基于压电力传感器的动静脉内瘘震颤与杂音同步监测新系统及其信号处理算法研究

《Sensors International》：A novel system to record pulses, thrills, and bruit sounds generated by arteriovenous fistulas

本研究针对动静脉内瘘(AVF)物理检查的operator-dependent问题，开发了一种新型监测系统。研究人员采用压电式力传感器(PZT)同步记录脉搏波、震颤(thrill)和杂音(bruit sounds)，并创新性地提出基于Savitzky-Golay滤波的信号分离算法。实验证实该系统能准确捕捉AVF振动信号(p < 0.00001)，为AVF功能障碍的定量评估提供了新方法，对改善血液透析患者血管通路监测具有重要意义。

　　

对于终末期肾病(ESRD)患者而言，血液透析是维持生命的重要治疗手段，而动静脉内瘘(AVF)作为首选的血管通路，其功能状态直接关系到透析效果。目前AVF功能的监测主要依赖医生的物理检查，通过"看、听、触"的方法评估震颤(thrill)和杂音(bruit sounds)。然而这种方法存在明显的主观局限性，不同操作者可能得出不同结论。更棘手的是，虽然已有电子听诊器可以记录杂音信号，但对于触诊感知的震颤信号，特别是次声波范围的振动成分，始终缺乏有效的客观记录手段。这种"触而不达"的困境使得AVF功能的定量评估存在明显短板。

正是在这样的背景下，来自那不勒斯费德里科二世大学的研究团队在《Sensors International》上发表了他们的创新成果。他们开发了一套全新的AVF监测系统，首次实现了脉搏波、震颤和杂音的同步记录，并通过巧妙的信号处理技术，成功解决了这些信号成分的分离难题。

研究团队采用的核心技术是基于锆钛酸铅(PZT)的压电力传感器，这种传感器具有宽频带特性，能够同时捕获次声波和可听范围的振动信号。为了验证所记录信号确实对应医生感知的震颤和杂音，研究人员设计了独特的验证方法：通过分析信号在两个经典生理行为中的表现——沿吻合静脉不同位点的振幅递减现象，以及静脉闭塞试验中的振幅骤减现象，来证实信号的生物学相关性。

在方法学上，该研究的创新点主要体现在信号处理环节。针对传统Savitzky-Golay滤波器在分离脉搏波与震颤信号时面临的困境，研究团队提出了分段处理策略：首先将AVF振动信号按心动周期分为收缩期上升支(anacrotic limb)和舒张期下降支(dicrotic limb)，然后对两个阶段分别采用不同参数的滤波器进行处理。这种"因时制宜"的策略既保证了脉搏波形态的准确提取，又确保了震颤信号中低频成分的完整保留。

研究结果部分通过三个维度的分析证实了系统的有效性。在信号提取方面，系统成功分离出清晰的脉搏波和包含全频段振动信息的AVF残余振动信号。特别值得关注的是，与传统电子听诊器仅记录30-800 Hz信号不同，新系统捕获的残余振动信号包含了触诊感知的次声波成分，这为震颤的客观量化提供了可能。

在静脉闭塞试验的验证中，研究人员发现AVF残余振动信号在闭塞期间的振幅显著降低，统计检验证实了这一差异的显著性(p < 0.00001)。这一结果与临床观察完全一致，表明所记录信号确实反映了血流动力学变化。

沿静脉不同位点的监测结果同样令人鼓舞。在无狭窄的患者中，从吻合口向近心端移动时，AVF残余振动信号的振幅呈现明显的递减趋势，统计检验再次证实了这种距离依赖性的振幅变化(p < 0.00001)。这种空间分布特征与正常AVF的血流动力学特征相符，进一步验证了所记录信号的生物学意义。

在讨论与结论部分，研究者强调了该系统的创新价值：这是文献中首个能够对AVF震颤次声波振动进行定量分析的解决方案，不仅使听诊变得客观，也让触诊实现了量化。该系统采用的非侵入性传感器易于佩戴，为开发便携式AVF监测设备奠定了基础，有望用于患者的长期家庭监测。

当然，研究也存在一些局限性。目前仅在18例患者中进行了验证，样本量有限，且未测试在心律失常或血管钙化等复杂情况下的适用性。未来研究需要扩大样本规模，并探索多传感器阵列的监测方案，以期实现对AVF狭窄的早期识别和定位。

这项研究的真正价值在于它架起了一座桥梁——将医生主观的触觉感知转化为客观的数字信号，为AVF监测的数字化、标准化开辟了新途径。随着进一步的技术完善和临床验证，这种新型监测系统有望成为血液透析患者血管通路管理的重要工具，帮助医生更及时地发现AVF功能障碍，最终改善患者的生存质量。