肪的餐食）等已知会影响肌肉血流的因素也未加以控制34,35。研究亦未记录参与者在检查前的睡眠情况，而睡眠已被证明会影响血管功能36。此外，未记录或控制参与者的用药状况及其药物对血流调节的潜在影响37,38,39,40。因此，所报告的可靠性估计值代表了一种最不利的情况，在控制这些与受试者相关的因素后，该方法在健康个体中的应用可预期具有相等甚至更高的可靠性。这与本研究的目的相符，因为在实验或临床环境中，并不总是能够控制潜在的混杂因素。需要强调的是，尽管存在这些局限性，结果仍显示出优异的日内和日间可靠性。此外，由于不同操作者之间的可靠性较低，由同一名超声操作者进行LBF评估显得尤为重要。

本研究的结果与其他评估多普勒超声在不同实验条件下可靠性的研究一致，包括男性和女性的单腿被动运动（PLM）。这些研究在下肢血流量（LBF）达到峰值时报告了最高的可靠性指标，表明该方法在运动期间比静息状态下更为可靠27,41。本研究显示的可靠性略高于以往研究，这可能归因于数据采集时处于LBF较高的运动状态。此外，本方法的可靠性与最近一项在不同实验设置下考察超声可靠性的研究结果相当，该研究通过双腿踏步运动来测量下肢血流21。本研究的日间内可靠性高于1997年的一项早期研究，这可能得益于超声技术和软件的进步。

该研究显示，实验日之间的可靠性在静息状态下较低，但随着运动强度的增加而提高，突显了详细基线测量的重要性。本研究中，静息状态下的下肢血流量（LBF）是在受试者坐位且足部固定于踏板上时进行评估的，值得考虑的是，若在仰卧位进行基线测量，结果是否可能更具可靠性。此外，研究未采用标准化的静息持续时间方案，使得基线测量相比运动期间的高血流状态更易受到环境因素的影响，例如受试者在实验前的身体活动水平。

需要注意的是，本研究是在健康参与者中进行的，所获得的可靠性指标可能不适用于患有疾病的个体。多普勒超声在很大程度上依赖于超声技师的操作技能，因此所获得的可靠数据不能外推至未经培训的超声技师。对两名超声技师进行评估至关重要，以排除因技能水平差异而导致可靠性指标被错误低估的可能性。然而，值得指出的是，两名超声技师均表现出相同的日内变异程度，表明在评估期间其操作表现具有一致性。

此外，该研究聚焦于单腿膝关节伸展运动，其结果可能不适用于前臂的多普勒超声检查，因为不同肢体之间的血流调节机制可能存在差异42,43。目前关于动态运动过程中血管直径变化的文献报道存在相互矛盾的数据。另外，在坐位休息状态下，仅对股总动脉（CFA）进行了一次直径测量，并依据既往研究中描述的方法学用于后续血流量的计算4,44。需要注意的是，已有部分证据表明，在进行渐进式单腿膝关节运动时，年轻健康女性的股总动脉直径会增加45。

未来的研究应探讨在运动过程中考虑CFA直径的潜在变化是否会影响其可靠性。此外，需要指出的是，本研究在实验方案开始前未进行力竭测试。因此，研究结果基于绝对负荷强度，而低至次最大强度是根据既往针对健康年轻志愿者的研究得出的3,4,6,44。在本研究所采用的强度下，运动2.5分钟后达到稳态的假设是合理的，且与既往研究结果一致6。然而，必须指出的是，这一假设在更高强度下可能不成立。尽管如此，仍应强调，本研究获得的可靠性指标不能推广或外推至最大努力状态的情况。

总之，由同一名超声技师操作时，在健康人群中利用基于多普勒超声的方法测量次最大强度单腿膝关节伸展运动期间的腿部血流量，显示出较高的日内重复性和可接受的日间重复性。即使未对内在和外在环境因素进行控制，仅控制了地点、时间和室温，仍可观察到这种重复性。

披露

作者声明，本研究是在不存在任何可能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。

致谢

体力活动研究中心（CFAS）由TrygFonden基金会资助（项目编号ID 101390和ID 20045）。JPH获得了Helsefonden基金会和哥本哈根大学医院的资助。在本研究期间，RMGB获得了哥本哈根大学医院的博士后项目资助。

材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
EKO GELEKKOMED A7SDK-7500 Holstebro
RStudio，版本 1.4.1717R 统计计算项目
萨尔廷椅（Saltin Chair）该装置由 Bengt Saltin 教授的一辆功率自行车和汽车座椅改装而成。钢结构部分由专业人员定制制作。
配备线性探头（9 MHz，Logic E9）的超声设备GE Healthcare未知GE Healthcare，美国威斯康星州密尔沃基
         超声耦合凝胶

参考文献

  1. Walløe, L., Wesche, J. Time course and magnitude of blood flow changes in the human quadriceps muscles during and following rhythmic exercise. The Journal of Physiology. 405 (1), 257-273 (1988).
  2. Wesche, J. The time course and magnitude of blood flow changes in the human quadriceps muscles following isometric contraction. The Journal of Physiology. 377 (1), 445-462 (1986).
  3. Rådegran, G. Limb and skeletal muscle blood flow measurements at rest and during exercise in human subjects. Proceedings of the Nutrition Society. 58 (4), 887-898 (1999).
  4. Rådegran, G. Ultrasound doppler estimates of femoral artery blood flow during dynamic knee extensor exercise in humans. Journal of Applied Physiology. 83 (4), 1383-1388 (1997).
  5. Rådegran, G., Saltin, B. Human femoral artery diameter in relation to knee extensor muscle mass, peak blood flow, and oxygen uptake. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 278 (1), H162-H167 (2000).
  6. Saltin, B., Rådegran, G., Koskolou, M. D., Roach, R. C. Skeletal muscle blood flow in humans and its regulation during exercise. Acta Physiologica Scandinavica. 162 (3), 421-436 (1998).
  7. Mortensen, S. P., Nyberg, M., Winding, K., Saltin, B. Lifelong physical activity preserves functional sympatholysis and purinergic signalling in the ageing human leg. Journal of Physiology. 590 (23), 6227-6236 (2012).
  8. Mortensen, S. P., Mørkeberg, J., Thaning, P., Hellsten, Y., Saltin, B. First published March 9. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 302, 2074-2082 (2012).
  9. Thaning, P., Bune, L. T., Hellsten, Y., Pilegaard, H., Saltin, B., Rosenmeier, J. B. Attenuated purinergic receptor function in patients with type 2 diabetes. Diabetes. 59 (1), 182-189 (2010).
  10. Mortensen, S. P., Nyberg, M., Gliemann, L., Thaning, P., Saltin, B., Hellsten, Y. Exercise training modulates functional sympatholysis and α-adrenergic vasoconstrictor responsiveness in hypertensive and normotensive individuals. Journal of Physiology. 592 (14), 3063-3073 (2014).
  11. Hartmann, J. P., et al. Regulation of the microvasculature during small muscle mass exercise in chronic obstructive pulmonary disease vs. chronic heart failure. Frontiers in Physiology. 13, 979359(2022).
  12. Broxterman, R. M., Wagner, P. D., Richardson, R. S. Exercise training in COPD: Muscle O2 transport plasticity. European Respiratory Journal. 58 (2), 2004146(2021).
  13. Munch, G. W., et al. Effect of 6 wk of high-intensity one-legged cycling on functional sympatholysis and ATP signaling in patients with heart failure. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 314, 616-626 (2018).
  14. Esposito, F., Wagner, P. D., Richardson, R. S. Incremental large and small muscle mass exercise in patients with heart failure: Evidence of preserved peripheral haemodynamics and metabolism. Acta Physiologica. 213 (3), 688-699 (2015).
  15. Gliemann, L., Mortensen, S. P., Hellsten, Y. Methods for the determination of skeletal muscle blood flow: development, strengths and limitations. European Journal of Applied Physiology. 118 (6), 1081-1094 (2018).
  16. Rådegran, G. Ultrasound doppler estimates of femoral artery blood flow during dynamic knee extensor exercise in humans. Journal of Applied Physiology. 83 (4), 1383-1388 (1997).
  17. Mortensen, S. P., Saltin, B. Regulation of the skeletal muscle blood flow in humans. Experimental Physiology. 99 (12), 1552-1558 (2014).
  18. Shoemaker, J. K., Pozeg, Z. I., Hughson, R. L. Forearm blood flow by Doppler ultrasound during test and exercise: tests of day-to-day repeatability. Medicine and science in sports and exercise. 28 (9), 1144-1149 (1996).
  19. Limberg, J. K., et al. Assessment of resistance vessel function in human skeletal muscle: guidelines for experimental design, Doppler ultrasound, and pharmacology. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 318 (2), H301-H325 (2020).
  20. Buck, T. M., Sieck, D. C., Halliwill, J. R. Thin-beam ultrasound overestimation of blood flow: how wide is your beam. Journal of applied physiology (Bethesda, Md.: 1985). 116 (8), 1096-1104 (2014).
  21. Amin, S. B., Mugele, H., Dobler, F. E., Marume, K., Moore, J. P., Lawley, J. S. Intra-rater reliability of leg blood flow during dynamic exercise using Doppler ultrasound. Physiological Reports. 9 (19), e15051(2021).
  22. Bartlett, J. W., Frost, C. Reliability, repeatability and reproducibility: analysis of measurement errors in continuous variables. Ultrasound in Obstetrics and Gynecology. 31 (4), 466-475 (2008).
  23. Vaz, S., Falkmer, T., Passmore, A. E., Parsons, R., Andreou, P. The case for using the repeatability coefficient when calculating test-retest reliability. PLOS One. 8 (9), e73990(2014).
  24. Bunce, C. Correlation, Agreement, and Bland-Altman Analysis: Statistical Analysis of Method Comparison Studies. American Journal of Ophthalmology. 148 (1), 4-6 (2009).
  25. Jelliffe, R. W., Schumitzky, A., Bayard, D., Fu, X., Neely, M. Describing Assay Precision-Reciprocal of Variance is correct, not CV percent: its use should significantly improve laboratory performance. Therapeutic Drug Monitoring. 37 (3), 389-394 (2015).
  26. Liu, S. Confidence interval estimation for coefficient of variation. Thesis. , (2012).
  27. Groot, H. J., et al. Reliability of the passive leg movement assessment of vascular function in men. Experimental Physiology. 107 (5), 541-552 (2022).
  28. Lee, K. M., et al. Pitfalls and important issues in testing reliability using intraclass correlation coefficients in orthopaedic research. Clinics in Orthopedic Surgery. 4 (2), 149-155 (2012).
  29. Koo, T. K., Li, M. Y. A Guideline of selecting and reporting intraclass correlation coefficients for reliability research. Journal of Chiropractic Medicine. 15 (2), 155-163 (2016).
  30. Umemura, T., et al. Effects of acute administration of caffeine on vascular function. The American Journal of Cardiology. 98 (11), 1538-1541 (2006).
  31. Tesselaar, E., Nezirevic Dernroth, D., Farnebo, S. Acute effects of coffee on skin blood flow and microvascular function. Microvascular Research. 114, 58-64 (2017).
  32. Neunteufl, T., et al. Contribution of nicotine to acute endothelial dysfunction in long-term smokers. Journal of the American College of Cardiology. 39 (2), 251-256 (2002).
  33. Carter, J. R., Stream, S. F., Durocher, J. J., Larson, R. A. Influence of acute alcohol ingestion on sympathetic neural responses to orthostatic stress in humans. American Journal of Physiology. Endocrinology and metabolism. 300 (5), E771-E778 (2011).
  34. Padilla, J., Harris, R. A., Fly, A. D., Rink, L. D., Wallace, J. P. The effect of acute exercise on endothelial function following a high-fat meal. European Journal of Applied Physiology. 98 (3), 256-262 (2006).
  35. Johnson, B. D., Padilla, J., Harris, R. A., Wallace, J. P. Vascular consequences of a high-fat meal in physically active and inactive adults. Applied physiology, nutrition, and metabolism = Physiologie Appliquee, nutrition et Metabolisme. 36 (3), 368-375 (2011).
  36. Bain, A. R., Weil, B. R., Diehl, K. J., Greiner, J. J., Stauffer, B. L., DeSouza, C. A. Insufficient sleep is associated with impaired nitric oxide-mediated endothelium-dependent vasodilation. Atherosclerosis. 265, 41-46 (2017).
  37. Gheorghiade, M., Hall, V., Lakier, J. B., Goldstein, S. Comparative hemodynamic and neurohormonal effects of intravenous captopril and digoxin and their combinations in patients with severe heart failure. Journal of the American College of Cardiology. 13 (1), 134-142 (1989).
  38. Anderson, T. J., Elstein, E., Haber, H., Charbonneau, F. Comparative study of ACE-inhibition, angiotensin II antagonism, and calcium channel blockade on flow-mediated vasodilation in patients with coronary disease (BANFF study). Journal of the American College of Cardiology. 35 (1), 60-66 (2000).
  39. Hantsoo, L., Czarkowski, K. A., Child, J., Howes, C., Epperson, C. N. Selective serotonin reuptake inhibitors and endothelial function in women. Journal of Women's Health (2002). 23 (7), 613-618 (2014).
  40. Millgård, J., Lind, L. Divergent effects of different antihypertensive drugs on endothelium-dependent vasodilation in the human forearm. Journal of Cardiovascular Pharmacology. 32 (3), 406-412 (1998).
  41. Lew, L. A., Liu, K. R., Pyke, K. E. Reliability of the hyperaemic response to passive leg movement in young, healthy women. Experimental Physiology. 106 (9), 2013-2023 (2021).
  42. Credeur, D. P., et al. Characterizing rapid-onset vasodilation to single muscle contractions in the human leg. Journal of Applied Physiology (Bethesda, Md.: 1985). 118 (4), 455-464 (2015).
  43. Newcomer, S. C., Leuenberger, U. A., Hogeman, C. S., Handly, B. D., Proctor, D. N. Different vasodilator responses of human arms and legs. The Journal of Physiology. 556 (Pt 3), 1001-1011 (2004).
  44. Lutjemeier, B. J., et al. Highlighted topic skeletal and cardiac muscle blood flow muscle contraction-blood flow interactions during upright knee extension exercise in humans. Journal of Applied Physiology. 98, 1575-1583 (2005).
  45. Parker, B. A., Smithmyer, S. L., Pelberg, J. A., Mishkin, A. D., Herr, M. D., Proctor, D. N. Sex differences in leg vasodilation during graded knee extensor exercise in young adults. Journal of Applied Physiology. 103 (5), 1583-1591 (2007).

重印与许可

探索更多文章

股动脉测试-重测信度评分者间信度超声探头骨骼肌血流量血流容积测量
基于多普勒超声的非受控环境下单腿膝伸肌运动期间腿部血流评估
联系我们
向图书馆推荐

隐私政策

使用条款

政策

版权所有 © 2026 MyJoVE Corporation。保留所有权利。