第一章 緒論
1-1 前言
近年來國人在飲食及生活型態方面和過去有著極大的不同，導致許多 老年疾病的年齡層逐漸年輕化。而這些疾病大多與動脈血管硬化有關聯。
根據國人十大死因中的腦血管疾病(Cerebral Vessel Disease) [1]、心臟病 (Cardiac Disease) [2,3] 、 糖 尿 病 (Diabetes Mellitus) [4-7] 、 高 血 壓 (Hypertension) [8-10]疾病以及相當比例的腎臟病(Renal Disease) [11-13]都 與動脈血管硬化有直接或間接的關係。所以造成動脈血管硬化(Arterial Hardening)的原因，除了老化、遺傳和生活型態的因素外，許多疾病也會 造成動脈血管硬化的現象。
由於許多外在因素(例如：不良的生活型態，長時間處於壓力中，或缺 乏運動等等)及內在因素(遺傳性疾病)的影響，都會產生動脈血管退化或產 生病變。除了遺傳性疾病及年齡老化所引起的動脈血管硬化外，其他外在 因素所造成的動脈血管硬化，都是可以提早預知並經由藥物、飲食或運動 來控制的。有鑑於此，提早預知動脈血管的彈性變化在現今社會上是有絕 對的必要性。
1-2 動脈血管在解剖學上的構造
動脈血管較其他血管有著較厚的肌肉層，使它能承受心臟高壓噴射的 血液，而血管的擴張後反彈也是推動血液的動力之一。然而動脈血管分為
- 2 -
三層：內膜層(Tunica Interna)、中膜層(Tunica Media)及外膜層(Adventitia)。
如圖1-1 所示，
(Tunica media (middle coat)) (Tunica adventita (outer coat)) Lumen
(Smooth muscle cell)
(Endothelial cells) (Connective tissue) (Elastic tissue) (Tunica intima(inner coat))
取 彈性纖維或稱彈力蛋白(Elatin)，形成一內彈性膜(Internal Elastic Lamina)。
而血管外膜層是由結締組織所組成，中膜層是由平滑肌所組成。
內膜層為一單層鱗狀內皮細胞所組成的內皮，與中層以彈性纖維結締 組織層相隔，可提供一平滑表面，使血球與血小板流動時不至受損。往外 過了內彈性膜就是中膜層，主要為環狀平滑肌及彈性結締組織所構成，是
- 3 -
構成血管壁的主要部份，可以提供血管強韌的彈性以應付每次血管收縮時 血量的突然增加。再往外過了外彈性膜(External Elastic Lamina)就是外膜層，
其則為鬆散的結締組織層，有時會與週遭組織結合，使血管能穩定的留在 其位置，其上也含有微血管(稱血管滋養管，Vasa Vasorum)以供給養分。
1-3 動脈血管硬化
根據每年國人十大死亡原因統計中，動脈血管硬化所造成的疾病及癌 症在都佔有極高的比例，顯現出了動脈血管硬化疾病對於國人健康威脅的 嚴重性[4]。而動脈粥狀硬化是動脈血管硬化中最常見的型式，佔許多死亡 原因的50 %，在動脈粥狀硬化時會產生局部性的斑(Plaques)或稱為動脈粥 瘤(Atheromas)，它會凸出到動脈腔中，因此會降低血流。造成該區域所接 收到的血液氧份較少，而逐漸喪失其該有的機制。此外，動脈粥瘤也會造 成血栓(Thrombus)，如圖 1-2 所示，如果粥狀硬化的斑塊發生破裂，會使 得血液中的血小板被激發，相互間大量聚集並附著於血管壁內皮層損傷的 部位而產生血栓阻斷血流，此時稱為粥狀動脈栓塞症，臨床上會造成腦中 風、意識昏迷、失明、心肌梗塞，甚至是猝死[5]。
- 4 -
圖 1-2：動脈硬化粥狀斑封閉圖
日前已有研究指出動脈粥狀化的過程，始於血管內皮細胞的損害或是 功能失常[5]。是由於抽煙、高血壓膽固醇及糖尿病所引起的。在臨床解剖 上可以看得出動脈硬化形成時，會有脂肪條紋(Fatty Streak)的產生，如圖 1-3 所示，動脈裡的灰白色條紋，在灰色區域且凸出到動脈腔中，特別是 產生在動脈的分支點。
圖 1-3：動脈硬化粥狀斑結構圖
- 5 -
1-4 動脈血管硬度量測技術
目前已有許多的技術被用來間接估測血管硬化的程度[4,14]，這些技術 主要包括超音波技術(Ultrasound Echo-Tracking, Doppler) [15-19]，脈波傳遞 時間分析技術(Analysis of Pulse Transit Time) [20-22]，阻抗式體積描述技術 (Impedance Plethysmography) [14,23] ， 光 學 式 容 積 描 記 術 (Photo-Plethysmography) [24,25]，振盪技術(Oscillometry) [26-28]，壓張法 技 術(Tonometry) [29-31] ， 及 血 壓 波 形 分 析 技 術 (Analysis of Pressure Waveforms) [32-35]。其中超音波技術可測出血流速或血管口徑，若再加上 其它位置的血壓量測，則可推導出動脈順應性，而國內目前也開發出一套 針對動脈血管硬化疾病的高解析度微小化血管超音波系統(Intravascalar Ultrasound System, IVUS)[7]；在脈波傳遞時間分析技術中，則利用脈波速 率 (Pulse Wave Velocity, PWV)、血管大小( r) 及管壁厚度( h)間的關係式，
PWV2 = Eh / 2rρ（其中 ρ 為血液密度），間接地粗估動脈管壁的抗彈性係數 (E)；其他技術如阻抗式和光學式容積描記術，則分別利用組織的電氣特性 和對特定波長光吸收度的差異性，來間接推估血管的體積，再搭配血壓波 形，估測出血管的抗彈性力；而振盪技術和壓張法技術則分別透過血管和 氣囊間流體推擠的交互作用以及施加壓力的測量，來推估血管壁的順應性；
在血壓波形分析技術中，則是利用動脈血壓舒張期的指數形衰減現象，來 推算血管腔室的順應性。
- 6 -
1-5 研究動機
高血壓、血管壁硬化、血管阻塞、心肌梗塞、心肌局部缺血及心室肥 大等疾病，都與動脈血管順應性(等於硬化程度的倒數)有所關聯。這些各 大醫院門診常見的疾病，都因為生活型態的改變，使得病患的年齡層已經 有逐年下降的趨勢。然而，現今在臨床上對於非侵入式檢測及評估動脈硬 化，並沒有很詳細的定論，故希望能發展一套可以定量分析動脈順應性的 系統。
近幾年來，疾病的非侵入式量測評估法已經漸漸走入主流，雖然侵入 式的量測評估法在臨床上有著一定的參考價值及意義，但其危險性與不便 利性是讓非侵入式量測研究興起的最主要原因。而在非侵入式量測血管硬 度估測中，以超音波影像系統量測的方式為例，拜現今超音波影像解析度 的提高而較先前有參考價值，但其儀器昂貴的單價與較複雜的量測及分析 方式，對於在臨床上的實際應用還是有欠完好。雖然市面上已經出現有包 含血管硬度參考指標的氣囊式血壓計，但在其參數的擷取與地區性指標的 真實性還是有所質疑的。
本論文之目的是要採用類似於測量心導管-轉換器系統之響應特性的 方法，以脈衝形式的輸入方式來激發一段動脈血管，並由其動態響應波形 中分析出該段動脈的順應性指標及其他特徵參數。而本論文之預期貢獻在 於能儘早定量出受測者的動脈血管順應性，及適時預防與血管硬化相關之 疾病的發生，進而確保國人身體的健康。
- 7 -
1-6 論文架構
本篇論文一共分為六個章節。第一章是緒論，主要介紹心血管生理學 的基礎與現有的血管硬度量測與評估的方式。第二章是說明以血管動態響 應技術估測血管硬度之原理，包含了數學模型的建立、理論公式的推導以 及整個血管動態響應量測系統的架構。第三章是血管動態響應量測系統的 建立及測試，描述系統的組成、實驗量測的事前準備工作、實驗的步驟與 量測方法，以及實際量測所得到的成果呈現。第四章是分析方法與數據結 果，將呈現實驗數據的分析成果與統計結果的相關圖形及表。第五章是討 論，是針對本論文的實驗結果作探討，並對此提出其在生理上的相關性或 其代表意義。第六章是結論與未來展望，是對本研究做出一個總結，並對 未來的發展與實際應用訂定出一個方向。
- 8 -