計算機脈象儀的研制與脈象識別

瞿昊宇，謝夢洲，瞿年清，劉旺華，賀 妍，楊 浠

（1.湖南中醫藥大學中醫診斷研究所，湖南 長沙410007；2.中南大學信息科學與工程學院，湖南 長沙410007）

脈診是中醫診察疾病的重要方法，在臨床上具有重要的指導意義。醫生診病一般是用聽診器和手指來聽心律及切脈，或者連接“心電圖”機作進一步的檢查，危重病人還要用“心電圖”機進行心律監護。聽診器和手指切脈結果不客觀，“心電圖” 機連接起來需寬衣解帶，亦常不便。鑒于此，作者通過研制的“計算機脈象儀” 和高靈敏度觸覺傳感器（專利號：ZL20052005287，ZL2006200498179） 脈博探頭兩者結合在一起，通過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，簡稱為脈圖，完整描記出人體脈搏信息，實現脈診的客觀化和計算機分析的自動化。

1 計算機脈象儀的原理

計算機脈象儀是通過纏繞在橈動脈寸口部高靈敏度觸覺傳感器與普通計算機麥克風接口相連，實現電腦聽診、診脈和人體心血管檢測。

一般脈象儀將人的脈搏信號經傳感器采集，再通過A/D 轉換等電路，然后再進行數字分析和處理。它們都是由傳感器、信號放大器、檢波或濾波裝置、A/D 轉換和數據存儲電路、示波器、記錄儀、計算機處理系統等部件組成。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，這種脈象儀的缺點是成本高，而且可靠性一般。雖然促進了脈象客觀化研究，但由于影響因素較多，臨床應用局限，至今未能廣泛應用。

電腦麥克風接口相當于計算機的“耳朵”，脈搏探頭產生的脈搏信號可以由計算機話筒接口電路及相應的驅動程序進行實時采集。計算機脈象儀將“高靈敏度觸覺傳感器”直接接入電腦，利用個人計算機的各種硬件（如，顯示、打印、存儲）和軟件資源進行脈象的數字分析和處理，取代普通脈象儀中要用到的信號放大器、檢波或濾波裝置、A/D 轉換和數據存儲電路、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水平，自動準確的確定中醫的遲、數、弦、滑、澀、細、虛、實、結、促、代等常見脈象[2]，并且能代替聽診器用于測定人體血壓[3]，了解心血管的功能狀態，以及血液循環、微循環狀態。

2 高靈敏度觸覺傳感器的特點

多年以來，人們以電學換能途徑，如壓電晶片式、電磁式、應變電阻式、液態換能式、阻抗式、光電換能式等，開展了中醫脈搏儀的研制和脈圖的研究。國內先后研究使用較多的中醫脈象儀有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，但其機電換能原理基本類似，都是基于應變片電阻式的傳感器。其主要原理是脈搏的起伏帶動傳感器觸頭的微小移動，進而使用變片變形和應變電阻的阻值變化，最終產生電信號的改變。

高靈敏度觸覺傳感器脈搏探頭 （實物見圖1），與上述應變片式傳感器相比在結構和原理上完全不同。其核心為一駐極體電容，俗稱咪頭。駐極體電容是通過其電容兩極極板的微小變化來導致電信號的變化，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就地放大，因此其靈敏度很高。咪頭主要是用作話筒實現聲電轉換的，當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計出一薄膜窗口才發明出了高靈敏度觸覺傳感器，同時申報和獲得了專利。

圖1 高靈敏度觸覺傳感器脈搏探頭

3 計算機脈象儀脈象辨識方法

作者發明計算機脈象儀后，根據波形圖研制了相應的識別軟件，用于脈象信號的采集、記錄保存及脈象的自動識別。由于計算機脈象儀使用高靈敏度觸覺傳感器作為脈搏探頭，其脈波信號強、波形客觀完美，脈搏信息完整。圖2是用計算機脈象儀采集的脈波周期圖，圖中已經轉換成習慣的應變片電阻式脈圖，它和MX-3 型及ZM-Ⅰ型中醫脈象儀完全一致而波形更趨精準和完美。

圖3為計算機脈象儀脈象自動識別參數校準設置表。圖中一目了然的反應出弦、滑、澀、實、虛、浮等脈的判別參數及其原理[7]。

圖2 計算機脈象儀采集的脈波周期圖

圖3 計算機脈象儀脈象自動識別參數校準設置圖

參考《中醫診斷實驗方法學》[8]一書中介紹的常見病脈的脈圖特征及相關參數，軟件對涉及到的各類脈象值進行了設定。

例如，當脈波下降支D2的幅度小于設定值35時，脈象被自動識別為弦脈。又如，當收縮波周期T1大于設定值40 而脈波上升支U2的幅度大于上升支U3時，脈象被識別為滑脈；當脈波下降支D1的幅度大于設定值57 時，脈象被自動識別為浮脈。圖3說明，用計算機脈象儀來完成脈象的識別簡單有效，而且結果也準確。

[1]燕海霞，王憶勤，李福鳳.中醫脈象傳感器的研究進展[J].上海中醫藥大學學報，2005，19(1):62-64.

[2]費兆馥.中國脈診研究[M].上海:上海中醫學院出版社，1991.

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

[4]費兆馥.現代中醫脈診學[M].北京:人民衛生出版社，2003.

[5]黃獻平，李冰星.BYS—14 型心電脈象儀與MX-81l 型脈象儀的比較[J].湖南中醫學院學報，1999，19(1):66-67.

[6]張渝寒.光電血管容積脈圖儀.中醫藥工程研究與應用[M].中國中醫藥出版社，1992:122.

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

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