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[摘要]目的本文研究了桡脉和指脉脉搏波传导时间在运动期和恢复期随R-R间期（R-R Interval，RRI）的变化情况。方法通过邀请10名身体健康受试者进行蹬车运动实验，同步采集心电信号、桡脉脉搏波信号和指端光电容积脉搏波信号，提取桡脉传导时间（radial Artery Pulse Transit Time，r-PWTT）、指脉传导时间（fingertip Pulse Wave Transit Time，f-PWTT）、桡-指脉传导时间（radial-finger Pulse Wave Transit Time，rf-PWTT）和RRI，分析上述3个脉搏波传导时间随RRI的变化情况。结果 r-PWTT和f-PWTT的变化趋势和RRI基本一致，而rf-PWTT在整个过程无明显的变化。此外，在RRI的值相同时，恢复期的r-PWTT和f-PWTT明显大于运动期的r-PWTT和f-PWTT，而rf-PWTT则不存在这种现象。结论 r-PWTT和f-PWTT与RRI有相同的变化趋势，并且相比运动前，运动后在相同RRI下r-PWTT和f-PWTT有所增加。然而蹬车运动对桡-指脉却没有明显的影响。

引言

脉搏波传导时间（Pulse Wave Transit Time，PWTT）是心脏有规律的收缩和舒张时引起的动脉血管壁振动在动脉管道中前向传播的时间[1]。通常计算脉搏波传导时间的方法是：以心电信号的R波波峰处为起点，脉搏波信号特征点为终点的时间差，即为所测得的脉搏波传导时间[2]。研究表明脉搏波传导时间与血压、心率、外周阻力、静脉回心血量等一些生理参数有关[3-4]，因此，脉搏波传导时间被普遍认为是评价动脉血压和心血管功能的一个重要指标。

随着心血管病患病率逐年上升，脉搏波检测作为一种无创、快捷高效检测动脉功能的方法，对心血管疾病的早期筛查有重要的应用价值，也越来越受到众多学者的重视[5-7]。例如，通过脉搏波传导时间连续无创快捷测量血压的技术在今年来一直备受学者的青睐[8]。此外，一些基于脉搏波传导时间的家庭便携式心血管功能监测设备也陆续诞生。考虑到使用者测量时的方便性和舒适度，大多数便携测量设备所选择的脉搏波检测位置为桡动脉处，或者利用光电容积传感器测量指端的光电容积脉搏波信号。对上述两种脉搏波信号的研究与讨论，对脉搏波无创便携检测技术有重要的意义。

本文通过邀请10名受试者进行蹬车运动试验，同步采集受试者的心电信号、桡脉信号、指脉信号，利用MATLAB软件对上述3个信号进行数据处理，提取桡脉传导时间（radial Artery Pulse Transit Time，r-PWTT），指脉传导时间（ fi ngertip Pulse Wave Transit Time，f-PWTT），桡-指传导时间（radial- fi nger Pulse Wave Transit Time，rf-PWTT）以及R-R间期（R-R Interval，RRI），并对提取的这4个特征参数进行分析与讨论，观察指脉脉搏波传导时间和桡脉脉搏波传导时间在运动期间和恢复期的变化情况。

1 对象与方法

本研究邀请10名志愿者进行蹬车运动试验，年龄均在18～28岁之间。实验仪器为多通道生理信号采集系统，可以同步采集志愿者的心电信号、桡脉脉搏波信号和指脉脉搏波信号，采样率为100 Hz，其中桡脉信号采用压力传感器（制造商为北京易思医疗器械有限责任公司，产地为中国大陆），指脉信号采用指夹式光电容积脉搏波传感器（制造商为北京荣瑞世纪科技有限公司，产地为中国大陆）。实验开始之前先登记受试者的基本信息，如年龄、身高、体重等，询问有无心血管病或其他疾病，阅读并签写本实验知情同意书，确认身体健康的受试者可进行实验。具体的研究过程如下：

（1）受试者进入实验区域，佩戴好实验设备，开始蹬车之前，先在脚踏车上静止2 min左右，平稳心率。

（3）蹬车过程中，受试者可以根据自身的情况增加脚踏车的功量，使心率（Heart Rate，HR）逐渐升高，心率上升到150 bpm左右时停止蹬车。受试者在蹬车过程中需要注意自身的情况，如果出现不适，应及时告知实验人员，并立即停止实验。

（4）蹬车停止后，受试者还需在脚踏车上保持静止15 min左右，使HR恢复到平静时的水平。

整个运动实验过程持续30 min左右。整个过程连续同步采集受试者的心电信号、桡脉信号和指脉信号。

首先计算脉搏波传导时间，脉搏波特征点为脉搏波信号主波波峰前一阶导数最大值点，该点可单独通过脉搏波信号找到，不依赖心电信号。本文以心电信号R波峰点为起点，脉搏波特征点为终点，两点的时间差即为脉搏波传导时间。由此，可以计算出r-PWTT和f-PWTT，二者时间差为rf-PWTT。公式如下：

同时计算出相邻两个R波峰的时间间隔，获得RRI，单位为ms。由RRI我们可以计算出心率，公式为：

在本文中，我们直接研究PWTT随RRI的变化情况。原理图，见图1。图中PW1表示桡脉脉搏波信号，PW2表示指脉脉搏波信号。

通过对采集的数据进行处理，我们得到了以下4个特征值：r-PWTT，f-PWTT，rf-PWTT和RRI。并分析上述3个PWTT随RRI的变化情况。

2 结果

大量的前期研究结果显示，PWTT与HR存在高度的相关性[9-10]。运动过程中随着HR的逐渐升高，PWTT会逐渐降低。本研究直接观察PWTT随RRI的变化情况。

某一名受试者在整个运动实验过程（包括运动期和恢复期）PWTT随RRI变化的散点图，见图2。为了更加清楚的观察运动期和恢复期PWTT随RRI的变化情况，我们以RRI最低点为节点，分别标记运动期的PWTT和恢复期的PWTT，观察着两段时间内PWTT的差异。从图中可以看出，在运动期r-PWTT和f-PWTT均随着RRI的降低而降低，在恢复期r-PWTT和f-PWTT均随RRI升高而升高；但是在相同的RRI值处，恢复期的r-PWTT和f-PWTT明显要大于运动期r-PWTT和f-PWTT的值，运动期和恢复期的脉搏波传导时间出现的明显分离的现象；而rf-PWTT则不存在上述这种现象，rf-PWTT在整个过程中没有呈现明显的变化趋势。

为了明确3种PWTT随RRI的变化趋势，用回归分析法分别拟合出在运动期和恢复期3个PWTT随RRI变化的线性方程为：

计算出每名受试者的上述线性方程的固定参数：ar1、br1、af1、bf1、arf1、brf1、ar2、br2、af2、bf2、arf2、brf2。同时，需要对线性方程进行相关性分析和显著性检验，计算变量运动期的相关系数Rr1、Rr2、Rrf1，恢复期的相关系数Rr1、 Rr2、Rrf1；运动期线性方程的拟合优度

恢复期线性方程的拟合优度

；用T检验对线性方程参数进行显著性检验，求出自变量RRI参数的检验结果Pa，和常数项的检验结果Pb值，当Pa和Pb＜0.05时，线性方程具有统计学意义。3种PWTT的线性方程以及检验结果，见表1～3。

从表1和表2可以看出，对r-PWTT和f-PWTT来说，大多数的ar2＞ar1，af2＞af1，结合与br1、br2、bf1和bf2所确定的线性方程，说明：大部分恢复期的PWTT要大于运动期的PWTT；并且在一定的时间范围内，随着RRI越大，上述的这种差异越明显。但是从表3所显示的rf-PWTT随RRI变化拟合的方程参数来看，桡-指脉这段传导时间并没有上述的这种差异性，并且arf1和arf2的值都很小，几乎可以忽略，说明rf-PWTT在整个运动过程中无明显的变化，这说明蹬车运动并没有对这段血管起到锻炼的作用。

表3 rf-PWTT随RRI变化线性方程的参数及检验结果

3 讨论

本文通过邀请身体健康受试者进行运动实验，同步采集受试者的心电信号、桡脉信号和指脉信号，通过对数据进行处理分析研究了r-PWTT、f-PWTT和rf-PWTT在运动期和恢复期的随RRI的变化情况。结果表明，在运动期r-PWTT和f-PWTT随RRI的减小而减小，在恢复期r-PWTT和f-PWTT随RRI的升高而升高，这说明人体在运动过程中，交感神经兴奋，肾上腺素水平增加，使心收缩力增强，心率增快，心排出量增加，总外周阻力降低，收缩压增高，脉搏波传导时间减少[11]。但是，在分析桡脉与指脉之间的传导时间rf-PWTT随RRI的变化情况时，却没有发现上述的现象，本研究结果表明rf-PWTT在整个过程中无明显的变化，该段传导时间并不像桡脉传导时间一样会随心率（或RRI）变化。人在运动过程中心收缩力增强，心率血压同时升高，但是rf-PWTT却几乎不变化，这表明rf-PWTT对压力变化不敏感。在一些基于脉搏波传导时间估算血压的研究中，为了测量方便，选取指脉传导时间作为计算血压的参数，由此看来，在这些研究中，桡脉-指脉传导时间是造成计算结果不准确的一个重要的原因。

此外，本文研究结果显示：r-PWTT和f-PWTT在运动期和恢复期随RRI变化研究结果显示，在RRI的值相同时，运动期与恢复期的传导时间有明显的差异，表现为恢复期的传导时间大于运动期的传导时间；rf-PWTT在运动期和恢复期随RRI变化研究结果显示，不存在上述中的现象，rf-PWTT在运动期和恢复期没有明显的分离，rf-PWTT在整个运动试验过程中的值比较稳定，没有明显的波动。PWTT在相当程度上反映了血管内皮细胞（Vascular Endothelial Cells，VEC）、血管平滑肌细胞（Vascular Smooth Muscle Cells，VSMC）功能，而这些参数与血管弹性程度密切相关[12-14]。PWTT越小，说明血管弹性越差，动脉僵硬程度越严重[15-17]。运动可加速血流搏动力对VEC释放NO的速度，而NO可舒张VSMC，抑制血小板聚集、白细胞黏附渗透、VSMC 增殖，并能阻止低密度脂蛋白的氧化修饰，改善动脉僵硬度，这就说明通过适当强度的运动对改善血管硬度具有积极地作用[18-20]。由研究结果可以看出，蹬车运动可以改善桡脉的传导时间，但是对于桡-指这段血管来说，该段血管已经不属于主动脉，属于微循环系统，也许蹬车运动并不能对这段血管起到锻炼的作用，又或者是桡-指脉传导时间不足以反应心血管功能。

本文主要研究了在运动期和运动恢复期，rf-PWTT不同于r-PWTT和f-PWTT随RRI的变化趋势，表明了rf-PWTT对压力变化不敏感以及运动前后不明显分离的特点，为基于脉搏波传导时间精确检测技术提供了理论依据。但是实验数据的不足，对研究结果有一定的限制，今后的工作还需增加实验数据，对这个问题进行更加深入的研究，确定桡-指脉传导时间在心血管功能监测中的应用价值，为将来基于脉搏波传导时间的便携式心血管功能检测设备提供更加可靠的理论支持。

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Study on the Variation Trend of Pulse Wave Transit Time of Radialartery and Fingertip During Exercise and Recovery

College of Life Science and Biomedical Engineering, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China

A b s t r a c t：O b j e c t i v e This study aimed to research the variability of radial-artery and fingertip pulse wave transit time (rf-PWTT) during exercise and recovery. Me t h o d s Ten healthy young volunteers were enrolled in this study to perform bicycle ergometer exercise test, with their electrocardiogram, radial artery pressure pulse waves and fi ngertip photo plethysmography being gathered synchronously. Parameters of radial artery pulse transit time (r-PWTT), fi ngertip pulse wave transit time (f-PWTT), rf-PWTT and R-R interval (RRI) were extracted, and the situations of these PWTTs change with RRI were analyzed. R e s u l t s The results indicated that the trend of r-PWTT and f-PWTT with RRI were basically identical, but rf-PWTT had no obvious trend in the process of the whole movement. Moreover, the data also revealed when RRI was the same on the period of exercise or recovery, r-PWTT and f-PWTT during exercise were higher than the two PWTTs during recovery. However, rf-PWTT had no such phenomenon. There was no signi fi cant difference during exercise or recovery. C o n c l u s i o n Both r-PWTT and f-PWTT had the same trend with RRI. Compared with before exercise, the r-PWTT and f-PWTT under the same RRI increased after exercise. However, there was no signi fi cant effect of pedaling exercise on radialartery to fi nger pulse.

K e y w o r d s：radial artery pulse; fi nger pulse; pulse wave transit time; R-R interval

通讯作者：宾光宇，副教授，主要研究方向为生物医学电子与信号处理。

桡脉和指脉脉搏传导时间在运动期和运动恢复期的变化趋势研究

引言

1 对象与方法

2 结果

3 讨论