第19卷第1期2005年3月
上海中医药大学学报
ACT A UN I V ERSI T ATI S TRAD I TI O N I SMED I CAL I S SI N ENSI S PHARMACOLOGI A EQUE SHANGHA I
Vol .19No .1
Mar .,2005
燕海霞
王忆勤
李福凤 上海中医药大学 (上海
201203)
李叔同的传奇人生摘要：从脉象传感器的工作原理、探头形式两方面对近20年来脉象传感器的研究及应用情况进行概述，并提出了脉象传感器研究与应用中亟待解决的问题。关键词：脉诊；脉象仪传感器；综述
中图分类号:R241.19;R197.39 文献标识码:A 文章编号:10082861X (2005)0120062203
[作者简介]燕海霞(19792)，女，湖北省武汉市人，在读硕
士研究生，主要从事中医四诊客观化研究工作。
自20世纪50年代以来，对于脉学的理论、脉诊方法、临床诊断和实验研究等方面均开展了大量工作，取得了较大的进展。脉象的客观化研究集中在脉象仪的研制方面。脉象传感器是脉象仪的关键组成部分之一。
英国人M arey 最早设计了以弹簧为动力的杠杆式脉搏传感器，并记录了桡动脉脉搏波。1860年首次出现杠杆和压力鼓式描述脉搏图,1895年开始采用换能的方式，出现了杠杆式光学脉搏描述器。50年代我国学者朱颜首次将杠杆式脉搏描记器引用到中医脉诊的研究中来。自70年代至今，研究人员已研制出种类繁多的换能器以模拟中医切脉的手指，采集脉搏信号并记录。本文就近20年脉象传感器的研究及应用方面的文献进行综述。 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P VDF (pdyviny 2lidence
fl oride )为最常用。P VDF 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P VDF 的压电效应以后,P VDF 在电声、水声、探伤、超声、传感器等技术领域以及生物医学上得到广泛的应用[3]。朱筱玮等采用北京信息工程学院传感器电子学研究所研制的P VDF 薄膜脉象传感器，设计了一种腕带式的脉搏测量传感装置，并成功应用于某无线遥测监护系统中[4]。复合压电材料分为以陶瓷为基和以聚合物为基两种。凌志远等采用了以柔软的聚合物P VDF 为基体,PZT 压电陶瓷粉末为添加物的复合压电材料传感器应用于脉搏信号检测[5]。这种用复合压电材料制作的脉搏换能器具有结构简单、重复再现性好、精度较高、可扰性好、易于贴紧皮肤、可消除外界干扰信号等优点。但压电式传感器电荷易“跑失”，不宜进行静态压力的测量，并且信号放大需特殊的电荷放大器，成本较高，使其通用性受到限制。
1.1.2 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。
固态压阻式传感器是利用硅的压阻效应和集成电路技术制成的新型传感器。通常用的应变式压力传
感器既是固态接触式传导，也是脉象仪普遍采用的一类传感器。它通过应变片受力后，产生变形，使阻值发生变化，通过桥路输出电压的变化反映脉搏搏动情况[6]。上海的Z M 2Ⅲ型脉象仪、山东的MXY 2Ⅱ型脉象仪、北京的TP 2C BS 型脉图仪、湖南的
BYS 214型心脉仪都采用这类传感器。
由于脉搏传感器必须具有合理的频率响应范围，而且不能因其位置、方向、预压力的大小不同而使拾取的脉搏波不同，因此有人尝试用液体作为脉搏压力变化的传导媒介。液态传感器的原理是由薄膜制成的感压面受压后变形，使容器内部的导电液柱发生升降，电阻发生改变，从而将脉搏压力信号转换为电信号。江西的MX 2811型脉象仪采用的是水银稀盐水和乳胶膜组成的传感器。
气导式传感器是以气体作为压力传导的介质。曹玉珍等研制了三导脉搏波传感装置，该装置使用的是气压传导的
压力传感器。脉的搏动使气路内产生压力变化，通过压力传感器而转换成电信号[7]。
压阻式传感器虽是应用最广泛的压力传感器，但在测试时必须将应变片粘贴在试件或传感器的弹性元件上。因此黏合剂性能的优劣直接影响应变计的工作特性，如蠕变、机械滞后、绝缘电阻、灵敏度、非线性等，并影响这些特性随时间或温度变化的程度。因此制约了应变式压力传感器的精度、线性度及使用范围。
1.1.3 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。压磁式传感器具有输出功率大、信号强、结构简单等优点[8]。但因磁性材料的选择、励磁方式的选择、磁性材料的热处理、输出特性等理论和技术上尚未成熟，限制了其广泛应用。1.2 光电式脉搏传感器
光电式脉搏传感器的检测原理：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。有研究者基于此原理研制出了光电容积式脉搏计[9]、光闸式桡动脉脉搏传感器[10]、红外光电传感器[11]、光纤位移传感器[12]等，并应用于临床脉象的采集。
光电式传感器实现了光电隔离，减少了对后级模拟电路的干扰，因此其抗干扰能力强、灵敏度较高，并具有良好的线性度和频响特性。由于对容积脉搏血流信号的机理与信息特征研究得还不够充分，因而目前只能检测到血氧和脉率两个指标，满足不了对其他血流参数检测的需要。
1.3 传声器
近年来的研究认为，脉象信号是一种振动信号，是振动沿动脉这种特殊介质的传播，其本质是一种
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。王炳和等采用了间接耦合方式(即非接触式)的提取方法，在传声器与皮肤之间形成了一段空气柱，脉搏声波经空气腔耦合后传到传声器振膜上被拾取，并用该传感器得到平脉和弦脉的频谱特征[13]。
1.4 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并取得了一定的进展。田家玮等提出超声三维重建为观察浅表动脉的轴心位移提供了条件，对于研究中医脉象形成机理、显示血管运动的规律提供了更为可靠的途径[14]。柳文仪等用二维及彩多普勒的方法直接观察脉管管径大小以及脉管壁的厚度、充盈情况和血流频谱情况等[15]。
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。
2 脉象传感器的探头形式
目前研究的脉象传感器探头有单探头、双探头、三探头等多种形式。
单探头是目前传感器中最常用的形式。多年来的研究发现，单探头脉象传感器反映的信息尚比较局限。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，主要体现在单探头传感器无法区分血管轴向张力和径向搏动力，使采集到的脉象信号难以全面反映脉象信息；同时与传统中医三部九候的取脉方法相差较大。
汤伟昌等在原来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直方向的力，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[16]。
中医切脉时需要不断地调节三个手指的指力，以达到三部最满意的指感。但即使是很有经验的医生亦难以简单说明三部九候诊脉时指力的分布规律，因此寸口三部九候脉图检测的操作过程十分复杂。有学者研究发现，寸、关、尺三部在不同加压组合下，可以测得不同的脉图，并用3MX21型脉象仪三探头换能器，以随机调压方法，取得三部最佳脉图[17]。近年来有金观昌等报道使用P VDF(聚偏二氟乙烯)薄膜做成3×4和9个测量点排成一列的两种传感器点阵，可以检测到寸、关、尺三部脉和脉的宽度信息[18]。马红妹
天津医疗器械研究所设计制造了七个探头式的脉象换能器。经临床试验表明，它能均匀地对脉道加
压以获得脉道粗细的图像。他们还公布了用这种换能器描记的中医脉象图谱[19]。这一尝试对后来的研究者开展多路脉象检测研究很有启发。汤伟昌等研制了多路换能器，不但能检测到普通换能器所能检测的脉象信息，还能检测到脉象宽度方向上的有关信息[20]。
另有附指式换能器，它在使用时需捆绑在医生的手指上或者通过固定环将其套在医生的手指上进行按脉。美国John H.Laub根据中医脉诊的启示，设计了脉搏记录仪。该仪器将换能器分别并排固定于食指、中指、无名指的手套前端，按在病人寸关尺三部脉上，用三只笔同时记录三部脉象的波形，并进行分析，医者的指感压力也可以同时显示[2]。另有学者设计了指套式的透射型光电传感器，即将传感器套在手指上，就可以测量手指末端处的动脉搏动波[21]。由于附指式的安装形式难以保证检测者与受检者手臂间的相对稳定，以致记录的脉图波形不稳定，且不易重复，故很少采用。
36
专题综述
3 问题与展望
从20世纪50年代至今，脉象传感器的研究取得了很大的进展，但仍有很多问题亟待解决。
3.1 脉象客观化指标的结论欠一致。目前应用的传感器结构、性能多种多样，所绘各种脉象图的波形
tpos、各项测量指标的参数亦不一致，无法统一脉象图诊断标准，影响了脉象图的临床推广应用。
3.2 各种传感器的检测原理与中医传统诊脉的原理相差较大，所测脉图难以真实反映中医脉象的本质及医师的指下感觉；所得到的脉图参数很难准确反映中医脉象特点。
3.3 目前各种传感器的应用仅限于小样本的研究，难以提供对临床有价值的统计数据，难以揭示中医脉象的本质特征。
3.4 脉象传感器的研究不够深入，延续性的研究不多。如三探头的脉搏传感器使用时，三个探头同时取脉与一个探头取脉时各部脉搏波形的差异；三个探头之间的相互影响；三个探头与一个探头所得到的脉搏信息量的差异。这些有待深入研究的问题严重影响了脉象仪的推广及其应用价值。 在今后的研究中，应首先统一诊断标准，统一描记方法与结果，继之全面开展以中医理论为指导的各种病理脉象的研究；应综合利用压力脉图、超声检测及其他研究方法，取长补短，完成符合中医诊脉特点的脉象传感器的研制。同时要开展大样本的临床研究，为临床脉诊提供既量化又敏感的指标。
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编辑：李艳红
收稿日期:2004206229
Study progress of the TCM Pulse Tran sducer
Y AN Hai2xia WANG Yi2qin L I Fu2feng
Shanghai University of Traditi onal Chinese Medicine Abstract:
This paper p resented the study and app licati on of pulse transducer in the p rinci p le and the p r o
be modality in the recent20years.The p r oble m s in p resent pulse transducer study and app lica2 ti on were analyzed.
Key words:
Pulse exam inati on;pulse detect or;transducer;revie w
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