Summary
Aim: Brachial artery ultrasonography is used to measure flow-mediated dilatation (FMD)
as a marker of endothelial function in patients at risk for atherosclerosis. Major
disadvantages are the time-consuming manual readings and the high within- and between-observer
variability. The authors hypothesize that the ultrasound-based determination of endothelial
function can be simplified and refined by an automated analysis system. Methods and Results: FMD was quantified by a 7.5 MHz linear transducer following 5 minutes of ischemia
of the proximal forearm in 8 healthy volunteers on two occasions. Brachial artery
diameter was comparatively assessed 1. manually from the video signal and 2. by a
PC-based analyzing system. For the manual readings the mean differences for the FMD
were 2.5 ± 2.3 % between-reader, 2.0 ± 0.9 % within-reader and 2.1 ± 1.5 % for scans
on different days in contrast to 0.8 ± 0.4 (between-reader), 0.8 ± 0.6 (within-reader)
and 1.3 ± 0.9 % (day-to-day) for the computerized system. The coefficient of variability
for the measurement of arterial diameter was 1.34 % for manual readings and 0.78 %
for the automated analysis system. The mean time for manual readings from S-VHS tapes
was 35 minutes in contrast to 9 minutes for the PC-based analysis system. Conclusions: The new automated analysis system for the boundary detection of the vascular wall
reduces the variability and greatly increases the speed of the measurements to determine
endothelial function. In future, these advantages will help to screen larger numbers
of individuals for endothelial dysfunction, particularly for follow-up and intervention
trials, and to reduce the variability between different laboratories.
Automatisierte Analyse von Ultraschallbildern peripherer Arterien zur Bestimmung der
Endothelfunktion
Studienziel: Mittels Duplexsonographie erfolgt die Messung der flussabhängigen Dilatation der
A. brachialis (FMD) als Marker der Endothelfunktion bei Patienten mit kardiovaskulären
Risikofaktoren. Nachteilig sind der hohe zeitliche Aufwand sowie eine hohe Intra-
und Inter-Observervariabilität. Ziel der Studie war es zu klären, ob die duplexsonographische
FMD-Bestimmung durch ein PC-gestütztes Analysesystem vereinfacht und verbessert werden
kann. Methoden und Resultate: Bei 8 Normalpersonen erfolgte die Bestimmung der FMD an zwei unterschiedlichen Tagen.
Die Vermessung des Diameters der A. brachialis erfolgte 1. mittels manueller Auswertung
des Videosignals und 2. mit Hilfe eines PC-gestützten Analysesystems. In der manuellen
Auswertung betrug die mittlere Inter-Observer-Differenz 2,5 ± 2,3 %, die Intra-Observer-Differenz
2,0 ± 0,9 % und die Tag-zu-Tag-Differenz 2,1 ± 1,5 %. Im Gegensatz zu 0,8 ± 0,4 (Inter-Observer),
0,8 ± 0,6 (Intra-Observer) und 1,3 ± 0,9 % (Tag-zu-Tag) für die computergestützte
Auswertung. Der Variationskoeffizient für die Bestimmung des Diameters der A. brachialis
betrug 1,34 % für die manuelle und 0,78 % für die computergestützte Auswertung. Die
Zeit für die manuelle Auswertung betrug im Mittel 35 min im Gegensatz zu 9 min für
die PC-gestützte Auswertung. Schlussfolgerungen: Das automatische, PC-gestützte Analysesystem zur Vermessung von Gefäßdiametern reduziert
deutlich die Variabilität und den Zeitaufwand zur Bestimmung der endothel-abhängigen
Dilatation der A. brachialis. Die PC-gestützte Auswertung ermöglicht somit zukünftig
die Durchführung von Screeninguntersuchungen der Endothelfunktion im klinischen Alltag
und klinischen Verlaufsstudien.
Key words:
Brachial artery ultrasound - Peripheral arteries - Endothelial function
Schlüsselwörter:
Endothelfunktion - periphere Arterien - vaskulärer Ultraschall
References
- 1
Moncada S, Higgs A.
The L-arginine-nitric oxide pathway.
N Engl J Med.
1993;
329
2002-2012
- 2
Celermajer D S, Sorensen K E, Bull C, Robinson J, Deanfield J E.
Endothelium-dependent dilation in the systemic arteries of asymptomatic subjects relates
to coronary risk factors and their interaction.
J Am Coll Cardiol.
1994;
24
1468-1474
- 3
Celermajer D S, Sorensen K E, Gooch V M, Spiegelthaler D J, Miller O I, Sullivan I D,
et al.
Non-invasive detection of endothelial dysfunction in children and adults at risk of
atherosclerosis.
Lancet.
1992;
340
1111-1115
- 4
Enderle M D, Balletshofer B M, Schmülling R M, Häring H U, Pfohl M.
Early detection of atherosclerosis in type 2 diabetic patients using high resolution
ultrasound.
Ultraschall in Med.
1998;
19
16-21
- 5
Drexler H.
Endothelial dysfunction: clinical implications.
Prog Cardiovasc Dis.
1997;
39 (4)
287-423
- 6
Lüscher T.
The Endothelium and Cardiovascular Disease - A Complex Relation.
N Engl J Med.
1994;
330
1081-1083
- 7
Schröder S, Enderle M D, Meisner C, Baumbach A, Herdeg C, Oberhoff M, Ossen R, Pfohl M,
Karsch K R.
Assessment of endothelial function by ultrasound as a screening test for coronary
artery disease.
Dtsch med Wschr.
1999;
124
886-890
- 8
Liebermann E H, Gerhard M D, Uehata A, Selwyn A P, Ganz P, Yeung A C, et al.
Flow-induced vasodilatation of the human brachial artery is impaired in patients <
40 years with coronary artery disease.
Am J Cardiol.
1996;
78
1210-1214
- 9
Schächinger V, Britten M, Zeiher A M.
Prognostic impact of coronary vasodilator dysfunction on adverse long-term outcome
of coronary heart disease.
Circulation.
2000;
101
1899-1906
- 10
Celermajer D S.
Noninvasive detection of atherosclerosis.
N Engl J Med.
1998;
339 (27)
2014-2015
- 11
Hardie K L, Kinlay S, Hardy D B, Wlodarczyk J, Silberberg J S, Fletcher P J.
Reproducibility of brachial ultrasonography and flow-mediated dilatation (FMD) for
assessing endothelial function.
Aust NZ J Med.
1997;
27
649-652
- 12
Celermajer D S.
Testing endothelial function using ultrasound.
J Cardiovasc Pharmacol.
1998;
32 (Suppl 3)
S 29-S 32
- 13
Liang W, Browning R, Lauer R M, Sonka M.
Automated analysis of brachial ultrasound time series.
Proc SPIE.
1998;
3337
108-118
- 14
Sorensen K E, Celermajer D S, Spiegelthaler D J, Georgakopoulos D, Robinson J, Thomas O,
et al.
Non-invasive measurement of human endothelium dependent arterial response: accuracy
and reproducibility.
Br Heart J.
1995;
74
247-253
- 15
Corretti M, Plotnik G D, Vogel R A.
Technical aspects of evaluating brachial artery vasodilatation using high-frequency
ultrasound.
Am J Physiol.
1995;
268
H 1397-H 1404
- 16
Celermajer D S, Sorensen K E, Georgakopoulos D, Bull C, Thomas O, Robinson J, et al.
Cigarette smoking is associated with dose-related and potentially reversible impairment
of endothelium-dependent dilation in healthy young adults.
Circulation.
1993;
88
2149-2155
- 17
Enderle M D, Schröder S, Ossen R, Meissner C, Baumbach A, Hearing H U, Karsch K R,
Pfohl M.
Comparison of peripheral endothelial function and intima media thickness in patients
with suspected coronary artery disease.
Heart.
1998;
80 (4)
349-354
- 18
Wilmink H W, Banga J D, Hijmering M, Erkelenz W D, Stroes E S, Rabelink T J.
Effect of angiotensin-converting enzyme inhibition and angiotensin II type 1 receptor
antagonism on postprandial endothelial function.
JACC.
1999;
34 (1)
140-145
- 19
Anderson T J, Elstein E, Haber H, Charbonneau F.
Comparative study of ACE-inhibition, angiotensin II antagonism, and calcium channelblockade
on flow-mediated vasodilation in patients with coronary disease (BANFF study).
JACC.
2000;
35 (1)
60-66
01 This study was supported by a grant of the Klinische Forschungskommission of the
Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (977 2080) and the Deutsche Forschungsgemeinschaft
Ke405 4/1.
Dr. M. Preik
Dept. of Medicine, Division of Cardiology, Angiology and Pulmonary Diseases, Heinrich-Heine-University
Moorenstraße 5, 40225 Düsseldorf
Phone: Phone:+ (49) 2 11/8 11 88 00
Fax: Fax:+ (49) 2 11/8 11 95 20
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