动脉双向导波同步成像技术：实现力学各向异性、血压及应力多参数精准评估的新突破

研究人员针对动脉生物力学指标(如刚度、血压和应力)同步测量难题，开发了一种创新超声弹性成像方法。通过编程声辐射力同时激发轴向和环向导波，结合力学模型和图像处理算法，首次实现了动脉双向刚度、局部血压和管壁应力的同步动态测量。该技术成功应用于年轻、老年及高血压志愿者，证实其能准确捕捉心血管老化及疾病相关力学变化，为心血管疾病诊断提供了全新工具。

　　

心血管疾病长期威胁人类健康，而动脉生物力学特性的异常变化是疾病发生发展的重要标志。传统临床检测面临重大挑战：动脉轴向与环向刚度各向异性难以同步评估，血压监测依赖有创手段，管壁应力无法直接测量。更关键的是，这些参数在心动周期中动态变化且相互影响，现有技术却只能单独、静态测量。如何突破"单参数、单时间点"的局限，实现多力学参数的同步动态监测，成为心血管诊疗领域亟待解决的难题。

清华大学的研究团队在《SCIENCE ADVANCES》发表创新成果，开发了基于编程声辐射力(ARF)的超声弹性成像技术。通过精心设计的10束聚焦超声波序列刺激动脉前后壁，以10kHz超高帧频平面波成像捕捉导波传播，结合建立的粘弹性声弹性模型，首次实现了动脉双向刚度(c_a/c_c)、局部血压和管壁应力(σ_a/σ_c)的同步动态测量。研究招募了30名年轻、14名老年和8名高血压志愿者，通过比较不同体位(正常与仰颈)下的测量结果，验证了环向导波速度作为血压指标的稳定性。

关键技术包括：(1)多焦点ARF激发与平面波超快成像结合的"推-息-成像"序列；(2)基于Lamb波理论的动脉双向导波传播模型；(3)遗传算法辅助的力学参数反演方法；(4)应用压平式眼压计进行血压标定。样本来源于健康志愿者和临床高血压患者队列。

【生成与成像轴向和环向导波】通过纵向超声视图，编程ARF在0.5ms内依次刺激动脉前壁至后壁，诱导双向导波。有限元分析证实，环向导波沿半圆形路径传播，前壁信号包含轴向波和来自后壁的环向波信息。独特的信号处理算法成功分离出两种导波模式。

【年轻、老年和高血压参与者的双向导波动态变化】研究发现老年和高血压组环向波速显著增加，而轴向波速仅在高血压组收缩期明显升高。特别发现高血压主要提升环向刚度(α_c)，对轴向刚度(α_a)影响较小，提示血管重构的方向特异性。

【环向导波群速度作为连续血压测量的稳健指标】实验证实环向波速平方与血压呈线性相关，且不受颈部伸展影响。与压平眼压计相比，该方法偏差仅-0.06mmHg，95%一致性界限为-6.0至5.9mmHg，实现了无创、无压迫的连续血压监测。

【双向导波成像实现双向刚度和动脉壁机械应力同步测量】建立考虑血管曲率的修正Lamb波模型，通过色散关系反演出α_a=σ_a+γ和α_c=σ_c+γ。年轻组数据显示环向应力(σ_c)显著高于轴向(σ_a)，环向刚度是轴向的1.2-1.5倍。高血压使σ_c增加53%，而σ_a保持相对稳定，体现了血管对血压升高的适应性重构。

这项研究突破了传统技术单参数测量的局限，首次实现了动脉多力学参数的同步动态评估。所开发的超声弹性成像方法具有三大创新价值：一是揭示了血压与血管刚度变化的动态耦合关系，为理解心血管疾病进展提供了新视角；二是通过轴向应力直接测量，发现了血管在高血压状态下维持轴向力学稳态的新现象；三是为人工血管评估和柔性机器人监测提供了新工具。该技术无需旋转探头即可获取多维力学信息，临床转化潜力显著，有望推动心血管疾病诊疗进入多参数精准评估新时代。