1-1、前言
微循環(Microcirculation)是微動脈(Microarterial)和微靜脈(Venules)之間 毛細血管中的血液循環，是循環系統中最基本的結構和功能單位(如圖 1-1)。
不但佔人血部份的 90%以上，更是維持組織正常代謝的重要場所。人體所 有器官、組織的細胞均要由微循環提供氧氣、養分，傳遞能量，交流信息，
排除二氧化碳及代謝廢物。一旦人體的微循環發生障礙，其相應的組織系 統或內臟器官就會受到影響而無法發揮正常功能，就容易導致人體的衰老、
免疫功能的紊亂以及疾病的發生[1]。
圖 1-1、微循環示意圖
根據衛生福利部公布的 102 年國人十大死因，心臟疾病與腦血管疾病 分別名列第 2、3 名，由此可見心血管疾病(Cardiovascular disease)已經嚴重 威脅國人的健康，萬萬不可輕忽。心血管疾病又稱為「循環系統疾病 (Circulatory system diseases)」，所謂的循環系統指的是人體內運送血液的器 官和組織，主要包括心臟、血管（包含動脈、靜脈、微血管）。簡單來說，
任何影響心臟血管系統的疾病都可稱為心血管疾病，進而造成心臟、腦部 與周邊血管病變，像是心臟病(Heart disease)、高血壓(High blood pressure)、
高血糖(High blood sugar)、中風(Stroke)、心肌梗塞(Myocardial infarction)等 [2]。
微循環的變化大大影響著人體的健康程度，微循環血管口徑與流速的 改變對應著許多疾病的預兆，藉由觀察微循環的各種功能參數與指標，便 可以獲得體內所發出的生理信號。所以微循環的灌流(flow/flux/perfusion)是 不是正常運作，可作為許多疾病診斷判定的指標。根據Poiseuille定律得知，
流經血管的管徑和血流量管徑之間具有四次方的政比例關係[3]。因此，微 循環內皮細胞的舒張功能除了可以有效調節微血管的口徑大小外，更可直 接影響微血流的大小，而且目前臨床上尚未建立一套標準的程序，來測量 微血管內皮細胞的功能，故如何用非侵入性的方法來測量微血管內皮細胞 舒張功能，是一個值得深入研究的方向。
當動脈血管被阻斷一段時間後會導致擴張的現象，其機轉過程如圖1-2
所示。由於動脈在受阻塞一段時間後，下游缺血組織對血液的需求量會增 加，導致動脈血流量的提升，同時也提高了作用在內皮細胞的剪應力(Shear stress, s)，刺激內皮細胞釋放一氧化氮(Nitric oxide, NO)，而引起平滑肌細胞 舒張，產生動脈血管口徑擴張的現象[9]。因此，臨床上大部份都是採用超 音波來測量臂動脈的血流調解舒張功能(Flow-mediated vasodilatation, FMD)，
以間接評估內皮細胞的功能。
圖 1-2、阻塞一段時間後導致血管擴張的機轉
由於臂動脈在阻塞缺血後的血流量增幅，會決定對內皮細胞的剪應力 刺 激 大 小 及 NO 釋 放 ， 而 NO 的 釋 放 量 卻 極 端 仰 賴 下 游 微 血 組 織 (Microvasculature)的擴張程度，因此微血組織結構及功能的改變，將會直接 影響動脈的擴張能力。雖然，許多先前的研究重心都擺在導血(Conduit)動脈 內 皮 細 胞 功 能 的 失 調 上 ， 並 視 為 冠 狀 動 脈 疾 病 的 替 代 終 點 (Surrogate endpoint)。但是，微血管之內皮細胞功能失調(Endothelial dysfunction, ED)不 僅與許多結締組織疾病有關，同時也是糖尿病、周邊血管疾病、及腎臟衰
竭等併發症的重要指標，故微血管的ED，已逐漸被視為臨床試驗上的替代 終點[10]。
ED 已被證實是一項心血管疾病之早期徵兆[11]，對於具有糖尿病、高 血壓或風濕性關節炎等慢性疾病患者，或者對糖尿病高危險群(飯前血糖值 介 於 100~125 mg/dl) 及 臨 界 高 血 壓 群 ( 收 縮 壓 120~139 mmHg 或 舒 張 壓 80~89 mmHg)而言，若能儘早評估其血管內皮細胞的功能，將可提前預防心 血管疾病之發生。但是，針對上述慢性疾病患者，他們的微血管和動脈ED 是否同步產生，還是微血管ED 會比動脈ED 來得早，尚未有一致的定論 [12-14]。因此，值得進一步加以研討，以利早期臨床之診斷。
1-2、文獻探討
國內有關內皮細胞功能的研究當中，以雷射微循環量測技術及結合血 氧濃度之量測，成功大學醫工系陳天送教授成功評估周邊動脈阻塞性疾病 患者足部末梢的微循環狀態及診斷周邊血管的異常[15]；陽明大學醫工系江 惠華教授曾成功開發電腦程式，準確地計算最佳都普勒頻譜閥值，建立超 音波血流模擬分析演算法，更能準確地測出人體血流流速，若搭配血壓的 量測，則可應用於估評血管管壁特性[16]；中原大學電機系林康平教授，正 嘗試利用白光顯微造影技術來分析小動物腫瘤微循環血管之血流速率[17]；
臺灣科大醫工所許昕教授，分析微循環血流的變異度，開發與血管病變有 關的指標[18]，在國內比較少發現以單氣囊評估內皮細胞舒張功能的相關研 究。
國外目前在臨床上的研究，大部分是以高頻超音波標準技術來測量在 阻斷前後臂動脈口徑的百分比變化(FMD)，來評估內皮細胞的舒張功能[4]，
除此之外，國外也發展了一些技術來評估動脈內皮細胞的功能，主要可分 為心導管式血管口徑/流量檢測術[5]、脈波波形分析技術、靜脈阻斷式體積 描記術[6]、脈波速度技術、脈波輪廓分析技術[7]、及脈波振幅壓張術[8]，
如圖1-3示。
圖 1-3、用於評估血管內皮細胞功能之測量技術
另外以氣囊評估微循環內皮細胞舒張功能方面的研究，例如2006年 Marco Rossi對於人體原發性動脈高血壓以雷射都普勒血流震盪繼續最頻譜 分析[19]。
2010年Keymel, S等人以非侵入式雷射都普勒血流計量測表皮微循環特 徵，對幾位健康的受測者用不同的阻塞時間以及脈壓帶壓力，另外也做了 健康受測者與冠心病患者的微循環測量參數的差別。結果發現三分鐘後血 流振幅程度明顯大於一分鐘，曲線下面積也從一至五分鐘呈明顯增加。不 過使用不同壓力(160~220mmHg)加壓後，在充血反應期結果並沒有顯著關 係。關於健康受測者與CAD血流振幅比較，兩者之間是有顯著差異的，P值
<0.001。兩者曲線下面積的比較，一樣有顯著差異，P值也是<0.001。作者 認為因為變異性小，所以用雷射都普勒血流成像儀以非侵入方是測量為血 管功能是可行的。此研究表示，雷射都普勒微血流量取裝置是一個可行而 且可再線性的方法，在皮下微循環阻塞後充血反應開闢了一個新的途徑，
讓非侵入式的方法進一步了解底層的血管疾病，因此可以促進更好治療方 法的發展[20]。
由於微血管(或微循環)的血流訊號，不僅受到代謝性、神經原性、肌原 性、呼吸性、及心原性等機制的調控[21]，同時也會因測量部位、環境溫度、
日夜測量時間、受測姿勢的不同而改變，因此全世界迄今尚無一套標準技 術來測量微血管內皮細胞的舒張功能[22]。另外，大部份研究都是採用雷射 都普勒血流術來量取身體表面組織的微血流振盪(Microvascular blood flow oscillation)訊號[23]，並從不同外加刺激或生理刺激所量取之微血流振盪訊 號中，分析出與內皮細胞活動相關的指標。目前研究顯示，高血壓、高血 糖、或高血脂終會導致血管ED[24]，但是先發生在動脈或者微血管，則尚無 定論[25]。
1-3、研究重點及目的
ED 已被證實是動脈硬化的早期指標，也是一項心血管疾病之早期徵 兆，因此，如何以非侵入的方式來準確量測微血管和動脈內皮細胞舒張功 能，就具有學術研究及臨床診斷的價值。但是，目前以高頻超音波技術來 評估臂動脈的內皮細胞功能，的確存在許多缺點[26]，亟待改善；再者，找 尋可靠的參數或指標，來定量微血管內皮細胞舒張功能失調的程度，也是 有待研究的課題；另外，對於慢性病危險群之微循環和動脈兩種血管網路 的內皮細胞舒張功能，是否同步產生障礙或有先後之別，亟需加以釐清，
以利預防心血管疾病的發生。
本論文為建立一微血管內皮細胞舒張功能測量系統，並對動脈阻塞試 驗前後的微血流振盪訊號，分別進行時域及頻域(傅立葉及小波轉換)，並從 中找出微血管內皮細胞舒張功能之可靠參數。