脉诊客观化的研究
脉诊，是非常具有中医诊病特色的方法之一，自古以来，在临床诊病中担当着十分重要的作用。脉诊从《黄帝内经》三部九候、人迎寸口对比、经络脏腑遍诊法，到《难经》提出寸口“三部九候”法，至张仲景时代的脉因证治，西晋王叔和的第一部脉学专著《脉经》的独取寸口，直至后来《察病指南》《图注脉诀》《濒湖脉学》，脉诊的发展产生了巨大的飞跃。在中国传统哲学、中医整体观的影响下，脉诊对于中医整体的发展有着重要作用。随着社会的发展、科技的进步，特别是西方科技对于世界的影响不断增强，脉诊的发展仍无法摆脱“在心易了，指下难明”之窠臼。20世纪50年代以来，随着科学技术的发展和应用，以及生物医学、数学、物理学、生物力学、生物工程学、计算机科学等向中医领域的融合，脉诊客观化的研究方面已经取得了长足的进展，并将其取得的成果积极地应用于教学、临床、科学研究方面。脉象可以反映出人体整体的生理病理信息，对临床诊断疾病有重要的参考价值。现在脉诊仪能够识别平、浮、沉、迟、数、弦、滑、涩、洪、促、结、代等临床常见基本脉象的脉图，可以在一定程度上反映脉象的基本特征，并可以提供相应的脉搏波特征参数及临床应用。脉图的应用方向应该是检测、分析脉图，结合病史和实验诊断，四诊合参，分析脉图与病、证的相关性，逐步建立临床适用的脉图诊断标准，提供中医临床客观化的诊断方法。然而，脉象信息丰富，脉象灵敏，如何客观有效及时地还原真实脉象成为脉象采集分析的瓶颈。特别是脉诊仪传感器的研究及更新、脉象采集的客观化、脉图分析的准确性成为脉诊客观化，成为现代中医辅助诊疗手段的重要前提。
1.脉象传感器研究 获取脉图的主要元件就是现代信息技术的传感器。日本把传感器技术列为十大技术之首，我国在20世纪80年代以来也已经将传感器技术列入国家高新技术发展的重点，足以显示传感器技术举足轻重的地位。
传感器在我国国家标准（GB/T7665—2005）中这样定义：“能够感受被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。其中，敏感元件是指传感器中能直接感受和响应被测量的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件的感受或响应的被测量转换成适于传输和测量的电信号部分。”
传感器一般由敏感元件、转换元件、基本转换电路三部分组成（图22-2）。
图22-2 传感器一般构造
医用传感器是能够感知多数为非电量的生物信息并将其转换成电学量的器件或装置。医学传感器作为捕捉人体生命体征信息的“感受器”，使得医生的视、触、叩、听进一步延伸及量化，为精确测量提供前提。随着传感器技术和信息技术的共同发展，其在医学领域应用将越来越广，会朝着智能化、微型化、多参数、可遥控、无创检测等方向不断进步。
中医脉诊仪的设计是以中医理论为基础，通过采集寸口桡动脉脉搏跳动的信息来分析人体整体生理病理信息。传感器作为脉诊仪的核心部件，即模拟中医师的切脉，将切脉压力和脉搏搏动压力转换成可方便测量的物理量。目前传感器的感知触头以单点为主，以上海中医药大学ZM-Ⅰ、ZM-Ⅲ型应用最为广泛。但是中医传统脉诊诊法是三指并齐，是了解三部同时下指或循法或单指或指指交替时，脉象的特征和脉象随指压变化而变化的情况；观察三部在总按（同等加压）的条件下脉象图的相似性或差异性，或不同指压时的特异性。国内外已开始有研制三探头等脉诊仪的成果，以及脉象的即时图像显示、压力柔性仿生传感器与B超探头结合检测人体寸口脉搏波信号，并对寸口部寸、关、尺三部脉象开展了一些研究。
随着现代科技的发展及多学科的交叉综合运用，特别是生物力学、物理力学、生物工程学、计算机科学等与中医现代化的不断融合，脉诊仪的应用日益接近临床。生物医学中信号提取与处理技术不断进步，使得信息采集分析更加便捷。脉象作为一种特殊的生物信号，其反映的是人体的综合信息。因此，中医的脉象客观分辨与识别的一个重要前提就是脉搏波信号提取与分析的客观化、定量化与规范化问题。
现阶段，用于脉象信息采集的医用传感器主要有电容式传感器、压电式传感器、电阻式传感器、液态传感器、光电式传感器、应变式压力传感器、生物传感器等。
2.脉象信号分析方法研究 脉图分析中，对脉搏波波形特征的分析主要有时域和频域分析，时域分析包括特征点法、高斯函数法、脉图面积法等。频域分析方法主要是通过傅里叶变换将时间信号以频谱的形式表示出来，从频域角度研究一个复杂信号的特征。还有使用高阶谱的方法，它是通过高阶统计量来定义及测量。高阶统计量主要包括高阶矩、高阶矩谱、高阶累积量和高阶累积量谱四种。双谱不仅有幅度信息，也有相位信息，因此可以更好地反映信号的特征信息。希尔伯特-黄变换（HHT）是另一种信号处理方法。它能够同时得到信号频率、能量、时间的分布特征，对于处理非线性、非平稳信号有清晰的物理意义。可视化的分析方法随着现代信息技术的发展也被应用于脉图分析上。其运用仿生手采集桡动脉脉搏图像序列获取三维离面位移变化，使用压力柔性仿生传感器与B超探头结合寸口脉信号采集装置，以心电图标记法进行时间同步化分析，分析压力脉搏波波形及脉管位移动态变化趋势各项检测指标，进行脉象数字化的运用，并为脉象的四种属性（位、数、形、势）确定积分值。
以往研究主要使脉图实现了脉诊的客观化和数据化。目前脉图获取主要依靠脉象信号的检测技术，不同的检测方法对脉图的获取有着不同的影响。现今单部脉诊仪的研究较成熟，采集方法及分析技术较为完善。单部脉诊仪是以关部为采集部位，传统脉诊是以三部九候理论为指导，寸口的寸、关、尺部及不同的取脉方法都可以引起脉象的差异及反映不同的证候，因此单部脉诊仪不能全面反映脉象整体信息。其主要不足在于还不能够满足中医脉诊的临床需求，没有实现手指诊脉的丰富信息。脉诊的内容决定了多点式传感器研究与应用的必然。所以，多点式传感器为基础的阵列式脉搏分析方法是现代脉诊技术化的必然之路。随着传感器的不断进步，采集信息的速度和精度也不断提高。在脉图的获取手段上不断多样化及精确化，分析方法上灵活多样，更接近中医临床。分析方法体现出两种获取新特征信息的趋势：一是在原有信息来源的基础上，研究脉图分析的新方法及技术，发现新的特征参数；二是开发新的信息来源，如新型传感器的应用，新的信号提取方法，并应用新的分析技术。
经典的脉图分析技术是以时域分析法分析脉图中特征参数的意义。时域分析主要是分析脉搏波幅的高度与脉动时相的关系。主要内容是读出脉图的波峰与波谷，包括波、峡的高度（h）、相应时值（t）、脉图面积（As、Ad）等参数。脉图评价各项脉图信息参数（图22-3）。
各脉图参数意义参考费兆馥主编《现代中医脉诊学》：
h1～h5，主要是表示幅值高度，h1表示主波幅值，代表左心室的射血功能和大动脉的顺应性。h2（主波峡幅度）与h3（重搏前波幅值）、h3/h1（主波幅值的比值）意义相似，反映动脉血管弹性和外周阻力情况。h4（降中峡幅度）及h4/h1（与主波幅度比值），反映动脉血管外周阻力。h5（重搏波幅度）及h5/h1（与主波幅度比值），反映大动脉的弹性与主动脉瓣的功能，h5可以出现负值。
t系列值表示脉动周期及不同时期的分量时值，t表示一个完整的脉搏周期，为脉图起始点到终止点的值，对应左心室的一个心动周期。t1为脉图起点到主波峰点（h1）的时值，对应左心室的快速射血期。t4表示心室收缩期值，为脉图起点到降中峡（h4）之间的时值，对应于左心室的收缩期。t5为心室舒张期值，为降中峡（h4）到脉图终止点之间的时值，对应左心室舒张期。
w：主波上1/3处的宽度。
图22-3 脉图各主要测量参数示意图
Pr：脉率（Pulserate），其快慢反映脉象的迟数。
Pp：最佳采脉压（Pulsepressure），其大小反映脉象的浮沉、虚实。
S：脉图总面积，即收缩期面积与舒张期面积之和，与心排出量有关。其中As为收缩期面积，Ad为舒张期面积。
脉搏波是人体释放的一种信号波，以振荡波的形式在脉管中传播，形成脉象。数千年来由许许多多医家不断地累积个人长期临床经验，由遍诊法逐步演变至“独取寸口”的寸口诊法，脉诊已经成为中医诊法的标志，在中医辨证论治中有着重要作用。古今许多名医家无不推崇、重视脉学研究，甚至纷纷著书立说，欲使脉理更明，历代以来的脉学专著就有三百余种，如《灵枢·九针十二原》就明确指出：“凡将用针，必先诊脉，视气之剧易，乃可以治也。”仅仅语言上的描述不足以形容脉象的变化，因此就有古人用示意图来描述脉象的特征，使得脉象更加形象化。
现代脉图是使用脉诊仪所记录的脉搏波图，简称脉图，主要是血管内压力、血管壁张力、血管整体位移运动的综合力以及时相变化的轨迹。由于脉诊仪的功能能满足中医辨脉的基本要求，提供脉象位、数、形、势的参数，所以观察脉搏波图形的形态变化，不仅能了解机体循环系统功能活动的情况，亦可客观反映手指切脉时感知的脉象特征，为中医辨证提供客观指标。通过传感器的采集，可以使得脉搏信号转成电信号而获取脉图，而脉图的提取及分析则是随着现代信息技术的发展而不断进步的。在脉图提取和分析中，针对不同的中医证候可有不同脉图特征，因此脉图的获取与分析技术的优劣决定着评判的标准。
经过脉诊学多年的发展，科研工作者和教学工作者已经通过实验的手段定型了平、弦、滑、迟、数、沉、促、结、代等16种脉图。众多学者从血流动力学、小波分析法参数等角度阐释平、弦、滑脉图，并研究生理性缓脉的特性及影响因素。
国内外学者从脉象信号特征的提取及波形特征分析等方面有很多努力。如利用小波变换提取脉象信号的主要特征，高阶谱、倒高阶累积量谱、希尔伯特-黄变换（HHT）、可视化的分析方法、数据挖掘等技术随着现代信息技术的发展也被应用于脉图分析上。近年来在计算机技术发展基础上，结合中医脉诊理论，脉诊应用更加关注于健康群体和亚健康人群，临床常见病如对糖尿病、冠心病患者的脉图信息进行脉图信息分析分析以及脉图优势分析。已有主要基于脉象信号分析的亚健康综合诊断仪的专利，这为健康及亚健康评价提供了一种可行途径。近来研究从中医脉诊三部九候诊法理论出发，更加接近与还原取脉操作手法，对寸口六部脉图进行观测，并用MATLAB工具进行分析，具有一定代表性。但是由于目前对于脉象信号获取与分析技术不全面，因此该领域需要多学科、多方法的交融与渗透，不断创新，才能使脉图获取与分析技术更进一步发展。