Automated Ultrasonic Measurement of Human Arteries for the Determination of Endothelial Function

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Abstract
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. 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. 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.

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