計(jì)算機(jī)脈象儀的研制與脈象識(shí)別

瞿昊宇，謝夢(mèng)洲，瞿年清，劉旺華，賀 妍，楊 浠

（1.湖南中醫(yī)藥大學(xué)中醫(yī)診斷研究所，湖南 長(zhǎng)沙410007；2.中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙410007）

脈診是中醫(yī)診察疾病的重要方法，在臨床上具有重要的指導(dǎo)意義。醫(yī)生診病一般是用聽診器和手指來(lái)聽心律及切脈，或者連接“心電圖”機(jī)作進(jìn)一步的檢查，危重病人還要用“心電圖”機(jī)進(jìn)行心律監(jiān)護(hù)。聽診器和手指切脈結(jié)果不客觀，“心電圖” 機(jī)連接起來(lái)需寬衣解帶，亦常不便。鑒于此，作者通過(guò)研制的“計(jì)算機(jī)脈象儀” 和高靈敏度觸覺傳感器（專利號(hào)：ZL20052005287，ZL2006200498179） 脈博探頭兩者結(jié)合在一起，通過(guò)一定的方法把脈搏信息描記成便于分析的直觀曲線圖形，即脈搏波形圖，簡(jiǎn)稱為脈圖，完整描記出人體脈搏信息，實(shí)現(xiàn)脈診的客觀化和計(jì)算機(jī)分析的自動(dòng)化。

1 計(jì)算機(jī)脈象儀的原理

計(jì)算機(jī)脈象儀是通過(guò)纏繞在橈動(dòng)脈寸口部高靈敏度觸覺傳感器與普通計(jì)算機(jī)麥克風(fēng)接口相連，實(shí)現(xiàn)電腦聽診、診脈和人體心血管檢測(cè)。

一般脈象儀將人的脈搏信號(hào)經(jīng)傳感器采集，再通過(guò)A/D 轉(zhuǎn)換等電路，然后再進(jìn)行數(shù)字分析和處理。它們都是由傳感器、信號(hào)放大器、檢波或?yàn)V波裝置、A/D 轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、示波器、記錄儀、計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)等部件組成。目前常見的脈象儀傳感器主要有壓力傳感器、光電式脈搏傳感器[1]等，這種脈象儀的缺點(diǎn)是成本高，而且可靠性一般。雖然促進(jìn)了脈象客觀化研究，但由于影響因素較多，臨床應(yīng)用局限，至今未能廣泛應(yīng)用。

電腦麥克風(fēng)接口相當(dāng)于計(jì)算機(jī)的“耳朵”，脈搏探頭產(chǎn)生的脈搏信號(hào)可以由計(jì)算機(jī)話筒接口電路及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。計(jì)算機(jī)脈象儀將“高靈敏度觸覺傳感器”直接接入電腦，利用個(gè)人計(jì)算機(jī)的各種硬件（如，顯示、打印、存儲(chǔ)）和軟件資源進(jìn)行脈象的數(shù)字分析和處理，取代普通脈象儀中要用到的信號(hào)放大器、檢波或?yàn)V波裝置、A/D 轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、示波器、記錄儀，既降低了成本又提高了脈象儀的可靠性和技術(shù)水平，自動(dòng)準(zhǔn)確的確定中醫(yī)的遲、數(shù)、弦、滑、澀、細(xì)、虛、實(shí)、結(jié)、促、代等常見脈象[2]，并且能代替聽診器用于測(cè)定人體血壓[3]，了解心血管的功能狀態(tài)，以及血液循環(huán)、微循環(huán)狀態(tài)。

2 高靈敏度觸覺傳感器的特點(diǎn)

多年以來(lái)，人們以電學(xué)換能途徑，如壓電晶片式、電磁式、應(yīng)變電阻式、液態(tài)換能式、阻抗式、光電換能式等，開展了中醫(yī)脈搏儀的研制和脈圖的研究。國(guó)內(nèi)先后研究使用較多的中醫(yī)脈象儀有DhG-2 型氣壓電阻脈象儀（大連）、MX-3 型[4]、ZM-Ⅰ型中醫(yī)脈象儀（上海）、MX-811 型脈象儀（南昌）、Bys-14 型心電脈象儀（北京）[5]、光電血管容積脈圖儀[6]等十余種。雖然所用探頭有別，但其機(jī)電換能原理基本類似，都是基于應(yīng)變片電阻式的傳感器。其主要原理是脈搏的起伏帶動(dòng)傳感器觸頭的微小移動(dòng)，進(jìn)而使用變片變形和應(yīng)變電阻的阻值變化，最終產(chǎn)生電信號(hào)的改變。

高靈敏度觸覺傳感器脈搏探頭 （實(shí)物見圖1），與上述應(yīng)變片式傳感器相比在結(jié)構(gòu)和原理上完全不同。其核心為一駐極體電容，俗稱咪頭。駐極體電容是通過(guò)其電容兩極極板的微小變化來(lái)導(dǎo)致電信號(hào)的變化，并且該電容與一駐極體三極管緊密連接在一起將微弱的電信號(hào)就地放大，因此其靈敏度很高。咪頭主要是用作話筒實(shí)現(xiàn)聲電轉(zhuǎn)換的，當(dāng)然不能直接作為脈搏傳感器。作者正是將駐極體電容密封在一空氣腔中并設(shè)計(jì)出一薄膜窗口才發(fā)明出了高靈敏度觸覺傳感器，同時(shí)申報(bào)和獲得了專利。

圖1 高靈敏度觸覺傳感器脈搏探頭

3 計(jì)算機(jī)脈象儀脈象辨識(shí)方法

作者發(fā)明計(jì)算機(jī)脈象儀后，根據(jù)波形圖研制了相應(yīng)的識(shí)別軟件，用于脈象信號(hào)的采集、記錄保存及脈象的自動(dòng)識(shí)別。由于計(jì)算機(jī)脈象儀使用高靈敏度觸覺傳感器作為脈搏探頭，其脈波信號(hào)強(qiáng)、波形客觀完美，脈搏信息完整。圖2是用計(jì)算機(jī)脈象儀采集的脈波周期圖，圖中已經(jīng)轉(zhuǎn)換成習(xí)慣的應(yīng)變片電阻式脈圖，它和MX-3 型及ZM-Ⅰ型中醫(yī)脈象儀完全一致而波形更趨精準(zhǔn)和完美。

圖3為計(jì)算機(jī)脈象儀脈象自動(dòng)識(shí)別參數(shù)校準(zhǔn)設(shè)置表。圖中一目了然的反應(yīng)出弦、滑、澀、實(shí)、虛、浮等脈的判別參數(shù)及其原理[7]。

圖2 計(jì)算機(jī)脈象儀采集的脈波周期圖

圖3 計(jì)算機(jī)脈象儀脈象自動(dòng)識(shí)別參數(shù)校準(zhǔn)設(shè)置圖

參考《中醫(yī)診斷實(shí)驗(yàn)方法學(xué)》[8]一書中介紹的常見病脈的脈圖特征及相關(guān)參數(shù)，軟件對(duì)涉及到的各類脈象值進(jìn)行了設(shè)定。

例如，當(dāng)脈波下降支D2的幅度小于設(shè)定值35時(shí)，脈象被自動(dòng)識(shí)別為弦脈。又如，當(dāng)收縮波周期T1大于設(shè)定值40 而脈波上升支U2的幅度大于上升支U3時(shí)，脈象被識(shí)別為滑脈；當(dāng)脈波下降支D1的幅度大于設(shè)定值57 時(shí)，脈象被自動(dòng)識(shí)別為浮脈。圖3說(shuō)明，用計(jì)算機(jī)脈象儀來(lái)完成脈象的識(shí)別簡(jiǎn)單有效，而且結(jié)果也準(zhǔn)確。

[1]燕海霞，王憶勤，李福鳳.中醫(yī)脈象傳感器的研究進(jìn)展[J].上海中醫(yī)藥大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，19(1):62-64.

[2]費(fèi)兆馥.中國(guó)脈診研究[M].上海:上海中醫(yī)學(xué)院出版社，1991.

[3]瞿年清，謝夢(mèng)洲.脈搏波形釋義[J].中國(guó)中醫(yī)藥信息雜志，2007，14(6):3-4.

[4]費(fèi)兆馥.現(xiàn)代中醫(yī)脈診學(xué)[M].北京:人民衛(wèi)生出版社，2003.

[5]黃獻(xiàn)平，李冰星.BYS—14 型心電脈象儀與MX-81l 型脈象儀的比較[J].湖南中醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)，1999，19(1):66-67.

[6]張渝寒.光電血管容積脈圖儀.中醫(yī)藥工程研究與應(yīng)用[M].中國(guó)中醫(yī)藥出版社，1992:122.

[7]瞿年清，謝夢(mèng)洲.脈搏波與心血管血液循環(huán)[J].中國(guó)中醫(yī)藥信息雜志，2008（1）:8-9.

[8]袁肇凱.中醫(yī)診斷試驗(yàn)方法學(xué)(第2 版）[M].北京: 科學(xué)出版社，2007：102-103.