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aoa体育网首页:什么?这是传感器中的华佗?

来源:aoa体育入口 作者:aoa体育官网app下载 时间:2022-09-28 05:55:38
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  中医有着数千年的悠久历史,是中华文化的一块瑰宝,为华夏民族的繁衍做出了不可磨灭的贡献,在传统中医学中脉诊占据着非常重要的地位,脉诊的历史渊派而流长。脉诊一直是中医教学的重点和难点,从最早的模式图、示意图到现今的波状图,研究者一直在寻找脉诊客观化的最佳方法和途径。

  传感器种类和方案的选择与应用是脉诊客观化研究的关键一环。本文对各种脉象采集传感器的工作原理和应用方案两方面进行探讨.

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  脉象仪是中医脉诊客观化研究的重要工具,传感器是其必不可少的部分,不同传感器决定了脉象仪不同的工作方式。现今的脉象仪使用的传感器据工作原理可分为机械式传感器、压力式传感器、光电式传感器、超声波传感器和传声器等类型。

  其中,应用机械式传感器的脉象仪最早面世,但由于其在自动控制方面的不足,在研究中也因此受限。机械式和压力传感器属于接触式传感器,光电式、超声波传感器以及传声器属于非接触式传感器。非接触式传感器的工作原理并不符合中医的指按切脉法,但也从侧面为脉诊的客观化研究提供了一种思路。另外,以纳米和石墨烯技术制成的传感器以及时空域脉搏信号检测方法也在近年开始出现。

  在脉象仪的研制过程中,压力传感器最早得到应用,较符合中医“举、按、寻”的诊脉方法,目前应用最广泛,研究较深入。压力传感器主要根据原理分为压阻式、压电式和压磁式 3 种。

  压阻式传感器根据电阻率随受力变化而变化的原理制成,利用电阻的变化反映脉力的变化,原理简单、应用广泛,由于不同的应力存在不同影响因素,故存在一定程度上的失真。根据其压力传导介质的不同又分为固态压阻式传感器、液压传感器和气导式传感器3 种。有研究者使用气导式传感器对脉搏波进行电压信号转换,同时凭借蓝牙技术和集成显示屏实现人机交互,制成便携的可穿戴脉诊设备。

  压电式传感器借助压电材料的物理性质完成脉搏的压力信号向电信号的转变。根据

  其压电材料的不同又分为压电晶体式传感器、压电陶瓷式传感器、压电聚合物传感器和复合压电材料传感器 4 种。

  压电式传感器在灵敏度、频响、抗扰性、稳定性、软组织声阻抗匹配方面表现较好,但存在成本高、易失电荷等缺点。有研究者设计了一种新型压电薄膜(PVDF)多点脉搏波计算机辅助测试系统,做到了脉搏信号的多点、动态、同步测量,并能多层次全面显示各种脉图,同时进行频谱分析和数字滤波。日本的冈田

  腾最早使用压电式陶瓷传感器,研制出了对于脉象浮、中、沉 3 种不同压力检测的脉象仪,并阐述了 6 种与之对应的脉搏图像。

  压磁式传感器借助磁弹效应,将作用力变换为传感器导磁率,并由导磁率的变化信息输出相应的电信号,结构简单、信号较强,是近几年国际上新兴的传感器。但这种传感器在材料选择和处理等理论和技术上尚需进一步的研究。

  市场有一种采用光纤 Bragg 光(FBG)压力传感器和基于相位产生载波(PGC)的干涉式波长解调相结合的传感器系统,利用 FBG 的波长调制原理,通过调制与解调波长改变来显示压力信号,实现对于脉象搏动情况的精确探测和精准还原。

  日本研究人员最先利用光电传感器进行脉搏信号的采集,研发了基于光电传感器原理的脉搏描记系统。由于红外线可以透过皮肤、血管而被血液吸收,且单位长度血管内的血容量随血液流动而时刻变化,红外线被吸收量的多少取决于血容量的多少,借助光电传感器测定血容量的变化,再将接收的光信号变换为电信号,从而体现脉搏的信息。

  有学者等采用波导型光学传感器设计的脉象仪可以对脉象进行比使用电信号的常规方法更准确的检测,更容易形成多个通道以及更小巧的设备。也有学者借助光电传感器将指尖血容量的改变转换为电信号,做到脉搏波的同步显示及储存,并证明了脉搏波仿真模型的精准度。

  由于动脉脉搏除了具有压力信号和声信号的信息之外,还存在血管容量、血液流速等多项信息,只用压力传感器无法全面反映构成脉象的各项元素。而超声多普勒技术能够检测到除压力搏动以外的上述多项信息。

  Takahiko Nakamura 等提供了一种超声波脉搏检测装置,可以高精度地定位超声波发送压电元件和超声波接收压电元件来抵抗质量的波动,提高了脉搏检测的灵敏度。

  寸口脉的搏动可以产生次声波,传声器基于声学原理,获取由脉搏振动而引起的次声信号,从而反映脉象信息,具有较好的的稳定性和可靠性。有学者设计的脉象检测系统基于驻极体传声器,并采用两种传感器同时采集脉象,发现了传声器声信号与标准脉象信号的一阶导数具有强相关性,说明了借助传声器体现脉象信息的可行性。

  这种传感器采用仿生学方法,模拟医生的手指进行加压,常用由乳胶膜、空气腔或由传感膜、硅油组成的传感器。日本研究人员石山仁等利用胶皮手套和半导体应变计检测和记录脉搏波,以此测定了 20~40 岁 青壮年的六部脉搏波 。有研究人员使用柔软、具可塑性的导电聚合物制成传感器,研发非刚性脉象仪,并对脉搏波速度进行分析,验证了该系统的可行性。

  脉象仪传感器应用方案有单探头、三探头及复合探头等形式,但在临床和科研中,单探头传感器使用较为成熟和广泛,其他类型传感器应用较少。由于单探头传感器只能反映单部(关部)的脉象信息,不能同时

  传感器的应用方案关注的是脉象仪的使用问题,符合医理是其指导思想。传统脉诊讲究“三部九候”,以期发现脏腑气血、阴阳、虚实变化,三部即“寸、关、尺”,九候即每部“浮、中、沉”,因此单探头传感器应用方案增加了脉诊操作复杂度,也增加了因部位变化导致的测量偏移,但单探头方案因为其复杂问题简单化的设计,易于标准化的战略定位仍然是当下中医脉诊客观化研究的首选。

  复合及多探头应用方案从设计上来看更符合中医脉诊的实际操作过程,反映了脉象多维信息、模拟了真实诊脉手法,但其脉象分类诊断算法的建立还需大量数据的支撑,甚至还需要得到更多行业内的认可。

  虽然中医脉诊客观化工作已开展几十年,脉象仪种类已经很多,但仍只是在科研中应用较多,临床中难以推广和普及,尚存在标准不统一、同质化程度高、操

  作要求高、检测结果重现性低等问题。目前基于单点压力传感器的单探头的研制和应用成熟度最高,已经在行业、团体、国际上形成标准优势,但仍需提供更深层次的应用方案和积累更多的有效关联数据,为科学、准确反映及评价人体生理病理情况提供支撑。

  未来随着传感技术的不断进步及升级,甚至液态金属传感器的介入,多源信息融合技术的突破以及大数据、算法层面的迭代,中医脉象研究必将取得更大突破。通过对脉搏信号的全面客观的分析,以发现其在人体器官发生某种病变状态下的反应,同时使该种诊断方法成为更加系统化、条理化、规范化、科学化的先进科学体系,从面把中医脉诊推向新的阶段。

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