脈搏波傳導速度與反射波增強指數相關性分析

劉文彥，王璐，姚陽，徐禮勝，周樹然，張良鈺

東北大學 a.中荷生物醫學與信息工程學院；b.計算機科學與工程學院，遼寧 沈陽 110169

引言

心腦血管疾病已成為危害人類健康的第一大殺手，對公眾健康造成了嚴重的影響。動脈硬化病變是心血管疾病的病理生理基礎，因此人們對動脈硬化疾病的發生，發展機制深入認識，做到早期發現并干預，減少心血管疾病的發病率和死亡率至關重要[1]。人們不斷尋求更確切地反映心血管疾病的生理信號，如動脈硬化發生發展過程出現的信號，采用無創方法檢測動脈僵硬度，其中脈搏波速度（Pulse Wave Velocity，PWV）是最常用的動脈彈性功能檢測指標之一，測定的PWV是測定動脈系統兩點之間的脈搏波速度，被公認為“金標準”的是頸—股動脈速度（carotidfemoral Pulse Wave Velocity，cf-PWV），但測量cf-PWV操作相對復雜，需要患者暴露腹股溝區域[2]，故在臨床上有一定的局限性，尤其頸—股動脈之間距離在腹部肥胖者測量存在困難，股動脈處脈搏波信號在肥胖、糖尿病、代謝綜合征、外周動脈疾病中測量也存在困難[3-4]。橈動脈反射波增強指數（Radial Augmentation Index，AIr）比cf-PWV更能方便測量，然而在評估動脈硬化性能方面，AIr還存在局限性，以橈動脈反射波增強指數為中心的豐富數據形成鮮明對比事件中，由反射波引起的舒張期增強指數受到了很少的關注。反射波增強指數（Augmentation Index，AI）是另一項常用的無創評價動脈系統彈性功能的指標[5-6]。目前，無創的計算方法主要是根據傳遞函數等方法先估測中心動脈的脈搏波形，然后從估測的波形上再計算主動脈的增強指數（Augmentation Index，AIx）[7]。雖然傳遞函數的精度已經被大量學者證實，但是其缺點是沒有實現個性化，使得重建的中心動脈波形較為籠統影響了AIx的計算精度。而有不少研究證明（Radial Augmentation Index，AIr）與利用張力法測定的頸動脈AIx的相關程度很高。AIr是從實測的橈動脈波形直接計算得出，橈動脈脈搏波采集方便，如果AIr也能很好的評價動脈彈性，則可以嘗試用AIr替代AIx來評價動脈硬化程度。此外，還有一些研究表明，橈動脈舒張期增強指數（Diastolic Augmentation Index，AId）也能反映出脈搏波的反射[8-11]。本文創新之處在于引入了橈動脈舒張期增強指數（AId），目的就是探究cf-PWV與AIr、AId之間的相關性。同時在不同程度的動脈硬化下，以cf-PWV大小分組，AIr與AId之間的相關性及影響因素，來更好的做到早期發現并干預減少評估動脈硬化發病率與死亡率。

1 材料與方法

1.1 研究人群

通過對東北大學老師，學生和老年活動中心的人進行數據采集，從匯總數據中篩選出資料完善者133名，其中男性73名，女性60名；年齡18～92歲，平均（42.19±21.72）歲。排除標準：① 患有心肌病，心律失常，心臟瓣膜病，動脈閉塞癥，心力衰竭等嚴重心血管疾病；② 患有嚴重肝，腎疾病，呼吸衰竭；③ 惡性腫瘤患者；④ 認知障礙或精神病患者；⑤ 孕婦。所有研究對象均簽署知情同意書[12]。

1.2 數據采集

1.2.1 實驗設備

采集設備有兩臺，分別是澳大利亞AtCor-medical公司的SphygmoCor Px脈搏波形分析系統和中國泰盟科技有限公司的BL-420S生物機能實驗系統，電腦一臺，血壓計及聽診器一套，秒表一個，皮尺一把，平板床一張，信息記錄表，記號筆。

1.2.2 試驗過程

所有受試者接受問卷調查，采集基本信息，既往病史及用藥史，于靜息狀態下以水銀血壓計測量右上臂肱動脈血壓，連續測量3次取平均值。

1.2.2.1 測量PWV的試驗過程

準備過程：連接好泰盟實驗器材，志愿者的頸部、手腕部與傳感器接觸部位要用75%醫用酒精擦拭，用記號筆標記準確位置；志愿者靜躺休息3 min左右后，采樣操作員測量血壓、測量頸股動脈之間距離，及時做好記錄，同時登記志愿者基本信息。

PWV測量：志愿者平躺于床上，在頸部、手腕部及大腿根部找準測量部位后，放置傳感器，同時采集3處的生理信號，待波形穩定后開始記錄，記錄時長5 min，重復性試驗3次。

1.2.2.2 測量AI試驗過程

準備過程：連接好澳大利亞實驗器材，志愿者的手腕部傳感器接觸部位要用75%醫用酒精擦拭，用記號筆標記準確位置，及時做好記錄，同時登記志愿者基本信息。

1.2.2.3 脈搏波采集

志愿者平躺于床上，在橈動脈處找準測量部位后，放置傳感器，待波形穩定后開始記錄，重復性試驗左右手各五次。采樣操作人員應一直守候在電腦前觀測采樣數據，出現問題時，及時調整參數保證信號的質量。

1.3 統計學分析

使用SPSS 17.0統計軟件，進行數據統計和數據分析，計算結果以均值±標準差表示，相關分析采用Pearson相關分析和多因素回歸分析。

2 參數計算

2.1 脈搏波傳導速度（PWV）

PWV就是動脈搏動在某段血管上的傳播速度，它體現了特定區域動脈血管的彈性功能。PWV數值主要受血管壁彈性功能強弱和管腔大小等因素的影響，其值與動脈硬化程度正相關。PWV的可靠性和重復性早已得到公認，是現今國際社會無創動脈僵硬度評測的“金標準”。

計算PWV時，是將兩測點間的距離與脈搏波在其傳播的時間差作比，即

Δ表示兩個數值的差值，ΔL為兩個測量點間的距離，一般是手動測量，手動測量體表的直線距離乘以0.8得到的值；Δt為脈搏波傳導時間（Pulse Wave Transit Time，PWTT），是脈搏波先后到達兩個采集部位的時間間隔，由波形上同一個點傳導的時間差計算而得。ΔL和Δt測量方法的圖解，見圖1。

圖1 PWV計算圖解

2.2 反射波增強指數（AI）

AIr是橈動脈反射波和前向波疊加后波形的高度與收縮早期（即反射波到達前）壓力峰值的比值，即：

P2和P1的定義，見圖2。

AId也能反映出脈搏波的反射[13-15]，其定義為：

Pd的定義，見圖2。

圖2 橈動脈脈搏波特征點

3 結果

3.1 PWV和AIr，AId之間的相關性

PWV和AIr，AId之間的相關性，見圖3～4。PWV與AIr顯著正相關（R=0.5195，P＜0.001），PWV與AId負相關（R=-0.1472，P=0.0908）。

圖3 PWV和AIr相關性

圖4 PWV和AId相關性

3.2 以PWV分組，觀察AIr和AId的相關關系

PWV 分為 3 組，PWV1、PWV2、PWV3值分別為 3～6 m/s，6～9 m/s，＞9 m/s。不同年齡段的人，生理結構不同，可能對PWV的大小有一定的影響。本文以等間距劃分脈搏波傳播速度。

不同脈搏波速度下的AIr與AId之間的相關性分析，見圖5。由圖可以看出，PWV1組與PWV3組的AIr與AId之間有相關系數比PWV2組的相關系數大。PWV1、PWV2、PWV3對應的AIr和AId相關性，分別見圖6～8。圖6中PWV1組的AIr和AId相關系數約為0.70，圖7中PWV2組的AIr和AId相關系數約為0.08，圖8中PWV3組的AIr和AId相關系數約為0.42。

圖5 AIr和AId相關性

圖6 PWV1組（n=38）AIr和AId相關性

圖7 PWV2組（n=65）AIr和AId相關性

圖8 PWV3組（n=29）AIr和AId相關性

3.3 PWV, AIr和AId多元回歸分析

根據PWV值大小分為3組，PWV1、PWV2、PWV3。分別以AIr和AId為因變量、性別、年齡、身高、體重、心率、收縮壓和舒張壓為自變量，進行多元回歸分析（表1～3）。入選標準和剔除標準分別0.05和0.1，結果顯示，PWV1組，性別、年齡和心率是AIr的相關因素（R2=0.624，P＜0.001）。心率、身高是 AId的相關因素（R2=0.623，P＜0.001）。PWV2組，性別、年齡、心率、舒張壓、身高和體重是AIr的相關因素（R2=0.784，P＜0.001）。心率、舒張壓和收縮壓是AId的相關因素（R2=0.457，P＜0.001）。PWV3組，心率是AIr的相關因素（R2=0.213，P=0.012）。心率和年齡是AId的相關因素（R2=0.452，P＜0.001）。

表1 PWV1組

表2 PWV2組

表3 PWV3組

4 結論

在評估動脈硬化眾多指標中，被公認的金標準“cf-PWV”是評價主動脈硬化的經典指標[16]；AI能定量反映整個系統的總體彈性，對大、小動脈彈性改變引起的壓力波反射情況和血管管徑變化非常敏感。Avramovski等[17]對高血壓人群的研究表明，AI和cf-PWV之間單因素相關性分析有陽性結果，但經過年齡校正后，相關性不存在。本研究結果顯示出cf-PWV和AIr之間有正相關（R=0.5195，P＜0.001），cf-PWV 和 AId之 間 有 負 相 關（R=-0.1472，P=0.0908），顯示AI和cf-PWV之間相關性可能與特定條件因素相關，對于cfPWV和AI之間的相關性還有待進一步研究。本研究AIr和AId之間的相關性，心率是AIr和AId的共同影響因素。本研究下一步繼續增加樣本量，對PWV、AIr和AId之間的相關性及影響因素進行分析。