中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
中醫脈診是一種獨特的診斷方法，在大量臨床實(shí)踐中展示了簡(jiǎn)便、有效且無(wú)創(chuàng )的特點(diǎn)。然而，中醫脈診過(guò)程很大程度上依賴(lài)于醫生的主觀(guān)感覺(jué)和實(shí)踐經(jīng)驗，因此很難統一診斷標準。這大大增加了新手掌握脈診技術(shù)的難度。這些挑戰也導致人們對中醫脈診在實(shí)際應用中的準確性和客觀(guān)性持懷疑態(tài)度。將傳統脈診中抽象的個(gè)人感覺(jué)與現代醫學(xué)數據平臺相結合，仍是傳統脈診與現代醫學(xué)體系協(xié)同發(fā)展的重大挑戰。
通過(guò)傳感器和自動(dòng)控制方法的應用，可以實(shí)現脈診過(guò)程的數字化和儀器化。脈搏波信號采集是數字脈診研究的第一步。目前，已有研究提出了各種以數字方式采集脈搏波信號的方案。最初的研究主要采用復雜笨重的剛性傳感裝置。這些傳感裝置無(wú)法緊貼皮膚，因此在采集過(guò)程中容易受到外界干擾，也不方便靈活地采集脈搏波信號。隨著(zhù)柔性傳感技術(shù)的發(fā)展，研究人員轉而使用柔性壓力傳感器或傳感器陣列來(lái)取代傳統的剛性傳感器，以檢測皮膚表面的脈搏波。這些柔性壓力傳感器設計簡(jiǎn)單，靈敏度更高，緩解了傳感器與皮膚貼合以及數據采集過(guò)程中的環(huán)境干擾問(wèn)題。然而，現有大部分相關(guān)研究都主要集中于提高信號捕捉效率以及開(kāi)發(fā)創(chuàng )新的傳感機制。此外，用于連接傳感單元、信號處理和顯示設備的有線(xiàn)連接也阻礙了完全集成系統的開(kāi)發(fā)。
將高靈敏傳感器、信號采集和處理電路集成到一個(gè)緊湊便攜的設計中，仍然是一項重大挑戰。尤其是中醫脈診，專(zhuān)家可以通過(guò)改變指尖壓力，進(jìn)而改變指尖敏感神經(jīng)元與血管壁機械波之間的耦合度，實(shí)現對脈搏波信息的感知。然而，此前很少有研究探討將主動(dòng)壓力單元集成到可穿戴脈搏傳感系統中。
中國海洋大學(xué)、廈門(mén)大學(xué)、中國空間技術(shù)研究院的研究人員在Microsystems & Nanoengineering期刊上發(fā)表了一篇題為“Wearable multichannel-active pressurized pulse sensing platform”的論文，介紹了一種基于中醫脈診方法，集成主動(dòng)加壓功能的可穿戴脈搏波傳感平臺。該系統是一種用于人體脈搏監測的腕帶，包括一個(gè)用于波形顯示和在手機上存儲數據的移動(dòng)應用程序。系統采用柔性壓力傳感器、微型氣囊加壓和自動(dòng)加壓控制程序，可模擬中醫壓脈過(guò)程，采集從低壓到高壓（0-50 kPa）的腕部脈搏波形。其壓力傳感單元采用離子敏感材料作為感知層，具有良好的靈敏度（460.1 kPa?1）、線(xiàn)性度（R2 > 0.999）和穩定性（12000次壓力循環(huán)）。憑借整個(gè)平臺的數字化和穩定性，可有效減少采集誤差，提高每次脈搏診斷結果（脈搏采集壓力和相應的脈搏波形）的可量化性和準確性。此外，與其它可穿戴脈搏波傳感設備相比，該研究成果集成了脈搏傳感單元、壓力控制單元、數據處理單元和顯示單元，解決了可穿戴脈搏傳感設備的主動(dòng)加壓?jiǎn)?wèn)題，并可通過(guò)脈搏波幅從低壓到高壓的變化來(lái)評估與血壓（BP）相關(guān)的健康狀況，有助于推廣可穿戴脈搏監測應用。
（a）中醫脈診方法示意圖；（b）佩戴在使用者腕關(guān)節上的無(wú)線(xiàn)腕帶
傳感器系統整體結構設計圖
壓力傳感器整體結構設計圖
理想的脈搏數字化采集，應盡量減少人工干預，提高自動(dòng)化程度。本研究應用中醫脈診理論重點(diǎn)聚焦了脈搏波信號采集，開(kāi)發(fā)了一種柔性集成可穿戴主動(dòng)加壓脈搏傳感平臺。該系統集成了一個(gè)柔性電阻式壓力傳感器（S=460.1 kPa?1，12000次壓力循環(huán)）和一個(gè)主動(dòng)加壓控制單元（0-50 kPa）。該系統便于攜帶，克服了使用單獨柔性傳感器裝置而沒(méi)有集成信號處理或主動(dòng)加壓裝置的局限性。該設備可準確檢測并記錄與三個(gè)脈搏位置（寸、關(guān)、尺）相對應的多個(gè)壓力梯度的脈搏信號。整個(gè)脈搏采集過(guò)程由預設的內置程序控制，將無(wú)法量化的主觀(guān)感覺(jué)轉換為數字信號，提高了脈搏診斷的自動(dòng)化水平，實(shí)現了脈搏波數據的實(shí)時(shí)連續采集和可視化。這項成果解決了中醫脈診數據采集過(guò)程的數字化和標準化問(wèn)題，對于減少中醫脈診過(guò)程中的主觀(guān)性和個(gè)體差異具有重要意義。
（a）左圖為使用者佩戴脈搏波傳感器，右圖為移動(dòng)設備顯示界面；（b）9種不同靜壓下的脈搏波變化
此外，研究人員還提取了外部壓力逐漸增加時(shí)脈搏振幅變化的相關(guān)參數，并構建了基于反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的血壓預測模型。該模型將測試的脈搏數據與機器學(xué)習模型相結合，實(shí)現了精確的血壓預測。血壓預測結果符合AAMI國際血壓測量標準。利用脈搏波預測血壓擴大了脈搏數據的可用性。隨著(zhù)樣本數據的增加和數據分析策略的優(yōu)化，這項研究成果有望在血壓監測、健康監測、早期診斷和遠程醫療方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。
