脉搏波传导速度与反射波增强指数相关性分析

刘文彦，王璐，姚阳，徐礼胜，周树然，张良钰

东北大学 a.中荷生物医学与信息工程学院；b.计算机科学与工程学院，辽宁 沈阳 110169

引言

心脑血管疾病已成为危害人类健康的第一大杀手，对公众健康造成了严重的影响。动脉硬化病变是心血管疾病的病理生理基础，因此人们对动脉硬化疾病的发生，发展机制深入认识，做到早期发现并干预，减少心血管疾病的发病率和死亡率至关重要[1]。人们不断寻求更确切地反映心血管疾病的生理信号，如动脉硬化发生发展过程出现的信号，采用无创方法检测动脉僵硬度，其中脉搏波速度（Pulse Wave Velocity，PWV）是最常用的动脉弹性功能检测指标之一，测定的PWV是测定动脉系统两点之间的脉搏波速度，被公认为“金标准”的是颈—股动脉速度（carotidfemoral Pulse Wave Velocity，cf-PWV），但测量cf-PWV操作相对复杂，需要患者暴露腹股沟区域[2]，故在临床上有一定的局限性，尤其颈—股动脉之间距离在腹部肥胖者测量存在困难，股动脉处脉搏波信号在肥胖、糖尿病、代谢综合征、外周动脉疾病中测量也存在困难[3-4]。桡动脉反射波增强指数（Radial Augmentation Index，AIr）比cf-PWV更能方便测量，然而在评估动脉硬化性能方面，AIr还存在局限性，以桡动脉反射波增强指数为中心的丰富数据形成鲜明对比事件中，由反射波引起的舒张期增强指数受到了很少的关注。反射波增强指数（Augmentation Index，AI）是另一项常用的无创评价动脉系统弹性功能的指标[5-6]。目前，无创的计算方法主要是根据传递函数等方法先估测中心动脉的脉搏波形，然后从估测的波形上再计算主动脉的增强指数（Augmentation Index，AIx）[7]。虽然传递函数的精度已经被大量学者证实，但是其缺点是没有实现个性化，使得重建的中心动脉波形较为笼统影响了AIx的计算精度。而有不少研究证明（Radial Augmentation Index，AIr）与利用张力法测定的颈动脉AIx的相关程度很高。AIr是从实测的桡动脉波形直接计算得出，桡动脉脉搏波采集方便，如果AIr也能很好的评价动脉弹性，则可以尝试用AIr替代AIx来评价动脉硬化程度。此外，还有一些研究表明，桡动脉舒张期增强指数（Diastolic Augmentation Index，AId）也能反映出脉搏波的反射[8-11]。本文创新之处在于引入了桡动脉舒张期增强指数（AId），目的就是探究cf-PWV与AIr、AId之间的相关性。同时在不同程度的动脉硬化下，以cf-PWV大小分组，AIr与AId之间的相关性及影响因素，来更好的做到早期发现并干预减少评估动脉硬化发病率与死亡率。

1 材料与方法

1.1 研究人群

通过对东北大学老师，学生和老年活动中心的人进行数据采集，从汇总数据中筛选出资料完善者133名，其中男性73名，女性60名；年龄18～92岁，平均（42.19±21.72）岁。排除标准：① 患有心肌病，心律失常，心脏瓣膜病，动脉闭塞症，心力衰竭等严重心血管疾病；② 患有严重肝，肾疾病，呼吸衰竭；③ 恶性肿瘤患者；④ 认知障碍或精神病患者；⑤ 孕妇。所有研究对象均签署知情同意书[12]。

1.2 数据采集

1.2.1 实验设备

采集设备有两台，分别是澳大利亚AtCor-medical公司的SphygmoCor Px脉搏波形分析系统和中国泰盟科技有限公司的BL-420S生物机能实验系统，电脑一台，血压计及听诊器一套，秒表一个，皮尺一把，平板床一张，信息记录表，记号笔。

1.2.2 试验过程

所有受试者接受问卷调查，采集基本信息，既往病史及用药史，于静息状态下以水银血压计测量右上臂肱动脉血压，连续测量3次取平均值。

1.2.2.1 测量PWV的试验过程

准备过程：连接好泰盟实验器材，志愿者的颈部、手腕部与传感器接触部位要用75%医用酒精擦拭，用记号笔标记准确位置；志愿者静躺休息3 min左右后，采样操作员测量血压、测量颈股动脉之间距离，及时做好记录，同时登记志愿者基本信息。

PWV测量：志愿者平躺于床上，在颈部、手腕部及大腿根部找准测量部位后，放置传感器，同时采集3处的生理信号，待波形稳定后开始记录，记录时长5 min，重复性试验3次。

1.2.2.2 测量AI试验过程

准备过程：连接好澳大利亚实验器材，志愿者的手腕部传感器接触部位要用75%医用酒精擦拭，用记号笔标记准确位置，及时做好记录，同时登记志愿者基本信息。

1.2.2.3 脉搏波采集

志愿者平躺于床上，在桡动脉处找准测量部位后，放置传感器，待波形稳定后开始记录，重复性试验左右手各五次。采样操作人员应一直守候在电脑前观测采样数据，出现问题时，及时调整参数保证信号的质量。

1.3 统计学分析

使用SPSS 17.0统计软件，进行数据统计和数据分析，计算结果以均值±标准差表示，相关分析采用Pearson相关分析和多因素回归分析。

2 参数计算

2.1 脉搏波传导速度（PWV）

PWV就是动脉搏动在某段血管上的传播速度，它体现了特定区域动脉血管的弹性功能。PWV数值主要受血管壁弹性功能强弱和管腔大小等因素的影响，其值与动脉硬化程度正相关。PWV的可靠性和重复性早已得到公认，是现今国际社会无创动脉僵硬度评测的“金标准”。

计算PWV时，是将两测点间的距离与脉搏波在其传播的时间差作比，即

Δ表示两个数值的差值，ΔL为两个测量点间的距离，一般是手动测量，手动测量体表的直线距离乘以0.8得到的值；Δt为脉搏波传导时间（Pulse Wave Transit Time，PWTT），是脉搏波先后到达两个采集部位的时间间隔，由波形上同一个点传导的时间差计算而得。ΔL和Δt测量方法的图解，见图1。

图1 PWV计算图解

2.2 反射波增强指数（AI）

AIr是桡动脉反射波和前向波叠加后波形的高度与收缩早期（即反射波到达前）压力峰值的比值，即：

P2和P1的定义，见图2。

AId也能反映出脉搏波的反射[13-15]，其定义为：

Pd的定义，见图2。

图2 桡动脉脉搏波特征点

3 结果

3.1 PWV和AIr，AId之间的相关性

PWV和AIr，AId之间的相关性，见图3～4。PWV与AIr显著正相关（R=0.5195，P＜0.001），PWV与AId负相关（R=-0.1472，P=0.0908）。

图3 PWV和AIr相关性

图4 PWV和AId相关性

3.2 以PWV分组，观察AIr和AId的相关关系

PWV 分为 3 组，PWV1、PWV2、PWV3值分别为 3～6 m/s，6～9 m/s，＞9 m/s。不同年龄段的人，生理结构不同，可能对PWV的大小有一定的影响。本文以等间距划分脉搏波传播速度。

不同脉搏波速度下的AIr与AId之间的相关性分析，见图5。由图可以看出，PWV1组与PWV3组的AIr与AId之间有相关系数比PWV2组的相关系数大。PWV1、PWV2、PWV3对应的AIr和AId相关性，分别见图6～8。图6中PWV1组的AIr和AId相关系数约为0.70，图7中PWV2组的AIr和AId相关系数约为0.08，图8中PWV3组的AIr和AId相关系数约为0.42。

图5 AIr和AId相关性

图6 PWV1组（n=38）AIr和AId相关性

图7 PWV2组（n=65）AIr和AId相关性

图8 PWV3组（n=29）AIr和AId相关性

3.3 PWV, AIr和AId多元回归分析

根据PWV值大小分为3组，PWV1、PWV2、PWV3。分别以AIr和AId为因变量、性别、年龄、身高、体重、心率、收缩压和舒张压为自变量，进行多元回归分析（表1～3）。入选标准和剔除标准分别0.05和0.1，结果显示，PWV1组，性别、年龄和心率是AIr的相关因素（R2=0.624，P＜0.001）。心率、身高是 AId的相关因素（R2=0.623，P＜0.001）。PWV2组，性别、年龄、心率、舒张压、身高和体重是AIr的相关因素（R2=0.784，P＜0.001）。心率、舒张压和收缩压是AId的相关因素（R2=0.457，P＜0.001）。PWV3组，心率是AIr的相关因素（R2=0.213，P=0.012）。心率和年龄是AId的相关因素（R2=0.452，P＜0.001）。

表1 PWV1组

表2 PWV2组

表3 PWV3组

4 结论

在评估动脉硬化众多指标中，被公认的金标准“cf-PWV”是评价主动脉硬化的经典指标[16]；AI能定量反映整个系统的总体弹性，对大、小动脉弹性改变引起的压力波反射情况和血管管径变化非常敏感。Avramovski等[17]对高血压人群的研究表明，AI和cf-PWV之间单因素相关性分析有阳性结果，但经过年龄校正后，相关性不存在。本研究结果显示出cf-PWV和AIr之间有正相关（R=0.5195，P＜0.001），cf-PWV 和 AId之 间 有 负 相 关（R=-0.1472，P=0.0908），显示AI和cf-PWV之间相关性可能与特定条件因素相关，对于cfPWV和AI之间的相关性还有待进一步研究。本研究AIr和AId之间的相关性，心率是AIr和AId的共同影响因素。本研究下一步继续增加样本量，对PWV、AIr和AId之间的相关性及影响因素进行分析。