脈象遠程復現系統設計研究

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脈象自古以來就是反映人體健康狀況的窗口和中醫判斷人體健康的重要依據。但是傳統的方法需要在醫患雙方在面對面的情況下醫師才能獲取患者脈象信息。地域限制和醫療資源分布不均衡的現狀制約更多人享受到較高的醫療水平。基于遠程醫療思維設計的脈象遠程復現系統可以有效的解決以上問題。該系統接收經網絡傳輸來的患者處脈象采集端采集的脈象數據，經上位機對信號進行預處理后在脈象發生裝置還原脈搏搏動，醫師在仿生手端便可感受到患者脈象。調研現有脈象發生裝置加以總結發現，大致可分為兩種：一種采用液壓系統，通過改變管內的液壓及流量以還原脈搏搏動，過程復雜且影響因素較多。另一種是利用電磁機械運動模擬脈搏振動，這與真實取脈指感區別較大影響判斷。“位、數、形、勢”是脈象的四種屬性，其中“位”指取脈時脈位的浮沉，“數”指脈搏的頻率和節律，“形”指靜止狀態下指下脈管本身的形態，“數”指脈搏搏動強弱的趨勢。當前的脈象復現系統可做到對“數”和“數”復現，其余二者卻無法模擬。本文針對以上情況設計了一套全新的脈象復現系統，實現對脈象“位、數、形、勢”全方位的模擬。

硬件設計

整體設計該脈象遠程復現系統包括上位機、主控模塊、脈形模擬子系統、脈象發生裝置、內壓監測子系統、脈位模擬子系統、仿生手。系統設計示意圖如圖1所示。主控模塊行業曲線linkindustryappraisementDOI：10.3969/j.issn.1001-8972.2019.21.023可替代度影響力可實現度行業關聯度真實度該模塊核心控制器采用ST公司的STM32F373微處理器，數字處理能力強且功耗低。配合外部電路可實現通過USB與上位機通訊，輸出多種PWM信號調節脈形模擬子系統中微型水泵的工作速度；ADC轉換器通過壓力傳感器采集脈管內壓和取脈壓力；DAC轉換器接收脈象數據片段進行轉換復現。

脈象發生裝置

該脈象發生裝置采用“液壓+機械運動”的思路設計。該裝置由振蕩器、儲液波紋管和限位套筒組成。振蕩器的實質為帶電導體在磁場中收電磁力作用，在內部穩定的磁場中，脈象數據經主控模塊DAC轉換生成變化的電流使振動頭上下運動。儲液波紋管內部存滿液體，下部封閉與振動頭剛性連接，上部與系統模擬脈管液路相通，振動頭的上下運動使波紋管產生形變，所儲液體的進出使封閉液路段中液體運動，彈性脈管產生相應的脹縮變化，從而在仿生手處復現了脈搏搏動。限位套筒用于固定振蕩器、儲液波紋管于一體，限制運動部件的運動方向，降低誤差和噪聲，有利于系統穩定可靠。脈象發生裝置實物如圖2所示。脈形模擬子系統脈形模擬子系統包括一個Kamoer微型水泵、兩個電磁閥及相應液路。子系統根據主控模塊發出的高低電平切換電磁閥開合狀態從而控制液路通斷，主控模塊發出PWM信號控制微型水泵轉速帶動液路運動，當仿生手液路后端的電磁閥閉合前段液路的電磁閥打開時，通過控制微型水泵的正反工作方向調節脈管處液體量進而改變脈管充盈度，達到模擬洪脈、細脈等不同脈形的效果。脈位模擬子系統醫師為患者切脈時為了得到全面的脈象信息，指端施于脈管的壓力會有輕重之變，脈管從反饋回的指感也隨之而變。為了盡可能的還原實際切脈的體驗復現全面的脈象信息，采用脈位模擬子系統實現這一功能。復現時仿生手模擬脈管處施加的取脈壓力不斷的被壓力傳感器采集并對應到“浮、中、沉”其中的一個取脈方式上，主控模塊根據不同取脈方式復現相應的數據片段。取脈壓力與“浮、中、沉”對應關系如表1所示。根據判斷結果復現相應的數據片段，流程圖如圖3所示。。內壓監測子系統液壓傳感器對液路內壓進行檢測，輸出范圍0－3.3V。實際實驗標定后，當檢測到壓力轉換值大于2.8V時便有壓力過大導致爆管風險，小于0.5V時判定液路壓力過小有漏液情況。壓力值超過設定門限系統便自動停止運行防止產生更大的危險。軟件設計軟件設計流程系統下位機軟件具體流程圖如圖4所示。

實驗驗證

1.隨機選取5名被試者分別保持平靜坐于采集端前，取脈位置為橈動脈關部；2.用市場上成熟的脈象采集檢測設備采集每位被試的脈象；3.傳輸脈象數據到復現系統進行復現，檢測設備采集復現脈象的數據；4.對比檢測設備輸出的兩種脈圖，并分析兩者的相關性。結果分析圖5所示為由檢測設備采集被試b的脈搏波圖和采集被試b的復現脈博波圖對比。可直觀看出脈象還原度很高。采用Pearson系數r檢驗原始與復現后脈象數據的相關程度。|r|的取值在0到0.2為極低的相關性，0.2到0.4位低度相關，0.4到0.7為中度相關，0.7到0.9為高度相關，0.9到1之間則是極高的相關性。SPSS計算檢驗結果見表2。由表2可知原始數據與復現數據相關系數大于0.9，系統復現出的脈象與原始脈象數據表現出極高的相關性。

基于互聯網遠程醫療思維設計的脈象復現系統，根據“位數形勢”復現更多的脈象信息，更全面真實的還原原始脈搏，對互聯網時代下的遠程醫療發展有重大意義。

作者:呂昊 馬曉東 單位:中國飛行試驗研究院