基于光纤微震动传感器的脉象分析诊疗系统

李一帆+史炜+孙茂康

摘 要：拟定搭建一套对人体脉搏信号进行提取和分析的系统，能够客观地对脉搏波进行检测和存储，并通过比对算法进行分析，尝试在其中定量地找出规律，并与中医中的各种脉象进行比对。通过物理的方法和算法的分析对病症有客观而量化的判断，为脉诊客观化的研究提供相应的依据。

关键词：脉诊；客观化；光纤微震动；可穿戴设备

0 引 言

脉诊主要是通过中医医生的诊脉，根据自己的经验分析和医术典籍的记载进行判断，其本身具有很强的主观特性。同时，诊断标准的模糊化也给诊疗带来了一定的误差。再则，感知的脉象无法记录和保存影响了脉象机理的研究。究其原因，一方面是各种脉象之间存在混叠的时候，需要医生进行翔实的分析判断，这本身就会引起一定的误差，同时对于各种脉象所对应的疾病类型，有需要医生记忆大量的知识来进行判断，这无形之中也降低了诊疗的准确度。

根据这一现状，本课题组成员拟定搭建一套对人体脉搏信号进行提取和分析的系统，能够客观地对脉搏波进行检测和存储，并通过比对算法进行分析，尝试在其中定量地找出规律，并与中医中的各种脉象进行比对。通过物理的方法和算法的分析对病症有客观而量化的判断，为脉诊客观化的研究提供相应的依据。同时，该系统的搭建，可以深化医疗技术在中医方面的开展力度，通过物理性的分析最终实现中西医结合的目的。

1 作品详细介绍

为克服现有技术的不足，现提供一种基于光纤微震动传感器的脉象分析诊疗系统，其抗干扰能力强，能采集脉搏等细小振动，使用简便，为达上述目的，具体使用方式及设备如下：

（1）打开腕带，将光纤传感器探头贴于上臂桡动脉附近，系紧腕带，松紧度以不感受压迫为宜。

（2）在一到两个周期内进行脉搏信号提取，将信号输入到诊疗仪内。

（3）根据输出的脉象图和诊疗仪上的数据库初步判断疾病信息。

（4）进一步对数据处理分析，得到脉搏时域上的脉搏波形，然后进行脉搏信息的三维重构，在三维形态的基础上，提取脉象的频率、脉长、脉宽等特征，进一步分析比照病情并存档入数据库。

2 工作原理

光纤传感大量应用于周界报警，其对微小震动的敏感程度极高。通过血氧饱和度的漫射光层析成像与活体之间仅仅通过夹持的方式衔接，在运动中容易掉落，对需要大量进行运动的人员身体状况的监测效果并不明显。另一个方面，光纤系统具有天然的抗电磁干扰的功能。

通常所用的传感光纤采用铠装的通信光缆，它能保证在不受外界多变的气候和恶劣环境的影响下，仍然能采集细小的震动。

当光信号经由激光器输送进光纤时，探测器会处理接收到的光信号，并且实时反映出接收到光信号的相位。通常情况下传感光缆没有受到任何干扰或光的传输没有变化，那么光信号的相位也将不发生变化，对应于探测器上是一个相对稳定的波形。当传感光纤受到运动或震动的干扰时，光信号的传输模式就会发生变化。

对于一些的应用场合，传感光纤没有固定的相位作为参照，因此从使用方法上进行如下修正。

系统由四部分构成，分别是激光光源，传输光纤，数据初步处理与传输系统，外围纤维束带四部分。

第一部分，激光光源，目前市场上生产的激光光源种类较多，选取应适当偏重单色性较好的光源。

第二部分，光纤传输系统。由一段光纤光栅应变传感器构成，探头部分紧贴脉搏，探头封装在纤维束带内。

第三部分是光信号数据初步处理与传输系统。接收到的信号通过数据的初步处理，形成信号波形，分析产生脉搏信号，并传输到进一步的分析系统中。

第四部分刚才已经提到，主要作用有二：①经过纤维束带包裹的光纤光缆可以受到很好的保护。②纤维束带可以使光纤较好地固定在被检测的活体手腕上，并且通过弹性放缩可以使之很好地贴近脉搏部位，得到最终的信号。

其中运用到了平面应变片，阐述如下。

脉搏波属于低频，微弱信号，裸露的光纤光栅在测量脉搏时，灵敏度不能达到要求，故采用平面应变片进行增敏处理。在一定程度上增加了信噪比，减小了温度、肌肉抖动的误差。将测得的信号进行脉搏震动时间分布函数的转化，以此实时的监测被检测活体脉搏的震动周期、振幅，并通过其中的拓扑变化关系，为后期的脉搏——中医信号分析做了硬件上的支持。值得注意的是，整个过程中需要比较精准合适的信号放大处理，以便从复杂的背景中提取出有用的脉搏信息。

3 作品创新点

（1）利用光纤微震动传感器的结构进行脉搏波的提取，特别是通过束带的固定进行桡动脉的紧贴，最大程度上模拟了中医的切诊动作。

（2）利用光学相干检测灵敏度高、噪声低、动态范围大等优点，全面提取人体脉搏信息的各细节特征，为脉象诊疗分析提供全面详尽的数据支撑。

（3）提出脉象基底的思路，即将基本脉象作为基底，利用分解变换的方法将混叠脉象向各种脉象基底分解，通过数据库比对的方式量化各种体征特点。

（4）利用参考信号的方式，滤掉人体运动、呼吸等行为引入的干扰，并通过多种信号处理方式提高检测的精度。

4 市场前景

随着社会进步，人们对自己身体的关注程度也在逐日增加。西医在治疗中讲究治标，主要是大型的医疗仪器、化学药品和手术等方式，而中医则通过诊断，针灸推拿以及汤药等方式进行治疗。中医中检测手段的非破坏性、安全性正在成为人们关注的焦点。所以，对市场而言，急需一种准确的实现脉诊客观化的仪器，而本课题中的基于光纤微震动传感器的脉象分析诊疗系统就充分满足了这种需求。一种能够准确检测脉象的系统，可以推动中医进一步发展，这样的系统，特别是小型化的家用系统具有庞大的市场潜力并可能产生巨大的经济效益。