1、主動脈血流傅里葉分析研究高血壓的血管功能障礙機設102（10100808）張勝利（譯）摘要：阻抗測量已用于量化與高血壓有關的變化在血管功能，基于動脈血流波的傅里葉分析可提供一個有用的替代傳統的技術，因此血流頻譜分析鑒別的工具在高血壓血管進行測試，一個基于頻率的方法制定出在自發高血壓，硝普鈉的條件下（SNP）誘導正常血壓自發性 高血壓的大鼠（SHR）和去氧腎上腺素（PE）引起的高血壓的Wistar-Kyoto大鼠（WKY）。在麻醉下，動物儀表進行數字化的動脈血壓信號測量，主動脈血流量測量，同時測量心電圖。對血流動力學參數進行提取并對主動脈血流信號經傅立葉分析處理，以產生脈沖傳輸的指紋。結果表明在

2、基線壓力上SHR和之間的存在顯著指紋差異。對指紋的差異由進行了模擬來研究由PE引起的高血壓，但是，他們并沒有匹配SHR指紋，雖然有類似的基于流的生物標志物相反，SNP的綜合和到SHR會存在在指紋的差異，然而，SNP沒有近似于WKY指紋，盡管有類似的血流動力學，此外，特征指紋的差異 與SHR和WKY血管保持互不相關的關系，總之，研究結果表明傅里葉分析可用于不管壓力如何揭示功能性血管的狀態，提供的數據顯示功能。 在高血壓血管差異不能有效改善SNP，或者在血壓正常中繼續P作用E血管。這可能是用以識別血管功能障礙與之前公開的高血壓在臨床上的應用。關鍵詞：血流動力學，主動脈，傅立葉分析，超聲，高血壓。介

3、紹高血壓有一個顯著的病理人口群體，通過治療高血壓可以有效減少心血管發病率和死亡率。 對于生理，高血壓具有廣泛的不好的影響。當然，流動阻力的提高可以 導致急性心肌應變和長時間的心室肥厚。外圍有害的高血壓是由于損壞的血管壁和內皮細胞表面血流量的減少從而導致末端器官的損傷。此外，高血壓是帶標記的平滑肌細胞，膠原增殖和在血管壁和心肌的其它成分由于正常的血液流向發生阻礙影響血液流向重要器官的一種疾病。目前治療高血壓的焦點在于減少一組標量的值的能力，不直接對血管的臂叢sphygmomanometry計量的非侵入性進行直接評價。在目前高血壓的治療方法。無論肱動脈血壓的壓力，通過檢查血管中的高血壓，可以很好的

4、對機制功能障礙疾病進行指導同時也可以更好地理解治療血管功能障礙策略。 脈搏波已通過各種不同的模式的審查，并根據不同的治療方法，條件和沿動脈13脈搏波分析的位置取決于流波形態，脈搏波的優勢和特性取決于心臟功能，固有容器性能如剛度和 下游血管網絡的功能，如波的反11,13前底層生理機制評估在于動脈促進血液流動，專注于非嵌入性和數學推導的高血壓10,13,14時間是對于脈搏波的測量形態有兩種形臨床意義危險分層和病人監護儀，如經食管道的多普勒超1,6計算方法有表征血管的能力剛度，每搏輸出量（SV），血管狹窄，心肌收縮，心肌射血時間，以及其他標志物血管和心臟功1,2。用非侵入性心血管診斷是通過這些數學方

5、法應用到目前超聲心動圖主動脈測量速度結合區的M型估計胸骨旁長軸或胸骨切跡窗口的方法優勢。因此，數學的方法允許在緊密的調查和臨床的實驗相關的血流動力學中實踐。 數學方法的描述血流不作為速度或體積的函數時而是正弦波。這是由于周期性 和竇房節律的定期性質，此外，心臟是唯一的活動產生力產生的脈搏波形，這些特質滿足線性關系，因此血流的波形轉換為一系列正弦波是有理論依據11,13，快速傅立葉變換（FFT）是提供了將波形轉換為頻率的一種數學方法，周期是時間信號的成分。部分在FFT的存在，從0赫茲開始，也就是說，一個非振蕩穩流元件是在測量的時間幀里的類似于心臟輸出量（CO），該波形在FFT的其余部分由若干正弦

6、波組成，該對稱振蕩的振幅和波長在零附近。在簡諧的物理運動中，各振蕩分量（或正弦波）沒有通過不添加穩流元件的容器來明確有助于轉發流量然而，這些振蕩的組成部分（在一個相應的相位角）可以合并以產生具有正的波形振幅。正是由于不同位置的振蕩不同。這些振蕩可以部分地描述兼容管內流作為一個結果由左心室產生的CO。然而，性質流在一個標準的容器后，不僅取決于由心肌而且對產生的輸入力，還和容器本身的功能特征有關3,11,16。因此，我們假設在頻域中的表征血流更好演示了在功能上的急性和慢性高血壓狀態的差異。 為了檢驗這一假設，傅立葉分析是施加到從主動脈產生的超聲信號流波在高血壓下大鼠模型。該方法揭示了功能性血管的差

7、異是與傳統的時域技術顯然是不一樣的。對于本次調查，高血壓大鼠（SHR）的基因相似，但功能不同的血壓正常的Wistar-Kyoto大鼠（WKY）作為心血管系統的模型，為了確定是否傅立葉分析可以用來從壓力區分血管功能，本來從SHR的主動脈血流波超聲信號和大鼠進行比較藥理學誘導的高血壓的血壓正常的血管。相反的和從主動脈血流的超聲信號波WKY大鼠進行了比較，由于藥理引起正常血壓在SHR大鼠。血管 血壓和流動指數的生物標記物是還測量了更完整的分析。雖然在這些實驗中，研究的方法是嵌入式的，但他們提供了直接測量的高度和精度，并且必須對臨床上的無創性進行潛在評估。方法試驗協議所有程序進行與批準根據該機構的動物

8、護理與使用委員會的要求進行。在此之前的急性實驗讓動物自由飲水和標準的大鼠飼料，并安置在22.2下用12小時光照/黑暗周期。實驗動物被分配到下面的各個組：第一組包括血壓正常，雄性 WKY（查爾斯河，威爾明頓，MA），稱重 293.02±14.31克（N=10）;第二組包括血壓正常WKY大鼠組用去氧腎上腺素治療（PE）;第三組由雄性SHR的 （查爾斯河，威爾明頓，MA或哈倫，印第安納波利斯，IN），體重307.35±11.82克（N=10）， 選擇壓力匹配第二集團;第四組由雄性SHR（查爾斯河，威爾明頓，為碩士或哈倫，印第安納波利斯，IN），稱重 304.94±17.

9、34克（N=10）;第五組組成的第IV組的相同的動物用鈉處理 硝普鈉（SNP）來匹配血壓與第一組血壓壓力的初始血流動力學測量，通過對治療前的檢測并獲得心電圖（ECG）第二組WKY大鼠接受PE在60 LG/千克的劑量在100 LL與 生理鹽水，以增加100 LL沖洗血壓以匹配SHR大鼠組三。 第V組SHR大鼠接受單核苷酸多態性在劑量20 LG/公斤，100 LL與100 LL沖洗，以降低血壓，以符合傅立葉和血流動力學分析，然后應用到對血管的本組和V之間二組之間和III的前后差異干預。手術準備 動物經2的鼻錐麻醉異氟醚的解決方案，而仰臥在一個變暖的平臺。為了獲得被執行的切下來進入頸總動脈的連續壓力

10、測量和頸內靜脈通路的藥物管理。一個切口，通過白線，使露出腹腔的臟器，腸等器官分離，以可視化的腹主動脈遠端的腎吻合圍繞主動脈結締組織是輕輕 解剖，以獲得一個清晰而有力的超聲信號。 所有的血流動力學測量連續記錄來監控關鍵的生理活動。測量數字化，在1千赫（提供500 Hz的奈奎斯特頻率）的采樣率記錄ADinstruments Chart4軟件（ADinstruments公司科羅拉多斯普林斯，CO）。壓力測量是通過左側頸總動脈插管肝素與7.75厘米PE50導管和古爾德壓力計（型號P23）制成，供電和由草儀器單元（RPS7C8B測謊直流驅動7DA6）處理。建立與一個水銀壓力計在每個實驗階段的開始壓力校準

11、。心電圖數據是在用草機腳墊通過針電極測量。流是由一個超聲換能器（跨音速T206，探針1RB1467）置于腹主動脈周圍遠端腎動脈評估。流速進行了標定擴展到價值內在的超聲波設備。在整個過程中被記錄，直到實驗結束時的流量，壓力和ECG的同步測量。我們開發利用Matlab （ MathWorks公司的Natick ， MA）的軟件來開發previously.基線數據庫來模擬血流動力學生理前面的輸液藥物（即PE或SNP ）的計算程序。輸液后，數據的峰值血壓反應過程中通過數據集的反思作為發現進行分析。所有數據集組成的流量，壓力，和ECG的40秒（ 40000個數據點） 。全時域的生物標志物測定在拍來拍的基

12、礎。第一步是壓力，流量，和心電圖信號通過數學方式確定拐點的分割，即斜坡的過零點，然后由magnitudes.2限制檢索到的值這使識別的壓力和流量波形的波峰和波谷。一旦波形是分段的，基本的數學公式可以應用在一個特定段來計算其他的生物標志物。心臟心率（HR ）的計算通過計算心電信號的識別R波之間的心臟周期。壓力的分割允許收縮（SBP） ，舒張壓（DBP）的計算和平均壓力（MAP）的每個心跳。允許流量（ MAXV ）和集成的脈沖信號的最大速度的計算流程分割產生的流量，一個代理人為SV 。在早期收縮流波形的最大加速度（最大的dV / dt ）也被計算出來。衍生的二氧化碳，相當于輸出通過利益主動脈段，是

13、通過計算SV和人力資源的產品。動脈順應性（ CEST ）的估計，從SV的比率計算出來脈壓（收縮壓，舒張壓）。遵守這一估計已證實與數學模型，可以作為心血管risk.4的臨床上有用的評估，7表征在頻域中的周期脈沖的波形數據可通過許多數學方法來完成。雖然功率譜密度和連貫性的功能也可以使用，傅立葉的13真正的變換部分采用了類似于傳統的方法來計算輸入阻抗。因此，一個脈沖指紋被從流動的波形數據的FFT構成。使用傅立葉級數的實部，在0赫茲分量提取。下面的局部極大值，其對應于所述第一諧波，然后確定。隨后的9次諧波是由尋找下一個局部最大值各地出發的一次諧波的產生諧波定義的時間間隔找到。傅里葉級數可包含在相位角復

14、雜部分，諸如重要的脈波的準確重建，但這些值代表了高次諧波的相對位置，并且不反映調查的幅度。 3,16指紋是一組11值每隔一段時間，對應穩流組件和隨后的前10次諧波。文獻已經證實，該脈波數據的約95被包含在第10次諧波，而額外的諧波是這樣的小幅度，以不獲得可觀的準確性。 11,13盡管以前的研究中使用的穩流組件來擴展后續諧波，指紋是通過縮放各次諧波的確定諧波幅值之和生產。 12規范化每個波形的最小化的波形的振幅和的HR差異的影響，從而表示各諧波作為整體流程的百分比。各次諧波分量的平均值計算每個組的所有指紋用于圖形目的。所有的結果進行統計分析，使用SigmaStat軟件（ SYSTAT軟件公司，圣

15、何塞，加利福尼亞州）的完成。采用配對或配對t檢驗數據進行分析（如適用） 。一個采用Mann-Whitney或Wilcoxon符號秩和實施的軟件，如果數據未能正常和/或方差時，提出了建議。圖表和數字是用Matlab或Excel （微軟Office 2007 ）生產的。結果流量特性的波形示于圖1 ，用于當作為一個系列來說明組I，II ，IV和V。這些波形之間的形態差異進行了分析如上文所述，為血流動力學和頻率分析。流信號從每個組中的單個成員傅立葉分析的例子被顯示在圖2 。這些數據代表每個感興趣的諧波分量（穩流和諧波1-10）的幅度。高次諧波的分布，然后歸一化每個動物其然后用于后續組的比較。與WKY組

16、和SHR組III和IV的平均值的標準誤差基線血流動力學數據列于表1 。很顯然，這兩種生理系統工作在不同的壓力，但類似的流動的血流動力學。雖然這些流動指數（的dV / dt ，最大流量，SV和CO）保持相似，較高的HR是出現在SHR與WKY相比。正如預期的那樣，CEST是顯著更高的WKY組。指紋比對（圖3）確定了兩組之前的任何干預之間流動波傳輸的差異。指紋數據（圖3 ，4，5 ，6，和7）被表示在與標準誤差數標度，以便更好地顯示組間差異。對SHR保持流動的低次諧波的比例較大的穩定流動和減少幅度（1， 2，和3 ），以及一些不連續的高次諧波（7和10 ），其在統計學上是顯著（P < 0.05

17、）。PE的向WKY給藥導致了顯著（P < 0.05 ）增加，如表2所指出的所有壓力。基于血流動力學表現出最大血流只有顯著差異。合規性，由CEST代表，是顯著與PE的管理降低。指紋分析揭示了穩流分量和高次諧波的增強（ 5，6， 8，和9 ）與相應地減少低次諧波（1， 2，和3 ），它在統計學上是顯著性（P <0.05），與給藥的去氧腎上腺素相比WKY （ I組） 。與第二組（WKY注入PE）和三（ SHR）的平均值的標準誤差血流動力學測量列于表3 。基于流的血流動力學揭示了在HR和CO唯一的差別，它們都減少了在第二組。派生CEST減少在第II組，但這種差異不是從第三組統計學差異。所有

18、測得的壓力在兩組之間達到平衡。主動脈流波的傅立葉分析顯示組II和III （圖5 ）之間的顯著差異。統計分析表明，苯腎上腺素在WKY （第二組）產生的諧波5-10顯著較高程度時，與壓力相匹配SHR （第三組）進行比較。單核苷酸多態性的SHR顯著（ P < 0.05），降低管理所有血壓的預期，如表4 。其中流動的血流動力學的生物標志物，只有最大血流顯著（ P <0.05）隨SNP的管理。 CEST在自發性高血壓大鼠慢性高血壓血管保持不變，與干預。脈沖指紋分析揭示顯著（P <0.05）增加1次諧波與隨后降低圖呈現為3-10次諧波的。6。與I組（正常血壓WKY）和IV（SHR注入SN

19、P）的平均值的標準誤差血流動力學數據列于表5。加入SNP對SHR大鼠導致血壓的平衡，以使WKY（GROUPI）的。這兩個心血管系統的操作類似的流動條件下，只有人力資源仍然顯著差異（p<0.05）。是否合格，在誘發血壓正常的V組顯著減少相比，主動脈血流波的一組指紋分析結果顯示如圖呈現組I和V之間的差異。7。統計分析表明，SNP給藥顯著（P <0.05）降低了低次諧波（105，6，7，8，9，和）的幅度（2，3和4），高次諧波而充實的穩流幅值時相比于WKY（I組）。結果討論在正常血壓和高血壓狀態的波形形態具有超出了基于血流的幅度的差異所指出的不同圖代表的組成，此外，即使與藥物（腎上腺素

20、或SNP）壓力的平衡，在高血壓和血壓正常血管之間流動的本質形態差異得以維持。這些差異作為一個動機后續傅立葉分析。在頻域中的流波（如同圖2中給出）的表示法是在整體特性類似于前面描述的壓力和流量中animals7得到的分析數據,9,11 -13和演示了群體之間的差異，無論干預。這是顯而易見的，在SHR頻譜，當誘導下，高血壓相比， WKY的確是有較大的高頻振蕩的幅度為0 Hz或穩流也。這個數據最終歸一，以產生脈沖指紋和助劑以更清楚地界定的差異并不明顯的時域表示。正如預期的那樣， SHR和WKY的前介入特征存在，壓力和HR差異（表1）。壓力和人力資源進行了系統和顯著高于合并SHR組比WKY組中。估計主

21、動脈順應性計算為降低SHR組中，與慢性高血壓狀態保持一致。研究基于流的血流動力學檢查未見明顯差異，說明盡管升高的壓力補償和流量在慢性高血壓的保存。然而，這些流動相似之處并非由傅立葉分析反射。對SHR指紋注意到有穩流元件的顯著更高的幅度和減少低次諧波（1 ，2，和3）和如在圖看出一些不連續的高次諧波（ 7和10）的數量級。 3 。自發性高血壓大鼠進行的非振動元件更大比例的流波。這看似矛盾的基礎上，脈搏波的目視解譯。然而，諧波被縮放到波形的總能量，并因此表示為總流量的比例而引起的緩解。還應當注意的是，每個諧波的相位角是導致出現不同的相應的流動waveforms.3的，各組間可能不同16雖然變化與人

22、力資源相關聯的不同諧波已經在早期實驗中已注意到使用模擬記錄系統中狗， 12最近的實驗表明，這種情況不是這樣，當數據是digitized.8 ， 15因此，在使用現有的技術時，流諧波的差異很可能的血液動力學，而不是變時性差異的結果。穩流的這種大的比例下降表明符合主動脈管腔的生理解釋限制脈搏波腹脹，因而低頻振蕩（諧波1 ， 2 ，3） 。這些差異在WKY和SHR指紋不僅代表因壓力功能上的差異，但也脈管系統的內在特性。血管收縮劑去氧腎上腺素的WKY大鼠血管給藥增強全血的壓力，同時減小最大流量和CEST （表2） 。檢查用苯腎上腺素誘導的高血壓有關的血管發生變化時，第II組指紋具有許多已存在的SHR和

23、WKY見于圖3之間相同的特性差異，具體地說，增穩流和下降較低的頻率幅度。然而，新福林還增強了高頻分量急性高血壓III組（圖5）的高血壓血管比較。因此，即使當壓力平衡（表3 ），其中不僅有升高的管腔壓力，同時也與慢性急性高血壓血管狀態相關的脈搏波傳播存在指紋的差異。然后，它降低正常血壓與血管的PE （由CEST測量）的規則和是發生在自發性高血壓大鼠血管功能和結構的變化確實是不同的。這并不奇怪，因為長期高血壓已被證明影響血管壁的組合物，從而導致改變的結構和功能。有當SNP施用給高血壓脈管系統中平衡壓力的WKY大鼠組（表5）中所發生的撞擊的血流動力學變化。測量血流動力學的生物標志物顯示出在降低的壓力

24、下的最大流量與養護SV和CO的增強。這個有趣的發現是可能的主動脈壁提供了一個更大的管腔面積，或流動的截面積（最大流量），而不在整個流相關聯的增加（CO），或者收縮反應（SV）作為SNP誘導的擴張的結果從表4的解釋。這一發現與降低后負荷，并由于SNP的血管擴張增加主動脈量一致。然而，盡管降低壓力至血壓正常的水平，主動脈柔順性的慢性高血壓脈管系統（CEST ）保持自其基準（表4）不變。這一發現與芬克爾斯坦等8在近端合規性和特性阻抗在使用SNP狗模型的評估結果一致。那么它可能遵循的SNP distends通過松弛平滑肌主動脈壁的高血壓血管的結構約束，壓力降低不增加凈流量，所以估計順應性（ CEST

25、）保持不變。因此，在SHR大鼠長期高血壓血管功能障礙可能無法校正甚至當壓力恢復正常。當誘導正常血壓在SHR ，第V組表現出了減少大部分諧波與增加時相比，它的基線，第IV組，如在圖6中說明的第一諧波。然而，檢查組I和V在圖7的指紋，增強穩流，減少低次諧波（諧波2 ， 3 ，4）是出現在第五組是與慢性高血壓血管狀態保持一致。 SNP還降低了高次諧波（5-10 ），它是在基線的SHR和WKY大鼠之間的顯著增加差異的幅度。負荷后血管擴張與單核苷酸多態性降低，從而導致振蕩的能量減少元件。似乎流的較高頻率振蕩分量部分是由于周圍血管阻力增加，并通過與PE和SNP相關聯的指紋的變化表示的動態波反射。這一結果與

26、先前建立類似的阻抗譜分析是一致的減小反射波有助于阻抗在高次諧波降低。這一系列的干預和傅立葉方法的應用表明一致的結果：（1）高血壓狀態與增加的穩流和減壓下的諧波幅值，（2）急性高血壓與增加高次諧波的幅度相關聯，以及（相關3）在高血壓脈管誘導正常血壓是與在較高的諧波幅值的降低相關聯。在血管功能傳達一致性響應于血管收縮劑和血管擴張劑在急性和慢性高血壓的設定相關的變化已被闡明通過傅里葉分析。這個方法會成為一個有價值的臨床工具，因為它決定了潛在的血管狀態不是由傳統的血流動力學透露。限制 本研究代表了一種新的基于頻率的脈沖波分析的應用。開發出的方法不是為了破譯的脈波而確定在血管反應的功能差異。傅立葉級數，

27、如擴展頻率分量，非諧波幅值和相角的其它部分可以提供額外的信息以進一步定義復雜的脈沖波形。血管狀態的明顯的差異分別實現了，盡管數量相對較少的用于該實驗中從而可能導致II型誤差的動物。預期的動物更大的樣本將揭示在脈沖波更強的差異。利用周邊流動指數來估算核心特征，如與dV / dt和SV ，引入了一些生理的不確定性。同樣的，因為它們不直接測量而得的生物標志物，例如CEST ，可能會引入錯誤。然而，這些替代指標通常用于臨床醫學，并全面廣泛接受的做法，但的確代表了當前研究的限制。比較超聲生物標志物和組織病理學將被證明是結構性的關系，然而，這組織學數據是超出了本研究的范圍。最后，高血壓的大鼠模型需要使用侵

28、入性的方法來監測壓力和流量最大的準確性和相關性。然而，在目前的研究中，所有的數據可以非侵入性地在人類中測量。結論在高血壓血管病變存在于血管功能病變的差異，但方法來識別這些功能障礙一直難以實現。而血流量的傅立葉分析已經非常成熟，以往的研究主要是探討壓力波或阻抗檢查血管功能是繁瑣和入侵。在這里，這樣的分析對主動脈血流的效用已被證實。與高血壓有關的血管功能的改變變得明顯時，與這里所開發的基于頻率的方法檢驗。盡管類似的血流動力學指標，差異正常血壓和高血壓vasculatures之間存在，即使在藥理學相匹配的壓力，因而4血管功能狀態可以區別。看來好像是出現在傅里葉分析的功能上的差異在很大程度上是由于改變波反射，在正常血壓和高血壓vasculatures及其后續交