儿童和青少年主动脉和颈动脉内膜中层厚度的超声评估

摘要

本文描述了使用 B 型超声无创评估腹主动脉和颈动脉内膜中层厚度的方法学考虑。该技术通常用于健康和疾病研究的发育起源，作为早期动脉变化的替代指标。

摘要

使用高分辨率 B 型超声测量的颈动脉内膜中层厚度 （IMT） 是亚临床动脉粥样硬化广泛使用的替代标志物，亚临床动脉粥样硬化是大多数临床心血管疾病事件的病理生理过程。动脉粥样硬化是一种起源于生命早期的渐进性疾病，因此，人们越来越关注在儿童和青少年时期测量颈动脉 IMT，以评估动脉脉管系统的结构变化对不良暴露的反应。然而，动脉粥样硬化的时间因血管树而异。与颈总动脉的青春期中期相比，原始动脉粥样硬化病变早在婴儿期就存在于腹主动脉中。在任一部位测量 IMT 都容易受到需要考虑的几个技术挑战的影响，尤其是在年幼的儿童中。在本文中，我们提供了一种详细的逐步方法，用于高质量评估年轻人腹主动脉和颈总动脉的 IMT。在探索早期暴露与晚年心血管疾病之间的关联时，我们还提供了对任一站点的适当性的见解。

引言

健康与疾病的发育起源 （DoHAD） 假说提出了发育关键时期（从受孕到 2 岁）的环境暴露与晚年对心脏代谢疾病的易感性之间的联系¹。几项观察性研究表明，围产期暴露（例如低出生体重和早产）与长期心血管疾病 （CVD） 风险相关²。动脉粥样硬化是动脉壁最内层的逐渐增厚，是大多数临床 CVD 事件的前兆³。这种增厚可以在亚临床阶段使用高分辨率亮度模式 （B 模式） 超声进行无创测量，这种技术称为内膜中层厚度 （IMT）。

在 1980 年代，颈动脉 IMT 测量的超声检查针对直接组织学进行了验证，从那时起已成为识别早期动脉变化的标志性非侵入性方法⁴。颈动脉 IMT 的评估在 DoHAD 研究中很受欢迎，因为它使我们能够探索环境暴露与生命早期脉管系统适应之间的关联，以及随着时间的推移对这些适应的潜在监测。颈动脉 IMT 在暴露于早期生命危险因素（如胎儿生长受限⁵ 和出生后头两年体重过度增加⁶）的儿童中增加，此外还有传统的 CVD 危险因素，如肥胖⁷、吸烟暴露和血脂异常⁸。虽然颈动脉分叉、颈内动脉和颈总动脉的 IMT 已经与危险因素进行了研究，并且都可以预测以后的心血管事件 ^9,10，^但颈总动脉 （cIMT） 动脉的远壁 IMT 是唯一针对直接组织学³ 和本手稿的重点进行验证的部位。

重要的是，探索动脉粥样硬化自然进展的研究表明，腹主动脉是第一个出现原始动脉粥样硬化病变（称为脂肪条纹）的大弹性动脉，尤其是血管的远端远壁^11,12。相比之下，颈总动脉在青春期中期出现脂肪条纹。因此，腹主动脉 IMT （aIMT） 的测量可能有助于早期发现血管结构的变化。在美国 635 名 11-34 岁的人的马斯卡廷后代研究中，发现 aIMT 与青少年 （11-17 岁） 的常规 CVD 危险因素的相关性更强，而 cIMT 在老年受试者 （18-34） 中的相关性更强 （¹³）。与对照组相比，在高危儿童中，两条血管的 IMT 均增加，但与颈动脉相比，主动脉的影响更大，导致管腔直径¹⁴。这些结果和自然历史研究共同表明，与 cIMT 相比，优先考虑在年轻人群中测量 aIMT。尽管这并非没有局限性，但 aIMT 的测量往往更加可变¹⁵，直到最近该方法还缺乏标准化³ （standardation），并且人们担心它在中心性肥胖较严重的个体中的效用。

当特别关注生命最初 1,000 天的暴露时，最近的两项系统评价和荟萃分析为每种技术的敏感性提供了有意义的见解。在对 0 至 18 岁明显健康的受试者进行的研究中，Epure 等人 ⁹ 评估了出生后前 1,000 天内的临床状况与 cIMT 之间的关联。他们发现，出生小于胎龄儿 （SGA），有或没有胎儿生长受限，与儿童和青少年 cIMT 增加显著相关 （16 项研究，2,570 名参与者，合并标准化平均差 0.40 [95% CI： 0.15-0.64]，p = 0.001，I² = 83%）与出生时适合胎龄的人相比。在一项以 aIMT 作为结果测量的几乎相同的荟萃分析中，Varley 等人¹⁰ 报告说，与对照组相比，出生 SGA 的人的 aIMT 显着增加，并且效果的大小大于 cIMT （14 项研究，592 名参与者，合并标准化均数差 1.52 [95% CI：0.98-2.06]， p < 0.001，I² = 97%）。此外，他们发现与 Epure 等人^{9 没有的其他} 风险因素相关联，例如暴露于先兆子痫和出生时小于胎龄儿，这可能是由于 aIMT 比 cIMT 更敏感。

重要的是，这两项综述都确定了方法学缺乏标准化，并且缺乏针对儿童和青少年测量的定制建议，这限制了深入的交叉研究比较和其他暴露的结果不确定。因此，本手稿旨在为幼崽的每次测量提供详细的方案。这些协议的基本原理和理由在前面已经更详细地介绍了³.我们讨论了常见的方法挑战，并提供了克服这些挑战的实用建议。

以下协议假定对超声机及其组件以及可以使用超声换能器 16,17,18 执行的作有基本的了解。还强烈建议检查者、参与者和机器的适当位置，以提高检测效率并最大限度地减少压力，这与超声检查的现代最佳实践一致。下面提供了一些建议。所有评估都应在安静、温度受控且灯光昏暗的房间内进行，以确保参与者的舒适度和成像的确定。要求参与者在测试前禁食至少 8 小时以减少肠道中的气体¹⁵，允许饮用透明液体，尽管在年轻时这可能是不可能的。但是，请避免在饭后立即进行评估。以前有报道称，在早上醒来后的前两个小时内进行测量是观察腹主动脉 ^3,15 的最佳时间范围，这也可以减少与禁食相关的任何不便。该协议改编自美国超声心动图学会颈动脉内膜中层厚度工作组¹⁹、曼海姆颈动脉内膜中层厚度和斑块共识¹⁸ 和欧洲儿科心脏病学会 AECP²⁰ 概述的 cIMT 测量指南，以及最近发布的 aIMT^{测量建议 3}.我们强烈建议还回顾最近的床旁超声方案，以帮助了解腹主动脉和周围结构的解剖结构²¹。

研究方案

所有研究均按照悉尼地方卫生区人类研究伦理委员会（协议编号 X16-0065 和 X15-0041）进行。所有超声图像均不含识别信息。用于说明换能器放置的图像是在征得个人同意或经其父母或监护人同意的情况下对个人进行的。

1. 颈总动脉内膜中层厚度

1. 让参与者躺在床上，不要枕头。这将有助于尽可能保持脖子笔直。
2. 要求检查者坐在参与者的头部，并将床抬高，让检查者的肘部靠在床上以稳定扫描臂。
3. 将机器放在检查员面前，与扫描侧相对，用检查员的非扫描手纵机器，不要过度伸展。留出足够的空间，以便在检查颈部的另一侧时，超声可以移动到另一侧。
4. 同时获取心电图 （ECG）。3 导联心电图就足够了;根据制造商说明和参与者的年龄应用适当的潜在客户。将凝胶放在换能器上。在新生儿和婴儿中，建议使用一次性无菌凝胶包进行感染控制。事先加热凝胶也可能有助于防止不适。
5. 使用最小频率为 7 MHz 的线性换能器，将设备设置为 3-4 cm 的深度、25 Hz 的帧速率和 55-65 dB 的动态范围。建议进行回顾性捕捉，因为儿童可能会突然移动。
   注意：为了帮助参与者和考官之间实现测量的标准化并提高测试效率，建议使用预设。大多数超声机都有这个功能。上述设置是推荐的，根据所使用的机器可能会有所不同;下面将讨论 ultrasound 设置的影响。
6. 为了提高可重复性，每侧至少获取三个谐振角。使用像 Meijer 的颈动脉弧这样的工具来标准化角度。这里收集的角度是左 210°、240° 和 270° 和右 150°、120° 和 90°，对应于每个血管的前视图、侧视图和后视图¹⁹。
   注意：建议收集多个角度，因为增厚通常是偏心的;但是，这将增加检查和分析的负担。
7. 让参与者伸展脖子，将头部向左倾斜约 45°;可以将卷起的毛巾或枕头楔入参与者的头部下方，以提高舒适度并帮助保持横向旋转¹⁹。
8. 将换能器放置在颈部底部的横向扫描平面上，指示器位于 9 点钟位置，然后向上朝向头部扫描。确保指示器的位置与屏幕上的位置相匹配。识别颈总动脉，即屏幕中央的搏动消声圈。颈静脉也可以直接在颈总动脉上看到;它的壁较薄，在中等压力下可折叠，而颈动脉保持其圆形（图 1）。
9. 在颈部向上移动时，观察颈总动脉扩大，然后分叉到颈内动脉和颈外动脉。将换能器置于放大点（也称为灯泡）处，然后顺时针旋转至纵向视图。确保指示器位置现在朝向头部。
10. 调整增益设置以获得近壁和远壁（分别是最近和最远离超声束的壁;参见 图 2 和 图 3）的对称亮度和最小的腔内伪影。
    注意：来自不适当增益设置的成像伪影（例如褪色的边界）可能会影响 IMT 的解释。IMT 具有明显的双线模式：内膜和外膜是高回声（明亮），而中层是低回声（较暗）。
11. 获得一个数字回路，在球茎近端 10 毫米处具有至少三个颈总动脉的心动周期（图 2）。为了获得最佳成像效果，请确保血管垂直于探针光束。这可以通过巧妙地在换能器的短轴上倾斜和沿换能器长轴的压差来实现，也称为摇摆或脚跟-脚趾运动^16,17。
12. 对其余两个角度重复该过程，并充分标记每个数字回路，以便于重新识别角度。
13. 在颈部右侧重复步骤 1.7 - 1.11。结束考试。清除所有残留的凝胶并去除心电图贴纸。 补充表 1 讨论了去除新生儿和婴儿心电图贴纸的注意事项。

2. 主动脉内膜中层厚度

1. 让参与者仰卧在床上，露出腹部。让参与者弯曲膝盖，双脚平放在床上;这可以放松腹部肌肉并改善成像。
2. 按照步骤 1.4 同时获取心电图。将机器放在参与者附近，并放在考官扫描手容易触及的地方。将凝胶放在换能器上。
   注意：新生儿和婴儿的呼吸频率很高，这会严重影响心动周期中血管直径的解释。因此，心电图对于测量舒张末期的 IMT 至关重要。
3. 使用最小频率为 7 MHz、调整深度以保持主动脉可见、帧速率为 25 Hz、动态范围为 55-65 dB 的线性传感器。使用适当的缩放以保持主动脉位于屏幕中央。对于体重较高的人，请使用较低的频率。建议按照步骤 1.5 进行回顾性捕获。
4. 通过将换能器放置在剑突正下方的横向平面上，将指示器置于 9 点钟位置（面向超声医师）来识别主动脉。主动脉将在屏幕右侧显示为一个脉动消声圈。周围的结构包括主动脉左侧的下腔静脉 （IVC）、正上方的肝脏和正下方的无声椎体。
5. 顺时针转动探头，直到主动脉出现在纵向视图中。确保指示器位置朝向头部并与屏幕上的内容相匹配。在纵向视图中，周围的结构将包括正上方的肝脏和胰腺以及屏幕底部的椎骨。
6. 缓慢向下移动探头，直到识别出腹腔动脉 （CA） 和肠系膜上动脉 （SMA） 分支。该分支的尾部是近端腹主动脉，该分支的远端是中至远端腹主动脉。
7. 继续扫描，直到识别出没有分支的直线段。主动脉随着向远端移动而变得更前倾，因此请调整缩放设置以确保主动脉在屏幕上居中。确保血管垂直于超声束并根据需要调整增益设置（图 5）。
8. 获得至少具有三个心动周期的数字环路。获取从近端到远端腹主动脉（就在左右髂动脉之前）扫描的不同直非分支段的数字环以及每个段的倍数。这些可以标记为近端、中端和远端 aIMT。
   注意：不同片段的数字循环并不总是可能的。肠道中的气体通常会阻碍图像采集，并将超声窗口限制在 CA 和 SMA 分支的近端。
9. 结束考试。清除所有残留的凝胶并去除心电图贴纸。

3. 使用半自动边缘检测软件进行离线内膜分析

1. 使用半自动边缘检测软件可以降低作员之间的差异并提高可重复性。此分析是离线的;因此，以原生医学数字成像和通信 （DICOM） 格式导出图像，无需数字压缩。
2. 使分析保持盲法，以减少潜在的作员偏差。实际上，如果研究人员超过两名，则进行离线图像分析的研究人员应与收集图像的研究人员不同。如果只有一名研究人员，则可以通过对去标识化图像的延迟分析来实现盲法。
3. 颈动脉 IMT
   1. 选择球茎近端的最小 10 mm 感兴趣区域 （ROI）。球茎可以定义为颈总动脉的两个平行壁开始发散的点;这在个体之间并不总是对称和异质的。
      注意：ROI 和分叉之间的建议距离因儿童和成人而异，是他们之间的主要区别。在儿童中，理想情况下，ROI 应该是球茎近端的 10 mm 区域。这与对成人群体的建议不同，后者建议从灯泡下方至少 10 毫米的 5 毫米直线段测量 ^{IMT 19,20}。
   2. 使用的软件会自动检测近壁和远壁的内膜腔和中腔边界。为此，请在作员选择的框架上训练软件，并明确定义 IMT，并要求作员根据需要调整软件的边界检测。
   3. 分析数字环路并报告每帧的血管直径、平均值、最大值和最小值近壁和远壁 IMT。该软件还可以随时间生成血管直径的轨迹，可用于在没有心电图的情况下识别舒张末期框架（图 6）。
      注意：大多数半自动软件依赖于 IMT 值的类似计算。在 ROI 中，在内膜和媒体边界之间绘制多个配对数据点。平均 IMT 是 ROI 中所有点的平均值。最大和最小 IMT 分别是 ROI 中最大和最小的数据点。由于斑块形成的局灶性，与平均平均 IMT³ 相比，平均最大 IMT 可能更好地表明亚临床动脉粥样硬化。理想情况下，应报告两种节段厚度的方法。
   4. 从舒张末期（在心电图的 R 波上或附近）的三个连续心动周期中选择直径和远壁 IMT 测量值并计算平均值。由于舒张末期框架的选择取决于作员，因此记录循环和框架编号等详细信息，以便于交叉检查工作。我们建议尽量减少作员干预。分别报告每条血管的平均值，因为左颈总动脉的 IMT 可能高于右颈总动脉¹⁸。
      注意：手动边界调整可用于困难的扫描，但只能对选定的舒张末期框架进行，以避免增加分析负担。如果收集建议的每侧三个角度，则每侧将记录三个测量值，可以进一步平均以产生整体左右 IMT。
4. 腹主动脉 IMT
   1. 在血管的笔直、非分支段中选择最小 5 mm 的区域。应用步骤 3.2.2-3.2.3。从舒张末期和平均值的三个连续心动周期中选择直径和远壁 IMT 测量值。如果已收集多个数字循环，则重复此作，并对所有 ROI 的结果进行平均。
5. 包括一名专家来评估所有成像研究的图像采集和离线分析的可靠性和可重复性。在出版物中报告这些结果。我们建议重复 10% 的扫描。建议的可接受的观察者内部和观察者间变异系数小于 6 %，或者原始 IMT 测量的平均差异应小于 0.055 毫米²⁰。

结果

在本节中，我们代表了先前研究的结果，以突出 cIMT 和 aIMT 测量的关键方面。图 1 和图 2 侧重于 cIMT，展示了年轻、健康受试者的横向和纵向视图以及 IMT 复合物的详细可视化。图 3 和图 6 进一步强调了基于灯泡定位、图像设置以及半自动分析的最佳实践。图 4...

讨论

本手稿为获取和分析超声图像以测量 aIMT 和 cIMT 提供了指导，特别是在年轻人群（0-18 岁）中。这两种技术在探索早期生活暴露对动脉粥样硬化的影响方面都已证明有用，但容易受到技术挑战的影响，我们将在下面讨论。

协议实施中的关键步骤
超声系统和设置： 采集高质量的 B 型图像是必不可少的。因此，作者必须具有?...

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
12-3 MHz Broadband linear array transducer	Phillips	L12-3
Meijer's Carotid Arc	Meijer	-
Semi-automated edge detection analysis software	Medical Imaging Applications	Carotid Analyzer 5
Ultrasound	Phillips	Epiq 7
Ultrasound transmission gel	Parker	01-08