2014 年8月8日，国家心血管病中心在京发布《中国心血管病报告 2013》，该报告显示，2012 年 我国心血管病死亡率为 255:100 000. 在城市居民疾病死亡构成中占 41.1%，在农村占 38.7%，平均每 5 例死 亡中就有 2 例死于心血管病，死亡率居各种疾病之首。心血管病已成为我国面临的重大公共卫生问题。
动脉硬化是众多心血管疾病发生的生理和病理基础，是引起心血管疾病的主要原因，尽管慢性心血管疾病在发病早期没有明显症状，但人体动脉血管的血管阻力、血管弹性等一系列反映血管功能的生 理参数已经悄然发生改变，若能及早发现这些生理特性的变化，预警疾病发生的危险程度，就可以为早 期医学干预有效预防心血管疾病提供可靠依据，从而降低心血管疾病的发病率和死亡率。
大量医学研究和临床统计显示，心血管血流参数的变化，首先反应在脉搏波的波形中，这是因为 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 中各种生理因素的影响，使动脉波中包含有极丰富的心血管系统生理病理信息，其波形特征变化是评价 人体心血管系统生理病理状态的重要依据。
1 脉搏波基础理论
1.1 脉搏波产生机理
脉搏波是心脏的搏动（振动）沿动脉血管和血流向外周传播而形成的。心脏是一个持续不断的振源， 心室收缩时，血液快速射入主动脉致其基部压力骤增而膨胀；心室暂未射血时，主动脉基部压力下降， 管壁弹性回缩，则恢复至原来位置。如此，主动脉管壁就因心室的舒缩而有节律地受迫振动。这种振动 能沿弹性血管向末梢传播而形成脉搏波（横波）。在传播过程中，必然要受到血管壁弹性、血管周围 阻力、血液黏度等因素的影响，从而使脉搏波形发生变化。
1.2 脉搏波波形特征
一个完整的脉搏波波形有 A，B，C，D 4 个重要特征 点，其包含升支和降支。如图 1 所示，A 称作主波，B 称 作潮波，C 称作重搏波峰，D 称作重搏波谷，OA 是主波上 升支，OO‘是脉搏波周期，这个脉搏波曲线的变化体现了 人体的生理病理变化。
1.2.1 OA 段波形简介
脉搏波形的上升支，是由于在动脉壁忽然扩展的时候， 左心室射血，动脉血压快速升高，形成管壁扩张。O 点 是心脏射血期的开始点，反映收缩期末血管内的压力和容 积，A 点是主动脉压力最高点，反映动脉内压力与容积的 最大值。心输出量、射血速度和阻力是影响上升支的幅度和斜率的主要因素，一般用脉搏波波形上升的 斜率和幅度表示，心输出量较多、射血速度较快、主动脉弹性越小、阻力越小，则斜率较大，波幅较高； 反之，则斜率较小，波幅较低。
1.2.2 AD 段波形简介
下降支的前段，是由于在心室射血的后面阶段，射血速度开始降低，造成主动脉流向周围的血量大 于流进主动脉的血量，大动脉由扩张变成回缩，动脉血压逐步变低这个过程造成的。B 点是左心室射 血停止点，是反射波的波峰点，也叫潮波波峰，反映动脉血管的张力、顺应性和外周阻力的大小。D 点 是潮波波谷点，即心脏收缩与舒张的分界点，主要反映外周阻力的大小。
1.2.3 DO’段波形简介
下降支的后段，也叫重搏波，是由于心室扩张，动脉血压不断降低，主动脉内血液向心室方向反流 形成的。反映主动脉的功能状况，血管弹性和血液流动状态。
1.3 动脉硬化对脉搏波的影响
大量临床研究证明，人的脉搏波的波形特征随着一些生理因 素，例如血液黏度、血管弹性、血管周围阻力的变化而呈规律性 变化，如图 2 所示。
正常人：主波高且窄，重搏波比潮波明显，动脉弹性较好， 血管周围阻力比较低。
轻度动脉硬化：在主波后潮波不断升高，重搏波变得不太明 显，动脉弹性适中，血管周围阻力也适中。
中度动脉硬化：在主波后潮波变得明显，重搏波和主波融合， 重搏波变得不太明显，动脉弹性比较差，血管外周阻力也比较差。
重度动脉硬化：主波和潮波有不同程度的融合，重搏波和潮波 也有不同程度的融合，动脉弹性表现很差，血管外周阻力也很差。
2 动脉硬化相关参数及其计算
2.1 表征动脉硬化的相关参数介绍
1）每搏输出量（SV）：指一次心搏，一侧心室射出的血量，简称搏出量，是衡量心功能的重要指标。 影响搏出量的基本因素有心肌收缩性，心肌收缩的协调、顺应性，心率，动脉血压等。
2）外周阻力（TPR）：指左心室每搏输出的血液通过外周血管网络到达中心静脉压力等于 0 处所遇 到阻力的总和，包括主动脉阻力、肌性动脉阻力、毛细血管网和静脉阻力相互串连的总阻力值。其反映 体循环血管各部阻力的综合，具有很高的临床意义。外周阻力的升高是外周血管功能和结构改变的结果。 血压增高，外周血管阻力随之增高，血压长期持续增高，会促进血管粥样硬化病变的发生和发展。
3）动脉顺应性（AC）：动脉内血液压力改变一个单位时所对应动脉体积的相应变化量。动脉顺应 性下降的动脉壁改变往往早于临床症状的出现，通过对动脉顺应性的检测，可以早期发现动脉硬化，并 对其程度进行评估，有利于减少心血管病的发生率。
4）血液黏性（V）：血液流变学的基本指标，是指血液分子间的内摩擦力，血液黏度越高，越易引 发心脑血管疾病。
2.2 表征动脉硬化的相关参数计算方法
2.2.1 脉搏波波形特征量 K 值的提取
由脉搏波产生和传播的机理可知，随着血管阻力和动脉弹性等生理变化，脉搏波波形特征变化首先 反映在脉搏波波形面积的变化上，为了能以一个简单的特征量来描述上述的变化，北京工业大学罗志昌 教授等提出了一个以脉图面积变化为基础的脉搏波波形 K 值，其定义为
其中
其中，Pm 为平均动脉压，等于一个心动周期中脉搏压力 P(t)的平均值；Ps 和 Pd 分别为收缩压和舒张压， 具体如图 3 所示。
由此可知，K 值的大小取决于脉搏波的周期波形图面积，是一个 无量纲的值。不同生理病理状态下脉搏波波形和面积都会有很大 变化，这个变化可用 K 值来表示。目前的研究在计算 K 值时，多 采用周期脉搏波形的峰值、谷值和幅值的平均值来代替定义中的 Ps，Pd 和 Pm 的数值，这里 Pm 的计算采用的是积分形式，而非 简单的 Ps，Pd 的平均。具体计算方法为
1）将采集程序传入的脉搏波信号序列取全长，并将 20%～80% 部分（时间）的序列分离出来，防止不必要的干扰；
2）对分离出的序列遍历，找出最大值和最小值。具体来说，某 个采样点≥前一个点的值且≥后一个点的值，则为最大值的点，类 似方法获得最小值所在的点；
3）将所有最大值所在的点，去掉首尾各一个之后遍历，同时比对最小点序列中最近相邻的前后点， 确定每一个周期的起止；
4）根据起止点、最大值点，得到该周期信号的 Ps，Pd，Sigma(P), 即离散化的积分值，再除以采样 点时间宽度，即得 Pm.
由脉搏波波图面积提取的特征量 K 值，能从宏观上描述出脉搏波波形变化的平均特征，能体现人体 心血管系统中最为重要的一些生理参数如血管外周阻力、血管壁弹性和血液黏性等生理因素的变化，并 可以用 K 值进行量化，这有着重要的医学应用价值。由于特征信息减少到只有一个特征量，简单易记， 生理意义明确，且变化很有规律，临床医生易于接受，因而可作为心血管临床检查的一个重要生理指标。 特征量 K 值检测方便，检测结果的重复性和稳定性较好，这为临床上心血管血流参数的无损检测提供了 一个简单易行的方法。
2.2.2 基于 K 值计算相关心血管参数
通过脉搏特征 K 计算的部分心血管参数如下：
1）每搏输出量（SV），单位为 mL.
其中，T 为脉搏波周期；Ps 为收缩压；Pd 为舒张压。
2）每分输出量（CO），1 min 内左心室输出的血量，单位为 mL.
3）外周阻力（TPR），单位为 Pa·s/mL.
4）动脉顺应性（AC），单位为 mL/mmHg.
5）血液黏性（V），单位为 Pa·s.
3 远程实现
由于动脉硬化的发病主体主要是中老年人，且多行动不便，因此，实时简便快捷的检测方法更符合病人需要。基于此，这里提出一个实现动脉硬化远程检 测的方案。主要流程如图 4 所示。
1）采集端：使用 C#开发多线程程序，采集设备将信 号发送到计算机，先保存在内存链表中，再传递至窗口主 线程实现波形绘制，当点击上传数据时，程序根据读卡器 接口程序段读取用户身份信息连同采集脉搏信息，与采样 结果一起封装上传。传输过程基于 TCP/IP 协议。
2）服务端：为耦联了网页服务端的 Java 应用程序，主 要完成对采集程序上传数据的读取、解析、保存及后处理。 Java 服务端开启指定端口，不断监听来自网络的基于 TCP/IP 协议的连接请求。当请求被识别后连接成功创建，服务端程序不断读取采集程序上传的信号数据 直到全部读取完毕。随后 Java 服务端将数据保存。保存完成后，分析程序对数值序列进行自动分析。在 切分出每一个单独的脉搏波后，根据设备的采样设定时间间隔，将波形幅值进行积分，计算基本参数， 并相应的计算其他状态结果。
3）客户端：接收来自指定服务端的数据，并保存、显示供用户随时查阅。 由此可知，用户只需采集脉搏信号，点击上传，便可随时查询结果，十分方便快捷。
4 结论
随着经济水平的发展、饮食结构的改变、生活节奏的加快、生活压力的增大以及人口迅速老龄化，心 血管病已成为我国面临的重大公共卫生问题，防治工作刻不容缓。这里较详细地阐述了脉搏波的产生 机制及脉搏波与动脉硬化的关系，并提出一个切实可行的方案，实现动脉硬化的远程监测。下一步将集 中采集年长的以及有心血管疾病的受试者，并根据计算的参数对动脉硬化程度进行分级，使本研究成果 更具实用价值。