（通信与信息系统专业论文）寸关尺部位脉搏信息检测系统.pdf

t h es y s t e mf o rd e t e c t i n gp u l s ei n f o r m a t i o no nc u n g u a n c h i b y d a n gh o n g z h i b e ( l a n z h o uu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y ) 2 0 0 7 at h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e r e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eof m a s t e ro fe n g i n e e r i n g i n c o m m u n i c a t i o na n di n f o r m a t i o ns y s t e m i nt h e g r a d u a t es c h o o l o f l a n z h o uu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y s u p e r v is o r p r o f e s s o rz h a n ga i h u a m a y , 2 0 11 兰州理工大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名：苏农谊日期：f 年占月彦日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许 论文被查阅和借阅。本人授权兰州理工大学可以将本学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文 收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名： 导师签名： 拖取玛 班彳 日期：力1 1 年 e t 期：加7 年 6 月 2 日 多月勺日 硕十学伊论文 目录 目录i 摘要i a b s t r a c t i i 插图索引i v 插表索引v i 第一章绪论1 1 1 脉诊客观化研究意义1 1 2 国内外脉诊客观化的研究现状2 1 2 1 脉搏传感器的研究现状2 1 2 2 探头组合形式的研究现状5 1 2 3 脉象的研究现状7 1 3 脉搏信息分析方法8 1 4 本文的主要研究内容9 第二章寸关尺部位脉搏信息检测装置1 1 2 1 引言1 l 2 2 寸关尺部位脉搏信息检测装置1 l 2 2 1 脉搏信息检测装置的设计原理1 1 2 2 2c c d 图像传感器1 2 2 2 3 薄膜图案的设计12 2 2 4 探头的设计14 2 2 5 机械结构的设计一1 4 2 2 6 充压机构的设计1 5 2 3 工作过程和实物图1 6 2 4 最佳切脉位置和最佳切脉压力1 8 2 4 1 最佳切脉位置一1 8 2 4 2 最佳切脉位置的定位1 8 2 4 3 最佳切脉压力1 9 2 4 4 最佳切脉压力的获取2 0 2 5 本章小结2 1 l o _ _ _ 。_ _ _ 。_ _ _ _ 。_ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。_ _ _ _ 。_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - 。_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。- _ _ _ - _ _ _ 3 2 2 采集步骤2 5 3 4 脉幅提取方法一面积法2 6 3 5 本章小结2 7 第四章脉象动态图像分析2 8 4 1 引言2 8 4 2 脉象分类一2 8 4 3 脉象特征3 0 4 4 脉幅提取3 0 4 5 三维重构一3 2 4 5 1 三维形态图3 2 4 5 2 三维动态重构3 3 4 6 脉象特征的提取3 4 4 6 1 脉幅3 4 4 6 2 周期和频率3 6 4 6 3 脉长和脉宽3 7 4 6 4 二维功率谱3 8 4 7 误差因素4 3 4 8 本章小结4 3 结论与展望4 4 参考文献4 6 致 谢5l 附录a 攻读学位期间所发表的学术论文目录5 2 l 组成。它可以将脉搏搏动时引起切脉处皮肤表面的离面位移，通过探头上薄膜图 案成像尺寸的变化，由图像传感器以动态图像数据形式记录，实现了对寸关尺部 位脉搏信息的同步采集，并且可以调节不同部位切脉压力的大小。由于被测者手 腕桡动脉与探头之间的相对位置和切脉压力的大小对实验结果影响很大，即探头 是否对准寸关尺部位脉搏搏动最明显的区域和手腕与探头的贴近程度，所以对最 佳切脉位置和最佳切脉压力的确定做了详细说明。为了说明本装置的可行性和临 床应用价值，以m m 3 脉象模型为实验对象，将m m 3 脉象模型的手臂水平放 置在寸关尺部位脉搏信息检测装置的底板上，采集脉象模型平脉、滑脉、迟脉、 濡脉寸关尺部位的同步脉搏动态图像数据。针对动态图像数据和探头上薄膜图案 形状的特点，根据透镜成像原理利用脉幅提取方法一面积法提取脉幅，重构脉象 三维形态后，提取周期、频率、脉宽、脉长、二维功率谱等特征。并用此装置采 集孕妇病例的滑脉数据，分析其周期、频率、脉宽、脉长、二维功率谱等特征后， 将脉象模型滑脉和孕妇病例滑脉相比较，在误差允许范围内两者特征基本吻合。 实验结果表明，与传统装置相比，采用基于c c d 图像传感器的寸关尺部位 脉搏信息检测装置，检测部位数多，实现了寸关尺部位脉搏的同步采集，并可调 节切脉压力，可以较好地模拟中医脉诊，采集到的脉搏信息量大，能获得三维、 较全面的脉象特征信息，具有可行性和临床应用价值，为促进脉诊客观化和科学 化奠定了基础。 关键词：脉象；脉象三维形态；脉搏图像；寸关尺 本文由国家自然科学基金( 3 0 6 7 0 5 2 9 ) 资助 d i s a d v a n t a g e so fe a c he x i s t i n gd e v i c e c o n s i d e r i n gt h ed i s a d v a n t a g e ss u c ha st h e i r f e wd e t e c t i o np a r t sa n dl o wi n f o r m a t i o n ，t h ed e v i c ef o rd e t e c t i n gp u l s ei n f o r m a t i o n o nc u n - g u a n c h ib a s e do nc c di m a g es e n s o ri sd e s i g n e d t h ed e v i c ei n c l u d e s i m a g es e n s o r ，p r o b e ，g r a p h i cp a t t e r n ，m e c h a n i c a ls t r u c t u r e ，a i r f i l l e di n s t i t u t i o n i t c a nr e c o r dt h ei m a g eo fs k i ns u r f a c ep a l p a t i o np l a c ed y n a m i cw h e nt h ep u l s ej u m p s t h r o u g ht h ec c di m a g es e n s o rb yg r a p h i cp a t t e r nd e f o r m a t i o n ，s o t h e p u l s e i n f o r m a t i o ni sr e c o r d e di nt h ef o r i l lo fv i d e o t h ed e v i c er e a l i z e dt h ec u n g u a n c h i p a r t so fp u l s ei n f o r m a t i o ns y n c h r o n o u sc o l l e c t i o n ，a n d c a na d ju s tt h es i z eo ft h e d i f f e r e n tp a n sp u l s e t a k i n gp r e s s u r e b e c a u s et h es i z eo fp u l s e - t a k i n gp r e s s u r ea n d t h er e l a t i v ep o s i t i o nb e t w e e nt h ep a r t i c i p a n t s w r i s ta n dt h ep r o b ea r ei m p o r t a n tf o r e x p e r i m e n t a lr e s u l t s ，i tc o n c e r n e dt h a tt h ep r o b em o s to b v i o u so nt h ep u l s er e g i o n a l a n dp u l s e - t a k i n gp r e s s u r e ，i nt h i sp a p e rt h eb e s tp u l s e - t a k i n gp o s i t i o na n db e s t p u l s e t a k i n gp r e s s u r ei n d e e dc u s t o m i z e dad e t a i l e de x p l a n a t i o n i no r d e rt op r o v e t h i sd e v i c eh a sc e r t a i nf e a s i b i l i t ya n dc l i n i c a la p p l i c a t i o nv a l u e ，u s i n gt h ep u l s e m o d e lo fm m 一3t y p ea s e x p e r i m e n t a ls u b j e c t ，p u l s em o d e la r mi sp l a c e do nt h e d e v i c eb a c k b o a r d ，t h es y n c h r o n o u sp u l s ei m a g ed a t ao fs o m et y p i c a lp u l s ew e r e c o l l e c t e df r o mt h i sd e v i c es u c ha st h en o r m a lp u l s e ，t h es l i p p e r yp u l s e ，t h es l o w p u l s ea n dt h es o f tp u l s eo fc u n g u a n - c h ia n ds oo n a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c s o fd y n a m i ci m a g ed a t aa n dg r a p h i cp a t t e r n ，a n da c c o r d i n gt ot h el e n si m a g i n g p r i n c i p l et h ep u l s ew a v e sw e r ee x t r a c t e db yu s i n gt h e a r e am e t h o d ，t h e nt h e 3 d p u l s ec o n f i g u r a t i o nw a sr e s t r u c t u r e da n ds o m ef e a t u r e sw e r ee x t r a c t e di n c l u d i n g t h ep e r i o d ，t h ef r e q u e n c y , t h ew i d t h ，t h el e n g t ha n dt h e2 dp o w e rs p e c t r u m p r e g n a n t w o m e ns l i p p e r yp u l s ed a t aw e r ec o l l e c t e dw i t ht h i sd e v i c e ，t h ep e r i o d ，t h ef f e q u e n c y t h ew i d t h ，t h el e n g t ha n dt h e2 dp o w e rs p e c t r u mw e r ea l s oe x t r a c t e d c o m p a r i n gt h e f e a t u r e so ft h es l i p p e r yp u l s eo fp u l s em o d e lw i t ht h es l i p p e r yp u l s eo fp r e g n a n t w o m e n ，t h er e s u l t sa r ea n a s t o m o t i ci nt h er a n g eo fa l l o w a b l ee r r o r c o m p a r e dw i t ht h e t r a d i t i o n a ld e v i c e s t h ed e v i c ef o rd e t e c t i n gp u l s eo n c u r t - g u a n - c h iw h i c hi su s i n gc c di m a g es e n s o rc a nt e s tm o r ep a r t s ，r e a l i z e i i i i i 图2 3 改进后的薄膜图案一1 3 图2 4 三个探头剖面图1 4 图2 5 机械结构图1 5 图2 6 充压机构结构图1 6 图2 7 探头实物图1 7 图2 8 充压机构实物图1 7 图2 。9 机械结构实物图17 图2 10 装置实物图l7 图2 1 l 切脉位置示意图1 8 图2 1 2 不同切脉位置数据点选择图19 图2 1 3 不同切脉位置数据点脉幅图1 9 图2 1 4 中医切脉示意图2 0 图2 1 5 最佳切脉压力示意图2 0 图2 16 脉象模型关部平脉在不同切脉压力下第1 6 个数据点的脉幅图2 1 图3 1 脉象模型( a ) 2 4 图3 2 迟脉脉象第6 0 帧图像2 5 图3 3 迟脉脉象第6 l 帧图像2 5 图3 4 透镜成像原理图2 6 图4 1 数据点位置图3 l 图4 2 脉幅提取流程图3 l 图4 3 平脉脉象三维形态图3 2 图4 4 滑脉脉象三维形态图3 2 图4 5 迟脉脉象三维形态图3 2 图4 6 濡脉脉象三维形态图3 3 图4 7 某一例孕妇病例滑脉三维形态图3 3 图4 8 脉象模型关部滑脉的三维动态重构视频中相邻三帧3 3 图4 9 脉象模型平脉第6 4 个数据点处寸关尺部位脉幅图3 4 图4 10 脉象模型滑脉第2 9 个数据点处寸关尺部位脉幅图3 4 i v 一 硕十学何论文 图4 1 l 脉象模型迟脉第4 4 个数据点处寸关尺部位脉幅图一3 5 图4 12 脉象模型濡脉第4 0 个数据点处寸关尺部位脉幅图3 5 图4 13 某例孕妇病例滑脉第2 2 个数据点处寸关尺部位脉幅图3 5 图4 1 4 脉象模型寸部平脉的二维功率谱3 9 图4 15 脉象模型关部平脉的二维功率谱3 9 图4 1 6 脉象模型尺部平脉的二维功率谱一3 9 图4 17 脉象模型寸部滑脉的二维功率谱4 0 图4 1 8 脉象模型关部滑脉的二维功率谱4 0 图4 1 9 脉象模型尺部滑脉的二维功率谱4 0 图4 2 0 脉象模型寸部迟脉的二维功率谱4 0 图4 2 1 脉象模型关部迟脉的二维功率谱4 l 图4 2 2 脉象模型尺部迟脉的二维功率谱4 l 图4 2 3 脉象模型寸部濡脉的二维功率谱4 1 图4 2 4 脉象模型关部濡脉的二维功率谱4 l 图4 2 5 脉象模型尺部濡脉的二维功率谱4 2 图4 2 6 某例孕妇病例滑脉寸部二维功率谱4 2 图4 2 7 某例孕妇病例滑脉关部二维功率谱4 2 图4 2 8 某例孕妇病例滑脉尺部二维功率谱4 2 v 寸关尺部伊脉搏信息柃洲系统 插表索引 表4 1 脉象模型各脉象寸关尺部位第1 6 个数据点的脉幅均值3 6 表4 2 某例孕妇病例滑脉寸关尺部位第2 2 个数据点的脉幅均值3 6 表4 3 脉象模型各脉象寸关尺部位第1 6 个数据点的周期和频率3 7 表4 4 某例孕妇病例滑脉寸关尺部位第2 2 个数据点的周期和频率3 7 表4 5 脉象模型三部位四种脉象的脉长均值和脉宽均值3 8 表4 6 某例孕妇病例滑脉三部位滑脉的脉长均值和脉宽均值3 8 v i 手段。长期以来，脉诊经历了从“遍身是动则诊、头手足三部九候、寸口切脉” 诊断方式的演变。“寸口切脉”的脉诊方式是指医生在中医脉诊理论的指导下，遵 循古人对脉象的描述和辨别分类方法，用手指指尖部位的触觉来感知患者手腕桡 动脉的搏动信息，凭借医生的诊断经验和对脉诊理论的理解，来对患者的脉象进 行辨别和分类，并结合“望、闻、问”等诊断方式，综合判断患者身体健康状态 的一种中医诊断方法。 脉象的变化反应了患者五脏六腑的气血运行状态。中医用手指按在“寸、关、 尺”等部位，通过切脉来体会并分析患者脉象的变化，了解气血运行状态以及脏 腑生理与病理信息，达到临床诊断治病救人的目的。脉诊也是进行辨证论治，得 出正确诊断信息的重要方法。我国中医学家经过几千年临床实践总结而成的脉诊 理论，在中医辨证论治中起着重要作用。 人体是一个较为复杂而且多变的生命系统，体内许多种生理信号源产生的生 物信号十分微弱，采集时很容易受到各种干扰源的干扰，要检测这些生物信号也 必须符合无创性的要求，所以要想了解患者体内这众多生物信号的产生、传递和 作用过程非常困难，这给信号的检测、分析及处理带来了挑战。随着科技的进步 和社会的发展，近代传感器测量技术也得到了飞速发展，其在众多领域得到了广 泛应用，所以运用现代传感器来检测临床诊断及实验研究中的多种生理参数，不 管是对中医的研究与发展，还是对提高临床诊断的准确性和医学监护的实时性， 都具重要意义。 中医理论以整体观和辩证理论为核心，建立了独具特色的生命理论和诊疗体 系。中医理论把诊断学的基本思想概括为“以表知里”，认为从“望、闻、问、 切四诊方法所得的信息与具体疾病的各种征候之间存在着必然联系。脉诊是中 医“望、闻、问、切”四诊方法中最具特色的项，内容丰富，是中医理论体系 中不可缺少的部分【2 1 。 寸关j 己部何脉搏信息检测系统 在中医脉诊理论中，主要依靠生动的自然景象或想象的示意图来对脉象进行 描述，比如描述滑脉时所采用的比喻是“如盘走珠”，这些形象的比喻缺乏明确 的物理含义，即所谓“在心易了，指下难明”，使人难以掌握脉象的具体特征， 加之各人指下对脉象的体会难免存在主观差异，以致没有客观统一的“金标准 作为判别脉象的客观标准或者依据，不仅使初学者难以领会脉诊的要领，即使是 经验丰富的不同医生，对同一脉象有时也会做出不同的判别【3j 。这些主观因素造 成了脉象概念笼统、模糊、难以掌握，影响了脉诊的准确性和有效性，制约了脉 诊的应用与发展【4 】。这些都说明了传统中医脉象判别方法不能建立客观统一“金 标准”的困难所在，使得传统中医脉诊难以有效地与现代科学技术相结合，从而 发挥其巨大作用。要克服这些困难，使中医脉诊能够与现代科学相结合，使其更 好的为人类服务，就必须结合现代先进的科学技术，通过科学的方法，丰富和发 展我国传统中医脉诊，促进中医脉诊的客观化和科学化发展。 中医脉诊客观化和科学化按研究内容可分为：脉搏信号处理与分析、脉诊仪 器的研发和临床应用三个方面1 5 】。仪器是获取脉搏信息的基础，也是客观进行临 床脉诊的基础，利用各种脉诊仪器把过去靠医生手指拾取信号转变为由现代传感 器获取信号。脉搏信号处理与分析则是依据不断改进的现代先进科学技术，来描 述脉象的形成过程和特征信息，获取更全面的脉象信息，了解病症和具体脉象特 征之间的联系，并将这些信息应用到实际的临床脉诊中，指导临床实践，再将临 床脉诊过程中存在的不足和问题，反馈到仪器的研发和脉搏信号的处理与分析研 究中，进行更深入的研究和改进。临床应用是仪器的研发和信号处理与分析工作 的检验标准和最终目的。这三个方面相辅相成，互相促进，共同决定了中医脉诊 客观化、科学化和脉诊信息全面化的研究水平。 1 2 国内外脉诊客观化的研究现状 近年来，国内外许多研究者为了揭示脉搏信息的产生过程和与具体病症之间 的联系，以便更准确、全面、客观、科学的反映患者生理和病理信息，在脉诊仪 器和系统的研制方面做了大量工作，根据相关检测原理尝试了许多种脉象检测方 法，并研制了相应的脉象检测装置和系统。 1 2 1 脉搏传感器的研究现状 研制脉搏传感器的目的就是要尽可能客观全面的获取脉搏信息。目前使用的 脉搏传感器种类繁多、功能各异、优缺点并存，根据其检测原理可分为五种，如 图1 1 所示。通过感受切脉部位脉搏搏动压力的变化来反映脉搏信息，即压力脉 搏传感器；利用声学原理通过声传感器获取由脉搏引起的振动，通过振动来反映 脉搏信息，即传声器；通过血管内血容积的变化来反映患者的脉搏信息，即光电 2 硕十学何论文 容积脉搏传感器；超声多普勒检测技术；用c c d 或c m o s 图像传感器获取脉动 处皮肤表面的形象与动态图像，从中提取脉搏特征，即图像传感器【6 】。 压力脉搏传感器根据应变原理的不同分为压阻式脉搏传感器、压电式脉搏传 感器和压磁式脉搏传感器三种。利用压电材料的压电效应，将脉搏搏动时的压力 信号转换为电信号，由输出的电信号表征脉搏信息，即压电式脉搏传感器。根据 所采用的压电材料性质不同可分为压电陶瓷式、压电式晶体式、压电聚合物 ( p v d f ) 和复合压电材料式等四种。荆炳忠等人研制了多功能微机脉图信号采 集和处理系统，该系统采用压电式晶体式的脉搏传感器实现对脉搏信号的采集 【7j 。聚偏二氟乙烯是一种有机高分子敏感材料，即所谓的p v d f ，是压电聚合物 脉搏传感器最常用的一种材料。朱筱玮等采用p v d f 薄膜脉搏传感器，设计了一 种腕带式脉搏测量装置，并将其成功应用于某无线遥测监护系统【8 】。金观昌等也 利用p v d f 研制出多点脉搏波计算机辅助测试系统【9 】。日本c o l i n 公司研制生产 了一种c b m 3 0 0 0 2 0 0 0 型桡动脉脉波检测仪，它是用一种基于张力法测量原理 研制的无损连续血压监测仪。该检测仪的传感器由三列点阵式微型力敏元件组 成，工作时，通过仪器内压缩气源对传感器空气室充压，推动感压面对脉道加压 b o 。 压力传感器 压电型传感器 压电晶体式传感器 压电陶瓷式传感器 压电聚合物传感器( p v d f ) 复合压电材料传感器 叫爨r 卜腿骀剂， 压阻型传感器 液压传感器 ( 应用最广泛，需要用乳合剂) l 气导式传感器l 压磁性传感器( 材料选择、励磁方式、热处理技术不成熟) 光电式脉搏传感器 光电容积式脉搏计 光阀式桡动脉脉搏传感器 红外光电传感器 光纤位移传感器 理论研究不足 墨喜霎普勒技术) ( 非接触式，与中医指压切脉的特点不符，费用较高) 图像传感器 罢嚣s 图1 1 脉搏传感器分类 利用电阻率随应力变化的特性制成压阻式传感器，目前它的应用最为广泛。 根据压力传导介质形态的不同其可以分为液态型、固态型和气态型三种。固态型 寸芙尺部何脉搏信息柃测系统 压阻式脉搏传感器应用了集成电路技术和硅材料的压阻效应，它的应变片受力产 生变形使其阻值发生变化，从而使桥路输出电压发生变化，以此来反映脉搏信息。 上海的m x 3 型脉象仪【1 、山东的m x y - i 1 2 和m x y - i i 型脉象仪【j 、湖南的b y s 一1 4 型心脉仪【1 4 】、z m c i 和z m c i i 型脉搏传感器都采用这类传感器【15 1 。由于脉搏传 感器必须具有合理的频率响应范围，而且不能因其摆放位置、方向、预切脉压力 值的不同而获取不同的脉搏波形，因此有研究人员用液体作为脉搏压力变化的传 导介质，来获取患者的脉搏波形，即液态型压阻式脉搏传感器。这类传感器以由 薄膜制成的容器作为探头，当探头的感压面受压变形时，容器内的导电液柱会发 生升降变化，其电阻值也会随着改变，从而将脉搏压力信号转换为电信号。它具 有很高的灵敏度，但由于本身结构的特点，其测量过程不太方便【i6 。江西的 m x 8 1 1 型脉象仪采用的便是液压式传感器，它由水银稀盐水和乳胶膜组成i i 4 。 精工爱普生公司在2 0 0 1 年生产的脉搏测量装置利用压电元件做为传感器，可以测 量患者桡动脉脉搏。气态型传感器则是以气体作为脉搏压力的传导介质，脉的搏 动使气路内压力发生变化，通过压力传感器将脉搏的压力信号转换为电信号输 出。曹玉珍等人研制了三导脉搏波传感装置，该装置使用的是气压传导的压力传 感器。压阻式虽是应用最广泛的压力脉搏传感器，但它必须将压力应变片粘贴在 相关部件上才能使用，所以粘贴时所用粘合剂的性能会影响传感器的工作特性。 根据材料的磁弹性效应，把脉搏搏动时压力信号的变化转换为磁材料导磁率的变 化，材料导磁率的变化会使输出的电信号也随之改变，从而通过电信号表征患者 脉搏信息，即压磁式脉搏传感器，也被称为磁弹性脉搏传感器。压磁式脉搏传感 器具有输出信号功率大、抗干扰性强等优点，但是由于相关理论和技术尚未成熟， 限制了它的应用【i 。 光电式脉搏传感器的原理是，当血液在血管内波动式的流动会引起血管内血 容量的变化，当光线投照到组织时，其透过组织的光线会随血容量的变化而变化， 血容量越多，光线经过组织后被血液吸收的越多，反之被吸收的越少，光电转换 器将透过组织的光接收后转换为电信号，通过电信号的变化反映脉搏的变化。现 已经研制成功的光电式脉搏传感器主要有光电容积式脉搏计、红外光电脉搏传感 器、光闸式挠动脉脉搏传感器等，并已应用于临床脉搏信息的采集【1 8 2 0 】。日本 研究者藤田六郎研制出光电管容积脉诊仪，它可以在不接触切脉部位的情况下， 测量患者的最大脉搏波。为了证实他所提出的患者有1 0 种体型的可能性和在脉 诊部位有“五行循环”存在的设想，作者又用日本光电k k 超声波脉诊仪进行 实验，取得了较好的效果【2 1 1 。由于对容积脉搏血流信号的机理与特征信息研究 不足，目前只能检测到患者的血氧饱和度和脉搏速率两个特征量，还不能检测到 其他血流参数。有外国学者设计了指套式透射型光电脉搏传感器，即将光电脉搏 传感器套在手指上，可以测量手指末端的动脉搏动波【2 2 1 。由于附指式脉搏传感 4 硕r f | 学伊论文 器的安装形式难以保证脉诊部位和传感器之间相对稳定，以致记录的脉搏波会由 于两者相对位置的变化而不稳定，故很少采用。 传声器是利用声学原理，获取由脉搏引起的振动，由振动反映脉搏信息。王 炳和等人研制了脉搏传声器，即在传声器与切脉部位皮肤表面之间形成密封的空 气腔体，脉搏搏动的声波经空气腔体传到传声器，由传声器的振膜拾取脉搏的振 动信息，由此来反映脉搏信息。并用该脉搏传声器得到弦脉和平脉的信号，并提 取了其频谱特征【23 1 。柳文仪用彩色脉冲多普勒超声仪和b 超，直接观察高血压疾 病患者弦脉和非弦脉的血管管径、血管壁的厚度、血管内血液的充盈状况和血流 频谱等信息，以寻求脉诊客观化的“金指标”。通过试验分析认为，利用彩色脉 冲多普勒超声仪和b 超是对脉象科学化和客观化研究的新手段【24 1 。牛淑冬和杨杰 等人对现有影像学方法进行归纳总结，研究比较了它们用于可视化脉诊信息采集 的适用性后，对健康人体进行建模，应用m a g n e t o ma v a n t o1 5 t 超导磁共振成像 仪和n x 8 型可视化脉搏信息系统，对部分常见单脉的心血管机制进行可视化研 究【2 5 2 引。日本s o n y 公司曾推出一种利用三个驻极体微音器作为传感元件的脉波 监测仪，它可以在对腕部的空气袖袋加压再缓慢放气过程中记录三路脉波变化趋 势。 随着医学超声显像技术的发展，超声多普勒技术也被应用到脉象检测方面， 并取得了一定进展。比如田家玮等提出超声三维重建思想，它为观察浅表动脉的 轴心位移提供了新方法，也为研究中医脉象形成机理和显示血管运动规律提供了 新途径l z 。 c c d 或c m o s 图像传感器是新兴的一种获取脉搏信息的工具。它是通过光 线来刺激c c d 或者c m o s 上的光敏元件，将脉搏搏动引起皮肤表面的位移以电 荷的形式储存和传送形成图像，把此图像传送到计算机内，通过软件来提取脉搏 信息，这比用其它传感器获取的信息更加全面【2 8 3 0 1 。 1 2 2 探头组合形式的研究现状 探头组合形式主要有点式和部位式两类，如图1 2 所示。点式的只能测量点 处的脉搏信息，目前采集点数目最多的为金观昌使用p v d f 薄膜制成的点阵式脉 搏传感器探头，可以采集1 2 个点处的脉搏信息【9 】。而部位式测量的是某个部位 整体的脉搏信息，多采用压力式脉搏传感器，所测结果为被测部位整体的一个脉 搏波，忽略了各部位具体的细节信息。 在部位式中，单探头是目前脉搏传感器中最常用的探头形式。研究发现，单 探头脉搏传感器所采集的信息有一定的局限性，会丢失其他部位的相关信息。汤 伟昌在原来单探头传感器的基础上，设计了由中间和外周两组传感器组成的双探 头复合式脉搏传感器【3 i 】。外周传感器用于测量脉搏搏动力和皮肤切向张力等的 合力，中间传感器用于测量单纯垂直方向的力，使用压力式应变片做为传感器获 5 中医切脉时需要不断调节三个切脉手指的指力，以达到寸关尺三部最满意的 指感状念，但是，即使是经验丰富的医生也可能难以简洁明了的阐述出三部九候 诊脉时指力的分布规律，三部九候脉象检测的操作过程十分复杂。有学者研究发 现，“寸、关、尺”三部位在不同切脉压力组合下，获取的脉幅图不同，并用m x 3 型三探头脉象仪随机调节切脉压力，取得“寸、关、尺 三部位的最佳脉幅图。 金观昌等使用p v d f 薄膜制成3 x 4 和9 个测量点排成一列的两种传感器点阵，用其 可检测到“寸、关、尺 三部脉和相应的脉宽信息p j 。汤伟昌在长期的脉象客观 化检测方法研究中，也研制出了一系列诸如单点式脉搏传感器、双点式脉搏传感 器、点阵式脉搏传感器、三部位脉搏传感器、五探头脉搏传感器( 除“寸、关、 尺 三个部位外，还加上“上鱼际和下鱼际”两个部位) 、多路脉搏传感器、中 医脉象模拟系统等不同形式的脉搏传感器，目的是为客观而且科学的检测脉搏信 息提供更有效的方法和手段【3 2 33 1 。有研究者在驾驶员一车辆安全动态评估系统 中应用p v d f 脉搏传感器，获取驾驶员的脉搏信号，通过分析脉率来评估驾驶员 的疲劳程度【3 引。 石山仁等用做手术的胶皮手套，把半导体应变片贴在手指部位，作为检测动 脉波并作记录的脉搏记录仪器，并用此记录仪测定了2 0 至4 0 岁健康人的脉波【3 5 1 。 南朝鲜的h e e s o o p a r k y e 也曾研制脉象仪。日本的冈田腾用陶瓷型压力传感 器，开发出适合于浮、中、沉各压力等级的元件，并用此传感器描述了沉脉、浮 脉、平脉等脉象对应的脉搏图形，分析后得到满意结果【36 1 。美国医学博士j o h n h l a u b 研制的新型无创脉搏记录仪，它在胶皮手术手套的无名指、中指和食指前 端固定了三个获取脉搏信息的传感元件，切脉时将这三个手指分别按在病人的 “寸、关、尺 部位上，它可以记录“寸、关、尺 三部位的脉幅和切脉压力值 3 7 1 。澳门大学计算机与系统工程研究所研制了家用人体心血管智能检测系统， 该系统以无创方式采集患者手腕桡动脉处的脉搏波，利用小波分析、血流动力学、 6 硕十学何论文 支持向量机等技术对其进行处理和分析后，再经智能电脑心血管专家辅助诊断系 统进行推理诊断，从而可快速得知患者心血管系统的健康状况。法国a r t e c h m e d i c a l 公司生产的脉搏波速度测定系统，可通过在患者动脉节段上测定的脉 搏波速度值来评价动脉僵硬度1 3 引。l n a z a r g a e v 和v v b o r o n o e v 等人发明了一 种快速调节式的三探头脉搏测量仪，它可以有效缩短脉搏测量时间f 3 9 l 。 1 2 3 脉象的研究现状 生理学研究表明，脉象主要综合了心脏和血管的舒张运动、收缩运动、血管 壁的弹性振动、以及在切脉手指压力的作用下，血流和血管的运动所产生的多种 信息，它是医生手指在桡动脉切脉部位对这些运动在连续时间和空间的感觉。 中医对脉象从“位、数、形、势”方面分为2 8 种：浮脉、洪脉、濡脉、革 脉、散脉、芤脉、沉脉、伏脉、牢脉、弱脉、涩脉、迟脉、缓脉、结脉、数脉、 疾脉、促脉、虚脉、动脉、微脉、细脉、代脉、短脉、长脉、实脉、滑脉、紧脉、 弦脉，不同脉象表征不同的生理病症【4 们。 脉象的“位”描述脉象位置的深浅，体现为沉脉和浮脉两种脉象。脉象的“数 主要指脉搏的节律和频率【4 。2 8 脉中，迟脉、数脉、缓脉、疾脉、结脉、代脉 和促脉主要由此属性来描述。脉象的“形”和“势”是指脉的搏动形态和趋势状 态，“形”与“势”是医生指下最具特色、描述各异、难以分开、难以计量的两 类特征，它包含了脉动的多种物理量。脉“形”的大、小、长、短特征是脉诊时 医生指下最基本的指感形态。从研究寸口桡动脉运动规律考虑，对脉形的“大、 小”突出“大”，以指感脉道的宽度作为标准，脉体的“长、短”则以切脉定寸、 关、尺三部位的脉搏搏动范围，根据搏动范围大小确定长短【4 2 1 。2 8 脉中，以脉 的宽度为主要特征的有洪脉、细脉和大脉；以脉的长度为主要特征的有短脉和长 脉。脉“势 描述脉的活动趋势，可以细分为脉的力度( 虚脉、实脉) 、紧张度( 弦 脉、濡脉) 和流利度( 滑脉、涩脉) 。 狄九军等人利用工程学方法，根据人体血液流动特点，构造了一个人体血液 运动模型，并开发了一套针对中医脉诊教学的模拟系统一一中医脉象发生仪，他 运用该中医脉象发生仪模拟了人体常见的平脉、迟脉、数脉等脉象，体现了各种 脉象的应指特征【4 3 1 。河北的张群中在简述中医的脉象与辩证中分析了浮脉、 数脉、沉脉、迟脉、滑脉和濡脉等脉象的规律，这对脉象的判别有指导性作用【4 4 1 。 有研究者概括了浮取和沉取时所获得的各脉象的特征信息后认为，浮取和沉取所 获得的脉象信息不同，浮取时获取的主要是血管壁的位移信息，而沉取时所获取 的才是脉搏压力波。李景堂在此基础上对平脉、滑脉、数脉、迟脉等常见脉象的 各种指感物理参数作了统计分析，并对它们的函数表达和波形进行了对比研究， 得出脉象与相应物理参数之间的关系【45 1 。卢贺翔等研究者从理论上对脉诊特征 信息和人体心电图的相关性进行了研究，并结合临床诊断，得出心电图与脉象特 7 寸关尺部何脉搏信息检测系统 征信息相关的结论【4 引。 徐元景、牛欣等人分析了各脉象的“位、数、形、势 属性及其产生机理， 提出每种脉象是位属性、形属性( 脉长、脉宽、脉管轴心位移) 、数属性( 频率、 周期、节律) 、势属性( 紧张度、流利度、力度) 等多属性不同比例的排列组合， 每一种脉象都有“位、数、形、势”四种属性【4 7 1 。 北京中医药大学的张治国、牛欣等人从混沌学的四个基本特征，即内在随机 性、对初值的敏感性、混沌序、长期行为的不可预见性着手，对中医脉象及脉学 理论在混沌学方面的体现进行了详细阐述【4