小児および青年における大動脈および頸動脈の内膜中膜の厚さの超音波評価

要約

この記事では、Bモード超音波検査を使用した腹部大動脈および頸動脈内膜中膜の厚さの非侵襲的評価のための方法論的考慮事項について説明します。この手法は、初期の動脈変化の代用として、健康および疾患研究の発生起源で一般的に使用されています。

要約

高分解能Bモード超音波検査を使用して測定された頸動脈内膜中膜厚(IMT)は、ほとんどの臨床心血管疾患イベントの根底にある病態生理学的プロセスである無症候性アテローム性動脈硬化症の代理マーカーとして広く利用されています。アテローム性動脈硬化症は、人生の早い段階で発生する段階的な疾患であるため、小児期および青年期の頸動脈IMTを測定して、有害な曝露に応答した動脈血管系の構造変化を評価することへの関心が高まっています。ただし、アテローム性動脈硬化症のタイミングは血管系統樹によって異なります。原始アテローム性動脈硬化症病変は、一般的な頸動脈の青年期中期と比較して、乳児期の早い時期に腹部大動脈に存在します。どちらの部位でもIMTの測定は、特に低年齢の子供において、考慮する必要があるいくつかの技術的課題の影響を受けやすいです。この論文では、若年者の腹部大動脈と総頸動脈のIMTを高品質に評価するための詳細な段階的方法を提供します。また、幼少期の曝露とその後の心血管疾患との関連を調査する際に、いずれかのサイトの適切性についての洞察を提供します。

概要

健康と疾患の発達的起源(DoHAD)仮説は、妊娠から2歳までの発達の重要な期間中の環境曝露と、心血管代謝疾患に対するその後の人生の感受性との関連を提案しています¹。いくつかの観察研究では、低出生体重児や早産などの周産期の曝露が長期心血管疾患(CVD)リスクと関連していることが示されています²。動脈壁の最も内側の2つの層が徐々に肥厚するアテローム性動脈硬化症は、ほとんどの臨床CVDイベントの前兆です³。この肥厚は、高分解能輝度モード(Bモード)超音波、内膜中膜厚(IMT)と呼ばれる技術を使用して、無臨床段階で非侵襲的に測定できます。

1980年代に、頸動脈IMT測定超音波検査は直接組織学に対して検証され、それ以来、初期の動脈変化を特定するための特徴的な非侵襲的方法になりました⁴。頸動脈IMTの評価は、人生の早い段階での環境曝露と血管系の適応との関連、およびこれらの適応の経時的なモニタリングの可能性を調査できるため、DoHAD研究内で人気があります。頸動脈IMTは、肥満⁷、喫煙曝露、脂質異常症⁸などの従来のCVDリスク因子に加えて、胎児の成長制限^5や生後2年間の過度の体重増加6などの早期の危険因子にさらされた子供で増加します。頸動脈分岐部、内部頸動脈、および総頸動脈の IMT は危険因子とともに研究されており、すべて後年の心血管イベントを予測するものです ^9,10、^総頸動脈の遠壁 IMT は、直接組織型³ および本稿の焦点に対して検証された唯一の部位です。

重要なことに、アテローム性動脈硬化症の自然な進行を調査する研究は、腹部大動脈が、脂肪線として知られる原始アテローム性動脈硬化症病変、特に血管の遠位遠隅壁を呈する最初の大きな弾性動脈であることを示している^11,12。それに比べて、一般的な頸動脈は青年期半ばに脂肪の縞を呈します。したがって、腹部大動脈 IMT (aIMT) の測定は、血管構造の変化の早期検出を容易にする可能性があります。米国の11歳から34歳までの635人を対象としたMuscatine Offspring Studyでは、aIMTは青年(11-17歳)の従来のCVD危険因子とより強い関連を持っていることがわかりましたが、cIMTは高齢の被験者(18-34歳)でより強い関連性を持っていました¹³。対照群と比較して高リスクの小児では、両血管のIMTが増加したが、その影響は頸動脈と比較して大動脈の方が大きかった、これは管腔径¹⁴を占めている。これらの結果と自然史研究を総合すると、cIMTと比較して若年集団におけるaIMTの測定を優先することが示唆されています。これには限界がないわけではありませんが、aIMTの測定はより変動する傾向があり¹⁵、最近までの方法論は標準化を欠いていました³、そしてより大きな中枢性肥満を持つ個人におけるその有用性について懸念があります。

生後1,000日間の曝露に特に焦点を当てると、最近の2つの系統的レビューとメタアナリシスにより、各技術の感度について有意義な洞察が得られる。0歳から18歳までの明らかに健康な被験者を対象とした研究では、Epureら⁹ は、生後1,000日以内の臨床状態とcIMTとの関連を評価しました。その結果、胎児の成長制限の有無にかかわらず、在胎週数に対して小さく生まれた(SGA)ことが、在胎週数に適して生まれた人と比較して、小児および青年のcIMTの増加と有意に関連していることがわかった(16件の研究、2,570人の参加者、統合標準化平均差0.40 [95%CI:0.15-0.64]、p = 0.001、I² = 83%)。aIMTをアウトカム指標としたほぼ同一のメタアナリシスでは、Varleyら¹⁰ は、SGAで生まれた人のaIMTが対照群と比較して有意に増加したことを報告し、その影響の大きさはcIMTよりも大きかった(14件の研究、592人の参加者、統合標準化平均差1.52 [95%CI:0.98-2.06]、 p < 0.001、I² = 97%)。さらに、彼らは、子癇前症への曝露や在胎週数に対して大きく生まれたことなど、Epureら^{がしなかった他の} 危険因子との関連を発見しました。これは、おそらくcIMTよりもaIMTの感度が高いためです。

重要なことに、両方のレビューで、方法論の標準化の欠如と、詳細な研究間の比較の制限として、子供と青年を測定するためのカスタマイズされたアドバイスの欠如と、他の曝露について決定的な結果が得られないことが特定されました。したがって、本稿は、若年者における各測定の詳細なプロトコルを提供することを目的としています。これらのプロトコルの理論的根拠と正当性は、以前により詳細に提示されました³。一般的な方法論的課題について議論し、それらを克服するための実践的な推奨事項を提供します。

以下のプロトコルは、超音波装置とそのコンポーネント、および超音波トランスデューサ16,17,18で実行できる操作の基本的な理解を前提としています。また、検査官、参加者、およびマシンを適切に配置して、検査の効率を高め、ひずみを最小限に抑えることを強くお勧めします。これは、超音波検査の最新のベストプラクティスと一致しています。提案を以下に示します。すべての評価は、参加者の快適さとイメージングの確認のために、照明が暗くなった静かで温度管理された部屋で実行する必要があります。腸内のガスを減らすためにテストする前に、参加者に少なくとも8時間絶食するように依頼してください¹⁵、透明な液体は許可されていますが、若い年齢ではこれが不可能な場合があります。ただし、食後すぐに評価することは避けてください。朝、覚醒後2時間以内に測定を行うことは、腹部大動脈^3,15の視覚化に最適な時間枠として以前に報告されており、これにより、空腹時に伴う不便さも軽減される可能性があります。このプロトコルは、米国心エコー学会の頸動脈内膜-メディア厚さタスクフォース¹⁹、マンハイム頸動脈内膜-メディアの厚さとプラークコンセンサス¹⁸、および欧州小児心臓病学会AECP²⁰によってcIMTの測定に関するガイドラインと、最近発表されたaIMT^の測定に関する推奨事項から採用されています 3.我々はまた、腹部大動脈および周囲の構造の解剖学的構造を理解するのを助けるために、最近のポイントオブケア超音波プロトコルを見直すことを強く推奨する²¹。

プロトコル

すべての研究は、シドニー地方保健地区の人間研究倫理委員会(プロトコル番号X16-0065およびX15-0041)に準拠して実施されました。すべての超音波画像には、個人を特定できる情報はありません。トランスデューサーの配置を示すために使用された画像は、本人の同意を得て、または同意を提供できない人のために親または保護者の同意を得て、個人に対して実施されました。

1.一般的な頸動脈内膜-中膜の厚さ

1. 参加者に枕なしでベッドに横になるように頼みます。これにより、首をできるだけまっすぐに保つことができます。
2. 検査官に、参加者の先頭に座り、ベッドを持ち上げて、検査官の肘がベッドに載せてスキャンアームを安定させるように依頼します。
3. マシンを検査官の正面、スキャン側の反対側に置き、検査官の非スキャンハンドでマシンを過度に伸ばさずに操作します。首の反対側を検査するときに超音波を反対側に移動できるように、十分なスペースを確保してください。
4. 同時に心電図(ECG)を取得します。3誘導心電図で十分です。製造元の指示と参加者の年齢に従って、適切なリードを適用します。トランスデューサーにゲルを置きます。新生児および乳児では、感染管理の目的で使い捨ての滅菌ゲルパケットの使用が推奨されます。.事前にジェルを温めておくと、不快感を防ぐのにも役立ちます。
5. 最小周波数が7MHzのリニアトランスデューサーを使用して、デバイスを奥行き3〜4 cm、フレームレート25 Hz、ダイナミックレンジ55〜65 dBに設定します。レトロスペクティブキャプチャは、子供が突然動く可能性があるため、お勧めします。
   注:参加者と検査官間での測定の標準化を支援し、テストの効率を高めるために、プリセットの使用をお勧めします。ほとんどの超音波装置にはこの機能があります。上記の設定は推奨されており、使用するマシンによって異なる場合があります。超音波設定の影響については、以下で説明します。
6. 再現性を高めるには、片側ごとに最低3つの共鳴角度を取得します。Meijer's Carotid Arcのような機器を使用して、角度を標準化します。ここで収集された角度は、左210°、240°、および270°、および右150°、120°、および90°であり、これらは各船^舶19の前方、側面、および後方のビューに対応する。
   注:肥厚は通常偏心するため、複数の角度を収集することをお勧めします。しかし、それにより検査・分析の負担が増大します。
7. 参加者に首を伸ばし、頭を約45°の角度で左に傾けるように依頼します。転がしたタオルまたは枕を参加者の頭の下に挟み込むことで、快適性を確保し、横方向の回転¹⁹を維持するのに役立つ。
8. トランスデューサーを首の付け根の横走査面に配置し、インジケーターを9時位置にして、頭に向かって上向きにスキャンします。インジケーターの位置が画面に表示される位置と一致していることを確認します。総頸動脈 (画面の中央にある拍動性無響円) を特定します。頸静脈は、総頸動脈の真上にも見られます。壁が薄く、適度な圧力で折りたたむことができますが、頸動脈は円形を保ちます(図1)。
9. 首を上に移動しながら、総頸動脈が拡大し、次に内頸動脈と外部頸動脈に分岐するのを観察します。トランスデューサーを拡大点(電球とも呼ばれる)に配置し、時計回りに回して縦図にします。インジケーターの位置が頭を向いていることを確認します。
10. ゲイン設定を調整して、近壁と遠壁(それぞれ超音波ビームに最も近い壁と最も遠い壁、 図2 と 図3を参照)の対称的な明るさを取得し、管腔内アーチファクトを最小限に抑えます。
    注:境界の色あせなど、不適切なゲイン設定によるイメージングアーティファクトは、IMTの解釈に影響を与える可能性があります。IMTには明確な二重線パターンがあります:内膜と外膜は高エコー(明るい)ですが、メディアは低エコー(暗い)です。
11. 総頸動脈の最低 3 回の心周期を持つデジタル ループを取得します (球根の近位 10 mm ) (図 2)。最適なイメージングを行うには、血管がプローブビームに対して垂直であることを確認してください。これは、トランスデューサをその短軸上で微妙に傾け、トランスデューサの長軸に沿って差圧を傾けることによって達成することができ、ロッキングまたはヒールトゥムーブメント^16,17としても知られている。
12. 残りの2つの角度についてもこのプロセスを繰り返し、各デジタルループに適切なラベルを付けて、角度を簡単に再識別できるようにします。
13. 首の右側で手順1.7〜1.11を繰り返します。試験を終了します。残っているジェルをすべて洗い流し、ECGステッカーをはがします。新生児および乳児の心電図ステッカーを剥がすための考慮事項は、 補足表1で説明されています。

2. 大動脈内膜厚

1. 参加者に、腹部を露出させて仰臥位でベッドに横になるように依頼します。参加者に、足をベッドに平らにして膝を曲げるように依頼します。これにより、腹筋がリラックスし、イメージングを向上させることができます。
2. 手順1.4に従って、ECGを同時に取得します。マシンを参加者に隣接し、検査官のスキャンハンドの手の届きやすい場所に置きます。トランスデューサーにゲルを置きます。
   注:新生児と乳児は呼吸数が高く、心周期中の血管径の解釈に強く影響する可能性があります。したがって、拡張期末のIMTを測定するには、ECGが不可欠です。
3. 最小周波数が7 MHz、大動脈が見えるように深さを調整する、フレームレートが25 Hz、ダイナミックレンジが55〜65 dBのリニアトランスデューサを使用します。適切なズームを使用して、大動脈を画面の中央に保ちます。体重が多い人には、低い周波数を使用してください。レトロスペクティブキャプチャは、ステップ1.5に従って推奨されます。
4. 大動脈を特定するには、トランスデューサーをxiphisternumの真下の横断面に配置し、インジケーターを9時の位置(超音波検査技師に面している)に置きます。大動脈は、画面の右側に拍動性無響円として表示されます。周囲の構造には、大動脈の左側にある下大静脈(IVC)、真上の肝臓、および真下の無響椎体が含まれます。
5. 大動脈が縦図に表示されるまで、プローブを時計回りに回します。インジケーターの位置が頭の方を向いており、画面に表示されているものと一致していることを確認します。縦方向のビューでは、周囲の構造には、画面の真上にある肝臓と膵臓、および画面の下部にある椎骨が含まれます。
6. セリアック動脈(CA)と上腸間膜動脈(SMA)の枝が特定されるまで、プローブをゆっくりと下方に動かします。この分岐の尾側は近位腹部大動脈であり、この分岐の遠位は中位から遠位の腹部大動脈です。
7. 分岐のない直線セグメントが識別されるまでスキャンを続けます。大動脈は遠位に移動すると前方に大きくなるため、ズーム設定を調整して、大動脈が画面の中央に配置されるようにします。血管が超音波ビームに対して垂直であることを確認し、必要に応じてゲイン設定を調整します(図5)。
8. 最低3回の心周期を持つデジタルループを取得します。近位から遠位腹部大動脈(左右の腸骨動脈の直前)までスキャンする異なる直線の非分岐セグメントのデジタルループと、各セグメントの倍数を取得します。これらは、近位、中位、および遠位のaIMTとしてラベル付けできます。
   注:異なるセグメントのデジタルループは、常に可能であるとは限りません。腸内のガスは、一般的に画像取得を妨げ、超音波ウィンドウをCAおよびSMA分岐のすぐ近くに制限する可能性があります。
9. 試験を終了します。残っているジェルをすべて洗い流し、ECGステッカーをはがします。

3. 半自動エッジ検出ソフトウェアを用いたオフラインインティマメディア解析

1. 半自動エッジ検出ソフトウェアを使用すると、オペレーター間のばらつきを減らし、再現性を高めることができます。この分析はオフラインです。したがって、デジタル圧縮なしでネイティブの Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM) 形式で画像をエクスポートします。
2. 分析を盲検化して、潜在的なオペレーターのバイアスを減らします。実際には、研究スタッフが2人以上いる場合、オフラインで画像解析を行う研究者は、画像を収集した研究者とは異なるはずです。研究者が1人しかいない場合、匿名化された画像の遅延分析によって盲検化を達成できます。
3. 頸動脈IMT
   1. 電球の近位にある最小10mmの関心領域(ROI)を選択します。球根は、一般的な頸動脈の2つの平行な壁が発散し始める点として定義できます。これは、常に対称的で、個人間で異質であるとは限りません。
      注: ROI と分岐点の間の推奨距離は、子供と大人の間で異なり、子供と大人の主な違いです。子供の場合、ROIは理想的には球根のすぐ近位にある10mmの領域である必要があります。これは、電球^19,20の少なくとも5mm下の10mmの直線セグメントからIMTを測定することを提案する成人集団の推奨事項とは異なります。
   2. 使用されるソフトウェアは、近くの壁と遠い壁の両方の内膜内腔とメディア内腔の境界を自動的に検出します。これを行うには、IMTが明確に定義されたオペレーターが選択したフレームでソフトウェアをトレーニングし、必要に応じてソフトウェアの境界検出を調整するようにオペレーターに依頼します。
   3. デジタルループを解析し、各フレームの血管径、平均、最大、最小の近壁および遠壁IMTを報告します。また、このソフトウェアは、経時的な血管径のトレースを生成し、ECGがない場合の拡張末期フレームの識別に使用できます(図6)。
      注:ほとんどの半自動ソフトウェアは、IMT値の同様の計算に依存しています。ROI内では、複数のペアのデータポイントがインティマとメディアの境界の間に描画されます。平均IMTは、ROI内のすべてのポイントの平均値です。最大IMTと最小IMTは、それぞれROIの単一の最大データポイントと最小データポイントです。プラーク形成の焦点性により、平均最大IMTは、平均^IMT3と比較して無症候性アテローム性動脈硬化症をよりよく示す可能性があります。理想的には、セグメントの厚さの両方の方法を報告する必要があります。
   4. 拡張末期(ECGのR波上またはその近く)での3つの連続した心周期から直径と遠壁IMT測定値を選択し、平均を計算します。拡張末期フレームの選択はオペレーターに依存するため、ループやフレーム番号などの詳細を記録して、作業のクロスチェックを容易にします。オペレーターの介入は最小限に抑えることをお勧めします。左の総頸動脈のIMTは右¹⁸よりも高くなる可能性があるため、各血管の平均を個別に報告します。
      注:手動の境界線調整は、困難なスキャンに対して可能ですが、分析の負担を増やさないように、選択した拡張末期フレームに対してのみ行う必要があります。推奨される各辺の3つの角度を収集すると、片面ごとに3つの測定値が記録され、さらに平均化して左右のIMT全体を生成することができます。
4. 腹部大動脈IMT
   1. 容器の直線で枝分かれしていないセグメントで最小5mmの領域を選択します。手順 3.2.2 から 3.2.3 を適用します。拡張末期および平均での3つの連続した心周期から直径および遠壁IMT測定値を選択します。複数のデジタルループが収集され、すべてのROIの結果を平均化している場合は、この手順を繰り返します。
5. すべてのイメージング研究について、画像取得とオフライン解析の両方の信頼性と再現性を評価する専門家を含めます。これらの結果を出版物で報告します。スキャンの10%を繰り返すことをお勧めします。推奨される許容可能なオブザーバー内およびオブザーバー間の変動係数は 6% 未満であるか、生の IMT 測定値の平均差は 0.055 mm²⁰ 未満である必要があります。

結果

このセクションでは、cIMTおよびaIMT測定の主要な側面を強調するために、先行研究の結果を示します。図1と図2はcIMTに焦点を当てており、若くて健康な被験者の横方向と縦方向の両方のビューとIMT複合体の詳細な視覚化を示しています。図3と図6は、電球の位置、画像設定、お?...

ディスカッション

本稿は、特に若年層(0〜18歳)におけるaIMTおよびcIMTを測定するための超音波画像の取得と分析に関するガイダンスを提供します。どちらの手法も、幼少期の曝露がアテローム性動脈硬化症に及ぼす影響を調査する上で有用性が実証されていますが、以下で説明する技術的な課題の影響を受けやすいです。

プロトコル実装の重要なステップ

資料

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