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
2023年12月15日
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。
该方法在众多临床和科研环境中被广泛认可和应用。本研究的主要目的是协助提高该方法的可重复性，从而深入理解测量误差。通过这种方式，我们能够区分真实的生理变化与由测量误差引起的变化。
最终，这将增进我们对该方法的理解。主要障碍在于探索日常生活中各种活动期间的生理变化，因为此类研究仅在特定实验条件下才可行。自上一次在单腿膝伸肌运动期间开展的可靠性研究以来，已过去二十多年。
在此期间，技术已显著发展，因此有必要重新审视这一研究领域，以深入了解当前方法所关联的测量误差。与热稀释法等其他血流测定方法相比，多普勒超声具有非侵入性优势，且在必要时可与动脉和静脉插管技术联合使用。此外，它还能实现逐搏血流速度测量，从而能够检测快速变化。
未来我们的主要目标是研究慢性阻塞性肺疾病患者在骨骼肌收缩时血流量的调节机制。首先，让受试者坐在单腿膝关节伸展训练椅上，背部靠紧椅背。放置一张椅子或长凳以固定非活动腿。
为确保电极与心脏的距离相等，将一个心电图电极固定在胸壁右侧第三肋间隙处，第二个电极置于左侧第三肋间隙，然后将第三个电极置于左侧第11肋间隙。
放置电极后，将受试者体位调整至腹部与大腿之间的角度大于90度。调节单膝伸展椅连接至飞轮的臂部，使受试者能够充分伸展膝关节。
将腿部牢固地绑在椅子踏板上，以避免肢体下部肌肉的使用。然后，按下超声设备上的开机按钮。按下“患者”以创建新的检查文件。
将光标移至“新患者”并按 Enter 键，然后填写患者编号。将光标移至“创建”并按 Enter 键。将导联连接到电极。
按压探头并选择线性探头。在探头上涂抹超声耦合剂。开始时，将探头置于受试者的腹股沟区域。
然后找到用于下肢血流量（LBF）测量的最佳动脉节段。获取股总动脉的横断面图像。顺时针旋转增益按钮以增加增益，逆时针旋转以降低增益。
顺时针旋转深度按钮以增加深度，逆时针旋转以减小深度。调整后，确保动脉位于屏幕中央，且血液呈黑色。在2D模式下按一次 Freeze 键，然后使用轨迹球滚动查找一个收缩末期图像。
按一次“测量”按钮，将光标移至动脉的浅层内膜层，然后按回车键。接着，将光标移至动脉的深层内膜层，再按回车键，以获取收缩末期的直径。按下“冻结”按钮，然后在保持动脉位于屏幕中央且探头与动脉平行的前提下，将探头顺时针旋转90度，以获得纵向视图。
按下 PW 按钮，然后按下 Measure 按钮。将光标移至 Auto，按 Enter 键。然后点击 Flow Volume 并按 Enter 键。
将光标移至实时模式，按 Enter 键获取轨迹，然后按一次“测量”键结束。为了在入射角小于 60 度时获得速度值，顺时针旋转“Steer Angle”按钮以减小角度，逆时针旋转则增大角度。旋转“Angle Correction”按钮，使光标与动脉方向水平对齐，以确认所捕获的轨迹。
按下“采样体积”以根据动脉宽度调整体积，同时避免接触动脉壁。按左箭头可减小采样尺寸，按右箭头可增大采样尺寸。接下来，顺时针旋转“声音”按钮。
然后，在对动脉进行二维可视化成像的同时，获取血流速度曲线，并辅以视听血流速度反馈。首先在受试者静坐休息状态下采集30秒的血流速度曲线，按“图像存储”按钮两次以保存该曲线。随后指导受试者在测试过程中保持每分钟60转的节奏。
在相同条件下，以 60 转/分钟和 0 瓦特的功率记录轨迹数据。增加单腿膝伸展训练椅的阻力，然后要求受试者完成至少 150 秒的运动。
在获取30秒的轨迹之前，按“图像存储”按钮两次以保存该轨迹。当所有图像获取完成后，按“回顾”键，旋转轨迹球并将光标移至所需图像，然后双击“回车”键。当所需的轨迹出现后，按“测量”键。
然后从下拉菜单中选择流量容积并按 Enter 键。接着，选择二维超声图像并按 Enter 键，然后拖动光标直至达到静息期间测量的直径，再次按 Enter 键。将光标选择按钮顺时针旋转两圈。
然后通过滚动轨迹球并按 Enter 键，在两条垂直线之间选择一段 30 秒的轨迹。同一天内或不同天之间的绝对 LBF 值差异无统计学意义。随着负荷逐步增加，LBF 呈进行性升高。
该数值在静息状态下为每分钟 0.36 升，运动负荷为 18 瓦时升高至每分钟 2.44 升。LBF 测量值在同一天内重复性的一致性分析（Bland-Altman 图）显示无离群值。相比之下，在不同天之间的测量中观察到少量离群值，而在不同评估者之间的测量中则观察到多个离群值。
在重测信度中，同一天内测量的最小真实差异值低于不同天之间及不同评定者之间的测量值。类似地，不同天之间及不同评定者之间的变异系数值高于同一天内的测量值。组内相关系数结果显示，在同一天内和不同天之间的所有工作负荷下，信度均高于0.90。
相反，评分者间测量得到的组内相关系数（ICC）值低至 0.41。
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概述
本研究评估了在单腿膝关节伸展运动期间使用多普勒超声测量腿部血流量的可靠性。研究指出，该方法在同一天内的重复性较高，日间重复性可接受，但在静息状态和低负荷条件下，不同测量者之间的可靠性较低。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 生理学
- 运动科学
背景
- 多普勒超声在临床和科研领域被广泛应用。
- 理解测量误差对于解读生理变化至关重要。
- 此前关于该方法的可靠性研究已超过二十年历史。
- 研究日常活动中的生理变化具有诸多挑战。
研究目的
- 评估多普勒超声测量的可重复性。
- 区分真实的生理变化与测量误差。
- 加深对方法可靠性的理解。
使用的方法
- 重测信度研究设计。
- 膝伸肌运动期间下肢血流量的测量。
- 日内、日间及不同评估者间可靠性的评估。
- 多普勒超声技术的应用。
主要结果
- 日内可靠性较高。
- 日间可靠性处于可接受水平。
- 在静息状态和低负荷条件下，观察到评分者间可靠性较低。
- 提供了测量误差的分析，以助于更准确地解读结果。
结论
- 多普勒超声方法在同一天内的测量中具有可靠性。
- 需要进一步研究以提高不同操作者之间的可靠性。
- 了解测量误差对于准确的生理评估至关重要。
常见问题
行业重要性概述
肢体血流量的可靠量化对于转化研究至关重要，尤其是在早期靶点验证中评估血管功能和运动生理学时。本研究表明，多普勒超声在运动过程中对腿部血流量的评估具有较高的日内重复性和可接受的日间重复性，支持其在发现性研究和临床前工作流程中的应用。了解测量误差有助于更可靠地解读生理变化，减少机制研究和项目筛选中的不确定性。
生物制药研发中的战略应用
早期发现与靶点验证
- 能够对血管功能及对运动干预的生理反应进行可靠的检测。
- 通过区分真实的生理变化与测量变异，支持生物学风险的降低。
- 有助于提高涉及肌肉灌注的靶点参与研究的预测可信度。
筛选与检测方法开发
- 提供一种经过验证的、非侵入性的人体血流定量测量系统。
- 支持在重复测量和不同时间点之间实现检测的可重复性和标准化。
- 能够可靠地评估药物或生理干预对肢体灌注的影响。
转化与临床前研究
- 与转化模型中血管和代谢性疾病的临床相关终点保持一致。
- 确保从早期发现到临床前验证阶段定量读数的连续性。
- 通过明确生理学研究中的测量误差边界，降低假阳性风险。
流程与工作流整合
该多普勒超声检查方案贯穿从早期发现到临床前研究的整个过程，既支持假设验证，也支持定量终点的验证。
- 发现生物学：实现对血管反应的假设驱动型评估及机制层面的风险排除。
- 筛选：提供可重复的定量结果，用于比较干预措施对血流的影响。
- 分析：提供统计学指标（CV、ICC），用于评估测量的可靠性并指导研究设计。
- 转化研究：连接人体生理数据与临床前模型，用于血管功能研究。
- 企业级复用：建立标准化、可扩展的实验方案，可在不同研究和团队间重复使用。
运营与企业影响
- 科学价值：提高血管研究的预测可信度，减少机制上的模糊性。
- 操作价值：支持血流测量的标准化、可重复性和可扩展性。
- 战略价值：通过明确生理变化与测量驱动变化之间的差异，为决策提供依据。
- 项目组合影响：实现对血管靶点和干预措施的风险调整后优先排序。
实施注意事项
- 需要经过培训的超声技师，以最大程度提高当天内和不同天之间的可靠性。
- 需要具备多普勒超声仪器及数据分析基础设施的使用条件。
- 测量方案的标准化对于跨团队可重复性至关重要。
- 针对不同的肌肉群或疾病人群，可能需要进行方案调整。
- 应通过培训和方案协调，将不同操作者间的变异降至最低。
