脉象远程复现系统设计研究

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脉象自古以来就是反映人体健康状况的窗口和中医判断人体健康的重要依据。但是传统的方法需要在医患双方在面对面的情况下医师才能获取患者脉象信息。地域限制和医疗资源分布不均衡的现状制约更多人享受到较高的医疗水平。基于远程医疗思维设计的脉象远程复现系统可以有效的解决以上问题。该系统接收经网络传输来的患者处脉象采集端采集的脉象数据，经上位机对信号进行预处理后在脉象发生装置还原脉搏搏动，医师在仿生手端便可感受到患者脉象。调研现有脉象发生装置加以总结发现，大致可分为两种：一种采用液压系统，通过改变管内的液压及流量以还原脉搏搏动，过程复杂且影响因素较多。另一种是利用电磁机械运动模拟脉搏振动，这与真实取脉指感区别较大影响判断。“位、数、形、势”是脉象的四种属性，其中“位”指取脉时脉位的浮沉，“数”指脉搏的频率和节律，“形”指静止状态下指下脉管本身的形态，“数”指脉搏搏动强弱的趋势。当前的脉象复现系统可做到对“数”和“数”复现，其余二者却无法模拟。本文针对以上情况设计了一套全新的脉象复现系统，实现对脉象“位、数、形、势”全方位的模拟。

硬件设计

整体设计该脉象远程复现系统包括上位机、主控模块、脉形模拟子系统、脉象发生装置、内压监测子系统、脉位模拟子系统、仿生手。系统设计示意图如图1所示。主控模块行业曲线linkindustryappraisementDOI：10.3969/j.issn.1001-8972.2019.21.023可替代度影响力可实现度行业关联度真实度该模块核心控制器采用ST公司的STM32F373微处理器，数字处理能力强且功耗低。配合外部电路可实现通过USB与上位机通讯，输出多种PWM信号调节脉形模拟子系统中微型水泵的工作速度；ADC转换器通过压力传感器采集脉管内压和取脉压力；DAC转换器接收脉象数据片段进行转换复现。

脉象发生装置

该脉象发生装置采用“液压+机械运动”的思路设计。该装置由振荡器、储液波纹管和限位套筒组成。振荡器的实质为带电导体在磁场中收电磁力作用，在内部稳定的磁场中，脉象数据经主控模块DAC转换生成变化的电流使振动头上下运动。储液波纹管内部存满液体，下部封闭与振动头刚性连接，上部与系统模拟脉管液路相通，振动头的上下运动使波纹管产生形变，所储液体的进出使封闭液路段中液体运动，弹性脉管产生相应的胀缩变化，从而在仿生手处复现了脉搏搏动。限位套筒用于固定振荡器、储液波纹管于一体，限制运动部件的运动方向，降低误差和噪声，有利于系统稳定可靠。脉象发生装置实物如图2所示。脉形模拟子系统脉形模拟子系统包括一个Kamoer微型水泵、两个电磁阀及相应液路。子系统根据主控模块发出的高低电平切换电磁阀开合状态从而控制液路通断，主控模块发出PWM信号控制微型水泵转速带动液路运动，当仿生手液路后端的电磁阀闭合前段液路的电磁阀打开时，通过控制微型水泵的正反工作方向调节脉管处液体量进而改变脉管充盈度，达到模拟洪脉、细脉等不同脉形的效果。脉位模拟子系统医师为患者切脉时为了得到全面的脉象信息，指端施于脉管的压力会有轻重之变，脉管从反馈回的指感也随之而变。为了尽可能的还原实际切脉的体验复现全面的脉象信息，采用脉位模拟子系统实现这一功能。复现时仿生手模拟脉管处施加的取脉压力不断的被压力传感器采集并对应到“浮、中、沉”其中的一个取脉方式上，主控模块根据不同取脉方式复现相应的数据片段。取脉压力与“浮、中、沉”对应关系如表1所示。根据判断结果复现相应的数据片段，流程图如图3所示。。内压监测子系统液压传感器对液路内压进行检测，输出范围0－3.3V。实际实验标定后，当检测到压力转换值大于2.8V时便有压力过大导致爆管风险，小于0.5V时判定液路压力过小有漏液情况。压力值超过设定门限系统便自动停止运行防止产生更大的危险。软件设计软件设计流程系统下位机软件具体流程图如图4所示。

实验验证

1.随机选取5名被试者分别保持平静坐于采集端前，取脉位置为桡动脉关部；2.用市场上成熟的脉象采集检测设备采集每位被试的脉象；3.传输脉象数据到复现系统进行复现，检测设备采集复现脉象的数据；4.对比检测设备输出的两种脉图，并分析两者的相关性。结果分析图5所示为由检测设备采集被试b的脉搏波图和采集被试b的复现脉博波图对比。可直观看出脉象还原度很高。采用Pearson系数r检验原始与复现后脉象数据的相关程度。|r|的取值在0到0.2为极低的相关性，0.2到0.4位低度相关，0.4到0.7为中度相关，0.7到0.9为高度相关，0.9到1之间则是极高的相关性。SPSS计算检验结果见表2。由表2可知原始数据与复现数据相关系数大于0.9，系统复现出的脉象与原始脉象数据表现出极高的相关性。

基于互联网远程医疗思维设计的脉象复现系统，根据“位数形势”复现更多的脉象信息，更全面真实的还原原始脉搏，对互联网时代下的远程医疗发展有重大意义。

作者:吕昊 马晓东 单位:中国飞行试验研究院