文摘

尽管先前的研究显示的成功使用反应性充血pressure-induced作为内皮功能的评估工具,它的灵敏度仍让人怀疑。本研究旨在探讨一种新颖的多尺度熵指数的可行性和敏感性(美)检测细微的血管畸形在健康和糖尿病科目。基本的人体测量和血流动力学参数、血清血脂水平和糖化血红蛋白水平记录。从手腕动脉脉搏波信号是一个空气压力传感系统(APSS),其次是美和膨胀指数(DI)分析。梅成功地检测显著差异的四组主题:健康的年轻个体,健康的中年或老年人,个人控制糖尿病,糖尿病人控制不好。减少多尺度熵反映了年龄,糖尿病引起的血管变化和可能作为一个更微妙的血管异常的敏感指标与DI设置的糖尿病。

1。介绍

内皮功能障碍(ED)被记录为即将开始的标志的心血管疾病(CVD)包括动脉粥样硬化和CVD-related障碍(即。、糖尿病、高血压)[1- - - - - -3]。常用的非侵入性的方法评估ED包括流量介导扩张(FMD) (4- - - - - -6反应性充血)和外周动脉张力测定法(RH-PAT) [7- - - - - -9]。潜在的测量原理是通过增加袖口短暂缺血的感应压力上臂,紧随其后的是释放压力。产生的再灌注从而引发反应性充血(RH)远端血管通过一氧化氮(NO)的释放,这是一个指标的内皮完整性(10- - - - - -12]。

虽然手足口病提供了直接血管直径变化的信息,它需要一个有经验的操作人员和昂贵的设备。另一方面,RH-PAT获得动脉脉搏信号的食指通过张力测定法和比较他们之前和之后RH归纳。其临床使用的普及,然而,也受到需要有经验的人员及其昂贵的一次性配件。因此,没有精心设计的研究调查在老年人和糖尿病受试者是心血管疾病的高危人群。早期发现糖尿病患者的ED的重要性进一步凸显出的10年内发现ED发生全面的糖尿病。ED的早期检测和及时干预,因此,至关重要的是在糖尿病及其相关并发症的预防13- - - - - -15]。

本研究旨在测试的敏感性和有效性应用一种新的多尺度熵指数(美)在评估ED的程度科目在心血管疾病的风险。这是由分析的动态复杂性动脉脉搏波形信号,通过RH的手腕诱导前后4种不同的主体人群使用多尺度熵分析的生物信号(16- - - - - -19]。

2。材料和方法

2.1。研究人口和分组

共有70名受试者招募锐意进去医院糖尿病门诊的2009年12月至2010年10月。此外,有70名健康对照组招募从同一家医院健康检查项目。140名研究对象分为以下4组:第1组,其中包括健康年轻的20 - 30岁的人,在没有已知心血管疾病史,糖化血红蛋白(HbA1c)水平的不到6%,空腹血糖水平不到126 ? mg / dL;组2,其中包括40 - 70岁的健康的中年或老年人,没有已知的心血管疾病史,糖化血红蛋白水平的不到6%,空腹血糖水平的不到126 ?mg / dL, ATP III报告显示没有代谢综合征(20.];组3,其中包括控制糖尿病50 - 80岁的人,建立了诊断的2型糖尿病(即。糖化血红蛋白水平 和空腹血糖水平 mg / dL) (20.)、糖化血红蛋白水平在6.5%和8%之间和空腹血糖水平超过126 ?mg / dL时本研究;4组,其中包括50 - 80岁的糖尿病人控制不好,适合糖尿病的标准与糖化血红蛋白水平超过8%,空腹血糖水平的超过126 ? mg / dL。

2.2。实验的程序

在开始研究之前,受试者被要求填写一份调查问卷基本人口统计学和人体测量数据以及生活方式和个人信息/ CVD的家族病史。医生也获得血液样本禁食8小时后测定血清高密度脂蛋白(HDL)、低密度脂蛋白(LDL)、甘油三酯(TG)、空腹血糖、糖化血红蛋白水平。知情同意是获得所有科目。

研究对象被允许承担仰卧位休息在一个安静的,温度控制(25°C)的空间测量前5分钟。获得一次血压的左臂仰卧位患者使用一个自动化的示波的设备(BP3AG1、Microlife、台湾),适当大小的袖口。空气压力传感系统的一个压力袖口(APSS)然后把左臂,而其他袖口应用左边手腕(21,22]。在手腕袖口的压力维持在40吗?毫米汞柱在测量的过程中,为每个主题了17分钟。

2.3。膨胀指数(DI)计算

的结构和操作原理APSS曾被报导过(21]。总之,APSS系统由两套压力袖口,一个压阻传感器和一个内皮功能测量模块。第一组压力袖口被放置在上臂和触发器内皮功能,而第二组放置在数据采集的手腕。压阻传感器,它是连接到第二组压力袖口,用于检测脉搏波和记录系统中动脉波形。内皮功能测量模块板放大和过滤器捕获的动脉波形。压阻传感器检测到的压力从而转化成电信号然后放大,过滤得到模拟信号。模拟信号的数字化的模拟-数字转换器(美国模型MSP430F449、德州仪器、TX)的采样率500 ?赫兹和存储在一个计算机供以后分析22]。信号采集的总持续时间是17分钟(图1),它由5分钟的数据记录在一个手腕袖口40的压力?毫米汞柱的手臂袖口放气(即。,the baseline), 3 minutes of blood flow occlusion by increasing the cuff pressure of the upper arm to 200?mmHg (i.e., the occlusion phase), and 9 minutes of data acquisition after complete deflation of the pressure cuff over the upper arm with the pressure of the wrist cuff being maintained at 40?mmHg throughout (i.e., the hyperemic phase). The amplitude of the signals during the hyperemic phase varied with the subject’s age and disease status (see Figure1)。代表一分钟时间内的平均振幅信号之间的第五和第十分钟后开始选择数据收集的基线和充血的阶段,分别贴上 和 (见图1)。膨胀指数(DI) (8,21的前臂血管被定义为

(一)主题在1组,
(一)一个主题在组1中,
(b)一个主题在2组,
(b)一个主题在2组,
(c)一个主题在3组,
(c)一个主题在3组,
(d)一个主题在4组,
(d)一个主题在4组,
图1
代表动脉脉搏信号的4种不同的组,显示扩张指数(DI的变化Amp)。组1:健康年轻的个体;组2:健康的中年或老年人;第三组:糖尿病人控制;第四组:糖尿病人控制不好。

与以前的研究结果(在协议8,9,22),我们发现(见图1)表明,DI值随年龄增长和越来越严重的糖尿病。与DI的计算,采用了1分钟的信号基线和反应性充血的阶段,本研究试图利用整个14分钟的信号(闭塞阶段除外)的计算多尺度熵指数(美)。这是执行提供一个敏感的工具检测微妙的老年人和糖尿病患者的血管异常。

2.4。多尺度熵指数(美)

删除3分钟后动脉闭塞阶段期间获得的脉冲信号,信号的基线和充血的阶段是连接进行分析。每个波形的footpoint首次显著,其次是确定两个footpoints之间的峰值(23]。波形的振幅( , )被定义为峰值之间的垂直距离和最近的footpoint。的振幅 被定义为的基线值动脉脉冲,而振幅吗 被定义为充血动脉脉冲的相位值(参见图吗2(一个))。振幅的值从而获得策划与时间(见图2 (b))。自非平稳的曲线的性质会影响多尺度熵的准确性(MSE)计算曲线与经验模式分解(EMD)去趋势,提出的一项研究[24- - - - - -26)(见图2 (c))。这一过程产生了1000幅值点 均方误差分析。

(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
图2
(a)识别每个footpoint和峰值的手腕的动脉波形测量健康年轻的主题(组1)使用气压传感系统(APSS),连接后的基线信号(5分钟)在充血的阶段(9分钟)。(b)策划1000年波形的振幅与时间,给一个非平稳的曲线。(c)最后曲线趋势分离后使用经验模态分解(EMD)。
2.4.1。多尺度熵(MSE)计算

MSE计算按照程序报告的科斯塔et al。16]。由于一维离散时间序列, ,连续粗粒度的时间序列 ,由比例因子 ,可以根据构造方程 在哪里 表示和规模因素 。换句话说,粗粒度比例因子的时间序列 被收购的算术平均 周边没有重叠的原始值。每一个粗粒度的时间序列的长度 。对于规模1,粗粒度的时间序列是原始时间序列。样本熵( )[27)的粗粒度时间序列可以获得对比例因子和策划, 。

2.4.2。多尺度熵指数(美)计算

的值 然后从1到10之间的一系列规模因素使用MSE上面描述的数据分析方法。的值 规模因素1和5之间被定义为规模小,而那些规模因素6和10之间大规模的(28,29日]。的总和 规模因素1和5之间的值被定义为美党卫军,而的总和 规模因素6和10之间的值被定义为美LS(28,29日),看3下面)。通过定义和计算这两个指标的多尺度熵,信号在不同时间尺度的复杂性可以评估和量化。使用这两个指标,本研究试图评估的差异信号复杂性充血反应引起的暂时的缺血,血管内皮功能的一个指标,在不同的人口, 在哪里 的样本熵是各自的比例因子。

2.5。统计分析

值被表示为平均值 SD。社会科学统计软件包(SPSS 14.0版)。独立样本t以及和皮尔逊相关性被用于测定不同群体之间的意义和评估不同参数之间的相关性,分别。一个 价值 被认为是具有统计学意义。

3所示。结果

1000年通过记录连续变化动脉波形振幅(比例因子为1 - 10)和分析它们的复杂性(即。在4个不同主题,多尺度熵)不同年龄的人群和疾病状态,显著的变化 不同规模因素4个不同组的受试者(见图3)。


图3
样本熵的变化( )和四组不同的规模因素的学科。符号代表的意思是每组的熵值,和酒吧代表标准错误( ), 是对象的数量。组1:健康的年轻学科;组2:健康的中年或老年人;第3组:糖尿病患者控制;第四组:糖尿病控制不好的科目。
3.1。样本熵的变化, ,比例因子

的值 显著降低的比例因子6起组1(健康的年轻学科),组2(健康中年或老年人),组3(控制糖尿病患者)和组4(糖尿病患者控制不好)(见图3)。的值没有显著差异 以较低的规模因素(即。,1to 5) was noted among the 4 groups.

3.2。比较健康的年轻(组1),中年或老年(组2)科目

之间的显著差异指出健康的年轻(组1),中年或老年(组2)受试者的年龄、身体高度,糖化血红蛋白( )和血清高密度脂蛋白和低密度脂蛋白水平( ;表1)。显著差异( )在迪也指出组1 ( )和组2 ( )。在美没有显著的差异党卫军指出之间的2组( 与 , );然而,美LS在1组显著高于组2 ( 与 分别地, )。

表1
比较人口、人体测量、血流动力学和生化参数,美,和健康的年轻学科之间的DI(组1),健康的中年或老年人(组2),控制糖尿病受试者(组3)和糖尿病控制不好科目(4)。
3.3。比较健康的中年或老年(组2)和控制糖尿病(组3)科目

表1总结了人口、人体测量、血流动力学和生化参数,梅,DI之间组2和组3(糖化血红蛋白 )科目,尤其是高龄,大腰围,高糖化血红蛋白和空腹血糖水平在后者( )。体重、体重指数、收缩压组3组明显高于2。另一方面,在3组血清低密度脂蛋白和高密度脂蛋白水平明显低于2(组 )。多尺度熵分析显示更高的美LS在2比3组(组 与 分别地, 美),而没有显著的差异党卫军两组之间 与 组2和组3、职责。 )。DI,之间没有显著的差异指出组2和组3 ( 分别地, )。此外,指出美之间显著负相关LS和空腹血糖水平在两组( , )(见图4(一)),而之间没有显著的相关性可以发现DI和这些群体之间的空腹血糖水平( , )(见图4 (b))。

(一)
(一)
(b)
(b)
图4
(一)小规模多尺度熵指数之间的相关性(梅LS)和空腹血糖水平;(b)膨胀指数(DI)和空腹血糖水平在健康的中年或老年(组2)和控制糖尿病(组3)科目。
3.4。比较控制(3)组和糖尿病控制不好(4组)科目

虽然受试者在3组(糖化血红蛋白 )明显比那些在4组(糖化血红蛋白 ),两组之间的比较显示显著提高糖化血红蛋白,低密度脂蛋白,空腹血糖、甘油三酯水平在4组(表1)。在美没有显著差别党卫军组3和4之间 与 分别地, );然而,美LS非常高的控制糖尿病受试者(组3)比控制不佳的糖尿病受试者(4组)( 与 分别地, )。DI之间也存在显著差异组3组4 ( 与 分别地, )。

3.5。相关性的美LSDI和人体测量、血流动力学和生化参数

试图关联的DI值和梅LS从所有科目( )人体测量、血流动力学和生化心血管疾病的危险因素(表2)。结果表明,DI与腰围负相关,身体质量指数,和糖化血红蛋白水平。另一方面,而美LS随着年龄的增长是负相关,糖化血红蛋白和空腹血糖水平,它呈正相关,血清高密度脂蛋白水平。

表2
相关性的美LSDI和人体测量、血流动力学和生化参数。

4所示。讨论

人体生理系统由动态复杂性涉及大量的交互和反馈机制(17]。最近的研究(16- - - - - -19],它侧重于动态复杂性在健康人体的量化和那些有心血管疾病,已经确定的减少动态复杂性,定义的MSE,老年人的共同特征和患病人口的子集。以前的应用程序的动态复杂性分析主要关注研究R- - - - - -R间隔时间序列,为了调查各种心脏疾病。例如,与健康受试者相比,无论年龄、充血性心力衰竭(CHF)患者有更高 对于规模1 (16,17]。相比之下,较低 1瑞士法郎/规模变得明显。分析R- - - - - -R间隔时间序列在正常人和患者室性心律失常和心肌梗死透露 随着年龄的增长而减少在正常和病变的人群(24]。另一方面,没有显著差异 岁之间的健康主题和同行与心脏疾病。此外,健康的年轻学科最高 在所有尺度与年龄和病变组织(24]。

MSE的应用在分析心率(HR)和收缩压和舒张压(BP)在14个年轻的1型糖尿病患者Trunkvalterova等人于2008年首次报道(30.]。MSE分析人力资源/ BP显示高信号 价值在糖尿病受试者的健康受试者比规模3。使用与健康的年轻学科作为正常对照组,本研究提出,MSE有助于检测细微血管病理年轻糖尿病受试者。然而,MSE的矛盾的结果分析人力资源和舒张压在这研究中,显示一个更高 相比,糖尿病患者与健康同行规模6,仍然无法解释。选择一个合适的生理参数,因此,基本在MSE的成功应用评估的程度的动脉粥样硬化和老化对血管功能的影响。

尽管MSE的应用程序使用R- - - - - -R间隔时间序列分析的动态复杂性心脏疾病已经确认,报告使用MSE评估血管动脉粥样硬化改变,年龄对血管系统的影响很少。

内皮功能障碍不仅认为微血管改变之前的心血管系统1),它也被认为是动脉粥样硬化的一个指标1- - - - - -4]。先前的研究已经提出了一个系统的活性RH-PAT,由手指动脉脉搏波的分析之前和之后的上臂上施加压力,在评估血管内皮功能。其使用的普及,然而,限制了昂贵的设备和训练有素的人员的要求正确操作。本研究利用APSS我们以前提出的手腕的动脉脉动信号记录之前和之后的应用压力上臂(21]。DI的计算后,我们试图通过采用均方误差评估血管内皮功能。我们使用它在计算获得的信号的动态复杂性从属于不同年龄组的主题和主题有不同程度的糖尿病控制,因为糖尿病和衰老都是动脉粥样硬化的危险因素。通过这种方式,梅的两个参数LS和梅LS获得和比较不同群体之一。

表1显示了梅都有显著差异LS和DI之间健康的年轻(组1),中年或老年(组2)科目,而梅没有显著差异党卫军在两组之间。另一方面,尽管迪健康中年或老年人没有差异(组2)和控制糖尿病受试者(组3),梅的显著差异LS两组(表之间的存在1)。这些结果暗示美LS可以显示微妙的血管变化甚至在控制糖尿病受试者,内皮功能障碍的维持在一个相对稳定的状态通过生活方式修改和医疗控制(7]。进一步的调查发现空腹血糖水平和梅之间的负相关LS,而空腹血糖水平之间的相关性和DI未能达到统计学意义。的糖化血红蛋白水平,更好的相关性与梅说LS( 比迪() )(表2)。总的来说,这些发现表明,梅LS可以作为一个更好的指标的微妙的糖尿病危害血管内皮功能障碍和糖比迪控制,表明可能使用美吗LS血管内皮功能障碍的敏感指标,允许早期治疗干预。

当DI和梅LS比较而言,他们的相关性与心血管疾病的危险因素(表吗2),DI和腰围(之间的显著相关性被发现 , ),身体质量指数( , )和糖化血红蛋白( , ),而梅之间存在显著的相关性LS和年龄( , )、糖化血红蛋白( , )、血清高密度脂蛋白( , ),空腹血糖水平( , )。结果进一步表明,梅LS可能是一个更敏感的指标比迪内皮功能障碍与老龄化和糖尿病有关。梅的优越性LS在迪可能是由于这样的事实,后者利用前后两段代表1分钟的信号获得血管闭塞,而前者分析所有14分钟的信号使用MSE技术基线和充血的阶段。

本研究有不可避免的局限性。首先,由于梅的计算需要耗时的趋势分离信号和广泛的均方误差分析,不能为考生提供即时信息。这个问题可以被解决通过适当的数据分析软件的发展。第二,当前的研究只招收了相对较少的人,只专注于一个疾病。包括进一步的研究得到了更多的患者内皮功能障碍相关疾病,包括中风、心绞痛,肢体缺血,勃起功能障碍。最后,要求一个阻塞压力高达200 ?毫米汞柱在上臂3分钟不得容忍一些研究对象。这是3的情况我们的糖尿病患者,他们随后被排除在本研究之外。

5。结论

使用MSE的非线性动力分析的方法从手腕动脉脉搏信号,本研究成功地检测到的细微差别动态获得信号的复杂性从年轻、中年或老年人,控制,控制不佳的糖尿病受试者使用新的参数。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

作者的贡献

M.-T。瞧,C.-K。太阳和j j。陈同样贡献相比,本研究相应的作者。

确认

作者要感谢副Editor-Professor光胡锦涛和匿名评论者的洞察力的建议,这大大促进了这项工作的提高。作者要感谢志愿者参与这个研究让他们收集和分析数据。作者感谢德州仪器的支持,台湾,赞助的低功耗仪表放大器和ADC工具。这项研究支持部分由国家科学委员会批准号。NSC - 259 - 030 - 100 - 2221 e my2, NSC 101 - 2221 - e - 259 - 012和国家盾跨学科整合项目没有进入大学校园。101 t924-3。M.-T教授。是在国家安全委员会的支持下,台湾,批准号100 - 2221 - e - 008 - 008 my2联合计算全息和中央格兰特nos的基础。cnjrf - 101 - CGH NCU a4和VGHUST101-G1 - 1 - 3。作者也承认NSC支持动态生物标志物和转化医学中心,台湾国立中央大学(NSC 100 - 2911 - i - 008 - 001)。