關(guān)于脈診客觀化研究中脈搏波測(cè)量的思考*

劉力 劉奇 苗玉清 楊曉航 喬海法 史宇兵**

(1.陜西中醫(yī)藥大學(xué)/陜西中醫(yī)診療技術(shù)裝備研發(fā)協(xié)同創(chuàng)新中心,陜西 咸陽(yáng) 712046;2.廣東省新黃埔中醫(yī)藥聯(lián)合創(chuàng)新研究院,廣東 廣州 510000)

脈診作為中醫(yī)四診之一,在中醫(yī)臨床實(shí)踐中發(fā)揮著重要作用。作為相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的整理和總結(jié),《內(nèi)經(jīng)》《脈經(jīng)》等中醫(yī)經(jīng)典中對(duì)不同生理病理情況下的脈象特征基于診脈者的直觀觸覺(jué)感受進(jìn)行了詳盡的主觀描述。隨著中醫(yī)藥現(xiàn)代化進(jìn)程不斷加快,科學(xué)、客觀、精確化的科研范式已成為歷史需要,中醫(yī)藥科研工作者致力于將中醫(yī)傳統(tǒng)理論與現(xiàn)代技術(shù)有機(jī)結(jié)合,不斷嘗試運(yùn)用現(xiàn)代工程學(xué)的方法測(cè)量和分析脈象,對(duì)傳統(tǒng)脈學(xué)理論和實(shí)踐進(jìn)行科學(xué)解讀。在過(guò)去的數(shù)十年間,相關(guān)研究成果大量涌現(xiàn),并已匯集成業(yè)內(nèi)有影響的代表著作[1-2],極大豐富了我們對(duì)于傳統(tǒng)脈學(xué)理論的認(rèn)知和理解。

現(xiàn)代脈診學(xué)從血流動(dòng)力學(xué)的角度認(rèn)識(shí)脈象,記錄不同正常和疾病狀態(tài)下患者寸口處的脈搏波波形進(jìn)行分析,以深入理解脈象的成因及其與疾病狀態(tài)的關(guān)聯(lián)性?？v觀當(dāng)前基于醫(yī)工結(jié)合方法所開(kāi)展的脈學(xué)研究工作,我們?cè)谫潎@研究人員所取得的巨大成就的同時(shí),對(duì)于具體工作中關(guān)于脈搏波測(cè)量指標(biāo)的特性與選擇,以及脈搏波與脈象之間的關(guān)系有一些思考,愿與學(xué)者在此討論,期望有助于推動(dòng)中醫(yī)脈診研究的進(jìn)一步發(fā)展。

1 描述脈搏波的指標(biāo)變量

脈搏波是心臟搏動(dòng)以及血管的形狀和特性變化對(duì)血流狀態(tài)造成的擾動(dòng)在動(dòng)脈血管中的傳播。它是一種運(yùn)動(dòng)形式,是自然存在的,具有彼此關(guān)聯(lián)而且相互影響的多方面特征(如血壓、血流量、血流速度、血管截面積、血管位移、血管壁張力等的變化),而其中的每個(gè)特征都不能全面代表脈搏波的整體。采用特定的描述變量來(lái)觀測(cè)脈搏波的某一特征,就會(huì)得到對(duì)應(yīng)于脈搏波該特征的具體響應(yīng)。描述變量選擇不同,則得到的響應(yīng)數(shù)據(jù)不同。從血壓的角度來(lái)觀察,使用壓力傳感器進(jìn)行測(cè)量,就會(huì)測(cè)得壓力波;從血流量或者血流速度的角度來(lái)觀察,使用流量計(jì)或者超聲設(shè)備進(jìn)行測(cè)量,就會(huì)得到流量波或者速度波;從血管截面積、截面直徑或者血管位移的角度來(lái)觀察,使用光電容積測(cè)量設(shè)備或者核磁共振、CT、及超聲設(shè)備來(lái)測(cè)量,就會(huì)得到截面積、截面直徑或位移隨觀察時(shí)間和位置的變化情況(這也可以看作是一種波)。血壓、血流量、血流速度、血管截面積等這些指標(biāo)變量各自反映了脈搏波的某個(gè)側(cè)面的信息,它們之間因?yàn)榉牧黧w力學(xué)規(guī)律以及血液、血管的材料特性的約束而彼此關(guān)聯(lián)且相互影響,但是不能彼此代替。它們都攜帶著患者的生理病理信息,但是表征的明顯程度有差異,測(cè)量的難易程度也有差異。其中,壓力波的測(cè)量最簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)而且精確度高,對(duì)生理病理信息的展示也最直觀和明顯;流量波和速度波次之;測(cè)量血管截面積、截面直徑、位移則需要較昂貴的設(shè)備,測(cè)量精度差,而且這些信號(hào)本身的變化幅值小,所以對(duì)生理病理信息的展示也比較隱晦。因此,脈搏波研究中大多數(shù)情況下主要關(guān)注于壓力波的測(cè)量和分析,有時(shí)候按需要輔以流量波的測(cè)量,對(duì)速度、截面積、截面直徑、位移這些指標(biāo)變量較少使用。

2 脈象信號(hào)的表征

中醫(yī)在寸口或其他特定部位診脈,獲得的是動(dòng)脈的搏動(dòng)信息[1]。開(kāi)展脈象的現(xiàn)代化和客觀化實(shí)驗(yàn)研究首先要明確脈象信號(hào)的表征形式。我們認(rèn)為,脈象是觸診時(shí)診脈者通過(guò)指端觸覺(jué)所感知到的患者寸口處的皮下搏動(dòng)運(yùn)動(dòng)在診脈者頭腦中形成的對(duì)患者脈搏狀態(tài)的感受、印象及判斷?；颊哐軆?nèi)的壓力波動(dòng)引起血管壁的漲縮運(yùn)動(dòng),經(jīng)由患者寸口皮膚與診脈者指端皮膚各自的變形和相互接觸,傳遞到診脈者的指端觸覺(jué)神經(jīng),表現(xiàn)為對(duì)指端觸覺(jué)神經(jīng)的機(jī)械力學(xué)刺激。所以,脈象的低級(jí)表征形式是指端神經(jīng)感受到的力學(xué)刺激,高級(jí)表征形式是在頭腦中形成的認(rèn)識(shí)和印象。

脈象所關(guān)聯(lián)的是力學(xué)刺激,其來(lái)源是動(dòng)脈血管中的壓力波動(dòng),而不是血流量或血流速度變化。所以,通過(guò)脈搏波來(lái)研究脈象時(shí)需要測(cè)量的是脈搏波的壓力波形而不是流量或者速度波形。有研究者提出,診脈時(shí)探測(cè)的對(duì)象是脈搏波中的速度波,只有速度波才攜帶各組織器官的生理病理信息[3]。該觀點(diǎn)并不準(zhǔn)確。且不說(shuō)指端觸覺(jué)無(wú)法感知速度波,斷言只有速度波才攜帶生理病理信息的說(shuō)法本身就缺乏理論依據(jù)。還有研究者采用彩色脈沖多普勒超聲儀研究高血壓的弦脈,發(fā)現(xiàn)高血壓弦脈組患者的血流最大峰值速度、平均血流速度、血流加速度等均高于非弦脈組患者,由此認(rèn)為多普勒超聲是脈象客觀化、科學(xué)化研究的新方法,應(yīng)予推廣[4]。實(shí)則該研究只能證明脈象與血流速度之間存在某些方面的相關(guān)性,并不能說(shuō)明血流速度足以表征脈象。脈象研究可以輔以血流速度等指標(biāo)變量的分析,但是不應(yīng)該為了另辟蹊徑而忽略以至背離脈搏波壓力波形這一直接表征變量。另外,血流量或血流速度的測(cè)量比壓力的測(cè)量需要更復(fù)雜昂貴的設(shè)備,測(cè)量過(guò)程更加困難,測(cè)量結(jié)果的精度也遠(yuǎn)不及壓力測(cè)量,所以改用超聲血流量或血流速度測(cè)量來(lái)研究脈象還有待商榷。

同時(shí),我們需要認(rèn)識(shí)到脈象是切脈時(shí)脈搏波變化在診脈者頭腦中所形成的主觀感受,并非寸口處的脈搏波本身,而且從頻寬特性、靈敏度等方面來(lái)說(shuō)人的指端觸覺(jué)神經(jīng)的感知特性與傳感器存在較大差別,所以研究者需要注意脈象與脈搏波從內(nèi)容到形式上的差別[5]。雖然目前絕大多數(shù)研究者將測(cè)量和分析脈搏波等同于脈象的客觀化研究,我們必須認(rèn)識(shí)到這只是由于我們?nèi)狈?duì)于神經(jīng)感知和思維認(rèn)知的定量化模型研究而不得不采用的權(quán)宜之計(jì)。以后的脈象研究中需要著力彌補(bǔ)這些感知和認(rèn)知科學(xué)方面的缺陷,并清楚認(rèn)識(shí)脈象和脈搏波之間的關(guān)聯(lián)和差異。

3 脈象信號(hào)的采集

脈象的客觀化實(shí)驗(yàn)研究涉及到對(duì)脈象信號(hào)的采集。這包括傳感器類型的選擇和測(cè)量裝置的開(kāi)發(fā)。如前所述,通過(guò)脈搏波來(lái)研究脈象時(shí)需要測(cè)量的主要是脈搏波的壓力波形。有研究者[6]總結(jié)了中醫(yī)脈象研究所用傳感器的類型,指出目前應(yīng)用的脈象傳感器種類可分為感受脈動(dòng)處壓力變化的壓力傳感器、感受脈管容積變化的光電傳感器、利用聲學(xué)原理拾取脈搏振動(dòng)的傳聲器、以及超聲多普勒檢測(cè)技術(shù)四種。從檢測(cè)技術(shù)的角度來(lái)看,壓力傳感器是通過(guò)應(yīng)變片以及壓電晶體等材料測(cè)量血壓變化的,對(duì)測(cè)量信號(hào)的保真度較高;傳聲器通過(guò)空氣的傳導(dǎo)感知壓力變化,考慮到空氣的壓縮性和慣性,該傳感器會(huì)對(duì)所傳導(dǎo)的信號(hào)產(chǎn)生扭曲和衰減,帶來(lái)一定程度的信號(hào)保真度問(wèn)題;光電容積傳感器是基于患者群體大樣本的血管材料特性,從患者個(gè)體的血管管腔變形來(lái)間接推測(cè)血壓變化的,因此對(duì)其保真度和用于脈象研究的精度需要權(quán)衡;超聲多普勒檢測(cè)主要是用于檢測(cè)血流速度的,它也能測(cè)量血管的管徑變化并由此結(jié)合患者群體大樣本的血管材料特性以間接推測(cè)患者個(gè)體的血壓變化,但是其對(duì)脈搏波信號(hào)的保真度和測(cè)量精度可能難以滿足脈象研究的要求,如果基于血流速度檢測(cè)來(lái)研究脈象則難以與中醫(yī)傳統(tǒng)脈學(xué)理論中的論述相對(duì)照。

關(guān)于脈象信號(hào)的測(cè)量方法,筆者認(rèn)為可以參照現(xiàn)代醫(yī)學(xué)工程研究中的血壓波形測(cè)量方法,現(xiàn)代醫(yī)學(xué)工程研究在這方面已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。Mukkamala等[7]和Li等[8]詳細(xì)介紹了這方面的技術(shù)發(fā)展,國(guó)內(nèi)學(xué)者[9]也對(duì)此進(jìn)行了概述?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)工程研究在使用經(jīng)典血壓測(cè)量法如袖帶式示波振蕩測(cè)量法和應(yīng)變片張力測(cè)定法進(jìn)行無(wú)創(chuàng)精確血壓測(cè)量以及信號(hào)濾波降噪處理等方面做出了良好的示范,近年來(lái)對(duì)于無(wú)袖帶式血壓間接測(cè)量法也進(jìn)行了很多卓有成效的探索。雖然脈象研究涉及三部九侯的信號(hào)采集因而比醫(yī)學(xué)工程中對(duì)血壓測(cè)量的要求更復(fù)雜,但從脈搏波測(cè)量的角度來(lái)說(shuō),現(xiàn)代醫(yī)學(xué)工程研究所積累的這些成熟經(jīng)驗(yàn)值得脈象研究人員借鑒。

脈象測(cè)量裝置的開(kāi)發(fā)則涉及基于上述傳感器而構(gòu)建完整的脈象采集系統(tǒng),完成從測(cè)量點(diǎn)定位、傳感器充分接觸測(cè)量點(diǎn)、脈象信號(hào)采集、信號(hào)調(diào)理放大、以及信號(hào)記錄存儲(chǔ)分析等一系列任務(wù)。國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)的各種形式的脈診儀基本不離其宗。張曉然等[10]、陳彥坤等[11]、楊培云等[12]對(duì)國(guó)內(nèi)外的脈診儀研發(fā)進(jìn)行了較全面的總結(jié),張紹良等[13]、龔文珠[14]、李甜等[15]從脈診儀的研發(fā)評(píng)析了當(dāng)前中醫(yī)脈診的客觀化研究現(xiàn)狀。許家佗等[16]、乜國(guó)荃等[17]以及其他研究者[18-20]介紹了各自研發(fā)的脈象采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能詳情。目前市場(chǎng)上也有很多脈診儀[21-25]供家庭或研究使用,這些產(chǎn)品中有些[24]是基于手指端的光電容積傳感器測(cè)量的,其余的系統(tǒng)和產(chǎn)品都是測(cè)量寸口處的血壓變化。上述不同系統(tǒng)和產(chǎn)品的主要區(qū)別在于傳感器與測(cè)量點(diǎn)的接觸方式、能夠同時(shí)測(cè)量的探頭數(shù)或通道數(shù)、是否增加了后續(xù)的脈象分析和疾病診斷這些附加功能等。值得注意的是,采用多點(diǎn)陣列式探頭取代早期的單探頭或三探頭進(jìn)行脈象信號(hào)采集,有助于對(duì)脈象變化進(jìn)行更豐富和立體的展示,正在成為脈診儀發(fā)展的新動(dòng)向[25-26]。鑒于脈診儀類設(shè)備在中醫(yī)藥科研和臨床中的重要作用以及該領(lǐng)域的活躍發(fā)展,國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理局專門(mén)制定了《中醫(yī)脈圖采集設(shè)備》的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[27],以規(guī)范和指導(dǎo)此類設(shè)備的研發(fā)和使用。

4 總結(jié)

本文就現(xiàn)代脈診學(xué)研究中對(duì)脈搏波測(cè)量的相關(guān)工作進(jìn)行了分析,認(rèn)為從測(cè)量的便捷性、精度和經(jīng)濟(jì)性的角度來(lái)說(shuō)以壓力波作為脈搏波的指標(biāo)變量是最合適的,將光電容積測(cè)量、血流量測(cè)量、血流速度測(cè)量作為脈搏波的研究主體會(huì)帶來(lái)測(cè)量和分析方面的問(wèn)題。另外,中醫(yī)經(jīng)典中所描述的脈象是診脈者通過(guò)指端觸覺(jué)感受寸口處的脈搏波從而在診脈者頭腦中形成的對(duì)脈搏情況的主觀認(rèn)識(shí)和印象,與脈搏波相關(guān)但是并非脈搏波本身。研究者應(yīng)當(dāng)注意脈象與脈搏波之間的差異。