李一帆+史煒+孫茂康

摘 要：擬定搭建一套對(duì)人體脈搏信號(hào)進(jìn)行提取和分析的系統(tǒng)，能夠客觀地對(duì)脈搏波進(jìn)行檢測(cè)和存儲(chǔ)，并通過比對(duì)算法進(jìn)行分析，嘗試在其中定量地找出規(guī)律，并與中醫(yī)中的各種脈象進(jìn)行比對(duì)。通過物理的方法和算法的分析對(duì)病癥有客觀而量化的判斷，為脈診客觀化的研究提供相應(yīng)的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：脈診；客觀化；光纖微震動(dòng)；可穿戴設(shè)備

0 引 言

脈診主要是通過中醫(yī)醫(yī)生的診脈，根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)分析和醫(yī)術(shù)典籍的記載進(jìn)行判斷，其本身具有很強(qiáng)的主觀特性。同時(shí)，診斷標(biāo)準(zhǔn)的模糊化也給診療帶來了一定的誤差。再則，感知的脈象無法記錄和保存影響了脈象機(jī)理的研究。究其原因，一方面是各種脈象之間存在混疊的時(shí)候，需要醫(yī)生進(jìn)行翔實(shí)的分析判斷，這本身就會(huì)引起一定的誤差，同時(shí)對(duì)于各種脈象所對(duì)應(yīng)的疾病類型，有需要醫(yī)生記憶大量的知識(shí)來進(jìn)行判斷，這無形之中也降低了診療的準(zhǔn)確度。

根據(jù)這一現(xiàn)狀，本課題組成員擬定搭建一套對(duì)人體脈搏信號(hào)進(jìn)行提取和分析的系統(tǒng)，能夠客觀地對(duì)脈搏波進(jìn)行檢測(cè)和存儲(chǔ)，并通過比對(duì)算法進(jìn)行分析，嘗試在其中定量地找出規(guī)律，并與中醫(yī)中的各種脈象進(jìn)行比對(duì)。通過物理的方法和算法的分析對(duì)病癥有客觀而量化的判斷，為脈診客觀化的研究提供相應(yīng)的依據(jù)。同時(shí)，該系統(tǒng)的搭建，可以深化醫(yī)療技術(shù)在中醫(yī)方面的開展力度，通過物理性的分析最終實(shí)現(xiàn)中西醫(yī)結(jié)合的目的。

1 作品詳細(xì)介紹

為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，現(xiàn)提供一種基于光纖微震動(dòng)傳感器的脈象分析診療系統(tǒng)，其抗干擾能力強(qiáng)，能采集脈搏等細(xì)小振動(dòng)，使用簡便，為達(dá)上述目的，具體使用方式及設(shè)備如下：

（1）打開腕帶，將光纖傳感器探頭貼于上臂橈動(dòng)脈附近，系緊腕帶，松緊度以不感受壓迫為宜。

（2）在一到兩個(gè)周期內(nèi)進(jìn)行脈搏信號(hào)提取，將信號(hào)輸入到診療儀內(nèi)。

（3）根據(jù)輸出的脈象圖和診療儀上的數(shù)據(jù)庫初步判斷疾病信息。

（4）進(jìn)一步對(duì)數(shù)據(jù)處理分析，得到脈搏時(shí)域上的脈搏波形，然后進(jìn)行脈搏信息的三維重構(gòu)，在三維形態(tài)的基礎(chǔ)上，提取脈象的頻率、脈長、脈寬等特征，進(jìn)一步分析比照病情并存檔入數(shù)據(jù)庫。

2 工作原理

光纖傳感大量應(yīng)用于周界報(bào)警，其對(duì)微小震動(dòng)的敏感程度極高。通過血氧飽和度的漫射光層析成像與活體之間僅僅通過夾持的方式銜接，在運(yùn)動(dòng)中容易掉落，對(duì)需要大量進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的人員身體狀況的監(jiān)測(cè)效果并不明顯。另一個(gè)方面，光纖系統(tǒng)具有天然的抗電磁干擾的功能。

通常所用的傳感光纖采用鎧裝的通信光纜，它能保證在不受外界多變的氣候和惡劣環(huán)境的影響下，仍然能采集細(xì)小的震動(dòng)。

當(dāng)光信號(hào)經(jīng)由激光器輸送進(jìn)光纖時(shí)，探測(cè)器會(huì)處理接收到的光信號(hào)，并且實(shí)時(shí)反映出接收到光信號(hào)的相位。通常情況下傳感光纜沒有受到任何干擾或光的傳輸沒有變化，那么光信號(hào)的相位也將不發(fā)生變化，對(duì)應(yīng)于探測(cè)器上是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的波形。當(dāng)傳感光纖受到運(yùn)動(dòng)或震動(dòng)的干擾時(shí)，光信號(hào)的傳輸模式就會(huì)發(fā)生變化。

對(duì)于一些的應(yīng)用場合，傳感光纖沒有固定的相位作為參照，因此從使用方法上進(jìn)行如下修正。

系統(tǒng)由四部分構(gòu)成，分別是激光光源，傳輸光纖，數(shù)據(jù)初步處理與傳輸系統(tǒng)，外圍纖維束帶四部分。

第一部分，激光光源，目前市場上生產(chǎn)的激光光源種類較多，選取應(yīng)適當(dāng)偏重單色性較好的光源。

第二部分，光纖傳輸系統(tǒng)。由一段光纖光柵應(yīng)變傳感器構(gòu)成，探頭部分緊貼脈搏，探頭封裝在纖維束帶內(nèi)。

第三部分是光信號(hào)數(shù)據(jù)初步處理與傳輸系統(tǒng)。接收到的信號(hào)通過數(shù)據(jù)的初步處理，形成信號(hào)波形，分析產(chǎn)生脈搏信號(hào)，并傳輸?shù)竭M(jìn)一步的分析系統(tǒng)中。

第四部分剛才已經(jīng)提到，主要作用有二：①經(jīng)過纖維束帶包裹的光纖光纜可以受到很好的保護(hù)。②纖維束帶可以使光纖較好地固定在被檢測(cè)的活體手腕上，并且通過彈性放縮可以使之很好地貼近脈搏部位，得到最終的信號(hào)。

其中運(yùn)用到了平面應(yīng)變片，闡述如下。

脈搏波屬于低頻，微弱信號(hào)，裸露的光纖光柵在測(cè)量脈搏時(shí)，靈敏度不能達(dá)到要求，故采用平面應(yīng)變片進(jìn)行增敏處理。在一定程度上增加了信噪比，減小了溫度、肌肉抖動(dòng)的誤差。將測(cè)得的信號(hào)進(jìn)行脈搏震動(dòng)時(shí)間分布函數(shù)的轉(zhuǎn)化，以此實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)被檢測(cè)活體脈搏的震動(dòng)周期、振幅，并通過其中的拓?fù)渥兓P(guān)系，為后期的脈搏——中醫(yī)信號(hào)分析做了硬件上的支持。值得注意的是，整個(gè)過程中需要比較精準(zhǔn)合適的信號(hào)放大處理，以便從復(fù)雜的背景中提取出有用的脈搏信息。

3 作品創(chuàng)新點(diǎn)

（1）利用光纖微震動(dòng)傳感器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行脈搏波的提取，特別是通過束帶的固定進(jìn)行橈動(dòng)脈的緊貼，最大程度上模擬了中醫(yī)的切診動(dòng)作。

（2）利用光學(xué)相干檢測(cè)靈敏度高、噪聲低、動(dòng)態(tài)范圍大等優(yōu)點(diǎn)，全面提取人體脈搏信息的各細(xì)節(jié)特征，為脈象診療分析提供全面詳盡的數(shù)據(jù)支撐。

（3）提出脈象基底的思路，即將基本脈象作為基底，利用分解變換的方法將混疊脈象向各種脈象基底分解，通過數(shù)據(jù)庫比對(duì)的方式量化各種體征特點(diǎn)。

（4）利用參考信號(hào)的方式，濾掉人體運(yùn)動(dòng)、呼吸等行為引入的干擾，并通過多種信號(hào)處理方式提高檢測(cè)的精度。

4 市場前景

隨著社會(huì)進(jìn)步，人們對(duì)自己身體的關(guān)注程度也在逐日增加。西醫(yī)在治療中講究治標(biāo)，主要是大型的醫(yī)療儀器、化學(xué)藥品和手術(shù)等方式，而中醫(yī)則通過診斷，針灸推拿以及湯藥等方式進(jìn)行治療。中醫(yī)中檢測(cè)手段的非破壞性、安全性正在成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。所以，對(duì)市場而言，急需一種準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)脈診客觀化的儀器，而本課題中的基于光纖微震動(dòng)傳感器的脈象分析診療系統(tǒng)就充分滿足了這種需求。一種能夠準(zhǔn)確檢測(cè)脈象的系統(tǒng)，可以推動(dòng)中醫(yī)進(jìn)一步發(fā)展，這樣的系統(tǒng)，特別是小型化的家用系統(tǒng)具有龐大的市場潛力并可能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。