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编号:10270168
彩色流速成像法超声流量测定的动物实验研究
http://www.100md.com 《中华超声影像学杂志》 1999年第5期
     作者:张韵华 徐智章 刘利民 冯岚 徐佰成

    单位:200032 上海医科大学中山医院超声诊断科(张韵华、徐智章、刘利民);进修医师(冯岚、徐佰成)

    关键词:超声检查;彩色流速流量定量;血液动力学;动物;实验

    中华超声影像学杂志990517 【摘要】 目的 在离体实验基础上, 于动物体内进一步研究弹性动脉管、 脉动流中彩色流速流量定量(CVIQ)的准确性。方法 犬4只, 2只作颈总动脉-颈总动脉(A-A)插管, 2只作颈总动脉-颈内静脉(A-V)插管, 用CVIQ法和气泡法同步测量颈总动脉流量。 在1只犬中, 还进行CVIQ法与放血法同步测量。 结果 在5组(平均流量60~370 ml/min)共65次同步测量中, CVIQ法和气泡法流量测值呈直性关系, 斜率为1.0125, 相关系数为0.975, P=0.0001; 平均流量为465 ml/min时CVIQ与放血法同步测量19次, CVIQ法相对误差为-13.3%~20.6%, 平均误差4.7%, CVIQ法的变异系数较放血法和气泡法略大。 结论 CVIQ是无创伤情况下为临床提供相对准确流量的可行方法。
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    Volume flow estimation using time-domain ultrasonography: in vivo study

    ZHANG Yunhua, XU Zhizhang, LIU Limin, et al.

    Ultrasound Department, Zhongshan Hospital, Shanghai Medical University, Shanghai 200032

    【Abstract】 Objective On the base of in vitro experiment, accuracy of color velocity imaging quantification (CVIQ) were further studied in vivo on pulsative flow, flexible artery. Methods Four dogs were cannulated (two were common carotid artery to common carotid artery, two were common carotid artery to internal jugular vein). Volume flow estimation were excutated simultaneously using CVIQ and bubble method under different volume flow level. In addition, CVIQ and timed-collection volume flow estimation were taken simultaneously in one dog. Results Under 5 group (mean volume flow from 60~370 ml/min), totle 65 times estimation of CVIQ and bubble method, two methods were in linear with regression slope 1.0125 and correlation coefficient 0.975, P=0.0001. Compared to timed-collection, the relative error of CVIQ were -13.3%~20.6%, mean error 4.7% under mean volume flow 465 ml/min (10 times comparison). Coefficient of variation (CV) of CVIQ were somewhat greater than timed-collection and bubble method's.Conclusions Noninvasive way of accurate volume flow estimation jusitifies CVIQ as a practicable way of volume flow estimation.
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    【Key words】Ultrasonography Color velotity imaging quantification Hemodynamics Animals, laboratory

    血流量是血流动力学的重要参数, 血液透析治疗中动-静脉瘘流量、 颈总动脉和颈内动脉血流量监测等具重要临床意义。 创伤性血流量测定如容器收集法、 电磁流量计、 超声流量计、 气泡流量计等临床应用价值有限。 彩色流速流量定量(color velocity imaging quantification, CVIQ)是九十年代推出的无创超声流量测定软件。 本研究在离体实验基础上进一步研究脉动流, 弹性动脉管中CVIQ流量测定的准确性。

    资 料 与 方 法

    犬4只, 体重14~18 kg(平均15.25 kg), 3%戊巴比妥钠按1 ml/kg体重静脉麻醉, 实验过程中按需追加少量麻醉剂。
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    1. 建立气泡法或放血法流量测定的体外循环通路(图1):暴露颈部, 去毛, 解剖颈总动脉、颈内静脉。 其中2只犬作动脉-动脉(A-A)插管: 结扎颈总动脉、 颈内静脉, 在结扎处的近心端、 远心端分别行动脉插管。 2只犬作动脉-静脉插管: 结扎颈总动脉、 颈内静脉, 在结扎处的动脉静脉近心端分别行插管。 A-A插管或A-V插管之间连结塑料管,塑料管两端为三通管,一路连结插管,一路为注气或排气管(一般封闭,仅注气或排气时开放), 塑料管中设流量控制开关。 血液由近心端颈总动脉插管流出,经塑料管,由远心端颈总动脉或近心端颈内静脉插管回心。 插管与塑料管内均灌满肝素(按65 mg肝素+250 ml生理盐水比例),插管后,动物全身肝素化(65 mg肝素+20 ml生理盐水动脉推注)。 塑料管分两段: 近心端A插管的一段为测量准备区,另一段为测量区。测量区标刻长度(cm),事先测量单位长度(cm)的容积。

    图1 体外循环通路示意图
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    2. 气泡法流量测定方法: 血管钳阻断正常的血液循环通路, 开放注气用通路, 注入一段空气泡, 阻断注气通路, 松开血管钳, 气泡随血流一起流动, 当气泡头端进入测量区起始部位开始计时, 至气泡头端越过测量区末端时停止计时, 同时阻断血流, 开放排气通路, 抽尽气体后关闭排气通路, 恢复正常循环。 记录秒表读数。 根据气泡行走的距离, 折算成容积, 以“容积/时间”计算流量。

    3. 放血法流量测定: 在1条犬A-V插管状态下,除用气泡法进行流量测定外,还用放血法进行流量测定。 方法为阻断血流向颈内静脉回流,开放排气通路,血液由排气通路流入量筒。 测量时, 量筒收集血液, 秒表测量时间,同步进行CVIQ流量测定。 每次测量结束, 阻断排气通路, 恢复正常通路, 回输血液。

    4. CVIQ流量测定: 选用HP 8500 GP彩色超声仪, 具CVIQ软件, 线阵探头(二维频率7.5 MHz, 彩色频率5.5 MHz)。 超声探头置于近心端动脉插管的近心端, 经皮肤探测颈总动脉, 手持探头。
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    超声仪器调节方法: 尽量放大图像, 在二维图像上清晰显示颈总动脉最大径的长轴切面; 选择平直的血管段, 叠加彩色流速显像, 偏转彩色取样框, 使“声束-血流”夹角在30°~70°之间, 尽量缩小取样框; 脉冲多普勒测量最大流速(PSV), 调节彩标在其附近; M型取样线置管腔中, 聚焦位置与取样位置在同一水平; 调节彩色增益和功率输出, 使彩色充满管腔。 仪器调节至标准状态后冻结。 当气泡头端越过测量区起始处(或量筒开始收集血液)时, 由气泡法(或放血法)测量者同时按下秒表(开始计时)和脚踏冻结开关(解除冻结状态, 开始M型取样), 当气泡头端越过测量区末端(或量筒收集血液结束)时, 再次同时按下秒表(结束计时)和脚踏冻结开关(结束M型取样), 回放M型图像, 移动角度校正线使之贴近管壁, 以管壁为参照线调节声束-血流夹角; 按Trace键, 自动计算流量。 在A-A插管状态, 通过调节流量控制开关, 造成不同流量水平, CVIQ法和气泡法同步测量。

    5. 资料统计分析: CVIQ与气泡法测值作直线回归, 相关分析。 CVIQ与放血法测值比较的相对误差〔(CVIQ-放血法)/放血法×100%〕, 相对误差的均数。 分别计算平均流量为465 ml/min时放血法与CVIQ法测量的标准差和变异系数; 平均流量为326 ml/min时, 气泡法与CVIQ法测量的标准差和变异系数。
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    结 果

    插管后, 颈总动脉管径为3.3~4.3 mm, A-A插管时颈总动脉血流无反向波, 舒张期有持续血流; A-V插管和放血法测量时颈总动脉内呈高速低阻血流。 CVIQ流量测量时间选择在两次冻结操作(开始解冻与结束测量再冻结)之间(图2), 与气泡法或放血法测定时间同步。

    图2 CVIQ流量测定时间选择在两次冻结之间进行, 与放血法或气泡法测量时间同步。

    CVIQ法与气泡法同步测量分5组, 共65次(其中平均流量60 ml/min组19次, 119 ml/min组6次, 145 ml/min组9次, 326 ml/min组17次, 370 ml/min组14次), 测值直线回归方程为: Y=1.0125X+7.538(Y为气泡法测值, X为CVIQ法测值), 相关系数r=0.975, P=0.0001。
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    在平均流量为326 ml/min时, 气泡法与CVIQ同步测量17次, 气泡法标准差为16.01 ml/min, 变异系数为4.90%; CVIQ法标准差为30.87 ml/min, 变异系数为9.72%。 在平均流量为465 ml/min时, CVIQ与放血法同步测量10次, CVIQ法相对误差范围为-13.3%~20.6%, 平均为4.7%。 放血法测量的标准差为10.04 ml/min, 变异系数为2.15%; CVIQ法测量标准差为48.3 ml/min, 变异系数为9.92%。

    讨 论

    CVIQ的测速原理为时域法, 通过距离与时间的关系计算流速, 不同于多普勒法。 CVIQ流量测定原理是将时间分成许多小片段(10 ms, 称瞬时), 计算瞬时流量, 累加相继的瞬时流量。 此技术核心为多道选通门法获得瞬时流速剖面, 同时将血管腔分成多个同心圆环, 分割圆环宽度与多道选通门一致。 将多道选通门流速与相应圆环面积相乘后相加, 获得瞬时流量。 由于CVIQ法流速及截面积测值与声束-血流夹角有关, 为兼顾流速与管径测量的准确性, 声束-血流夹角宜取30°~70°[1]。 作者曾在离体实验[2]中, 详细研究了CVIQ流量测定中仪器调节的影响, 在总结仪器调节方法后, 在88~300 ml/min流量范围, 将CVIQ测值与实除流量进行比较, CVIQ测值相对误差为-0.1%~3.6%。 离体实验在稳流、 非弹性管中进行, 本实验在脉动流、 弹性动脉管中进一步研究CVIQ测定的准确性。
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    气泡法与放血法流量测定原理一致, 即根据容积除以时间计算流量。 从实验中可以看到气泡保持完整, 不被血流分开。 在体外所作的气泡法与放血法的比较中看到, 控制血流速度, 精确地控制气泡法开始计时与结束计时的时刻, 气泡法与放血法测量结果完全一致。在动物实验中, 气泡法与放血法测量的变异系数分别为4.90%与2.15%, 放血法重复性略好于气泡法, 主要原因是气泡测量在具体操作中, 当流速较快, 流量较高时, 开始计时与结束计时的时刻不能精确控制, 但在平均流量为326 ml/min时, 气泡法标准差达到16.01 ml/min, 变异系数达4.90%, 尚属可以。 因此以气泡法为标准, 评价CVIQ法测量的准确性具可行性。

    CVIQ与气泡法直线回归中, 斜率为1.0125, 相关系数r为0.975, P=0.0001, 与文献报道[1,3-5]的CVIQ与超声流量计比较结果相似(斜率为0.91~1.117, r为0.78~0.99, P<0.026)。
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    CVIQ与放血法相比, 相对误差范围为-13.3%~20.6%, 平均为4.7%。 与文献报道的多中心研究结果CVIQ流量测量误差范围为±15%大致相符[1]

    CVIQ测值的变异系数为9.72%~9.92%, 大于放血法及气泡法的变异系数(2.15%与4.90%), CVIQ重复性较后二者稍差。 其原因主要是操作者依赖, 表现为: 测量过程中, 声束-血流夹角调节具主观性; 由于手持探头, 随呼吸或心跳血管中轴有所变动, 声束平面不始终经过血管中轴。 离体实验[2]中, 探头位置固定, 管腔位置恒定, CVIQ测值相对误差较小, 重复性较好。 其它原因如CVIQ软件设计时, 对流速剖面对称性的要求, 对血流状态(层流、 湍流、 涡流)的要求等均可造成其测量误差[1]

    虽然CVIQ流量测定测值依赖因素较大, 但平均误差仅4.7%, 取多次测值得平均值的方法是可行的。 首先可以最大程度地减少操作误差, 其次, 实际流量也有波动性(与每搏输出量, 外周阻力有关), 因此, 取数次测值的平均更能反映出真实的流量。 Westra SJ[4]分析了CVIQ流量测值变异系数与平均测量次数的关系, 认为取三次测值平均比较合适。 用CVIQ对血液透析用动-静脉内瘘[6]和颈动脉流量[7]监测结果具有一定的临床意义。 CVIQ流量测定与创伤性的流量测定方法(气泡法、 放血法)比较, 测值呈直线相关, 平均相对误差较小, 是无创伤情况下为临床提供相对准确流量的可行方法。
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    参 考 文 献

    1 Forsberg F, Liu JB, Russell KM, et al. Volume flow estimation using time domain correlation and ultrasonic flowmetry. Ultrasound Med Biol, 1995, 21:1037-1045.

    2 张韵华, 徐智章, 刘利民, 等. 彩色流速成像法超声流量测定的离体实验研究. 中华超声影像学杂志,1999,8(2):118-121.

    3 Harrington K, Deane C, Campbell S. Measurement of volume flow with time domain and M-mode imaging: in vitro and in vivo validation studies. J Ultrasound Med, 1996, 15(10): 715-720.
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    4 Westra SJ, Levy DJ, Chalonpka JC, et al. Carotid artery volume flow: in vivo measurement with time-domain processing US. Radiology, 1997, 202:725-729.

    5 Levy DJ, Westra SJ, Sayre J, et al. Validation of volume flow measurements in blood vessels with quantification color velocity imaging using a physiologic model of the circulation. Acad Radiol, 1996, 3(5):383-388.

    6 Deane CR, Besarab A, Ross R, et al. Hemodialysis access viability: study with sequential US volume flow measurements (abstract). Radiology, 1994, 193(Suppl): 232.

    7 Knappertz VA, Tegeler CH, Myers LG. Clinical cerebrovascular applications of arterial ultrasound volume flow rate estimetes. J Neuroimaging, 1996, 6(1):1-7.

    (收稿 1998-07-06 修回 1998-09-29), 百拇医药