新型遠程穿戴式脈診設備的現狀與未來展望

王叢叢，王萍，李俊

青島市市立醫院 普外科，山東 青島 266000

引言

伴隨著醫療設備研發水平的革新，新型的醫療設備不斷涌現，各種新形態新穎的脈診設備應運而生，該裝置應用場所十分廣泛，如：遠程會診、冠狀動脈造影檢查、結腸癌患術后檢測、慢性疾病檢測、心肺功能檢測、健康人群體質情況檢測等，在對普外科患者進行輸液后脈率監測方面已投入應用[1]，然而收效甚微。通過對新型遠程可穿戴式脈診設備的現狀與未來展望進行研究，能促進新的醫學脈象診斷技術前進，為遠程會診及治療提供廣闊前景。

回顧相關研究工作，盡管脈診設備的現階段應用效果不盡人意，然而在國家醫療設備層面對于這種無創診斷儀的政策支持下，其優越性依然突顯，并賴于脈象傳感元件的迭代診斷技術及結合先進技術和新技術成果涌現出許多新型遠程的、可穿戴的、便攜的脈診設備。如王東等[2]通過基于系統的代碼仿真構建的醫療脈象比擬背景狀況診斷系統，初步設計了醫學用的脈診設備的系統頂層框架，該構造具有臨床意義。李福鳳等[3]選取63例患者經脈象檢查系統進行冠狀動脈X線檢查，采用時域分析方法檢索患者的動脈圖參數，分析其動脈圖參數與病理改變的相關性，其結果表明，冠狀動脈狹窄程度和動脈圖譜參數h3/h1、w1/t、h3、t5及當前t4相關，其中w1/t相關最強。對冠狀動脈患者14例植入物支架術后的護理跟進采用脈象分析儀發現，82%的冠狀動脈患者術后C3模擬顯示得到一定的改善，脈象圖為緩和的狀態，逼近于正常人的指示[4]。另外，不斷收集普外科病患者圍繞治療脈沖狀態的臨床信息，其結果表明：在治療過后較治療前在反映血流變化方面的參數值有顯著差異[5]。

該研究領域目前雖取得一定進展，但在脈象研究中，由于使用的檢測設備種類較多、重量大，而且信號采集與分析的方法多樣及參數標準不一，導致所采集脈象數據有別、重復性不好、不便攜、效果未能形成統一的脈象圖譜及參數標準。基于此，研究通過對新型遠程可穿戴式脈診設備現狀與未來展望的深入分析，就不同脈診設備性能及與病理之間的關聯，分析其有效性、便利性和特異性，為下一代診斷儀提供有效指引，以期能準確體現脈診的六部合參理念，使其結果滿足臨床的實際需求。

1 分析脈診設備的發展現狀

國務院發布的關于《國家醫療衛生系統（2015—2020年）服務體系規劃綱要》中提議，積極應用移動互聯網、物聯網技術和可穿戴式設備結合等新技術，促進全民智能醫療服務[6]。人工智能下的可穿戴式設備將現代科學技術與狀態遷移圖式脈象診斷的悠久原理相結合，給人們的健康帶來了更多便利。其中胡遠峰[7]在進行脈象診斷醫學機理研究的前提下，通過人工智能的設想進行了可穿戴式的脈象診斷儀的開發，將醫學上遠程脈象診斷+智能技術+物聯網技術有機融合，繼而成為一種新型運程可穿戴式的脈象儀產品。

1.1 傳統脈診設備的研究

傳統的脈象診斷儀為以脈搏傳感元器件、無線互聯網技術等與物聯網相結合而成的遠程脈象采集儀。其理想狀態是遠程診斷，捕獲患者的病狀，并經由專家會診分析，實現遠程在線就診服務。當下無線互聯會診、網上醫院等都能通過遠程可視、音頻等來實現，然而遠程“切脈”的診斷手法相對困難，其必須基于新一代脈沖傳感器技術來獲得更為實際的信息。但目前很少有關于脈象遠程采集設備方面的研究，因為與“望、聞、問”三診不同，醫生和患者無需接觸即可進行遠程診斷，而“脈象”診斷是一種動態接觸診斷的過程。傳統的脈象診斷儀只是局限于一些類似脈象簡易收集系統，是利用線性電動機上下移動、往復運動并產生類似脈沖的搏動來仿真患者的脈跳頻率與幅值等，沒有獲取患者的深層病理參數及血流狀況等，因此會診效果不理想。而后王東等[8]以系統代碼仿真構建的醫療脈象比擬背景狀況診斷系統，初步設計了醫用的脈診設備的系統頂層框架，該構造具有一定的臨床意義，為醫學上傳統的脈搏狀態診斷背景系統下的實現建立了推理基礎。

1.1.1 發展概況

傳統遠程脈象診斷設備需要符合科學準則，如何使醫學上“切診”思維有效參與脈象分析這一過程，脈象數字化研究一直存在瓶頸。后來佘延超[9]針對“切診”思維設計出一款更好的遠程脈象診斷系統。此設備系統架構上分別設有醫師和用戶兩個端口，由脈象狀態采集和按壓手法的探針效應器選擇設計而成，通過數字電路和可編程器的結合等完成地新一代遠程脈象診斷儀。它的創新點是通過患者的脈搏狀況和醫生的遠程手法及運動軌跡的采集，能近似醫生“切脈”模擬的方式為病患診斷，從而對中醫脈象診斷過程進行友好地還原，其奠定了中醫背景下遠程“切脈”診斷系統臨床實踐的基礎。這里由于要解決對患者遠程進行自動準確定位脈門的靶向難題存在，所以王致遠[10]提出了一種基于蛇形路徑的機構來對用戶進行自動鎖定脈門再進行遠程“切診”的分體式儀器。這種設備機制架構也設置有醫師與病患兩個端口，只要患者手腕戴上裝載有氟乙烯材料的傾斜薄膜壓電探頭，伺服舵進行運作，通過醫師端壓電陶瓷感應裝置，音圈電機起效，進而探脈并收集信息。這種“切脈”診斷儀的新穎之處是在于對腕脈和脈搏狀態的自動識別，這為后來遠程醫療服務提供了技術支持。

對于傳統脈診設備如何實現高仿生“切脈”診斷手法的還原問題，陳文會等[11]研發出一種基于STM32的脈象采集與遠程仿真系統，其基于壓阻式脈沖感應元器件，并以液壓泵壓力狀態來模擬出距離傳感脈沖為機理，再進行視頻對話的配置。通過進行深入測試并驗證后發現，該設備能夠達80%的“切脈”診斷手法還原率，其人工智能的進化有可能重現我國“懸絲診脈”的精湛醫術。

1.1.2 應用現狀

針對傳統脈診設備研究的應用，馬凱文[12]用氣化背景方式（電脈象儀）收集了50例結腸癌患者術后與50名正常患者的脈象參數狀況進行詳細的對比研究，得出患者的生理參數與脈搏狀態存在五種正相關系的結論。例如化療前的患者脈搏位于弱脈搏與正常脈搏之間，化療后有副反應的患者會出現脈搏減少了，脈搏狀態能改變血細胞或血小板，脈象的狀態變成弱脈象；而紅細胞內運輸氧的特殊蛋白質HGB的表現量衰減下，脈搏的顫動狀態將改變為快速的脈象等。因為當下脈診設備缺乏及療效不足等原因導致臨床應用和獲得數據突顯匱乏，遠程脈診設備的研發應用，還遠遠沒有達到理想的目的。

1.2 新型脈象診斷儀研究發展

1.2.1 發展概況

鑒于傳統遠程脈象診斷儀的效果不佳、不精準、笨重等劣勢，眾多學者提出一種新型遠程可穿戴的脈象診斷儀，具有便攜、實時、在線的脈象診斷功能并通過收集有關人體的脈象等生理的信息進而診斷出病源的跡象，其具有很廣闊的應用性，如對普外科患者進行輸液后脈率的變化監測，將有助于更準確地輸液，使患者得到更安全的治療。瞿昊宇[13]成功地開發了一種以駐極體電容器為核心的腕帶式脈象診斷設備。其核心思維包括：脈搏震動驅使駐極體達到電容大小變化，可以實現原始脈沖的交替采集成像，然后繼續進行脈沖波等的濾波、放大、變換等以獲得脈沖過程的處理數據，以及進行深度地剖析脈象的內在參數特征。該形態下的腕帶式脈象診斷設備的創新之處是使用遠程的便攜式“脈診”裝置采集出用戶脈象參數中的平脈與病脈之間的變化特征。徐維晴等[14]結合便攜式、可穿戴式產品的設計特性，利用壓力醫療設備硬件元件和其他硬件分析與采集軟件結合，設計了一種可穿戴的脈象診斷設備系統，可以實現佩戴舒適、壓力精確、多次采集。楊何[15]選擇了PVDF壓電薄膜作為脈沖傳感器，開發了一種便攜式脈沖診斷儀器系統，該系統可以結合中醫學、仿生學、機械傳動學、傳感技術和計算機技術等來模擬“切脈”的診斷。

張西洋[16]通過采取先進的壓阻式電子感應元器件構造出一款以醫學脈象診斷為手法的遠程采集和專家分析算法的系統。其以目標壓差算法，通過模擬把脈中的浮、中、沉等“探脈”手法，使用Arduino主控芯片來執行信息采集、配置文件功能項目等；利用遞歸配額定律分析平脈、軟脈、弦脈等多種脈象動態信號，最終確定適當的隱含層數和節點。這個系統算法新穎的地方在于，較全面地模擬中醫探脈的手法作遠程診斷。

另外，Jin等[17]針對當下的可穿戴式的脈象診斷儀缺乏加壓功能的弊端而建立了便攜式帶壓力測量系統的設備，其使用傳感器收集脈象信息并通過芯片將其發送到中心服務器上。通過測試成功采集到最佳脈象壓力，連續減壓脈沖波形和輕、中、重壓力下的脈沖波形，具有支持單區和三區脈象采集功能，可以進行單個壓力控制和位置控制等優點。

2 應用現狀

Nie等[18]使用壓電脈沖感應器元件并結合仿真算法分析，使用柔性多孔聚丙烯壓電膜和木質圓柱基底模擬TCM脈象的診斷全過程，并記載了脈象的特征，經過多次的測試，成功測出26名志愿者較為準確的脈象信息。該遠程手持式檢測系統，使用近似模擬算法進行比較，結果表明，閾值近似值0.1可作為平脈（健康脈象）與病脈（患者脈象）間的臨界點。由此可見，便攜式遠程脈象診斷儀由實驗階段向臨床應用階段轉變還有一定的差距。

3 新型脈象診斷儀研究的未來展望

3.1 便攜可穿戴化脈象診斷設計

目前階段的脈象設備總體設計體積過大，不便于攜帶和使用，針對這種情況市場對于便攜式、可穿戴化的脈象設備的需求比較大。金陳玲[19]設計了一種使用壓力傳感器的便攜式三部分體式脈沖采集系統，這種設備可模擬主控終端脈象原理進行信息采集，較過往的設備其附加了加壓泵和安全氣囊的減壓裝置，并設計了組合式脈象采集環以支持一個和多個脈象采集設備工作。此設備的總體體積設計尺寸小，使用便捷、方便穿戴等，充分考慮到家庭生活所需的醫療設施或科研的需求。

Hao等[20]經過長期研究，以一種非侵入性無創傷的新型便捷式遠程脈象診斷儀來監測Ⅱ型糖尿病、高血壓和高脂血癥狀的并發癥患者，并分析脈象波參數來監測糖尿病并發癥的進展癥狀。經驗證該算法的準確率高達96.35%，這款無創的新型便攜式遠程脈象診斷儀是一種低成本、高準確率的糖尿病監測設備，其具有重要的臨床實踐意義，對今后慢性病的監控及診斷具有積極意義。

3.2 多探頭式脈象診斷設計

過去，脈象診斷主要是依靠醫生的主觀感覺和行醫的經驗，判斷結果無疑是受人為的因素影響，而當下研究的新型遠程穿戴式脈診設備并沒有足夠多的科學手段可以再現中醫的“脈診”全程。如何解決“脈診”的“心領神會，心指合一”秘訣，郭思嘉[21]提出了一種基于脈沖診斷客觀性的智能多探頭脈沖診斷儀，其創新機理是實現脈門搜索過程的高精度再現和多維采樣的過程。同時楊杰[22]基于一種適用于脈口診法采集三部分脈象沖全自動數據收集裝置。該脈象采集裝置配有光電脈動感應元器件，可以輕松模擬醫生切壓腕后橈動脈淺表部位以體察脈象變化的脈診方法，其人工智能化設計更加符合傳統的醫學“脈診”手法，可以同時采集三部脈象信號，從而大大提高數據的準確度。

3.3 金氏脈診設備

現階段很多“脈診”相關的設備不能達到臨床的應用效果，究其根本的因素是由于現代化醫療電子裝備與技術要將主觀學術性很強的傳統脈象診斷技藝轉變為客觀手法來實現，存在著相當大的難度。金氏脈學說考慮到人體器官與脈動點、脈象與病理的對應，特征的密度和相應的離散程度以及病變的大小，解決了傳統的脈動學無法準確定位和定量的問題，從而給探索脈象條件的客觀轉變提供了可靠的前提條件，據此脈象診斷儀有著明確的發展客觀理據[23]。

金氏脈診設備的發展主要基于金氏脈學說的客觀理據，在參照前人的基礎上，就脈訣元微的研究細分為脈元，再以脈元為首進行高精度、高靈敏度和高可靠性的設置而成的脈象采集系統。提取出脈象要素后，通過篩選后的特征參數提取脈響應，開發了用于計算機輔助臨床診斷和脈診建模的智能脈象診斷儀器。

4 總結與展望

針對新型遠程穿戴式脈診設備的開發，不但是一個復雜的系統工程，更是一個多關聯的技術工程。其需要結合Wi-Fi網絡合集形成有機的物聯系統，又讓實驗過程測試和專家庫結合，通過醫療平臺可以實現醫療的實質性診斷，有效實現中醫學四診合參的目的，并進一步進行延伸與探索。在現階段該裝置在對普外科患者進行輸液后脈率監測、健康人群體質構成、冠心病脈象研究等方面已投入應用，但效果欠佳。本文針對現狀建議醫學臨床上的脈象診斷設備應加強投入研發，從實質出發，切實打造出符合市場需求的遠程穿戴式脈診產品。醫學脈象儀的發展不應局限于中國傳統醫學思想，更應與臨床需求緊密相關，以求創新和研發為根本。例如，醫學脈象診斷結合病癥形態、主病、太過與不及、宜忌、死證脈候等的關聯應更深入挖掘和創新循證，以期將不同脈象信息與病理相生相克的諸多隱性癥狀之間的聯系整合在一起，從而便于新一代的脈象診斷設備更具有效性、便利性和特異性，為相關疾病的下一步診斷和治療提供臨床的有效參考。

隨著國家政策大力扶持新型無創的脈象診斷等醫療器械產品研發，相信通過專家、學者的不斷探討，值得信賴的下一代遠程可戴式脈象診斷儀一定會有新突破。展望未來結合物聯網技術、云技術、仿生技術、遠程會診手法等能極大地滿足臨床需求，醫用的脈象診斷儀會朝著更輕便化發展，將有望于更好地服務于普外科輸液、慢性病患和老人可穿戴式診斷等需求，為四診合參用于協助遠程會診及治療提供廣闊前景。同時，下一步也可能發展為研發醫療保姆式的機器人以推動智能化人體醫學診療的進展。