动脉压力波形形态相似性与相对脉搏传导时间的相关性分析：基于心血管硬件模拟器和血流动力学模型的研究

本研究针对心血管疾病诊断中动脉波形形态变化与生理参数关系不明的关键问题，通过心血管硬件模拟器与血流动力学模型（脉压平均绝对误差=1.96±1.65 mmHg），系统分析了动脉硬度(E)、心率(HR)和每搏输出量(SV)对波形形态相似性(WMS)的影响及其与相对脉搏传导时间(RPTT)的关联。研究发现E和HR显著影响波形传播特性，而SV仅改变脉压幅度；揭示WMS与RPTT存在强相关性（Spearman r=-0.982），并基于此开发出新型颈动脉-股动脉脉搏波速度(cfPWV)估算方法（Pearson r=0.920，RMSE=0.65 m/s），为无创心血管评估提供了新思路。

　　

心血管疾病长期占据全球死亡原因首位，其中动脉硬度增加作为独立风险因素，可使心血管疾病风险提升45%、相关死亡率激增102%。传统脉搏波速度(PWV)检测虽被列为金标准，但仅反映动脉硬度的单一方面，而压力波形在动脉传播过程中的形态变化隐藏着更多健康密码。临床观察发现，随着年龄增长，中心与外周动脉波形会呈现规律性趋同，但这一现象背后的量化机制始终成谜。更棘手的是，活体研究中难以单独调控心率、血压等参数，现有血流动力学模型又受限于材料差异和简化设置，导致波形传播规律研究举步维艰。

为破解这些难题，研究人员创新性地构建了心血管硬件模拟器系统，采用与人体血管弹性模量相近的硅胶血管，配合线性驱动心室泵，实现了对E值、HR和SV的精确独立调控。对应开发的1D血流动力学模型经严格验证（脉压平均绝对误差=1.96±1.65 mmHg），在56条动脉数值模型中重现了人体循环系统的复杂性。通过这两大技术支柱，研究首次系统揭示了不同生理参数对波形传播的差异化影响：E值主要改变脉搏波传导速度，HR调控心脏周期时序，而SV仅影响脉压幅度却不改变波形特征。更突破性的发现是，相对脉搏传导时间(RPTT)这个将绝对传导时间归一化为心脏周期的参数，与波形形态相似性(WMS)呈现惊人相关性（Spearman r=-0.982），不同E-HR组合只要产生相似RPTT值，就会展现几乎一致的波形传播模式。

关键技术方法包括：1）采用硅胶血管的心血管硬件模拟器实现生理参数精确控制；2）基于OpenBF求解器构建1D血流动力学模型；3）六点压力传感系统捕捉主动脉路径波形变化；4）56-动脉数值模型验证临床适用性。

【心血管硬件模拟器和血流动力学模型验证】通过对比六处测量点的压力波形，证实硬件模拟器与数值模型在多种生理状态下均保持高度一致（脉压误差<2 mmHg），为后续研究奠定可靠性基础。

【生理参数的差异化影响】参数化研究表明，E值增加会加速脉搏波传导并增强反射波，HR变化则通过改变心脏周期影响波反射时序，而SV仅线性影响脉压幅度（ΔPP=0.98×ΔSV）。这解释了为何某些HR增加伴随E值降低的情况仍能产生相似波形模式。

【RPTT的核心作用】研究发现RPTT能整合E和HR的复合效应，与WMS的强负相关（r=-0.982）表明其可作为波形传播的"指纹特征"。相同RPTT下，不同E-HR组合产生的波形相似度达93.4%，这为复杂生理状态的评估提供了统一指标。

【cfPWV估算新方法】基于WMS-RPTT关系开发的颈动脉-股动脉PWV估算模型，在56-动脉数值验证中展现出0.920的Pearson相关系数和0.65 m/s的RMSE，性能媲美传统测量方法。

这项研究不仅阐明了脉搏波传播的基本规律，更开创性地建立了波形形态与传导时间的量化关系。RPTT作为整合性指标的提出，解决了多参数交互影响的分析难题，而基于波形分析的PWV估算方法则突破了传统检测的空间限制。这些发现为发展新型无创评估技术提供了理论基石，特别是对运动等复杂生理状态下的血管功能监测具有重要价值。未来通过结合更多临床数据，这套方法有望成为心血管风险评估的有力工具，实现从单纯硬度检测到全面波形解析的范式转变。