新型远程穿戴式脉诊设备的现状与未来展望

王丛丛，王萍，李俊

青岛市市立医院 普外科，山东 青岛 266000

引言

伴随着医疗设备研发水平的革新，新型的医疗设备不断涌现，各种新形态新颖的脉诊设备应运而生，该装置应用场所十分广泛，如：远程会诊、冠状动脉造影检查、结肠癌患术后检测、慢性疾病检测、心肺功能检测、健康人群体质情况检测等，在对普外科患者进行输液后脉率监测方面已投入应用[1]，然而收效甚微。通过对新型远程可穿戴式脉诊设备的现状与未来展望进行研究，能促进新的医学脉象诊断技术前进，为远程会诊及治疗提供广阔前景。

回顾相关研究工作，尽管脉诊设备的现阶段应用效果不尽人意，然而在国家医疗设备层面对于这种无创诊断仪的政策支持下，其优越性依然突显，并赖于脉象传感元件的迭代诊断技术及结合先进技术和新技术成果涌现出许多新型远程的、可穿戴的、便携的脉诊设备。如王东等[2]通过基于系统的代码仿真构建的医疗脉象比拟背景状况诊断系统，初步设计了医学用的脉诊设备的系统顶层框架，该构造具有临床意义。李福凤等[3]选取63例患者经脉象检查系统进行冠状动脉X线检查，采用时域分析方法检索患者的动脉图参数，分析其动脉图参数与病理改变的相关性，其结果表明，冠状动脉狭窄程度和动脉图谱参数h3/h1、w1/t、h3、t5及当前t4相关，其中w1/t相关最强。对冠状动脉患者14例植入物支架术后的护理跟进采用脉象分析仪发现，82%的冠状动脉患者术后C3模拟显示得到一定的改善，脉象图为缓和的状态，逼近于正常人的指示[4]。另外，不断收集普外科病患者围绕治疗脉冲状态的临床信息，其结果表明：在治疗过后较治疗前在反映血流变化方面的参数值有显著差异[5]。

该研究领域目前虽取得一定进展，但在脉象研究中，由于使用的检测设备种类较多、重量大，而且信号采集与分析的方法多样及参数标准不一，导致所采集脉象数据有别、重复性不好、不便携、效果未能形成统一的脉象图谱及参数标准。基于此，研究通过对新型远程可穿戴式脉诊设备现状与未来展望的深入分析，就不同脉诊设备性能及与病理之间的关联，分析其有效性、便利性和特异性，为下一代诊断仪提供有效指引，以期能准确体现脉诊的六部合参理念，使其结果满足临床的实际需求。

1 分析脉诊设备的发展现状

国务院发布的关于《国家医疗卫生系统（2015—2020年）服务体系规划纲要》中提议，积极应用移动互联网、物联网技术和可穿戴式设备结合等新技术，促进全民智能医疗服务[6]。人工智能下的可穿戴式设备将现代科学技术与状态迁移图式脉象诊断的悠久原理相结合，给人们的健康带来了更多便利。其中胡远峰[7]在进行脉象诊断医学机理研究的前提下，通过人工智能的设想进行了可穿戴式的脉象诊断仪的开发，将医学上远程脉象诊断+智能技术+物联网技术有机融合，继而成为一种新型运程可穿戴式的脉象仪产品。

1.1 传统脉诊设备的研究

传统的脉象诊断仪为以脉搏传感元器件、无线互联网技术等与物联网相结合而成的远程脉象采集仪。其理想状态是远程诊断，捕获患者的病状，并经由专家会诊分析，实现远程在线就诊服务。当下无线互联会诊、网上医院等都能通过远程可视、音频等来实现，然而远程“切脉”的诊断手法相对困难，其必须基于新一代脉冲传感器技术来获得更为实际的信息。但目前很少有关于脉象远程采集设备方面的研究，因为与“望、闻、问”三诊不同，医生和患者无需接触即可进行远程诊断，而“脉象”诊断是一种动态接触诊断的过程。传统的脉象诊断仪只是局限于一些类似脉象简易收集系统，是利用线性电动机上下移动、往复运动并产生类似脉冲的搏动来仿真患者的脉跳频率与幅值等，没有获取患者的深层病理参数及血流状况等，因此会诊效果不理想。而后王东等[8]以系统代码仿真构建的医疗脉象比拟背景状况诊断系统，初步设计了医用的脉诊设备的系统顶层框架，该构造具有一定的临床意义，为医学上传统的脉搏状态诊断背景系统下的实现建立了推理基础。

1.1.1 发展概况

传统远程脉象诊断设备需要符合科学准则，如何使医学上“切诊”思维有效参与脉象分析这一过程，脉象数字化研究一直存在瓶颈。后来佘延超[9]针对“切诊”思维设计出一款更好的远程脉象诊断系统。此设备系统架构上分别设有医师和用户两个端口，由脉象状态采集和按压手法的探针效应器选择设计而成，通过数字电路和可编程器的结合等完成地新一代远程脉象诊断仪。它的创新点是通过患者的脉搏状况和医生的远程手法及运动轨迹的采集，能近似医生“切脉”模拟的方式为病患诊断，从而对中医脉象诊断过程进行友好地还原，其奠定了中医背景下远程“切脉”诊断系统临床实践的基础。这里由于要解决对患者远程进行自动准确定位脉门的靶向难题存在，所以王致远[10]提出了一种基于蛇形路径的机构来对用户进行自动锁定脉门再进行远程“切诊”的分体式仪器。这种设备机制架构也设置有医师与病患两个端口，只要患者手腕戴上装载有氟乙烯材料的倾斜薄膜压电探头，伺服舵进行运作，通过医师端压电陶瓷感应装置，音圈电机起效，进而探脉并收集信息。这种“切脉”诊断仪的新颖之处是在于对腕脉和脉搏状态的自动识别，这为后来远程医疗服务提供了技术支持。

对于传统脉诊设备如何实现高仿生“切脉”诊断手法的还原问题，陈文会等[11]研发出一种基于STM32的脉象采集与远程仿真系统，其基于压阻式脉冲感应元器件，并以液压泵压力状态来模拟出距离传感脉冲为机理，再进行视频对话的配置。通过进行深入测试并验证后发现，该设备能够达80%的“切脉”诊断手法还原率，其人工智能的进化有可能重现我国“悬丝诊脉”的精湛医术。

1.1.2 应用现状

针对传统脉诊设备研究的应用，马凯文[12]用气化背景方式（电脉象仪）收集了50例结肠癌患者术后与50名正常患者的脉象参数状况进行详细的对比研究，得出患者的生理参数与脉搏状态存在五种正相关系的结论。例如化疗前的患者脉搏位于弱脉搏与正常脉搏之间，化疗后有副反应的患者会出现脉搏减少了，脉搏状态能改变血细胞或血小板，脉象的状态变成弱脉象；而红细胞内运输氧的特殊蛋白质HGB的表现量衰减下，脉搏的颤动状态将改变为快速的脉象等。因为当下脉诊设备缺乏及疗效不足等原因导致临床应用和获得数据突显匮乏，远程脉诊设备的研发应用，还远远没有达到理想的目的。

1.2 新型脉象诊断仪研究发展

1.2.1 发展概况

鉴于传统远程脉象诊断仪的效果不佳、不精准、笨重等劣势，众多学者提出一种新型远程可穿戴的脉象诊断仪，具有便携、实时、在线的脉象诊断功能并通过收集有关人体的脉象等生理的信息进而诊断出病源的迹象，其具有很广阔的应用性，如对普外科患者进行输液后脉率的变化监测，将有助于更准确地输液，使患者得到更安全的治疗。瞿昊宇[13]成功地开发了一种以驻极体电容器为核心的腕带式脉象诊断设备。其核心思维包括：脉搏震动驱使驻极体达到电容大小变化，可以实现原始脉冲的交替采集成像，然后继续进行脉冲波等的滤波、放大、变换等以获得脉冲过程的处理数据，以及进行深度地剖析脉象的内在参数特征。该形态下的腕带式脉象诊断设备的创新之处是使用远程的便携式“脉诊”装置采集出用户脉象参数中的平脉与病脉之间的变化特征。徐维晴等[14]结合便携式、可穿戴式产品的设计特性，利用压力医疗设备硬件元件和其他硬件分析与采集软件结合，设计了一种可穿戴的脉象诊断设备系统，可以实现佩戴舒适、压力精确、多次采集。杨何[15]选择了PVDF压电薄膜作为脉冲传感器，开发了一种便携式脉冲诊断仪器系统，该系统可以结合中医学、仿生学、机械传动学、传感技术和计算机技术等来模拟“切脉”的诊断。

张西洋[16]通过采取先进的压阻式电子感应元器件构造出一款以医学脉象诊断为手法的远程采集和专家分析算法的系统。其以目标压差算法，通过模拟把脉中的浮、中、沉等“探脉”手法，使用Arduino主控芯片来执行信息采集、配置文件功能项目等；利用递归配额定律分析平脉、软脉、弦脉等多种脉象动态信号，最终确定适当的隐含层数和节点。这个系统算法新颖的地方在于，较全面地模拟中医探脉的手法作远程诊断。

另外，Jin等[17]针对当下的可穿戴式的脉象诊断仪缺乏加压功能的弊端而建立了便携式带压力测量系统的设备，其使用传感器收集脉象信息并通过芯片将其发送到中心服务器上。通过测试成功采集到最佳脉象压力，连续减压脉冲波形和轻、中、重压力下的脉冲波形，具有支持单区和三区脉象采集功能，可以进行单个压力控制和位置控制等优点。

2 应用现状

Nie等[18]使用压电脉冲感应器元件并结合仿真算法分析，使用柔性多孔聚丙烯压电膜和木质圆柱基底模拟TCM脉象的诊断全过程，并记载了脉象的特征，经过多次的测试，成功测出26名志愿者较为准确的脉象信息。该远程手持式检测系统，使用近似模拟算法进行比较，结果表明，阈值近似值0.1可作为平脉（健康脉象）与病脉（患者脉象）间的临界点。由此可见，便携式远程脉象诊断仪由实验阶段向临床应用阶段转变还有一定的差距。

3 新型脉象诊断仪研究的未来展望

3.1 便携可穿戴化脉象诊断设计

目前阶段的脉象设备总体设计体积过大，不便于携带和使用，针对这种情况市场对于便携式、可穿戴化的脉象设备的需求比较大。金陈玲[19]设计了一种使用压力传感器的便携式三部分体式脉冲采集系统，这种设备可模拟主控终端脉象原理进行信息采集，较过往的设备其附加了加压泵和安全气囊的减压装置，并设计了组合式脉象采集环以支持一个和多个脉象采集设备工作。此设备的总体体积设计尺寸小，使用便捷、方便穿戴等，充分考虑到家庭生活所需的医疗设施或科研的需求。

Hao等[20]经过长期研究，以一种非侵入性无创伤的新型便捷式远程脉象诊断仪来监测Ⅱ型糖尿病、高血压和高脂血症状的并发症患者，并分析脉象波参数来监测糖尿病并发症的进展症状。经验证该算法的准确率高达96.35%，这款无创的新型便携式远程脉象诊断仪是一种低成本、高准确率的糖尿病监测设备，其具有重要的临床实践意义，对今后慢性病的监控及诊断具有积极意义。

3.2 多探头式脉象诊断设计

过去，脉象诊断主要是依靠医生的主观感觉和行医的经验，判断结果无疑是受人为的因素影响，而当下研究的新型远程穿戴式脉诊设备并没有足够多的科学手段可以再现中医的“脉诊”全程。如何解决“脉诊”的“心领神会，心指合一”秘诀，郭思嘉[21]提出了一种基于脉冲诊断客观性的智能多探头脉冲诊断仪，其创新机理是实现脉门搜索过程的高精度再现和多维采样的过程。同时杨杰[22]基于一种适用于脉口诊法采集三部分脉象冲全自动数据收集装置。该脉象采集装置配有光电脉动感应元器件，可以轻松模拟医生切压腕后桡动脉浅表部位以体察脉象变化的脉诊方法，其人工智能化设计更加符合传统的医学“脉诊”手法，可以同时采集三部脉象信号，从而大大提高数据的准确度。

3.3 金氏脉诊设备

现阶段很多“脉诊”相关的设备不能达到临床的应用效果，究其根本的因素是由于现代化医疗电子装备与技术要将主观学术性很强的传统脉象诊断技艺转变为客观手法来实现，存在着相当大的难度。金氏脉学说考虑到人体器官与脉动点、脉象与病理的对应，特征的密度和相应的离散程度以及病变的大小，解决了传统的脉动学无法准确定位和定量的问题，从而给探索脉象条件的客观转变提供了可靠的前提条件，据此脉象诊断仪有着明确的发展客观理据[23]。

金氏脉诊设备的发展主要基于金氏脉学说的客观理据，在参照前人的基础上，就脉诀元微的研究细分为脉元，再以脉元为首进行高精度、高灵敏度和高可靠性的设置而成的脉象采集系统。提取出脉象要素后，通过筛选后的特征参数提取脉响应，开发了用于计算机辅助临床诊断和脉诊建模的智能脉象诊断仪器。

4 总结与展望

针对新型远程穿戴式脉诊设备的开发，不但是一个复杂的系统工程，更是一个多关联的技术工程。其需要结合Wi-Fi网络合集形成有机的物联系统，又让实验过程测试和专家库结合，通过医疗平台可以实现医疗的实质性诊断，有效实现中医学四诊合参的目的，并进一步进行延伸与探索。在现阶段该装置在对普外科患者进行输液后脉率监测、健康人群体质构成、冠心病脉象研究等方面已投入应用，但效果欠佳。本文针对现状建议医学临床上的脉象诊断设备应加强投入研发，从实质出发，切实打造出符合市场需求的远程穿戴式脉诊产品。医学脉象仪的发展不应局限于中国传统医学思想，更应与临床需求紧密相关，以求创新和研发为根本。例如，医学脉象诊断结合病症形态、主病、太过与不及、宜忌、死证脉候等的关联应更深入挖掘和创新循证，以期将不同脉象信息与病理相生相克的诸多隐性症状之间的联系整合在一起，从而便于新一代的脉象诊断设备更具有效性、便利性和特异性，为相关疾病的下一步诊断和治疗提供临床的有效参考。

随着国家政策大力扶持新型无创的脉象诊断等医疗器械产品研发，相信通过专家、学者的不断探讨，值得信赖的下一代远程可戴式脉象诊断仪一定会有新突破。展望未来结合物联网技术、云技术、仿生技术、远程会诊手法等能极大地满足临床需求，医用的脉象诊断仪会朝着更轻便化发展，将有望于更好地服务于普外科输液、慢性病患和老人可穿戴式诊断等需求，为四诊合参用于协助远程会诊及治疗提供广阔前景。同时，下一步也可能发展为研发医疗保姆式的机器人以推动智能化人体医学诊疗的进展。