A method to minimize the effect of reflections in the computation of arterial wave speed

Arterial wave speed (c), known by clinicians and physiologists as pulse wave velocity (PWV), holds significant clinical importance as it serves as an indicator of arterial stiffness and, consequently, cardiovascular disease. An increase in arterial stiffness results in an elevated wave speed, a phenomenon commonly associated with the ageing process. The interference of the reflected waves with the forward travelling waves may lead to inaccurate estimation of c. The objective of this study is to derive an analytical solution to minimize the influence of reflections in wave speed determination. The technique computes c involving only the forward wave components. The wave separation is performed combining the Taylor’s series expansion and the polynomial interpolation of pressure and diameter variations, together with the assumption that the waves interact linearly when they meet. The velocity components are determined by invoking the unidirectionality of the water - hammer equation and linking the forward and backward waves through a reflection coefficient. Once the wave separation is performed, the PWV can be computed as c = 1/ρ (dP+/dU+), using the forward components of pressure and velocity, and as c = D+/2 (dU+/dD+), using the forward components of diameter and velocity. The technique is assessed in the presence of both single and multiple reflections, showing accuracy and consistency in both PWV determination and wave separation.

La velocità dell'onda arteriosa (c), nota ai clinici e ai fisiologi come velocità dell'onda pulsatile (PWV), ha un'importanza clinica significativa in quanto funge da indicatore della rigidità arteriosa e, di conseguenza, delle malattie cardiovascolari. Un aumento della rigidità arteriosa comporta un aumento della velocità dell'onda, un fenomeno comunemente associato al processo di invecchiamento. L'interferenza delle onde riflesse con le onde in propagazione anterograda può portare a una stima inaccurata di c. L'obiettivo di questo studio è lo sviluppo di metodo analitico per minimizzare l'influenza delle riflessioni nella determinazione della velocità dell'onda. La tecnica calcola c utilizzando solo le componenti delle onde in propagazione anterograda. La separazione delle onde viene effettuata combinando l'espansione in serie di Taylor e l'interpolazione polinomiale delle variazioni di pressione e diametro ed assumendo che le onde interagiscano linearmente quando si incontrano. Le componenti di velocità del flusso sanguineo sono determinate sfruttando la unidirezionalità dell'equazione del colpo d'ariete (water – hammer equation) e correlando le onde anterograde e retrograde attraverso un coefficiente di riflessione. Una volta effettuata la separazione delle onde, la PWV può essere calcolata come c = 1/ρ (dP+/dU+), utilizzando le componenti in propagazione anterograda di pressione e velocità, e come c = D+/2 (dU+/dD+) , utilizzando le componenti in propagazione anterograda di diametro e velocità. La tecnica viene valutata in presenza di riflessioni singole e multiple, mostrando accuratezza e coerenza sia nella determinazione della PWV che nella separazione delle onde.