超音波胃竇量測和胃電參數的比較及胃排空趨勢的探討

行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告

超音波胃竇量測和胃電參數的比較及胃排空趨勢的探討

中 華 民 國 92 年 10 月 31 日

行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告

超音波胃竇量測和胃電參數的比較及胃的排空趨勢的探討

Evaluation of EGG Paraments and Ultrasound Measurement

計畫編號：NSC 91-2320-B-002-141

執行期限：91 年 8 月 1 日至 92 年 7 月 31 日

主持人：謝銘鈞 臺大醫學工程學研究所

計畫參與人員：研究生

張津愷 臺大電機工程學研究所

研究生

陳君熒 臺大醫學工程學研究所

研究生 屈國強 臺大醫學工程學研究所

The aim of this study was to investigate the effect of a test liquid-meal with constant volume and different caloric content on the postprandial pattern of the EGG, and compare the sonographic measurement for antrum area with EGG parameters.

Keywords: electrogastrography, EGG,

sonographic, caloric, gastric emptying

二、前言

胃的機械性收縮是受胃電慢波所 支配(ECA)，不管是經皮的電極、漿膜

電極都包含有這 3 cpm(cycle per minute) 的慢波信號，慢波正常的傳遞方向是由 體部近口端向胃竇傳遞，經皮的胃電信 號(EGG)，由於其非侵入的特性，近年 來有不少研究者做了不少臨床的研究 及討論，尤其是對於腸胃道功能性異常 的研究。 在先前研究中在用餐後 EGG 振幅 會有某種曾度的增加，部分學者認為在 振幅增加的原因是由於胃部的擴張以 及更貼近體表，但最近的研究指出振幅 的增加是由於餐後胃的收縮性增強所 引起，由於實際的機制還有些爭議，似 乎兩種說法都正確，因此食物容積以及 卡洛里含量的研究受到相當的重視。 三、方法 為了了解胃的容積變化以及胃電 氣活動的關係，我們將同時以超音波以 及胃電記錄來探討。臨床上根據胃電圖 的表現可對胃部的運動機能做評估，而 超音波所量測的胃竇切面面積則間接 能表現胃的容積變化[7]。我們經同時記 錄這兩種信號，並搭配數組相同容積而 不同卡路里的液態測試食物，對成年正 常人的胃消化活動進行記錄及分析，預 期探討這兩種非侵入式量測記錄信號

的關聯性，以及胃的排空趨勢。 胃電記錄系統 胃電圖是經由表皮量測胃電氣活 動的一種技術，具有方便性與非侵入性 的優點，由於並未對受試者進行插管或 給藥，相較上量測胃電時較符合人體正 常的生理狀態，同時也減少病患檢測上 的不舒適與排斥感。本實驗室進行胃電 研究多年，同時也擁有自行開發的記錄 系統[1-3]以及分析軟體，我們將以本實 驗室的系統進行胃電的記錄。 我們使用 Ag-AgCl 的心臟電極作為胃 電 記 錄 的 電 極 ， 屬 於 非 極 化 電 極 的 Ag-AgCl 電極對於 Motion Artifact 的減 少有相當大的幫助，受試者以仰臥姿室 平躺，在安靜的實驗室進行胃電的量 測，在電極貼上前腹部皮膚必須作刮 毛、磨砂以及酒精去角質得步驟的步驟 以減低接觸電阻，同時能提高信號的信 雜比。 胃電的記錄電極配置如圖一所示，我們 一次進行兩通道的擷取[3]。由於胃的位 置因人而異，也因胃的飽脹飢餓會有不 同，在先前學者的研究中，皆習慣以固 定 電 極 方 式 進 行 胃 電 信 號 的 記 錄 [8-9]，跟據我們實驗室長期胃電記錄的 經驗，胃的確不具有固定的位置、大小 及方位，會因人而異，因此同樣以固定 電極方式進行胃電信號的記錄。在劍凸 與肚臍的連線之上三分之一處為共模 電極，在劍凸與肚臍的連線的下三分之 一處，貼上參考電極，在左乳垂直中線 與共模電極水平延伸線的延長交叉處 貼上通道 1 的電極，在肚臍與通道 1 電 極連線上的中點貼上通道 2 的電極。 胃電記錄系統如圖二所示。其頻 寬為 0.015-0.5Hz，放大倍率為 3000 倍。記錄器的控制中樞以 Microchip 新 生產的 PIC16F877 來進行設計，此單晶 片除了省電低雜訊外，同時具有 ADC 及 USART，胃電信號經由類比電路放 大濾波以及準位調整後，由此單晶片微 電腦進行類比至數位之轉換。此外，此 記錄器為低雜訊及電氣隔離的設計，各 部分裝置均包覆在隔離的塑膠外殼 內，並加上適當的金屬屏蔽。最後以 LabView 撰寫的擷取程式將信號以 RS232 介面傳入電腦。由於從儀表放大 器、濾波器，一直到隔離式 RS-232 介 面擷取程式都是自行開發，因此對系統 每個環節的細節特性都能完全掌握，而 此系統除了具有低雜訊高共模互斥比 的特性外，而微控制器以及抗 Motion artifact 的設計，使得胃電記錄的可辨識 比率更為增加。此系統將由驗證實驗室 作電性安全測試，以確認其安全性。 擷 取 軟 體 與 分 析 軟 體 是 以 LabView 以及 Matlab 兩軟體結合設計 而成。胃電信號以 5Hz 由 PIC16F877 取樣經由擷取軟體儲存於個人電腦，在 擷取時同時 Online 顯示波型信號，並同 時顯示即時運算的胃電頻譜，提供記錄 者作線上觀察(如圖三所示)。而分析軟 體的部分，提供了主頻率的分時變化以 及主頻率的振幅變化，並自動統計胃電 Bradygastria、Normal 以及 Tachygastria 的比例，也可選擇提供數位濾波以及範 圍 的 調 整 ， 電 腦 輔 助 以 Window discriminator 作為胃電的篩選，提供統 計 的 需 求 ， 並 同 時 輸 出 模 擬 三 維 (Pseudo-3D、圖四)及灰階(Gray scale、 圖五)分時頻譜，以供後續的判讀分析。 超音波記錄系統 在 醫 療 影 像 系 統 中 ， 超 音 波 (Ultrasound) 是 極 具 安 全 性 的 診 斷 工 具，其價格低廉、成像快速和對人體無

傷害性的特性，普遍應用於臨床的初期 診斷。其中二維超音波是最為基本而常 用的診斷超音波，通常稱為 B-mode (Brightness-Mode) 超音波。B-mode 超 音波是將來自組織所反射回超音波的 信號強弱，轉成影像亮度或灰階顯示成 像的方式，它能表現組織接面的折射率 變化，提供組織切面的解剖訊息。 我 們 將 採 用 ATL 公 司 所 生 產 的 HDI1500 系統，量測胃竇(antrum)切面 的超音波成像，觀察進食液態食物後胃 竇切面面積隨時間的變化。以 3.5Mhz 超音波探頭置於腹部中線，於劍凸與肚 臍中線間石以找列胃竇的最佳掃描位 置，一般而言在肝左葉下方可得到最佳 的呈像角度，我們以實驗室中的成員作 為初期的測試，如圖九所示，這是剛進 食後的胃竇切面超音波影像，其中綠線 所圈起來的就是胃竇的縱切面，而圖六 則是進食 1 小時 15 分後同一位受計者 的胃竇超音波切面記錄，隨著切面積的 變化，我們可以評估其與胃電圖各參數 變化的相關程度，而胃竇的切面變化對 液體食物而言，亦可間接表現胃的排 空，我們同時也期待此超音波非侵入式 的量測與胃電圖的並用可觀察胃的排 空趨勢。 四、結果 圖七、八、九是所有受試者的實驗 結果。0.9％生理食鹽水`胃電圖主頻率 的 P 值 小 於 0.002 ； 主 功 率 則 是 P<0.000006；正常慢波百分比則是 P 小 於 0.02 。受試者喝 5％葡萄糖水的實 驗結果。胃電圖主頻率的 P 值大於 0.05，沒有統計上的意義；主功率則是 P<0.0007；正常慢波百分比則是 P 大於 0.05 ，沒有統計上的意義。受試者喝 25％葡萄糖水的實驗結果。胃電圖主頻 率的 P 值大於 0.05，沒有統計上的意 義；主功率則是 P<0.0001；正常慢波百 分比則是 P 大於 0.05 ，沒有統計上的 意義。 其次，由超音波量測的結果（圖 十、十一），我們來進行統計分析（表 一）。首先胃壁與體表的距離變化在三 種不同卡路里的液體情況下，同一時間 分別各自經過兩兩互相做 Student’s t-test，結果皆得出 P>0.05，表示在三種 不同卡路里的液體情況下胃壁與體表 的距離變化並沒有重要的差別。但在胃 竇的切面面積變化在三種不同卡路里 的液體情況下(表一)，同一時間分別各 自經過兩兩互相做 Student’s t-test，可 得出喝下 25％葡萄糖水與喝 0.9％生理 食鹽水後，胃竇的切面面積變化有較重 要的差別。 五、討論 在實驗的結果中，喝下 0.9％生理食 鹽水後三種胃電圖參數都有明顯的改 變，也都具有統計上的意義。喝下 5％ 葡萄糖水及 25％葡萄糖水後胃電圖主 頻率與正常胃的慢波之百分比在餐後 的改變上都是沒有統計上的意義，但是 在胃電圖主功率則有統計上的意義。此 外，餐後胃電圖主功率的上升是顯而易 見的。首先，用餐後我們的胃一定會比 空腹下的胃來的膨脹。其次，較高的餐 後胃電圖主功率也可以和用餐後胃的 收縮性增加聯想在一起，也就是說，胃 電圖主功率之相對變化可間接反映出 胃的收縮性。 從實驗數據來看，胃壁與體表的

距離變化有愈來愈遠的趨勢。若比較三 種不同卡路里的液體，胃壁與體表的距 離是以喝 0.9％生理食鹽水位最遠，以 5％葡萄糖水為最近。結果顯示，胃壁 與體表距離變化，在三種不同卡路里液 體情況下沒有重要差別。而胃竇切面面 積 從 實 驗 數 據 中 知 是 隨 時 間 越 來 越 小。其中以 25％葡萄糖水為最大，這 是因為卡路里高的食物也有著較慢的 排空速率；因此 25％的葡萄糖水各時 段的胃竇切面面積也就最大了。 超音波的量測遭遇到的問題是使 用超音波做胃的呈像時，可能干擾胃電 圖信號的紀錄。從我們實驗過程中，發 現這是一大問題，常常使胃電信號受干 擾。如何克服這一困難應是我們未來重 要的課題。 六、參考文獻

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a a a 1 C R 2

breath test and electrogastrogram: a controlled study in healthy volunteers,” Am. J. Gastroenterology, Vol. 96, pp. 2041-2050, 2001. .圖一、胃電記錄電極的配置圖，1、2 為 Ch1 及 Ch2 電極，C 為 Common，R 為 Reference 電極。 Amplifiers & Filters Micro- controller RS-232 PC Ch1 Ch2 圖二、胃電記錄系統的方塊圖

圖七、受試者餐前與餐後胃電圖主頻率 圖八、受試者餐前與餐後胃電圖主頻率 圖九、受試者餐前與餐後正常胃波的百 分比 圖十、胃壁與體表距離的變化 圖十一、胃的切面面積變化 表一 對胃的切面面積變化作 t-test 得 出的 P 值