基于触觉传感的指戴式中医脉诊仪

——基于八种脉象要素的分析方法、仪器只是手指的延长

    前言：目前中医的困境是中医脉诊的客观化问题一直是中医脉象诊断仪器的技术难题，也是中医技术现代化的拦路虎；从上个世纪八十年代开始国家投入大量的资金进行研发，距今已有五十年，取得了很多成果，但脉象的分析止步于二维脉图分析，一直难有较大的进展，虽然在频域信号分析、人工智能等技术加持下发展出一些新的技术手段，但离脉象的客观化还是相去甚远。

    进展：近几年由于触觉传感器的发展及图形图像处理技术的进步，新型的触压觉传感器有望模拟人手指的各种功能，这提供了一条新的技术路线用于解决中医脉诊客观化问题。在使用基于触觉的中医脉诊仪测试一些典型脉象，发现弦脉就是像个琴弦，滑脉果然如盘走珠，当中医的脉象被观测到且和古中医书描述一致，这个现象确实让人振奋，但同时也让人深思，如果古人所描述的各种脉象被仪器观测出来，例如滑脉如盘走珠、摆在你眼前，它和古医书记载的一模一样；那么中医的郁、瘀、水、湿、痰、阴阳、气、液、虚、实是否是玄而又玄的玄学，还是另有一种可能性、中医有我们没有发现的科学道理！

    机会：如果我们把目前现代医学中的血液动力学原理定义为V1.0版，那么中医脉诊中的郁、瘀、水、湿、痰、阴阳、气、液、虚实就是血液动力学V2.0版，这里面有无数的高质量论文和发明专利在等待你！

 

一、产品技术特点

    这是一款采用触觉转换成视觉的中医脉象辨识仪器，不同于目前中医界主流的二维脉图分析方法，它是一种基于古中医脉诊思想的中医脉象识别仪器；它通过模仿人手指的压触觉感官功能，使用触觉转视频的技术、把脉象的触觉形状和动态运动势态过程就是中医所说“形和势”直接转换成三维视频的形式，让人可以直观看见脉象；同时可以把脉搏跳动的全过程进行数字化的记录并存储起来。在对脉象的分析方法上提供一套基于中医判别脉象的方法，基于八种脉象要素的分析方法，八种脉象要素指中医界公认的脉象要素：脉位、脉力、脉长、脉宽、流利度、紧张度、均匀度、脉率转换成物理量进行辨识，脉象要素多是一个或几个物理量的组合。

二、原理说明

脉诊行业都认同的参数如脉位、脉率、脉宽、脉长、脉力、流利度、紧张度、均匀度等这些参数是物理参数，确认好它的物理特征可以直接对其测量，目前主流的脉象识别方法是脉图识别，由于桡动脉是弹性软管，它的物理状态很难维持稳定，这种方式的脉象测量的误差是非常大的，它用来识别某些脉象是可行的，例如数脉、迟脉等。如果用来识别如弦脉、滑脉等脉象时，基本就无能为力了。其实古人关于脉学的专著如《脉经》、《濒湖脉学》中对脉象的描述，你会发觉它描述的内容更像是在描述物理现象，如《脉经》中对弱脉的描述为“极软而沉细”，软的物理指标是血管壁的硬度和血管壁及外围组织包裹血液的紧张度，沉指脉位，细指桡动脉的振动形状。对于弱脉我们应该去测量它的软、沉、细。“位数形势”是清末的学者周学海对脉象主要特征要素的总结，对后世的脉学影响很大，我们拿出其中形的概念讨论一下，为什么会有形的概念呢？从人体的触觉功能来考虑，我们知道盲人是可以阅读盲文的，因为人的指头中的指目是可以摸到形状的，人体的触觉感官是可以在大脑中转换成图像信号的，所以我们可以用现代的科学技术手段把桡动脉振动所形成的图像表现出来，让中医医生可以直接看见脉象的形状，这种技术可以直接计算出脉象的长宽的具体数据和脉象的形状。我们再讨论脉诊中一个重要的脉象“滑脉”，这个概念确实是让第一次接触的人摸不到头脑，其实人的手指是有滑觉这个功能的，古人在研究脉学时对脉象中区分出滑脉涩脉实则是对人手指滑觉的一种描述。所以这款仪器的设计理念是把脉象要素直接变化成物理参数，物理参数的好处是有广泛的认知度，可以量化；例如软可以具体到数值，再例如脉力的大小，也可以测量具体到多少牛顿，便于横向比对。

三、八种脉象要素的物理参数说明

3.1 脉力

中医脉象的测量中最基础的是脉力大小的测量，因为脉力的大小和脉势很有关系，周学海讲盛衰贯穿在诸势之中，脉力指力，不是压强，力是和面积有关，市面上所出现的中医脉诊仪一般是以压强二维图来表达脉搏的搏动，这个压强和中医脉诊所讲的脉诊的脉力大小概念是有区别的。中医所讲的脉力指脉搏搏动对手指的冲击力度，它指的是力，不是压强，力等于压强乘以面积，它和应指面积有很大关系。

因为触压觉阵列传感器的发展，让我们可以精准的测量脉搏搏动应指的压力，压力是和面积有关的物理量。

3.2 脉位

采用触压觉传感器，使得我们在测量桡动脉搏动冲击手指的脉力时，可以同时测量切脉时扰动脉对手指产生的静压，就是中医虽说浮中沉的取脉手法。在测量脉搏搏动的时候可以同时切脉的静压值，这种测量方式可以模仿人手指的切脉过程，可以完全数字化的记录中医把脉的全过程。如下图：

3.3 脉长脉宽

采用触压觉传感器阵列，以经纬传感器分布构建三维脉象图，传感器的排列尺寸是固定的，脉长、脉宽分别是脉动应指的轴向和径向范围。如下图所示，脉搏应指时桡动脉与手指之间会有一个接触面积，这个应指面积包含轴向与径向距离，也就是脉象的脉长和脉宽，其参数可以采用数字图像处理技术经像素点计算得到。

触压觉传感器阵列

脉长脉宽

具体而言，三维脉象图所表达的脉体可以根据压力值的大小投影在一个二维平面上，并参照预先设定的触觉压力的阈值范围，只保留手指能够感觉到的振动幅值，从而计算出脉象的长宽。如下图所示

计算脉长和脉宽

3.4脉象的流利度

其实人的手指是有滑觉这个功能的，古人在研究脉学时对脉象中区分出滑脉涩脉实则是对人手指滑觉的一种描述。物理学上定义的“滑”指的是物体接触面之间相对运动大小和方向的变化，表示的是物体的空间位置随时间发生了变化，是一种复杂的力触觉感知。手指触觉的或滑或涩是因为与手指接触的物体发生了相对运动，并在大小和方向空间位置上发生异常且感觉明显。当我们把脉象视为一个物体而且整体看待时，才能理解滑脉、涩脉的具体物理概念。滑脉滑觉示意图记录了一个脉象的运动过程，从图中我们可以发现脉体的形心明显发生了移动，这是一个典型的滑脉。形心的移动对应了滑脉“流利辗转”的指感特征。动脉滑觉示意图为动脉，与动脉滑觉示意图相比，脉体形心的位置变化较小，说明脉象基本没发生滑动，符合动脉“不往不来”的指感特征。

滑脉滑觉示意图

动脉滑觉示意图

3.5 脉象的紧张度

g(t)=kx(t)                         （3） 

其中g(t)表示弹性回复力，k表示弹性力系数，x(t)表示弹性回复力振动的位移；血管壁处的振动则表示成强迫振动微分方程的形式：

mx(t)+cx(t)+kx(t)=f(t)       （4）

其特解的形式为：

（5）

公式（5）中v=ω0/ω是频率比，ζ为阻尼比系数。后者是结构动力学的一个重要概念，它表示阻尼与临界阻尼之比。把公式（5）代入公式（3）中可以发现，弹性回复力与阻尼比系数成反比关系，它表明阻尼比小的时候，弹性回复力变大，紧张度增大；阻尼比大的时候，弹性回复力变小，紧张度减小。只要能计算出阻尼比系数就可以大概估算出脉象紧张度。下面我们分别给出动脉、滑脉、弦脉三种脉象的阻尼比系数。

阻尼比的数据提供示例：

本产品可以为科研生产和教学提供丰富的数据支持，这款脉诊仪可以测量的物理参数如下：脉力、脉长、脉宽、均匀度、脉率、脉搏波的阻尼比、模态振型、模态固有频率、滑觉、触觉图像、脉搏波波速；根据这些物理参数来界定脉位之浮沉、脉率之迟数、脉势之有力无力，脉的位数形势，微甚兼独等。这种测量方法是基于概率论和数理统计原理，是一种不同于脉图分析和频域分析的分析方法；能有效避免桡动脉压力波测量不稳定问题，它是一种符合中医脉诊原理的分析方法。概念简单容易理解和分析，使用方便，同时没有脱离古人对脉象的描述，便于继承两千年来中医对脉象的积累。