人体内心血管系统是由心脏、血管以及所含 血液等组成的完整统一体，在相互协同制约和依 存的条件下和中枢神经系统的控制下，完成血液 循环的整个过程。脉搏信号是由于心脏的搏动推动血液沿血管运动而产生，因此，按现代科学的 观点，可将脉搏信号看作心脏内部运动状态在人 体表面的输出和映射。脉搏波可看成主要是由心 脏的收缩与舒张以及血液在沿血管的流动过程中 所遇到的各种阻力相互作用而形成的。因此当脉 搏波由心脏开始向动脉系统传播时，不仅要受到 心脏本身的影响，同时也会受到流经各级动脉及 分支中各种生理因素，如血管阻力、血管壁弹性 等的影响，因而脉搏波信号中包含着极丰富的心 血管系统生理病理信息，脉搏波的波形特征、谐 波信息与心血管系统中的特征参数变化密切相关。 所以，对脉搏波进行科学合理的检测、分析，以 便更方便地监测心血管参数，有效防治疾病，己成为世界各国迫切需要解决的一项重大课题，并 对临床医学的发展具有重要意义 。
自上个世纪 50 年代开始 , 很多学者利用现 代生物医学工程技术和电子科学技术，通过实测 脉搏波信号及借助心血管的物理电路模型，不断 致力于脉搏波信号特征与心血管参数关系的研究。 多年来科研人员利用脉搏波参数与病理的关系探 索心血管的无创诊断方法己取得了巨大成果，总 结出脉搏波时域、频域中与心血管疾病相关的大 量参数，希望开发出能用于心血管疾病监测的仪 器设备，为医生的诊断提供依据。本文主要就国 内外基于脉搏波的心血管检测研究情况作简要 概述。
一. 对象与方法
脉搏波检测是对人体脉搏波信息的分析、综 合与判断的过程。在该过程中，人们一直在尝试 用不同的方法分析脉搏波信息，进而实现这些信 息的自动分类，以期得出准确的心血管参数。总 体来讲，大致有两种不同的研究思路 ：一种直接 分析实际采集到的脉搏波信号，根据其波形特征 计算心血管参数 ；另一种则主要从力学理论出发， 用模型来研究脉搏波的传播及检测机理，从而对 心血管参数进行辨识、估计。
1.1 基于脉搏波信号的心血管临床检测指标及仪器 现状
自1775 年瑞士著名数学家欧拉 (Leonhard Euler) 首次定量地从流体力学角度研究人体脉搏 波的传播规律以来，由脉搏波无创检测心血管参 数，就一直是生物力学和生物医学界所关注的 重要问题之一。并且，经过长时间的发展，该 技术已取得了长足的进展，在临床上获得了广 泛的应用。
目前，临床上主要基于人体重要动脉血管的 脉搏波特征进行检测的心血管参数的有以下几 类 ：心率（Heart Rate）、血压（Blood Pressure） 等基本心血管参数，由脉搏波主峰、拐点等时域波形特征直接确定。踝臂指数（Ankle-Brachial Index，ABI）、趾臂指数（Toe-Brachial Index， TBI）、心踝指数（Cardio-ankle vascular index， CAVI），反映心血管系统中某些局部血管系 统的狭窄状况。这几个参数主要是由不同压力下 的脉搏波获得局部血压，然后根据血压的比值计 算获得。另外，基于人体主要大动脉血管的脉搏 波传播速度（Pulse Wave Velocity，PWV）判断动脉系统的硬化情况，通过脉压差（Pulse Pressure, PP）、射血时间（Ejection Time, ET）、 反射波增强指数（Augmentation Index, AI） 等反映心脏及中央动脉的功能状况也是基于脉搏 波信号的心血管参数检测的重要组成部分。
根据上述原理和方法，国内外已研制出各 种型号的心血管检测医疗仪器。典型的有 ：法 国 Artech － Medical 公司的 Complior、日本福 田的 VS-1000、日本欧姆龙科林的 VP-1000、北 京麦邦光电仪器公司的 MB3000、上海 3F 公司 的 SDS1800 等。这些医疗仪器产品在一些特定 的心血管参数辨识领域均有自己的独到之处，可 实现血流量、压力及脉搏波的准确检测，获得重 复信号的信息，并可实现对心血管硬化程度的检测。比如，Artech － Medical 公司的 Complior 在颈股 PWV 测量方面技术领先，首创分段测 量 PWV ；VP-1000 可同时测量颈股 PWV、踝肱 PWV 和脚踝 / 上臂血压比 ABI，四肢血压同步测 量 ；SDS1800 则在 Vitalspec 心功能，心输出量 CO、VPK 血流速度峰值等方面具有一定的优势。
不过，以上仪器只能在某一方面揭示脉搏波 信号的特征，用以心血管检测，目前仍然没有一 种仪器中涉及的方法可以对脉搏波进行综合分析。
1.2 基于模型的心血管参数检测方法研究现状
心血管模型仿真是研究心血管系统的血流动 力学特征、分析心血管疾病机理、指导医疗仪 器优化设计的常用方法。心血管系统建模仿真是 以血流动力学为基础，结合人体循环系统的具体 解剖结构，通过建立相应的电学模型揭示心血管 循环系统的生理病理机理，为临床诊断和治疗心 血管系统疾病提供理论依据和新思路。最早的血 管模型是 Poiseuille 模型 ，也就是根据流体力 学的 Navier-Stokes 方程 推导出适用于血液 流动的 Poiseuille 定律来建立血管的电学仿真模 型，这也表明了血管中血液的流动情况可以用等 效电路的方式来模拟。1898 年，德国生理学家 Otto Frank 提出的著名的弹性腔（Windkessel）模 型，将主动脉和大动脉视为一个弹性腔，认为腔 内的压力变化只是时间的函数，而与距心脏的距 离无关。很多学者在弹性腔模型的基础上加以改 进提出了双弹性腔五元件、三弹性腔九元件模型 等，但这些都是高度简化、比较粗糙的集总式模 型，忽略了人体解剖结构中心血管系统血液循环 的在不同部位的分布性质，不能体现脉动血流在 动脉系统中的波传播特性。
进入 20 世纪后，随着电网络理论的发展，心 血管系统电学仿真技术也有了更为全面的发展。 1966 年 John Mcleod 建立的 PHYSBE 模型 是 较早且较为完整的血液循环系统模型。该模型包 含了左心、右心、主动脉、上下肢、躯干部、头 部、腔静脉以及肺循环几个部分，实现了对血液 循环系统解剖学特性完整系统地描述 ；1983 年Coleman 建立了一个名为 HUMAN 的模型 ，包 含了肺部的呼吸、血液的气体交换等诸多生理 因素，实现了对肺气交换生理过程的仿真研究 ； Beyar、Goldstein等于 1987 年建立的人体心血 管系统的整体模型，包含了头颈、胸腹、冠脉循 环等，很好地模拟了人体正常生理情况下的动脉 血管脉搏波特性，并仿真了呼吸对胸内压的影响。
随着计算机科学技术的快速发展，多尺度、 多层次的心血管系统仿真模型也不断涌现，使得 人们对心血管系统中血液流动规律、心脏电生理 活动、微循环的生理机理等的深入研究成为可能。 Diaz-insua 等利用键合图法建立了心血管系 统的仿真模型，模拟了正常生理条件下肺循环和 体循环过程中心血管系统各点的血压脉搏波波形， 且仿真结果和在体测量结果十分吻合；Ursino等 建立了一个具有压力感受器的心血管系统仿真模 型，包含了心脏、体循环、肺循环以及自主神经 系统，在此模型基础上研究了心血干对缺氧和有 氧运动的反映、心率变异的影响等。Tsuruta 等人 建立了心血管系统动力学分布式模型，在此基础 上研究了药物对心衰的影响。
近十几年来，心血管系统建模有了新的进展， 实现了对人体生理系统各项生命活动的精确仿真。 最具代表性的有 ：美国国家仿真实验室生物医学 工程部作为“虚拟人”计划内容中“综合数字 生理人”（Highly Integrated Physiology，HIP）的 JSIM 心血管模型，综合了心脏模型、体循环、肺 循环、冠脉循环、气体交换以及心肌活动等模块， 是一个包含了解剖结构和生理功能的数字化人体 模型 ；日本九州大学基于 Human 模型基础上建立 的 KitaHuman 模型，包含了神经反射、肾脏分泌、 体温调节等模块，通过观察脉搏波仿真了人体血 液在不同参数下长期或短期的生理变化。
现在心血管模型仿真技术已经比较成熟，能 够比较精确地模拟人体心血管系统的生理活动和 脉搏波的特点 。每一个模型都是由很多的血流 方程以及众多心血管参数构成，结合临床检测的生理信号数据，医生通过这些仿真模型获得的脉 搏波为指导，就可以逆向估计人体心血管系统中 不能直接检测的参数的值，比如血管阻抗，动脉血管顺应性等。实质上，在心脑血管建模与参数 检测方面国内外已经开展了创新性的工作，接近 可临床应用的水平。
二. 结果与讨论
通过对比不难发现，虽然由脉搏波直接获得 的指标在一定程度上可以反映出局部或整体心血 管系统的功能状况，但单纯的通过这些脉搏波特 征参数来诊断心血管疾病却是有一定的局限性的。 比如，PWV 是大动脉弹性状况的典型指标，但是 很容易受到年龄、性别、血压、血液粘度以及测 量部位等众多因素的干扰 ；ABI 指数依赖于 个体血压值的测量，并且更适于对下肢动脉血管 病变情况的检测 ；CAVI 理论上对个体血压测 量的依赖性比较小，但是它主要反映的是动脉系 统整体的僵硬度情况，不能反映局部区域的功 能状况。并且，这种基于基本脉搏波特征进行心 血管系统疾病诊断的方法灵敏度不够高，精确度 也相对较低 ；对于重症患者，更是难以实现对其 重要心血管特征参数的实时监控，难以获知其身 体状况变化的综合信息。而基于心血管仿真电路 建模的方法，则可克服这一困难。在电路模型仿 真中，结合心血管参数检测的相关知识，利用与 模型输出特定的脉搏波等动态检测数据，就可以 对心血管系统中的生理参数进行辨识。将参数估计的结果用于对心血管系统生理状态的分析和监 测，就可以实现临床上对各类动脉疾病的直接诊 断和心血管系统生理功能状况的实时监测。
综上所述，与脉搏波直接分析法相比，基于 模型的心血管参数辨识方法具有较大的优势，可 以为基于脉搏波的医学诊断及心血管疾病的研究 提供了一种新的思路，具有较好的发展前景。随 着大数据和云计算的来临，我们相信心脑血管建 模及参数辨识技术会对心血管参数检测的发展起 到较大的推动作用，间接影响到可穿戴式医疗设 备的发展方向，同时也会为实现远程互联网诊疗 奠定良好的基础，对推动疾病预防、早期诊断工 作的开展，实现疾病检测诊断仪器大众化、个性 化起到重要的作用。