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动脉硬化:背景、检测手段和悦享趋势科技创新型检测方案

动脉硬化是什么

在今天人人对于健康倍加关注的语境下,动脉硬化早已不是医学教科书里鲜为人知的专业术语,而是一份又一份医生处方、体检报告、乃至父母转来的微信养生文章中的常用词了。如果对动脉硬化有些了解,就会注意到医院和体检机构书面描述动脉硬化时常用“动脉粥样硬化”这个词,这和动脉硬化是一样的吗?

为了正本清源,首先要请出医学课本,课本对两个名词定义如下

动脉硬化Arteriosclerosis:包括细小动脉硬化、动脉中膜硬化和动脉粥样硬化。(第244页,文献[1])

动脉粥样硬化Atherosclerosis:动脉内由于病变形成粥样斑块和其他复合型病变,主要累及大中型动脉。(第243页,文献[1])

从上述定义可以看出,“动脉粥样硬化”是一种“动脉硬化”。由于动脉粥样硬化危害是冠心病、脑梗死、外周血管病的主要原因,同时,“随着生活水平的提高和饮食结构的改变,动脉粥样硬化在我国已严重影响人类健康”(第57页,文献[1]),因此,日常生活中我们谈论动脉硬化时一般指的就是动脉粥样硬化

图 1 动脉粥样硬化病程变化示意图[2]

图1是Wikipedia给出的动脉粥样硬化病程发展示意图,最上端为健康,最下段为严重动脉粥样硬化。从图中可以看出,随着病程发展,动脉血管内膜逐渐增厚,血管半径狭窄,引发一系列健康问题。进一步,有文献指出,在动脉粥样硬化发病过程中血管壁的结构改变可以在概念上理解为“血管年龄”,“血管年龄”的增长速度与每个个人的心血管事件风险有关[3]。

动脉粥样硬化检测手段

由于动脉粥样硬化是一种与饮食习惯和生活方式强相关的疾病,及早检测到病变征兆对于干预和改善动脉血管健康程度存在着重大意义。

基于目前的研究和临床实践,动脉硬化的检测方法大体可以分为以下几类

  1. 生化检测

动脉粥样硬化与胆固醇含量有很强的关系,因此可以通过血液化验得到的总胆固醇(TC),高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C),低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)的含量判断动脉粥样硬化风险因子。

医学教材指出,LDL-C水平增高是“唯一不需要其他危险因素协同作用,即可诱发和促进动脉粥样硬化发生发展的因素”(第244页,文献[1])

文献[4]在20年的时间跨度上,跟踪了3000名左右的被试者,经过研究发现胆固醇含量TC与心血管风险正相关,HDL-C与心血管风险负相关。

  1. 影像检查

文献[3]给出,已经形成的动脉硬化损害可以通过B型超声影像中以下特征观察到

  1. 内膜介质(Intima-media)的隆起
  2. 总斑块区域
  3. 总斑块体积

图 2 论文中给出的B型超声观察颈动脉图片[3]

此外,动脉硬化斑块的回波特性也能提供附加信息:

  1. 包含脂类核的斑块呈现透射性echo lucent,无回波。
  2. 纤维变性和钙化呈现反射性echogenic.,有回声。

高解析度超声设备可以测量颈动脉内膜厚度(C-IMT),C-IMT的增长早于斑块发展。在大量观察实验中已经证实C-IMT增长与心血管事件有关。有文献指出C-IMT可以用作动脉硬化粗筛 [5]

  1. 物理方式测量动脉僵硬度(Arterial Stiffness)

动脉僵硬程度(Arterial Stiffness)是动脉血管本身的物理性质,因此可以通过脉搏波沿着动脉血管传播的速度,即脉搏波传导速度PWV,实现测量。

目前已经有大量研究证实PWV可以准确反映动脉僵硬程度(Arterial Stiffness)。教材给出“颈动脉-股动脉脉搏波传导速度cfPWV是检查主动脉僵硬程度的金标准”(第146页,文献[6])。美国心脏学会(American Heart Association)的研究报告[7]中指出cfPWV是检查动脉僵硬程度(Arterial Stiffness)的可信标准,其循证医学等级为Class I,Level of Evidence A。手臂-脚踝脉搏波传导速度baPWV,在亚洲人中能有效预测心血管事件,但是对欧美人缺乏纵深研究,其循证医学等级为Class I,Level of evidence B。

由于baPWV在临床操作性更好,同时对于亚洲人群有很好的指示作用,基于充气式袖带的baPWV测量仪在临床得到了广泛应用。

图 3 基于充气式袖带的动脉硬化测量仪

图3是某品牌动脉硬化测量仪使用示意图。从图中可以看出被测者在测量时需要在手臂和脚踝佩戴充气式袖带,袖带加压后通过示波法获得脉搏波。通过计算脉搏波从心脏传导到手臂和脚踝的时间差,并且通过身高推算“心脏到手臂”与“心脏到脚踝”的距离差,从而计算出baPWV。

动脉僵硬程度Arterial Stiffness与动脉粥样硬化存在关联吗?可信研究证明存在,文献[8]研究了3000多名60岁以上老人,得出结论为动脉僵硬度与动脉粥样硬化存在有统计意义的强相关。因此,临床可以通过测量动脉僵硬程度Arterial Stiffness作为检测动脉粥样硬化的手段

创新型非加压动脉粥样硬化测量

由于需要袖带加压获得脉搏波信号,前述袖带加压式baPWV测量设备在使用中存在一些禁忌症和使用不便,主要体现在

  1. 测量时手臂和脚踝袖带加压可能达到200mmHg以上,被测者感觉不适。为了避免血压变化对baPWV测量精度的影响,短时间内测量两次或以上时,在部分被测者皮肤上会留下挤压伤痕。进一步,部分病人由于基础疾病限制,不允许对手臂和脚踝施加如此巨大的压力。下图是我司实测中部分同事脚踝由于袖带挤压作用留下的挤压伤痕

图 4 袖带式测量仪实测中用户脚踝的挤压伤

  1. 袖带式设备本身需要充气机械,设备整体体积较大,搬运与使用便利度不高。

针对这两点,我司使用自研的BioRF动脉雷达传感器采集脉搏波信号,替代了传统的充气加压式袖带,既避免了高压袖带带来的挤压伤问题,又利用动脉雷达传感器小巧的特点,实现了设备整体小型化、便携化。

图5是我司研发的动脉硬化测量仪原型机外观,传统设备中4个袖带被四个贴片形式的动脉雷达模块替代,四个模块之间通过无线通信连接,摆脱了繁杂的导线,便携性和使用便利度有较大提升。我司官网首页有此产品的演示视频,欢迎观看。

图 5 悦享趋势“速可贴”动脉硬化测量仪原型机外观

结束语

在动脉粥样硬化对每个人都不陌生的今天,提早关注、检测、预防和干预是避免动脉粥样硬化对健康造成负面影响的有效方式。大量可信研究资料证实基于脉搏波传导速度PWV的动脉僵硬程度Arterial Stiffness测量是一种有效,且无需采血、无需超声影像的方便检测动脉粥样硬化的手段。

相比于现有的充气袖带式baPWV测量仪,悦享趋势科技研发的“速可贴”非加压式动脉硬化测量仪具备无需袖带加压,小巧便携等优点。在分级诊疗逐步被提上各级医疗机构讨论内容的今天,“速可贴”非加压式动脉硬化测量仪是非常方便基层医院开展动脉硬化粗筛的检验仪器。

2017年5月,科技部网站公布了《“十三五”医疗器械科技创新专项规划》[9],此规划中“专栏1:前沿和颠覆性技术重点发展方向”的“前沿性技术”章节专门提到了:加快发展……智能生物传感等前沿技术,更好满足不同层级医疗机构的早期、快速、便捷、精确诊断等应用需求。

我们的研发工作落脚点正是通过技术创新,在保证检测精度的情况下,实现医疗设备的小型化和便捷化,方便更多的基层医院能够开展此前只有大中型医院开展的检查,实现疾病早期发现与干预。

参考文献
  1. 臧伟进,吴立玲主编. 《心血管系统》,北京:人民卫生出版社,2015. ISBN: 978-7-117-20110-0
  2. https://en.wikipedia.org/wiki/Atherosclerosis
  3. Steinl D, Kaufmann B A. Ultrasound Imaging for Risk Assessment in Atherosclerosis[J]. International Journal of Molecular Sciences, 2015, 16(5): 9749-9769.
  4. Brunner, Daniel, et al. "Relation of serum total cholesterol and high-density lipoprotein cholesterol percentage to the incidence of definite coronary events: twenty-year follow-up of the Donolo-Tel Aviv Prospective Coronary Artery Disease Study." The American journal of cardiology 59.15 (1987): 1271-1276.
  5. Peters, S.A.; den Ruijter, H.M.; Grobbee, D.E.; Bots, M.L. Results from a carotid intima-media thickness trial as a decision tool for launching a large-scale morbidity and mortality trial. Circ. Cardiovasc. Imaging 2013, 6, 20–25.
  6. 马爱群,王建安主编. 《心血管系统疾病》,北京:人民卫生出版社,2015.  ISBN:978-7-117-20979-3
  7. Townsend R R, Wilkinson I B, Schiffrin E L, et al. Recommendations for Improving and Standardizing Vascular Research on Arterial Stiffness: A Scientific Statement From the American Heart Association.[J]. Hypertension, 2015, 66(3): 698-722.
  8. Van Popele N M, Grobbee D E, Bots M L, et al. Association Between Arterial Stiffness and Atherosclerosis The Rotterdam Study[J]. Stroke, 2001, 32(2): 454-460.
  9. http://most.gov.cn/mostinfo/xinxifenlei/fgzc/gfxwj/gfxwj2017/201706/t20170614_133530.htm
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