（精密仪器及机械专业论文）人体复杂系统脉象输出信号的客观化探索研究(精密仪器及机械专业优秀论文).pdf

中北大学学位论文 人体复杂系统脉象输出信号的客观化探索研究 摘要 中医将人体看成一个复杂系统，从整体观念出发，通过施以特殊压力，可以了解人 体健康的大部分信息，但由于脉理精微，中医一直靠手指感觉来体察患者的脉象信息， 因而影响了脉学的传授与发展，西医对疾病观察侧重于组织结构的病变，忽视对整体功 能的系统联系和系统内各种复杂相关因素的观察，因此脉象信号的客观化研究对深入发 掘中医理论，提高中医临床诊疗水平等都有十分重要的意义。 本课题将人体作为一个复杂的系统，采用给脉搏以固定激励的方法，再测出人体系 统在此激励下的输出，根据不同脉象信号的特征，将健康人和心脏病患者的脉象客观化， 本课题是探索性研究。作者主要采用w i n d o w s 开发平台，利用v i s u a lb a s i c 6 0 软件作 为开发环境，编译中医脉象信号采集系统，并建立数据库；运用时频分析法研究脉象信 号的时频谱分布和功率能量比分布特点，研究发现，脉象信号能量主要集中在5 h z 以下 的主波峰中，高于5 h z 的能量只占很小的部分，且病脉的频率范围比正常脉较宽，病脉 中高频部分较宽：为了提高客观诊断的可靠性，论文研究了基于小波阈值分析法消除脉 象信号噪声的技术；并运用小波模极大方法对脉象信号进行特征提取。 关键字：中医脉诊，时频分析，小波变换，特征提取 中北大学学位论文 t h eo b j e c t i v er e s e a r c hf o rt h eo u t p u ts i g n a io fc o m p i e x p e o p ieb o d ys y s t e m l is h u n a s o n gw e n a a b s t r a c t t h eh u m a nb o d yi sr e g a r d e da sac o m p l e xs y s t e mj nt r a d i t i o n a lc h i n e s e m e d i c i n e t c m - b a s e do nt h ew h o l ec o n c e p t ，i th e l p su st ok n o wam a j o r i t yo f i n f o r m a t jo r a b o u th e a l t hc o n d i t i o nt h r o u g hp u l s e p a l p a t l o gw i t h v a r i a b l e p r e s s u r e b u tb e c a u s et h ep u l s e t h ep u ls esig n a i n f o r m a ti o n i sf e e b l e ， s u p p l i e db y a n di nt r a d i t i o n a lc h i n e s em e d i c i r e t h ep a t i e n t sc a no n l yb eo b t a i n e d t h r o u g ht h ef e e l i n go ff i g u r e s ，a sar e s u i t ，t h ep u l s ed i a g n o s i si sd i f f i c u l t t ou n d e r s t a n da n dish a r dt ob ea c c e p t e di nc l i n i c a la p p l i c a t i o n t h ed i s e a s e r e s e a r c hi nm o d e r nm e d i c jn ee m p h a s i z ep a r t i c u l a r l yo nt h ep a t h o l o g i c a lc h a n g e s o fo r g a n i z a t i o n a ls t r u c t u r ei n s t e a do ft h es y s t e ma f f il i a t i o no fo v e r a l l f u n c “o n sa n dt h eo b s e r v a t i o no fa l lc o m p l e xa n dc o r r e a t i v ef a c t o r si nt h eb o d y s y s t e m s ot h eo b j e c t i v e s t u d yo f t r a d i t i o n a lc h i n e s em e d i c i n e p u l s e i s s i g n i f i c a n tt od e v e l o pt h et r a d i t i o n a lc h i n e s em e d i c i n et h e o r yf u r t h e ra n dt o i m p r o v et h ec l i n i c a lt r e a t m e n to ft r a d i t i o n a lc h ir l e s em e d i c i n e t h ed i s s e r t a t i o nc o n s i d e r st h eh u m a nb o d ya sac o m p l e xs y s t e m f jr s te x cit e t h ep u l s ew i t hu n c h a n g e di n p u ta n dd e t e c tt h eb o d ys y s t e m so u t p u tc a u s e db y t h isi n p u t t h e nt h ep u l s eo ft h eh e m t hb o d ya n dt h eh e a r td i s e a s eb o d yw i l l b eo b j e c t i v ea c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e ro fd i f f e r e nc p u ls es j g n a l s t h e d i s s e r t a t i o n i st h e e x p l o r a t o r y r e s e a r c h a u t h o ru s e sv i s u a b a s l c 6 0 d e v e l o p m e n te n v i r o n m e n ti nw i n d o w so p e r a t i o ns y s t e m t h ed a t a b a s eiss e t u pf o r s a v i n gd i f f e r e n ti n f o r m a t i o nr e v e a l i n gt h eh e a l t hc o n d i t i o no fp a t e n t s t h e t i m e f r e q u e n c ya n a l y s i sm e t h o di sa l s ou s e dt os t u d yt h ec h a r a c t e r so ft h ep u l s e s i g n a l i nt i m e fr - e q u e n c yd i s t r i b u t i o na n dr a t i o no f p o w e r a n de n e r g y t h e r e s e a r c hd is c o v e r e dt h a t ，t h ep u l s ee n e r g yi sf o c u s e do n t h em a i nw a v ew i t h f r e q u e n c yb e l l o w s5h z ，t h ep u l s ee n e r g ya b o v e5h z i s j u s ts o m ep a r to f t h e w h o l ee n e r g y ：t h ef r e q u e n c yr a n g eo ft h ei l lp u l s ei sw i d e rt h a nt h en o r m a l ， t h eb a n dw i d eo ft h eh i g hf r e q u e n c yp a r to ft h ei l lp u l s ei sl a r g e r i no r d e r t oi m p r o v et h er e l i a b i l i t yo fo b j e c t i v ed i a g n o s i s ，t h ed i s s e r t a t i o na l s os t u d i e d t h et h r e s h o l da n a l y s i sm e t h o d sb a s i n go nw a v e l e tt r a n s f o r m t h i sm e t h o di su s e d t od e n o i s i n gp u l s es i g n a l t h ef e a t u r ee x t r a c t i o nm e t h o do fp u l s es i g n a li s m a d eb yu s i n gw a v e le tm a x i m u mm o d u l o k e yw o r d s ：t c mp u l s ed i a g n o s i s ，t i m e f r e q u e n c ya n a l y s i s ，w a v e l e t t r a n s f o r m f e a t u r ee x t r a c ti o n 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究 作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的 法律责任由本人承担。 论文作者签名：奎窒塑l ： e i i 莓i ：卫；，3 猃 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解中北大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包 括：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件； 学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文； 学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的，复 制赠送和交换学位论文；学校可以公布学位论文的全部或部分内容 ( 保密学位论文在解密后遵守此规定) 。 主名：垄塑已 日期： 导师签名：嚷垒螽 日期：受! 三。堑 中北大学学位论文 11 中医脉象研究的意义与特点 1 绪论 本课题旨在运用现代信号处理方法来研究人体复杂系统脉象信号输出信号，通过对 健康人和病人脉象信号的研究得到他们脉象信号的一些特征，从而为可靠地进行疾病诊 断提供理论依据。 中医渗察疾病是望、闻、问、切四诊合参。脉诊虽居四诊之末，但在古代却是验证 望、闻、问诊所得的临床资料，进行综合分析，从而得出完整而正确的诊断的一项客观 指标。素问五脏生成篇指出：“五脏相音，可以意识，五色微珍，可以目察，能合 色脉，可以万全。”景岳全书“脉者，血气之神，邪气之鉴也，有诸内必形诸外，故 血气盛者脉必盛，血气衰者脉必衰，无病者脉必正，有病者脉必乖。”它具有初步的定 量概念，在辨别病证的表罩寒热虚实以及疾病的预后方面，简便、可靠。因此，脉诊在 中医“望、闻、问、切”四诊中占有很重要的地位，一直受到先贤们的高度重视，得到 了继承和发展j 。 。l 从近代医学的角度来看，人体循环系统承担着协调全身各组织的能量代谢，输送氧 气、营养物质，运走代谢废物等重要的工作，还承担运送抗体、激素等物质以协调整体 的动态平衡。从整体的角度对疾病进行综合分析，显然，循环系统的信息将占有很重要 的份额；从整个循环系统来看桡动脉介于大动脉与小动脉之州，由于心脏的舒缩、内脏 血容量的变化、血管端点阻抗、管道内脉波的反射、血液的粘滞性、血管壁的袱弹性等 因素使脉象携带着有关心脏运动、内脏循环、外周循环等丰富的心血管系统及整体的动 态信息。因此脉诊的临床意义很大，它的机理是急待于我们进行研究的。 人体系统是一个时变非线性的复杂系统，人体各器官和功能的失调、紊乱，都会导 致脉象信号的变化。如果把人体五脏六腑变化看作人体复杂系统的输入，则脉象信号为 人体系统的输出信号。中医脉诊是一种传统的诊断方法，通过检查与分析脉象的变化， 了解人体气口! | 的运行状态以及脏腑生理与病理的改变，来达到临床诊断和治疗的目的。 而各种脉象的辨别依据仅是医生的指下感觉，对其判断主观因素太多，不同脉象很难界 中北大学学位沧文 定，故不同医者对同一脉象很难有统一认识。 中医脉象所反映的病理信息是以中医基础理论及基本概念为基础的，是用来鉴别整 体的某种动态性质的。由此可见，中医脉诊是建立在中医理论之上的，研究中医脉象必 须以中医理论为基石，必须建立在整体构思的基础上。应用整体概念来研究中医脉象是 中医脉象研究的一大特点。 1 2 中医脉诊客观化研究的发展现状 应用描记桡动脉脉搏图的方法研究中医脉象，始于五十年代，朱颜嘲首先将杠杆式 脉搏描记器引入中医脉诊的研究，但限于当时的仪器水平，进展不大；七十年代，由于 我国电子技术的进步，研究出种类繁多的换能器以模拟中医切脉的手指，通过换能器把 桡动脉搏动转换为电信号，经放大，用记录仪记录下来，按照传感器的种类可以分为匿 电晶片式，压电晶片式、电磁式、炭粒式、电动切脉器式、应电阻式、半导体硅片式、 超声波式等等，其中比较成熟的是压电式即，”。目前西医对脉象的认识仅停留在频率、 节律、振幅等的分析上，主要用来辅助诊断心血管系统的疾病、心脏瓣膜病、高血压病、 动脉硬化病、甲状腺功能异常、贫血、无脉证等疾病。总的看来，西医对脉象的认识是 以现代医学的生理病理、局部解剖等为基础，以此来剖析心血管系统疾病确切的病变位 罱及致病原因，目前尚未将脉象信息提高到整体角度或与其他脏腑相关的角度来进行分 析。这种认识观对目前的中医脉象研究工作带来了一些消极的影响。临床上中医通过对 寸关尺、浮中沉脉象的判别，结合体征、舌象及主诉等来分析机体当时的动态趋势( 阴 阳、表里、虎实、气血的盛衰、邪正斗争的趋势、脏腑的动态变化等) ，即描绘出一幅 机体当时整个机体的动态特征图。 目前，脉珍的研究主要集中在脉象的客观描述上，利用脉象仪描绘出脉象图，结合经 验丰富的中医指感诊断和脉象的生理病理机制，对脉象图进行定性的系统分析，从而寻 求脉象的客观诊断结论【6 】。本课题采用时频分析，小波多分辨率分析，小波模极大值分 析等现代信号处理方法对正常男女大学生、高血压、气血两亏、脾弱肾虚等患者的关脉 信号进行分析，并得到了较为科学的诊断。 2 中北大学学位论文 1 3 脉象研究的主要内容 1 31 脉象信号形成机理的中医论理 中医认为，气血是形成脉象的物质基础，心脉是产生脉象的主要脏腑器官。现代生 理学认为，脉搏是由心脏射血活动引起的一种血液和血管壁的振荡，这种震荡所产生的 波，从主动脉根部开始，沿动脉树向外围脉管传播。由于波的离散、血液和血管壁的粘 滞性对脉搏波的阻尼作用以及外周反射波的叠加等，脉搏携带着丰富的生理信息；因此 正常脉象是多方面生理功能协调、平衡的综合结果，不能简单的以心血管的生理功能解 释脉象的全部机理，而要结合中医基础理论加以理解【l ，”。 动脉脉搏波在其传播过程中受到很多因素的影响而使波形发生改变。首先受到脉搏 自身不同频率谐波成分的传播速度和衰减常数不一的影响。脉搏波是周期性的复杂振 动，由基本频率和频率为基振整数倍的谐振动合成。不同频率的谐波成分其传播速度不 同，高频成分比低频成分传播速度快，于是脉搏波在其传播过程中就产生了波的不同频 率成分谐波的离散，使传播过程中不同部位合成的脉搏波和初始波发生了变化。同时， 由于不同频率成分谐波的衰减常数不同，高频成分的衰减较大，故主要由高频成分组成 的切迹在传播中很快消失。 1 3 2 脉象信号的基本分类 脉象信号的分类对于研究脉象信号的定量和定性，是一个非常重要的基础，也是辨 别各种脉象的基础。脉诊在其发展过程中，因医者的切脉体会不同，对脉象命名的方法 也各有所异。濒湖脉学归纳了2 7 种常见的脉象，总结比较完全，应用也比较普遍， 加上诊家正眼又添加了疾脉，故近代医家把病脉分为了2 8 种。即为浮、沉、迟、 数、滑、涩、虚、实、长、短、洪、微、紧、缓、芤、革、牢、濡、弱、散、细、伏、 动、促、结、代、疾等b 3 。 根据古代医家对脉象归类的意见，参考近代有关脉象研究的资料，我们认为脉象大 致可归为八类：1 脉位深浅( 浮、沉) ；2 脉力强弱( 虚、实) ；3 脉率快慢( 迟、数) ； 4 脉道宽度( 大、细) ；5 脉动长度( 氏、短) ；6 脉势流利度( 滑、涩) ：7 脉道紧张 3 中北大学学位论文 度( 弦、濡) ；8 脉动均匀度( 结、代) ，共有2 8 种脉。由于疾病的影响，而引起的脉 象发生异常改变，成为“病理脉象”简称为“疾脉”。一般来说，除了正常生理变化范 围以及个体生理特异之外的脉象，均属“病脉”，病与脉密切相关，不同的脉反映不同 的病。一般把正常人的脉称为平脉，是脉象生理特征的概括，具有一定的动态变化规律， 而不是固定不变的几种脉象。如健康人的正常脉象随年龄组之异而有形态特征不同，年 青人脉象带滑，老年人脉象多弦，所以滑、弦都是相应年龄组的平脉。同一人在不同时 令季节或时辰，脉象都会有不同的变化。当机体在受到外界条件刺激下产生生理性调节 时，脉象也会随之变化。当然这些变换往往是暂时的、可逆的，即使在疾病中亦可出现 平脉，表明病情轻浅，正气未伤，预后良好，或为邪去正复的征兆。脉诊应结合“望、 闻、问”诊综合分析，即四诊合参 g a o 。 133 脉象诊病机理 寸口脉法又称气口脉法，是当前临床最为常用的方法。寸口脉法将掌后的挠动脉定 为寸、关、尺三部，挠骨茎突出内测脉动处为关部，关前近腕部为寸部，关后近肘端为 尺部。各部取脉时有浮取、中取和沉取之分，三三合而为九，称为“九侯”，“寸关尺， 浮中沉”合称为“三部九侯”。两手各有寸、关、尺三部脉，又称为六脉，由六脉和内 脏功能的联系，可以了解脏腑功能情况【i 】。( 见表1 1 ) 中医看病，脉诊是不可缺少的步 骤和内容，脉诊之所以重要，是由于脉象能传递机体各部分的生理病理信息，是窥探人 体内功能变化的窗口，可以为珍断疾病提供重要依据。这种系统输出与系统内部状态的 关联性已被现代控制理论所证实。 表1 1 两手寸关尺与脏腑关系对应表 左手 右手 寸 心 膻中 肺 胸中 关肝胆脾月 尺 肾 小肠 肾 大肠 4 中北大学学位论文 中医的整体观首先指出人体是一个有机的整体，有机整体并不是气血，组织、器官、 脏腑的堆积、而体现在各个组织的有机结合、互相影响和在必然联系中所产生的生命现 象，如机体内脏与体表官窍、五脏六腑、精神情志与五脏之间的密切联系：另一方面亦 体现在人体与外界自然条件和社会环境等方面的密切联系。机体的各部分功能有赖经络 气血的运行和温煦濡养而实现，同时人体在天人合一的自然规律作用下，又产生各种适 应外界环境的生理变化。上述各种生命现象都是通过脉象的动态变化及时的综合反映出 来。 ， 但是脉象的生理变异有一定的限度和规律，当机体遭到外界侵扰时，这种生理平衡 就遭到破坏，造成气血、脏腑功能逆乱，反映在脉象上就可能出现各种病脉。通过脉诊 可以了解气血的虚实，阴阳的盛衰、脏腑功能的强弱以及邪正力量的消长，为治疗指出 方向。 1 3 4 脉图形成机理 图1 1 脉图的基本结果示意图 h 1 一主波幅值：h 3 一重搏前波幅值；h 4 一降中峡幅值： h 5 一重搏波幅值；一急性射血期时值；f 4 一收缩期时值； t 5 一舒张期时值：t 脉动周期时值；v - - 主波在h l 上1 3 处宽度 5 中北大学学位论文 脉图基本结构如图1 1 所示。脉搏波主要由主动脉近心端振荡所形成，当左心室收 缩，逼迫血液进入主动脉时，瞬间引起了主动脉近心端的压力上升和血管壁扩张，在快 速射血期，主动脉近心端血液的流入量超出其流出量，使管腔内血容量迅速增多，管内 压力迅速升高，管壁急剧扩张，从而形成主波( 其幅值由h 表示) 的升支，随着心室转 入缓慢射血期，主动脉近心端的流入量低于流出量，因而其学容量逐渐减少，管壁逐渐 回缩，形成了主波的降支。h 主要反映左心室射血功能和大动脉的顺应性( 弹性) ，左 心室射血功能强，大动脉顺应性大，则主波高而陡直，反之，低而平坦。w 值是指主波 上j 3 的宽度，相当于动脉内高压力水平所维持的时间，高压力水平维持的时l h j 越长， w 值就越大。与主波升支相应的时值，称快速射血期 。当脉液向外周传播时，受到外 周各种因素作用，产生反射，反射波的向心传播叠加与主波降支上，即形成重搏前波( 其 值由h ，表示) h ，主要反映动脉血管的顺应性，如动脉管壁收缩或硬化导致m 管张力升高， 顺应性减少，脉波传导速度快，反射波来回叠加增多，则h ，值增高及重搏前波时相提前。 当心室丌始舒张时室内压迅速开始下降，主动脉心端的血流顺压力差向一i s , 室倒流，其管 腔内压力进一步下降，管腔壁弹性回缩，同时推动主动脉瓣迅速关闭，脉波曲线上形成 一个切迹，称降中峡，( 其幅值由h 。表示) 。h 。主要反映血管外周阻力状态，外周阻力 增高，则h 。值增大，降中峡以前的时值对应于心脏收缩期。此后，向心室方向返流的血 液受到已闭合的主动脉瓣的阻挡，反折后重新流向主动脉，管壁出现短暂的扩张，因而 在切迹后出现一个短暂的向上波，称重搏波( 其幅值由h ；表示) 。h ；主要反映大主动脉 的顺应性，主动脉开闭的状态，顺应性大，则厅；值增大，反之则减少，甚至为0 值，主 动脉关闭不全重搏波也可不出现，在整个心室舒张期，由于心室停止向主动脉射血，主 动脉管壁回缩驱动血液继续流向外周，主动脉近心端管腔心血容量逐渐减小，血管回变 到收缩期前的初始状态，故在重搏波后出现下降支、降中峡以后的时值，对应于心脏舒 张期( 其时值以f ；表示) 。每个脉图的持续时间即对应于心脏舒缩活动的一个周期t 。因 此，每一次心脏的舒缩活动，便首先引起主动脉近心端的血压升降和血管壁扩张，这种 6 中北大学学位论文 波动是动脉系统中最早发生的脉搏，可称为动脉脉搏的初始波 1 1 , 1 2 , 1 3 】。 1 35 脉图的判别方法 脉图的判别指标有节律、大小、脉位、切迹、浮象、柔和、重搏等，根据这些参数 可以了解脉象信号的浮沉形态、大小、弦缓、滑涩、结代等【l j 。 ( 1 ) 节律：切脉时脉率是否规律，包括波幅是否均匀，即是否有胃气。 ( 2 ) 大小：主波是脉象图的主体波幅，反映动脉内压力与血液容积的最大值。主波的 高低可反映心阳的盛衰，心血的虚实和脉道的通畅状况。 ( 3 ) 脉位：脉位需浮中沉取左右手的寸关尺各部位的脉幅以确定。正常人脉应以浮、 中、沉取渐大，如果相反则为阴虚阳亢、无根之脉。 ( 4 ) 切迹：上升支在动脉的管壁正常通畅状况，应为平滑上升无转折之切迹，如动脉 硬化，血管闭塞所致血管有阻力，则出现上升时有转折切迹形成涩脉。 ( 5 ) 浮象：取脉时主波上缘是否有正气与邪气相争时产生脉管收缩现象，若浮取时主 波上缘出现尖尖的现象若现象为外邪仍在表，若沉取时主波上缘出现尖尖的现象为外邪 内里。 ( 6 ) 柔和：脉柔和表示人体机能不受干扰，即脉有神，脉图中如果脉柔和，则降中峡 前平顺，如果不柔和，则有弦紧现象，脉图与降中峡前会有外鼓现象，为血管因受刺激 产生高频收缩现象。 ( 7 ) 重搏：重搏波是下降支巾突出的一个明显波，重搏波主要反映血管弹性与血液流 动状态，重搏波明显表明血管弹性良好、心脏功能良好、血液滑利、显著增高常表示血 液粘滞度显著降低。 1 4 本课题研究的主要内容和方法 人体系统是时变、非线性、多变量的复杂系统，脉象信号是人体复杂系统的一种重 要输出信号。本文以人体复杂系统的脉象输出信号作为研究对象，通过将现代控制理论 和现代信号处理方法与我国传统的脉象学相结合，研究人体复杂系统脉象输出信号的各 种特征与定量化标准。 7 中北大学学位沧文 为完成对脉象信号的定量与定性的客观化研究，需要研究出客观化的完整的简单有 效的脉象处理方法。能够在对脉象信号进行特征分析提取基础上，进一步对脉象信号进 行量化分类，从而建立不同脉象和身体机能的联系，最终达到通过脉象预测疾病的目的。 本课题研究主要内容包括： ( 1 ) 脉象信号的采集 利用p v d f 压力传感器研究采集系统，实现传感器与计算机之间的串口通信，开发 v i s u a lb a s i c 软件实现了脉象信号的实时采集，且信号采样频率及放大倍数可调， 并初步建立了正常人和高血压动脉硬化病人的脉象信号数据库。 ( 2 ) 脉象信号的预处理去噪研究 根据脉象信号的特点，采用小波软阀值消除脉象信号的基线漂移和噪声，利用小波 模极大方法进行脉象信号周期分割和基本分解。 ( 3 )脉象信号的时频分析研究 将时域和频域相结合的方法，克服传统单独分析频域或时域的缺点，引入时频分析 理论进行脉象信号的时频谱分解，研究脉象信号时频谱分布和功率能量比分布特 点。 ( 4 ) 脉象信号特征提取研究 对于己消除干扰的脉象信号，进行脉象信号的边沿和峰谷特征点定位，根据对脉象 信号的基本分解，提取脉象信号的时域特征。 ( 5 )结论与展望 作者所做的主要工作和存在的不足及课题的前景展望。 8 中北大学学位论文 2 脉象信号的采集 21 脉象信号数字化国内外研究概况 2 1 1 国外研究概况 国内外在提取脉象图形方面已经开展了大量的工作，先后研制了不同种类的传感器 及测量设备获得脉象波形。 1 8 6 0 年法国的v i e r o r d t 研制出第一台弹簧杠杆式脉搏描记器，使脉象研究由示意目 阶段进入示波图阶段。由此可见，国外早就意识到脉诊客观化的重要意义，并进行了脉 诊客观化的研究。1 9 5 3 年日本藤田六朗教授用麦杆法、电振法和羽毛法试图使脉诊客观 化【1 4 1 ，并详细讨论了其结果和经络动向的一致性。之后，随着把脉搏搏动变换为电信号 的传感器的出现以及各种低噪声，品质优良的放大器的开发大大加速了这种研究的进 程。1 9 7 8 年竹之内诊左夫用压力传感器测出桡动脉波，并试用于临床。1 9 8 2 年松本勋 用自己设计的传感器制成了脉波计也在临床进行了试用。限于当时的技术水平，竹之内 诊左夫、松本勋等用的传感器所检测到的波形与实际脉动不一致，且检测到的脉搏图基 线也不稳，分辨能力低。在此基础上，冈田腾【”】使用一种新开发的压电陶瓷作为可适用 于浮、中、沉三种压力检测的传感元件，并用此陶瓷型压力传感器描述了6 种与脉象对 应的脉搏图形，分析后得到比较满意结果。其后波形的放大，灵敏度的设置和记录时间 的控制采用衰减器和二路便携式心电图机来调节。美国j o h n h l a u b 受中医脉诊启示设 计了脉搏记录仪。将一小型压力传感器和一张力计式传感器紧贴在一起，制成探测不同 压力下脉搏波动的感受装置，可将三个感受装置固定在手套中的三个指尖处，同时描记 寸关尺三部脉波。石山仁【”1 等利用手术的胶皮手套，把半导体应变计贴于手指部位，作 为检测脉波的脉波计。该装置用2 5 m a 的稳定电流启动，应变灵敏度1 4 2 8 m v ，放 大倍数为7 0 ，脉波变化的输出电压为l 2 v 左右。作者用此种脉波计测定了2 0 4 0 岁 健康人的六部定位脉波，并将检测出的脉波记录于描笔式记录仪上。藤田六郎【l7 j 研制出 不接触诊脉部位就能测出最大脉波的光电管容积脉诊仪，并用日本光电k k 超声波脉 诊仪进行了实验，证实了作者提出的存在1 0 种体型的可能性，同时还确认了在脉珍部 9 中北大学学位论文 位有五行循环的存在。由此可见，国外对脉搏波的研究，在仪器上f 朝着超声显像方面 发展，脉搏图也进入了由波示图到声像图的研究新阶段。 21 2 国内研究概况 我国脉诊客观化的研究始于五十年代，不少学者试图应用描记腕部桡动脉脉搏图的 方法来解决这个问题，并对多种脉进行了脉图描记和分析。但是限于当时的仪器水平， 描记出的图形较小，而且不够清晰，有的甚至失真，未能取得较大的进展。然而它清楚 地说明了脉象信息是可以用仪器做客观记录的，并且各种脉象的不同信息，也可以在描 记的图形中有所反映，这就为后继者指明了继续研究的方向。 到了七t 一年代中期，国内天津、上海、贵州、江西等地相继成立了跨学科的脉象研 究协作组，多学科共刷合作促使中医脉象研究工作进入了一个新的境界m 】。同时随着机 械和电子技术的发展，国内研制出了一批性能和质量都较好的脉图仪，所描记出的压力 脉图比较清晰、准确，而且有较高的可重复性。应用这些脉图仪己成功地记录出浮、沉、 迟、数、疾、弦、滑、细、微、弱、促、结代等十余种脉象的波形口“，从图形特征上也 可以互相区别。所研制的脉象探头式样很多，有单部、三部、单点、多点式等，接触方 式有刚性接触式、气压式、液态汞、子母式等，组成脉象探头的主要元件有应变片、压 电晶体、硅压力传感器、光敏元件、p v d f 压电薄膜等，当时以单点单部应变片式最为 广泛。如北京的b y s 一1 4 型脉象仪，采用半导体应变片式压力传感器，可同步描记心 电、速率、时差、脉象，基本反映了脉象的频率、节律、幅度、幅度压力变化率、心 电脉搏时差等信息。但许多精细的触觉特征，传感器难以模仿。比如，脉象的长短主要 从血管的纵向移位来反映，这在手指切脉时是能被感受到的，但在脉图上却反映不出来。 因为血管的轴向移动方向与传感器应变片平行，所以不能被感受到。 八十年代初，天津医疗器械研究所的魏韧提出多因素脉图识别法8 1 ，并采用七个平 行悬臂粱加应变片的结构研制出m t y - a 型脉图仪，该脉图仪除显示传统的压力脉波图 以外，增加了脉管粗细图和脉位趋势图。后来，李景唐对这种方法作了进一步的论证， 并研制出m x 一5 型多功能中医脉象仪【l ，该仪器除了可描记上述三张图外，又增加了一 张脉率趋势图，利用这四种图设计出2 7 种脉象图谱，但未见后继报道。1 9 8 4 年中国医 1 0 中北大学学位论文 科院生物医学工程研究所的陈先农、罗致诚在一个手指大的面积上，沿桡动脉的纵向布 置了三个平行的悬臂粱加应变片的结构，得到了有意义的结果。我国台湾与加拿大学者 用频谱分析法研究中医脉象，用电容传声器作为换能装置，联接电子计算机，绘出脉谱 图，并对中医寸口脉与脏腑相关理论进行了论证。在把电子计算机运用到脉诊研究方面， 台湾汪叔游教授【2 0 做了大量工作，1 9 8 1 年完成硬件分析电路，用8 7 4 8 微电脑代替体积 庞大的多频道记录仪，1 9 8 4 年选用e n t r a r 小型压力转换器，并配合使用苹果i i 号电脑 完成有关研究。1 9 8 5 年浙江大学科仪系的郑行一报道【2 1 1 ，其从仿生学的观点出发，模 仿人的手指触压感觉研制出- t 0 多维脉象检测系统该系统采用压电薄膜p v d f 作为传 感材料，在手指有效接触面积上制作了7 3 敏感点阵，由此设计出2 1 路脉象换能器， 在寸、关、尺的三部不同位点，可同时描记出6 3 道压力脉图，对脉搏进行多维分析， 使脉象研究从波式图阶段进入声像图阶段，并建立了计算机联机脉图处理系统，更精确 地反映脉象的各种变化。 近年来，国内己研制出许多种性能各异的脉诊仪。脉诊仪区别最大的就是传感器。 传感器可分为压电式、压阻式、电磁式、光电容积式、炭粒式、超声波式、光纤探头式 等多种。胡家宁【2 2 】等研制了三头式仿中医脉象传感器，并在临床进行了实际应用，得到 满意的测试结果。此外，柳文仪口3 j 等用二维及彩色多普勒的方法直接观察脉管管径、壁 的厚度、充盈情况、血流频谱情况等，认为是对脉象客观化、科学化研究的新方法。中 国医学科学院生物医学工程研究所研制出中突型三探头传感器以及测寸口桡动脉弯曲 振动的传感器。后来他们又研制成一种能测定表浅动脉运动和截面变化的仪器。这些仪 器都从寸口拾取脉搏信息。吉林工业大学【2 4 】采用光纤传感器研制了光纤探头脉象仪。但 从其检测到的健康人与病人的脉象图来看，各个波形分辨不是很明显。清华大学金观昌 ”5 j 等提出了一种新型压电薄膜( p v d f ) 多点脉搏波计算机辅助测试系统，它包括多点 p v d f 传感器、多点信号放大装置、以及数据采集系统。系统采用p v d f 作为传感元件， 配有两种型号的传感器，i 型传感器可用于测量寸、关、尺三部脉搏波形的不同变化， i i 型传感器用于测量脉搏波沿血管横截面方向各个点的不同，以得到脉图沿血管横向的 变化规律。系统软件可显示各种脉图，实现多点动态实时测量，并能对脉图进行频谱分 析和数字滤波。上海中医药大学汤伟昌 2 6 , 2 7 1 在单探头z m h i 型中医脉象传感器基础上 又研究设计了一种双探头复合式脉象传感器。该传感器有别于单探头脉象传感器，它能 中北大学学位论文 溅取中医躲浆镶号中有关力学参数撵拣。传蒜爨豹灵敏度定为5 0 m v n ；线瞧藏嚣为0 - - 3 n ；图有潺蔹颓率大予t k h z 。选餍镀鬻铜佟为弹羲粱榜辩f 弹佼模薰e = i 3 1 1 0 k g m ) 。 应变电压转换元件选用美国e n t r a n 公司生产的半母体应变计，报道其性能稳定、灵敏 疫纛。 2 0 0 t 年信惑产监帮电子繁匿十丸研究所静张东青渊缀逶在传统僚感嚣蒸蕊上磷露 出一融毅型基检躲搏传感器，英采髑弧甄接触菡形敏感头仿人芋糖搽触状态，可尽量减 少两边支撵溪豢滚懿予撬，确保潦确溅豢鬟辣撼滚。簧惑嚣经鹱缀标为：灵敏凄 l m v k p 。；颓响 3 0 0 h z ；线径度 1 ，位移步长0 ，m ，t z ，由此得到的离散小波 妒。o ) = s o “2 妒( f n “a ) 卅，n z ( 3 6 ) 1 8 中北大学学位论文 因此得到f ( t ) 的离散小波变换( d w t ) ： 弓( 脚，月) 2 上邝) ，。( f 妙 (