基于外周动脉脉搏波信号获取主动脉脉搏波速度的方法

摘要

本发明公开了一种基于外周动脉脉搏波信号获取主动脉脉搏波速度的方法，涉及生物医学中的心血管医学领域。本发明基于上肢、下肢动脉脉搏波，通过移位相减能够获得反射波，能够简单地获取脉搏波顺着主动脉传输时间△t，进而能够计算得到主动脉脉搏波速度aoPWV，计算公式是主动脉脉搏波速度（aoPWV），等于主动脉体表测量长度的2倍（L）除以脉搏波顺着主动脉传输时间△t，即aoPWV=L/△t；本发明首次利用上肢、下肢动脉脉搏波获取脉搏波在主动脉传输的时间，提出了一种操作简单、方便、能快速获取aoPWV的方法，且脉搏波采集位置由颈股动脉转移到上下肢动脉，降低了信号采集难度和安全隐患。

说明书

技术领域

本发明涉及生物医学中的心血管医学领域，具体为一种基于外周动脉脉搏波信号获取主动脉脉搏波速度的方法。

背景技术

心血管病是全球范围造成死亡的最主要原因。全球每年约有1710万人死于心血管病，占总死亡的29%（世界卫生组织2009年9月实况报道第317号）。我国估计每年心血管病死亡300万人，每死亡3人中就有1人是心血管病（《中国心血管病报告2007》）。心血管病已经成为二十一世纪威胁人类健康的重大公共卫生问题。

动脉硬化病变是多种心血管疾病的生理病理基础。随着人们对心血管疾病发生、发展机制的深入认识，针对动脉硬化的评估和干预逐渐成为控制心血管疾病的重要措施。长期以来，动脉造影术是诊断动脉硬化病变的主要技术手段，然而造影属于有创性操作，对技术与设备条件要求较高，检查价格较为昂贵，且有可能发生操作相关性的不良反应，这些不足之处在很大程度上影响了其在临床上的广泛应用。近年研究显示，早在动脉管腔出现明显狭窄或闭塞性病变之前，动脉血管壁已发生功能及（或）结构改变，主要变现为动脉僵硬度的增加。因此，早期检测并干预动脉僵硬度的变化对于心血管疾病的防治具有重要意义。

脉搏波速度（pulse wave velocity，PWV）测量是重要的无创动脉僵硬度测定方法之一，并且，颈-股动脉脉搏波速度（carotid-femoral pulse wave velocity，CFPWV）已于2003年被列入欧洲高血压防治指南。

目前，国际公认的可用于CFPWV检测的仪器有法国的Complior和澳大利亚的SphygmoCor。这两款仪器均是通过分析记录的颈动脉和股动脉波形获取脉搏波传递时间PTT，用直接测量的颈股动脉距离L除以PTT获取CFPWV。有研究表明，SphygmoCor获取的CFPWV小于Complior获取的CFPWV。关键在于L的计算方法不同，Complior的L等于测量颈动脉和股动脉之间的体表距离，SphygmoCor的L等于胸骨切迹至股动脉的距离减去胸骨切迹至颈动脉的距离。最新的研究推荐采用第二种方法计算脉搏波传递的距离。虽然以上两种方法已经有效地用于PWV研究及临床试验，但两种方法对于腹部脂肪较多的对象都难以获得其稳定的股动脉波形，测试时间较长；两种方法都需要测试颈动脉波形和股动脉波形，测试流程较复杂；两种方法都至少有一个传感器是手持式传感器，对操作人员有较高的要求，使用不方便。另外，Complior获取老年人颈动脉脉搏波时还存在窒息的安全隐患。所以主动脉PWV测量方法还有待改进。

脉搏波传播与反射理论揭示，脉搏波由前向波和反射波组成，前向波在各阻力血管分支处产生反射，反射波汇合前向波形成形态各异的脉搏波。近年研究显示第一有效反射点位于腹主动脉与髂总动脉的交叉处。因此，反射点仅在上肢动脉的脉搏波形可见，在下肢动脉的波形没有明显反射点，根据此理论，我们提出了一种新的PWV测量方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于外周动脉脉搏波信号获取主动脉脉搏波速度的方法，以解决现有技术测量方法由于难以获取稳定的脉搏波波形、测试流程复杂、使用不便、存在安全隐患而导致主动脉脉搏波速度测量困难的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

基于外周动脉脉搏波信号获取主动脉脉搏波速度的方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）采用压力传感器同时采集人体上肢动脉脉搏波、下肢动脉脉搏波，并得到人体上肢动脉脉搏波、下肢动脉脉搏波的波形；

（2）对步骤（1）得到的人体上肢动脉脉搏波、下肢动脉脉搏波移位相减获得反射波，所述移位相减指将人体上肢动脉脉搏波、下肢动脉脉搏波起始点移至同一点后，再将人体上肢动脉脉搏波、下肢动脉脉搏波相减；

（3）分别提取人体上肢动脉脉搏波、下肢动脉脉搏波、反射波的特征点，所述特征点为人体上肢动脉脉搏波主波峰值点、移位后的人体下肢动脉脉搏波主波峰值点、反射波峰值点，或者是人体上肢动脉脉搏波起始点、移位后的人体下肢动脉脉搏波起始点、反射波起始点；

（4）根据步骤（3）提取到的特征点，计算得到脉搏波顺着人体主动脉传输时间△t，脉搏波顺着人体主动脉传输时间△t为人体上肢动脉脉搏波主波峰值点与反射波峰值点之间的时间间隔，或者为移位后的人体下肢动脉脉搏波主波峰值点与反射波峰值点之间的时间间隔，或者为人体上肢动脉脉搏波起始点与反射波起始点之间的时间间隔，或者为移位后的人体下肢动脉脉搏起始点与反射波起始点之间的时间间隔；

（5）测量得到人体主动脉体表测量长度，并计算得到脉搏波顺着人体主动脉传输距离L，脉搏波顺着人体主动脉的传输距离L为测量得到的人体主动脉体表测量长度的2倍；

（6）根据步骤（4）得到的脉搏波顺着人体主动脉传输时间△t、步骤（5）得到的脉搏波顺着人体主动脉的传输距离L，计算得到主动脉脉搏波速度aoPWV，主动脉脉搏波速度aoPWV= L/△t。

本发明的有益效果为：

（1）本发明首次将脉搏波传播与反射理论用于获取主动脉脉搏波速度，利用上肢、下肢动脉脉搏波获取脉搏波在主动脉传输的时间，提出了一种操作简单、方便、能快速获取aoPWV的方法。此方法有望替代传统的测量颈股动脉获取cfPWV的方法，为PWV获取提供新的思路，为大规模临床应用奠定理论基础。

（2）本发明仅需要提取上肢、下肢动脉脉搏波就可以获取主动脉脉搏波速度，而上下肢动脉（例如桡踝动脉）脉搏波易于提取，测试流程简单，测试时间短，且上下肢动脉脉搏波比较稳定，在人体测试时也不存在安全隐患，克服了传统的SphygmoCor方法和Complior方法需要提取颈股动脉脉搏波才能获取主动脉脉搏波速度的缺点。

附图说明

图1为桡（上肢）动脉脉搏波中反射波产生原理图。

图2为本发明中对桡踝（上下肢）动脉特征波移位相减获取反射波的示意图。

图3为本发明中脉搏波顺着主动脉传输时间的示意图。

图4为本发明中主动脉体表长度的示意图。

图5为本发明中获取主动脉脉搏波速度方法的流程图。

具体实施方式

如图1所示。前向压力波是由左心射血冲击主动脉瓣和血管壁所引起的；前向压力波自主动脉根部出发，沿着动脉树向外周动脉传播，在动脉分支和外周阻力动脉的共同作用下，产生与前向压力波方向相反的反射波；心室射血结束、主动脉瓣关闭之后，大动脉储存的弹性势能释放，产生重搏波。前向压力波、反射波和重搏波相互叠加，由于心脏机能、动脉结构和周围组织器官状况的差异，形成了丰富多样的脉搏波形态。

简言之，心脏射血时产生的前向压力波顺着动脉树传播，桡（上肢）动脉脉搏波波形的主波指前向压力波直接传播至桡（上肢）动脉处的波形；前向压力波顺着主动脉传播至腹主动脉髂总动脉交汇处发生反射，桡（上肢）动脉脉搏波波形的反射波是指腹主动脉髂总动脉交汇处的反射波传播至桡（上肢）动脉处的波形。

如图2所示。脉搏波传播与反射理论揭示，脉搏波由前向波和反射波组成，前向波在各阻力血管分支处产生反射，反射波汇合前向波形成形态各异的脉搏波。近年研究显示第一有效反射点位于腹主动脉与髂总动脉的交叉处。因此，反射点仅在上肢动脉的脉搏波形可见，在下肢动脉的波形没有明显反射点，桡（上肢）动脉波形有反射点而踝（下肢）动脉没有。由于脉搏波沿动脉树的传输路径不同，到达桡（上肢）动脉和踝（下肢）动脉有时间差，将桡（上肢）动脉脉搏波和踝（下肢）动脉脉搏波起始点移至同一点，再将两波形相减即可得到反射波波形。

如图3所示。脉搏波顺着主动脉传输时间△t，等于桡（上肢）动脉脉搏波主波峰值点与反射波峰值点之间的时间间隔△t，或者移至桡（上肢）动脉脉搏波同一点的踝（下肢）动脉脉搏波主波峰值点与反射波峰值点之间的时间间隔△t，或者桡（上肢）动脉脉搏波起始点与反射波起始点之间的时间间隔△t，或者移至桡（上肢）动脉脉搏波同一点的踝（下肢）动脉脉搏起始点与反射波起始点之间的时间间隔△t。

如图4所示。脉搏波顺着主动脉传输距离L，是前向压力波传播至桡（上肢）动脉处与反射波传播到桡（上肢）动脉处的距离差，是主动脉体表测量长度的2倍，等于主动脉弓（胸骨切迹）到腹主动脉髂总动脉交汇处（肚脐）距离H的2倍。

如图5所示。本发明提出的基于外周动脉脉搏波获取主动脉脉搏波速度方法的简要流程是：采用压力传感器同时采集上下肢动脉脉搏波的波形，对上下肢动脉脉搏波波形移位相减获得反射波波形，提取上下肢动脉脉搏波和反射波特征点，计算得到脉搏波顺着主动脉传输时间△t，测量得到脉搏波顺着主动脉传输距离L，主动脉脉搏波速度aoPWV利用公式aoPWV=L/△t求出；

可以通过桡踝动脉脉搏波获取主动脉脉搏波速度，测量主动脉脉搏波速度时，首先采用脉搏波传感器同时采集桡踝动脉脉搏波的波形，然后将桡踝动脉脉搏波波形起始点移至同一点后再将两波相减，得到反射波波形；提取桡踝动脉脉搏波和反射波特征点：桡动脉脉搏波主波峰值点、移至桡动脉脉搏波同一点的踝动脉脉搏波主波峰值点、反射波峰值点、桡动脉脉搏波起始点、移至桡动脉脉搏波同一点的踝动脉脉搏起始点、反射波起始点等；

计算桡动脉脉搏波主波峰值点与反射波峰值点之间的时间间隔，或者移至桡动脉脉搏波同一点的踝动脉脉搏波主波峰值点与反射波峰值点之间的时间间隔，或者桡动脉脉搏波起始点与反射波起始点之间的时间间隔，或者移至桡动脉脉搏波同一点的踝动脉脉搏起始点与反射波起始点之间的时间间隔，该时间间隔即脉搏波顺着主动脉传输时间△t，测量人体胸骨切迹至肚脐的距离，它的2倍即脉搏波顺着主动脉传输距离L。

主动脉脉搏波速度aoPWV，等于脉搏波顺着主动脉传输距离除以脉搏波顺着主动脉传输时间，即主动脉弓（胸骨切迹）到腹主动脉髂总动脉交汇处（肚脐）距离的2倍（L）除以桡动脉脉搏波（或者踝动脉脉搏波）主波峰值点与反射波峰值点的时间差△t，或者桡动脉脉搏波（或者踝动脉脉搏波）起始点与反射波起始点的时间差△t。