中医脉象采集及处理方法的研究进展Word文档格式.docx
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证之常也。
乃有昨日脉浮，今日脉沉，晨间脉缓，夕间脉数，午间脉细，午后脉洪，先
时脉紧，后时脉伏，或小病而见危脉，或大病而见平脉，或全无病而脉异于昔脉，变态
不常，难以拘执。
然既有变故，惟在善用心者，详问其故，核对于先后所诊之脉之证，
则其脉变之由来及新夹之证，皆洞明矣。
苟不详问脉变之故而但据脉立方，鲜不误者。
”
在客观化脉象的过程中，尤其是脉象诊断过程中，应该适当注意这些因素的影响作用，
从而尽可能的做到脉象分析的精确，降低人为误差。
在传统脉诊理论中，对诊脉的长度、取脉的部位和方法等只是作出了定性的描述或
者给出一定的比例，没有明确的统一和量化，受中医师的主观因素影响较大。
至于其各
部脉的确定依据亦没有的明确论述。
同名而不同脉、同脉而不同名、甚至谬误等现象在
脉学著作中普遍存在，这些不足虽然严重影响了脉学的发展和深入研究，但脉诊在中医
诊断中的地位仍然极其重要，究其根源在于脉诊在临床上确有一定的指导意义。
部分医
生依靠经验，能够通过脉象对部分疾病的诊断和治疗作出明确判断，但大都没有对其可
重复性等进行深入研究和科学论述。
由于脉象没有统一的计量和命名，至今，中医脉象
诊断尚没有可靠的统计学资料，故而，对其科学性与否等下结论为时尚早。
5.2.2现有脉象仪进行脉象检测的可重复性研究
近年来，受西医脉搏波形的启示，许多专家试图利用现代科学手段对脉图进行客观
描绘。
经过几十年的不懈努力，开发出单探头、三探头，甚或阵列式分布等各式各样的
脉象仪。
但现有的脉象仪无不是对寸口脉搏取某一点或某一截面进行进行测量，利用时
域、频域等方法对脉搏的变化特点进行分析，以实现脉象量化，其使用价值一直没有得
到认可。
利用现有上海产MZ一mc型单探头脉象仪进行精确定位改装后，对同一志愿者的
左手关部在同等静压力下进行测试，每次检测间隔IOmin，重复10次，利用测试数据，取
频率20Hz，检测10个以上搏动周期，将每10个搏动周期中相对应点的搏动数据叠加后取
均值，重新描绘脉图如下。
由上图可见，在相等取脉压力下，对同一志愿者在同一横截面上的相同点进行检测，
具有一定可重复性，基本能够实现可重复测量的目的，但对不同点进行测量就得到完全
不同的两种脉图，对其脉图分析亦得到两种不同的脉象。
志愿者重新放置手臂，对最强
点进行脉搏检测，得到的脉图不具有可重复性。
选取志愿者左手关部振动最强点进行标一记，，以振动最强点为中心，在周围5xSlnlnZ
范围内把该志愿者左手关部均匀分割成25个区域，根据压力传感器进行压力测量时反
映最大测量力的特点，利用横向和纵向双重定位的方法，从外围向中间依次测量对每个
区域的搏动力进行测量，根据脉搏频率和血流速度对选择点进行适当频域调整，绘制一
个搏动周期内脉搏随时间的整体变化趋势轨迹，如下图所示:
结果讨论:
①图5.1和图5.2是在不改变传感器测量位置和被测试者手臂放置方式
的前提下，进行的操作，其脉图相似，表明脉象检测在一定程度上具有可重复性。
②图
5.1与图5.3之间具有明显差异，说明脉搏在不同点的搏动情况不同，仅选取脉搏部位
的某一点或截面的脉图来研究脉象，无法反应脉搏的全貌，与实际情况出入较大。
③图
5.1和图5.4均是时振动最强点的检测，两图差异明显，表明操作者和被测试者均无法
保证每次的探头和手臂的放置方式和部位与上一次相同，加之个人感觉的差异，亦对检
测结果产生影响，同时也反应出取单一点或截面研究脉象的片面性和规范取脉操作的重
要性。
④图5.5和图5.6之间差异较小，说明从整体研究脉搏，能有效消除随机误差，
是脉象研究的有效方法之一。
总之，中医脉象研究经历了萌芽、发展、总结、再发展、再总结的曲折过程，其理
论日益完善，但其脉象诊断的方法、部位、描述等相关问题均没有客观化的指标，一直
停留在形象描述的阶段，无法形成统一的标准，严重影响了脉诊的推广和研究。
通过上
文的实验可以看出，从“整体”对脉图进行描绘，不仅能够采集到更多的脉搏数据，而
且能够有效消除随机误差，再现中医师指下的感觉，具有良好的可重复性，是脉象客观
化研究的一种新方法。
用此方法开展大样本的临床检测，将使提取脉象既量化又敏感的
指标成为可能，对中医脉象的量化研究，中医脉诊研究将起到积极意义。
5.3脉象仪器检测的抗干扰性研究
抗干扰是仪器设计中的重要问题之一。
由于脉搏信号是弱信号，并且夹杂有许多干
扰波，必须经过滤波、放大等处理后才能开始后期的数据分析处理。
采集到的脉搏波中
掺杂的干扰波很大程度上来自外界干扰，故而，脉象仪的抗干扰能力对脉搏信号的分析
有重要意义。
目前的各种脉象仪主要是从传感器固定方面来消除声音、振动等外来干扰信号，下
面利用MZ一llk型单探头脉象仪来说明脉象仪的抗干扰性能情况。
MZ一mc型单探头脉
象仪的传感器探头主要是依靠腕部的表带式设计来固定。
要求被测试者尽可能的保持绝
对安静和静止状态，下面以声音振动为干扰信号对MZ一Hlc型单探头脉象仪进行抗干扰
测试。
传感器进展
近年来,受波形图的启示,许多专家试图利用现代科学手段对脉图进行客观描绘。
经过几十年的不懈努力,开发出单探头、三探头,甚或阵列式分布等各式各样的脉象仪。
纵观现有的脉象仪,都是对寸口脉搏取某一点或某一截面进行数据采集,利用时域、频域等方法对脉搏的变化特点进行分析,以期实现脉象量化,但由于自身的原因,其使用价值一直没有得到认可。
笔者利用北京中医药大学中医诊断教研室现有的上海产
脉象传感器的发展概况
姜斌宋蜇存于鹏
2脉象传感器工作原理
脉诊研究的重点是传感器的设计，目前，研究人员已经研制出种类繁多的传感器来模拟中医切脉是的手指，采集脉搏信号并记录。
本文着重介绍是脉象传感器和传感器的探头的形式。
现阶段，用于脉象信息采集的传感器根据其工作原理可分为四种：
压力传感器、光电式脉搏传感器、传声器、超声多普勒技术。
压力传感器:
通常有压电式传感器、压阻式传感器和压磁式传感器三种。
压电式传感器：
是利用压电材料的特性将脉搏的压力信号转换为电信号压电式。
传感器根据压电材料的不同可分为压电晶体式传感器、压电陶瓷式传感器、压电聚合物传感器和复合压电材料传感器。
压阻型传感器：
主要利用电阻率随应力变化的性质制成的，目前它的应用最为广泛，压阻式传感器根据压力的传导方式不同可分为固态压阻式传感器、液压传感器和气导式传感器。
压磁式传感器：
也称作磁弹性传感器是近年来国内外新兴的一种新型传感器,它的作用原理是建立在磁弹性效应的基础上，即利用这种传感器将作用力变换成传感器导磁率的变化，并通过导磁率的变化输出相应变化的电信号。
但因理论和技术上尚未成熟限制了其广泛应用。
光电式脉搏传感器:
血液波动式流动引起血管内血容量的变化，而血容量的多寡又决定光线经过组织被血液吸收量的多少，因而当照明光线投照到组织时，其透过组织的光线也随血流波动式变化而变化，光电转换器将接收的光信号转换为电信号以此反映脉搏波的变化情况。
传声器:
本质是一种次声波传声器，是利用声学原理，拾取由脉搏引起的振动，即所谓的听信号。
超声多普勒技术:
动脉脉搏除发出压力搏动的信息之外，还有管腔容积、血流速度、脉管的三维运动等多种信息，仅用压力脉图难以全部定量地反映脉象构成要素的指标随着医学超声显像诊断技术的发展，超声多普勒技术在脉象客观化的研究中已经日益受到重视，取得了一定的进展。
传声器、超声多普勒技术等非接触式的脉象检测方式与中医指压切脉的特点不符合，难以正确反映中医脉象的特征。
以下是一些脉象分析仪所采用的传感器作一简单归纳,见表1。
3脉象传感器的探头形式
目前研究的脉象传感器的探头形式有：
单探头、双探头、三探头等。
3.1单探头传感器的研究
现在检测人体脉象信息的装置，主要是带有一个单点式脉象传感器的脉象仪。
从1950年至今，人们利用单探头脉象仪，在脉诊客观化，定量化，规范化、标准化、等方面做了大量的研究工作，人们利用这类仪器已能初步识别十几种常见脉象，这些仪器的深入应用推动了我国脉象客观化的研究，然而经我们多年研究发现，单探头脉象传感器反映的信息上比较局限，这是因为单点式脉象传感器的结构特点，限制了更多脉搏信息及血管力学参数的测定，单探头、单部位的检测方法与中医实际临床“三部九候”的切脉方法上有一定的差异。
主要有下列两方面：
单探头传感器工作时无法区分软组织变形程度及软组织固有的弹性、硬度等力学参数对切脉压力的影响程度；
单探头传感器无法区分血管轴向张力和径向搏动力。
3.2双探头传感器的研究
汤伟昌等在原来的单探头传感器的基础上，设计了双探头复合式脉象传感器，即由外围传感器和中心传感器组成双探头传感器，中心传感器测得单纯垂自方向的力，而外围传感器测得脉搏搏动力、皮肤切向张力等的综合力对两路信号进行运算，能区分血管径向搏动力、轴向张力、血管等效硬度等力学指标。
双探头传感器的临床意义：
目前国内对弦、平、滑等脉象的线性判别标准，由于受到单探头传感器件功能上的限制，只能根据波形形态来分析计算，利用双探头传感器检测的脉象数据，可能做出深刻地揭示；
双探头传感器所能测取得脉象力学指标有可能为判断有关血管的固有弹性、硬度等力学性质提供客观标准;
利用双探头传感器在无损检测血压、心血管功能状态以及建立中医脉象的力学指标、补充脉象的判断标准等方面都可以进行深入的研究。
3.3三探头传感器的研究
汤伟昌等设计研究了三探头压力式传感器同步三部脉象，并与单探头压力式传感器检测单部脉象的结果进行比较，得出以下几个初步结论。
二者在最佳脉压力上有差异；
单部脉象检测在最佳取脉压力下的脉图主峰波高度与在这个压力下三部脉象同步检测所建立的主峰波高度有显著差异；
测取的脉图在形态上归类（平、弦、滑等类）.没有发现本质上的差异；
对三部脉象同步检测时测取的寸、关、尺脉图进行形态归类，也无明显区别。
但幅值差别较,且因人而异。
4结语
近20年来脉象传感器的研究取得了许多进展，但目前的研究尚不能实现脉象信息的全面采集，脉象仪一般只能实现压力脉搏图的描记和分析。
由于中医脉诊时要根据实际的情况且脉象的形成机理极为复杂，仅采集压力脉搏信息是远远不够的，以后的研究应实现三维的、动态的采集。
脉诊客观化研究的超声技术应用进展
刘 文 娜
？
目前,应用多普勒超声技术研究脉象,检测桡动脉内径、血流速度等脉象客观化指标,有的结论欠一致。
其原因可能是选择标准的病例及样本是难点,用于仪器验证要求选择对象必须具有同样的脉象。
不同医家对脉象会有不同的认识,这是仪器无法得到客观指标的原因之一。
因此理解脉象的构成要素并根据新的脉象分类方法正确判定每个临床脉象构成要素的水平,对脉诊客观化研究起着至关重要的作用。
3脉象信息的单触头压力检测方法
文献[1]提出了脉象信息检测的一种简化物理模型,以压力脉搏波为测量对象。
在这个模型中,传感器带有一个模拟指面感受压力的触头以及一个施加静压力的调节机构,它们均安装于固定的框架上。
研究表明,压力传感器的感压触头应采用刚性材料,这种刚性材料的传感器触头虽然与由生物组织构成的指面相比有很大的差别,但有着测量精度高、重复性好等优点。
文献[1]在上述模型的基础上进一步分析了检测到的压力脉搏波的振幅与取脉静压力之间的关系。
检测脉象时,当传感器触头以一个预压力按压在桡动脉管外的“皮肤-软组织”上后,皮肤软组织和桡动脉管发生形变。
皮肤表面的张力使得触头受到一个反压力,因而使传感器输出一个直流电压。
此外,由于受到脉搏搏动过程中桡动脉管径向搏动力和轴向张力变化的作用,传感器还输出一个交变电压。
传感器输出的直流电压值即代表了取脉压力值,而交变电压随时间变化的曲线波形就是所谓的“脉搏波”或“脉图”。
如果在测量过程中改变取脉压力,那么脉图的幅度会随之变化。
由小到大改变取脉压力值,当增大到某一数值时,传感器触头下的软组织处于不可压缩状态,因而在其中形成了均匀力场。
此时,桡动脉管壁的搏动压力与触头施加的外压力接近平衡,脉搏波的幅度达到最大值,且波形形态清晰。
这时所对应的取脉压力称为最佳取脉压力,对应的脉搏波形称为最佳脉图。
在数十年的研究历史中,脉象检测主要采用了上述的压力检测方法,传感器的类型以压力传感器为主,以压力脉搏波）为主要检测对象。
目前用于脉象信息检测的压力传感器的主要种类包括:
应变式电阻传感器、压电晶片传感器、液态传感器、PVDF压电薄膜传感器、扩散硅压力传感器等[7,8]。
其中,带刚性触头、采用悬臂梁结构的半导体应变片式电阻传感器由于其性能稳定、灵敏度高、谐振频率大、受环境温度影响小等优点而得到了最为广泛的应用[9,10]。
有一些单触头压力脉波传感器采用了软接触式的触头,例如在触头的端面上设置一层橡胶材料传压膜。
这种设计的出发点是力图改善触头与“皮肤-软组织”的接触性能。
文献[1]指出,这种结构的传感器往往频率响应特性比较差,并且由于橡胶材料容易老化,其机械物理性能难以保持长期稳定。
目前常用的单触头压力脉波传感器在整体结构上主要采用了表带式和支架式两种形式。
表带式结构一般是通过尼龙绑带将传感器绑扎在被测者的腕部,操作方便、简单,记录的脉图受人体体位和呼吸的干扰较小。
支架式结构的特点是传感器固定在加压机构上,无须绑扎被测者的腕部,因而可以避免绑扎所引起的附加张力,与医者手指切脉的情景较为相符,但是由于人体体位和呼吸的影响,被测者手腕与传感器之间的相对位置难以保持稳定,检测过程中会产生较大的呼吸干扰和杂散振动干扰。
另有一种指套式的单触头压力脉波传感器结构值得注意。
美国J.H.Laub在20世纪80年代设计的一种脉搏波动检测装置[16]将压力传感器分别并排固定于食指、中指、无名指的手套前端,按在被测者的寸、关、尺三部上,用三支电动描记笔同时记录三部脉的波形,用于进行脉象分析,并且可以将医者的取脉压力也同时显示出来。
用这种结构的传感器进行脉象信息检测,很好地模拟了手指切脉的情景,如果通过一定的设计使指套前端具有良好的力传导性能的话,那么在诊脉过程中除了由传感器检测脉波之外,医者还能根据指端对脉搏波动的感受来进行各种灵活的指法变化,从而测得不同取脉压力下脉搏波动的动态变化。
这种指套式结构所具有的良好模拟特性使得它具有一定的实用性,但是也有文献指出,这种结构形式难以保证医者指端与被测者腕部之间的位置相对稳定,以至于记录的脉图波形缺乏足够的稳定性,而且检测结果的重复性较差。
4脉象信息的多触头压力检测方法
研究发现,上述采用单触头传感器检测脉象的方法至少存在着另外两方面的不足:
（1）与桡动脉管轴向张力相关的脉象特征无法区别于与径向搏动力相关的脉象特征;
（2）无法将皮肤软组织的受压变形与“皮肤-软组织-桡动脉管”本身具有的硬度、弹性等力学性质区别开来,因而就无法区分它们对取脉压力的影响程度。
为了克服单触头传感器检测方法的各种缺陷,研究者们提出了多种改进型的脉象检测方法,用以实现脉象中所包含的多种力学参数的检测。
一种有效的改进型检测方法被称为“双探头脉象检测法”[17,18],所采用的传感器由两个同心安置的环型力敏感元件组成,具有如下特点:
（1）中心力敏感元件的感压探头不受脉管轴向张力的影响,只感受脉管的径向搏动力;
（2）中心敏感元件和外围敏感元件的输出静电压的比值与“皮肤-软组织-桡动脉管”系统的等效硬度相关;
（3）两个敏感元件输出脉动电压的差值与桡动脉管轴向张力变化相关。
这三方面的力学参数的检测对中医脉象的客观表达有重要的意义。
另一种改进型的脉象检测方法是将多个测压探头组合在一起,形成多探头或阵列式的组合脉波传感器,可以检测寸、关、尺各部脉搏波形的不同变化,将空间分析的方法引入到了脉象的检测和识别当中,同时还可以起到消除由单点测量而带来的偶然误差的作用。
另外,可以在桡动脉管径向布置多个探头,以得到脉图沿血管径向的变化信息,从而获取沿桡动脉径向分布的脉道宽度等脉象特征[14]。
各种组合式的脉波传感器还可以采用“中突型”的触头结构,即位置处于阵列中间的触头的端面比周边触头的端面高出1mm左右的距离,在检测脉象时,端面
高出的中间触头压在桡动脉的中心,可以使桡动脉被触头加压以至阻断,使脉搏波动在空间上被划分为与多个触头相对应的多个具有不同生理意义的小区,从而能检测出桡动脉内血流状况、脉波传播速度等信息,并且能比较压阻点近心侧和远心侧脉波的差别。
5非机械压力式检测方法
上述的各种脉象检测方法单一地以压力脉波作为检测对象,尽管能实现脉象的定量分析,并具有科学性和客观性,但还是存在着相当大的局限性,不能全面地检测出脉象的丰富信息。
文献[15]从脉搏波动的物理、生理机制上阐述了脉象振动成分是脉搏波及其谐波分量存在的客观表现形式,认为脉搏波中的谐波分量是脉象振动觉的物质基础,寸口皮肤表面一定频率范围内的微小位移使指面产生了振动觉。
从本质上讲,脉象振动觉是脉搏波的谐波频域特性所产生的指感特征。
文献[15]引述了国内外多位研究者对脉搏波频谱特性的研究,认为脉搏波的频域特性与人体不同脏器的疾病有密切联系,因此脉象振动觉有助于疾病的诊断。
基于对脉搏振动特性的认识,研究者提出了一种采用声波传感器检测脉搏信号的方法,可以看作是对脉象振动觉的检测。
除此之外,可用于脉象波形描记的测量方法和传感器种类还有很多,例如采用光纤传感器检测脉搏的振动,采用超声技术检测桡动脉血流图,用微波多普勒技术测量桡动脉壁随压力脉搏波的搏动,以及测量脉动过程中寸口皮肤表面电阻抗的变化等等[16]。
由于这些检测方法与中医切脉技术的特点（加干扰力条件下手指切脉）相差甚远,获得的脉象波与中医典籍中有关的脉象描述难以对照比较,故目前尚未像采用各种压力传感器检测压力脉搏波的方法那样得到广泛应用。
尽管如此,许多实践表明,这些“非机械压力式”的检测方法在阐明脉象的形成机理方面存在一定的价值,值得进一步研究。
6讨论与展望
半个世纪以来,国内外有众多学者都致力于中医脉诊客观化、脉象检测现代化的研究,期望用现代医学方法及电子仪器设备来解决中医脉诊“指下难明”的问题。
尽管这些研究都取得了一定的进展,形成了许多有效的脉象信息检测方法,研制出了多种多样的脉象检测仪器,但是,众多研究者在脉象检测的方法学上尚未达成一致,主要表现在:
（1）对脉象特性缺乏统一的认识;
（2）对脉象的表述没有一致的方法;
（3）在脉象测试仪器的性能、规格以及测试方法上还未形成统一的标准,测试数据达不到规范化结构化的要求。
这使得脉象检测以及脉诊客观化的研究在今天还远未成熟。
目前,采用压力传感器检测寸口压力脉波的方法得到了较为普遍的认可,并且得到了广泛、有效的应用。
但是,简单的几个压力传感器并不能模拟由复杂的神经触觉细胞所组成的手指触觉感知系统,单一采用压力检测的方法不足以获得手感诊脉时所感受到的诸多脉象信息,而且压力传感器触头与寸口处的压力接触还对脉象信息造成了干扰。
因此,通过压力传感器检测到的各种压力脉图还不能从本质上表征脉象的客观特性,还达不到客观、定量地进行脉象分析的要求。
此外,手感诊脉时所感受到的脉象信息既包含了压力量,有含有位移量。
因此单纯采用压力检测或单纯采用振动位移检测的方法都只是从一个片面的角度去考察脉象,都不足以获取丰富、完整的脉象信息。
为了实现脉象信息的动态、全方位采集和分析使脉诊方法得到客观化的临床应用,首先必须采用现代生理学、病理学的方法来进一步研究脉象的形成机理和脉象的信息特征。
另一方面,必须深入进行脉象的模型化研究,采用生物力学的方法建立脉象的物理模型和经验数学模型,在理性认知的层次上研究脉象。
以此为基础,进一步丰富和完善脉象信息的检测方法,充分利用电子测量、计算机应用等相关领域的新技术,将多重传感系统有机地集成起来,在脉象传感器技术上取得突破,并结合智能化的信息和数据处理方法,设计、研制出具有高时空分辨率的脉象检测、分析仪器。
中医脉象传感器的研究进展
燕海霞王忆勤李福凤 上海中医药大学 （上海201203）
1 脉象传感器的工作原理
目前应用的脉象传感器种类繁多,性能各异,根据其工作原理可分为四种:
一种是通过感受脉动处压力的变化而描述脉搏图,即压力传感器;
另一种则是通过感受脉管容积的变化来描述脉象,即光电传感器;
第三种即传声器,是利用声学原理,拾取由脉搏引起的振动,即所谓听信号;
第四种是超声多普勒检测技术。
1.1 压力传感器
压力传感器通常有压电式传感器、压阻式传感器和压磁式传感器三种。
1.1.1 压电式传感器:
是利用压电材料的特性将脉搏的压力信号转换为电信号。
压电式传感器根据压电材料的不同可分为压电晶体式传感器、压电陶瓷式传感器、压电聚合物传感器和复合压电材料传感器。
荆炳忠等研制了多功能微机脉图信号的采集和处理系统,该系统利用压电晶体换能器实现脉搏信号的采集[1]。
有学者利用陶瓷型压力传感器,开发出适合于浮、中、沉各压力等级的元件,并用此传感器描述了全部脉象对应的脉搏图形,分析后得到满意结果[2]。
压电聚合物传感器所用的压电聚合物以PVDF（pdyviny-lidencefloride）为最常用。
PVDF是一种有机高分子敏感材料,其名称为聚偏二氟乙烯。
自从1969年日本学者首次发现PVDF
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