中医脉象发生仪的研制

生物医学工程与临床 ２００8 年 11 月第 １2 卷 第 6 期 ＢＭＥ ＆ Ｃｌｉｎ Ｍｅｄ, November ２００8,Ｖｏｌ．12,Ｎｏ．6 形象学习和研究各种不同的脉搏波对于医学院的 学生和研究者一直是一个难以解决的问题。 学习中仅 靠讲解和观看脉象图， 学生很难对各种脉搏波有直观 和形象的体会。 由于脉搏波的传播特性是与心血管系 统中的力学参数变化密切相关的， 因此脉搏波的动力 学研究对于研究人类现在所面临的各种心脑血管疾病 具有重要意义， 这就需要一个系统提供全面的研究各 种因素如血管黏弹性、血流速度、血液压力等对脉搏波 的影响的平台。 现在还没有一个能够模拟人体循环系 统并产生多种脉搏波的标准化的脉搏波发生系统。 笔者介绍了在中医诊断教学中用到的工程学方 法， 重点构建了一个符合人体构造的运动的流体模 型，在此基础上开发了一套针对中医诊断教学的模拟 系统———中医脉象发生仪。 1 系统原理 脉搏是由心脏的射血活动引起的一种血液和血 管壁的振荡，这种波从主动脉根部开始，沿动脉树向 外周动脉传播。在传播过程中，受到波的离散、血液和 血管壁的黏滞性对脉搏波的阻力作用、外周反射波的 迭加及动脉管壁弹性模量的变化等因素的影响 [1]，因 此桡动脉脉搏波的波形与心血管系统中许多生理参 数有关系。 利用电机和油泵来模拟人体心脏；设置在 仿生手内与油泵相连的循环管道，用以模拟人体血管 及血液循环单元；设置在油泵与管道循环单元连接部 位的电磁阀，用以模拟人体心脏瓣膜。 利用软件实现 对电磁阀依次开启和关闭的控制， 就形成了主波、潮 波和重搏波，在管道内就形成了脉搏波的波动，模拟 了人体脉搏波的形成。 以平脉为例说明产生脉搏波形的具体过程。 平脉的 波形形态如图 1所示，根据《中医脉象研究》[1]一 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 中平脉 的参数及汤伟昌等[2]研究换算出[2]：t1 = 0.08 s，h1 = 20.00 ～ 25.00 mm；t2 = 0.18 s，h2 = 11.00 ～ 13.75 mm；t3 = 0.24 s，h3 = 12.00～15.00mm；t4=0.34s，h4=8.00～10.00mm；t5=0.40 s， h5 = 1.00 ～ 3.00 mm；T = 0.80 s ～ 0.85 s， 一般取 72 次/ 分，即周期为 0.83 s。 3 个电磁阀依次开启并关闭，形成了主波、潮波 和重搏波。 t1对应于心室收缩、快速射血时间；（t4 - t1） 对应于心室射血后期，射血缓慢时间；（t5 - t4）对应于 摘 要： 目的 利用工程学方法形象客观地模拟人体各种脉象。方法 构建了一个符合人体构造的运动的流体模型，在此 基础上开发了一套针对中医诊断教学的模拟系统———中医脉象发生仪。该系统将中医学与仿生学、机械学、传感技术及计算 机技术等工程学方法结合起来。 结果 它成功模拟了人体常见的 26 种脉象，体现了各种脉象的指下特征，适用于课堂教 学、教学测试和科学研究等方面。 结论 借助于这种模型，研究人员可以深入进行血液流变学、脉诊学、脉象特征提取等 方面的研究。 关键词：脉象；脉象发生；中医脉象发生仪 中图分类号：R318.6 文章编号：１００９－７０９０（２００8）０6－０503－０4 ·临床工程· 中医脉象发生仪的研制 狄九军，陈 思，王学民 文献标识码：Ａ Study on the traditional Chinese medicine pulse-taking machine DI Jiu-jun，CHEN Si，WANG Xue-min （College of Precision Instrument and Opto-Electronics Engineering，Tianjin University，Tianjin 300072，China） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ To simulate the human pulse patterns expressively and objectively by using engineering technique. Ｍｅｔｈｏｄｓ The engineering techniques were introduced in traditional Chinesemedicine （TCM） teaching. And themachine was introduced to the TCM pulse-taking teaching and testing. The TCM，bionics，mechanics，sensor and computer technology were integrated in developing the machine.Ｒｅｓｕｌｔｓ The machine could successfully simulate the common 26 types of human pulse. The machine indicated the main character of pulse，and could be applied for class teaching，testing and science researching. Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ The scientific researcher canuse thismodel for somedeeply research in hemorheology，pulse-taking，and standardization of pulse typing. Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： pulse；pulse-taking；traditional Chinese medicine pulse-taking machine 作者单位：天津大学 精密仪器与光电子学院，天津 300072 收稿日期：２００8－03－06；修回日期：２００8－06－30 作者简介：狄九军（1983-），男，江苏洪泽人，硕士研究生，主要从 事医疗仪器研制和人体信息检测。 503- - Administrator 高亮 生物医学工程与临床 ２００8 年 11 月第 １2 卷 第 6 期 ＢＭＥ ＆ Ｃｌｉｎ Ｍｅｄ, November ２００8,Ｖｏｌ．12,Ｎｏ．6 心室舒张、主动脉瓣关闭间期；T是脉搏周期时间。 为实现该脉象图， 首先由单片机电路发出信号打 开油泵并开启第一个电磁阀，开启时间为 t1。 这样合成 器中有一个瞬时压力冲击，形成一个主峰波，主峰波的 高度 h1通过调节泄流阀和 8 路分配器中合适的阀门 号使其达到规定的高度。 当第 1个电磁阀开启 0.08 s 后，控制电路发出关闭信号，电磁阀关闭，合成器中压 力下降，主峰波产生下降沿。 当下降到 h2位置时，电 路马上指示开启第 2 个电磁阀，开启时间为 t3- t2，这 样产生第 2 个峰波。 该峰波 h3的高度通过分配器中 第 2支路的调节阀调定。 当第 2个电磁阀关闭后，波 形又开始下降，下降到 h4降中峡位置时，再开启第 3 个电磁阀，开启时间为 t5- t4，这样又产生了第 3 个波 峰。 该峰值高度 h5也是通过 8 路分配器中的支路调 节阀进行调节。 第 3 个电磁阀关闭后，直到一个脉搏 波的周期 T 为止再开启第 1 个电磁阀，以此类推，产 生了模拟人体连续不断的脉搏波[3，4]。 2 硬件结构 脉象发生仪包括仿生手、与仿生手相连接的管道 循环系统、液晶显示器、键盘和微处理器控制电路。 如图 2所示，模拟装置由 CPU、发射模块、键盘、液 晶显示器、仿生手、机箱组成。 微处理器控制电路分别 与脉象模拟装置、显示器、键盘相连，其功能是①接受 来自主控台的无线信号和来自键盘的输入信号； ②根 据来自键盘或主控台的信号，调节电机转速、控制电磁 阀的开启时间，从而控制脉象输出；③控制显示器的输 出，使其能够显示相应脉象图和脉象图的特征描述。 仪器的机械动力系统用以控制脉象输出，包括① 用以模拟人体心脏的电机和油泵；②设置在仿生手内 与油泵相连，用以模拟人体血管及血液循环的管道循 环单元； ③设置在所述油泵与管道循环单元连接部 位，用以模拟人体心脏瓣膜的电磁阀[5]。 根据生理学指标，常人安静时心脏每搏输出量为 60 ～ 80 ml，运动员可达 100 ml以上。按人体心脏每搏 输出量约 70 ml，心率平均 75 次/分计算，每分钟心输 出量约为 5 250 ml，人体心脏每分钟输出量约为 4.5 ～ 6.0 L，而流经桡动脉血管的血流量则很少，故对血流 量的模拟也非常重要。 该系统选用 YCJ25/4 型电机作为动力源，电机驱 动油泵，电机的速度是根据不同脉的号脉力度 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 经 多次反复实验而确定的。油泵采用继电器与单片机控 制电路相连，控制小型调速电机的开关。 继电器受单 片机的控制，可以通过按键控制开关。 2.1 8路分配器 油泵输出的具有一定压力与流量的液体 （不同黏 度的硅油）通过乳胶管道传输给分配器，分配器将液体 分成 8路输给电磁阀。输出的压力、流量的大小可通过 分配器内部的调节阀和泄流阀任意调节。 分配器由金 属材料制成，内部有一个容积腔，其功能是对油泵的输 出进行稳压和滤波，以改善脉搏波的输出质量。 2.2 电磁阀 单片机控制电路根据不同脉象的要求发出指令， 控制着一组电磁阀的开关和开启时间。开与关的时间 是根据各种中医脉象不同要求而决定的，类似于人体 心脏瓣膜的开闭状态[6]。当电磁阀关闭时，其输入端积 聚了一定压力的流体，在开启的瞬间，就会输出冲击 波往后传导。该套脉象训练仪一共使用 12个电磁阀， 运用其中 8个电磁阀进行脉象特征选择，另外 4 个控 制回流大小。 2.3 脉搏波合成器 由电磁阀输出的 3 个或 2个冲击波（冲击波的个 数根据不同脉象要求确定）汇聚到合成器内，可合成 各种脉的波形。脉搏波幅度的大小取决于电机的转速 （t1）： 第 1个电磁阀开启时间；（t2-t1）： 第 1个电磁阀关闭时间； （t3-t2）：第 2个电磁阀开启时间；（t4-t3）：第 2个电磁阀关闭时间； （t5-t4）：第 3个电磁阀开启时间；（T-t5）：第 3个电磁阀关闭时间 （t1）：1st electromagnetic valve opening time；（t2-t1）：1st electromag- netic valve closing time；（t3-t2）：2nd electromagnetic valve opening time； （t4 -t3）：2nd electromagnetic valve closing time； （t5 -t4）：3rd electromagnetic valve opening time； （T -t5）：3rd electromagnetic valve closing time 图 1 平脉波形及参数 Figure 1 Pulse-wave and parameter of normal pulse h/mm h1 h5 t/st1 h2 h3 h4 t4t5 t3 t2 T 图 2 脉象发生仪框图 Figure 2 The diagram of the pulse-taking machine 液晶显示模块 无线收发模块 CPU 键盘 机械控制系统 传感器及定位调节电路 504- - 生物医学工程与临床 ２００8 年 11 月第 １2 卷 第 6 期 ＢＭＥ ＆ Ｃｌｉｎ Ｍｅｄ, November ２００8,Ｖｏｌ．12,Ｎｏ．6 和泄流阀的调节；而脉搏波的峰与谷出现的时间取决 于电磁阀的开启状态；脉搏波下降支的陡峭程度可通 过回流阀的调节来确定， 相当于调节人体的外周阻 力。合成器内也有一个容积腔，其主要功能是滤波，使 输出的脉象图光滑、流畅。 2.4 回流装置 由脉搏波合成器出来的液体经过桡动脉，再经过 一个回流装置，最后回流到油缸中。 回流装置上的阀 门可以调节脉的整体力度，可以消除由于仿生手材质 和安装中带来的细微差别。 仿生手系统由模拟桡骨（金属铝）、模拟桡动脉血 管（乳胶管）、模拟手（乳胶手）组成。 根据中医理论和 人体解剖学原理，可确定了寸关尺的部位；充当血管 的乳胶管有软硬、粗细之分，可以根据各种脉的不同 要求来选取。在合成器输出的液体经桡动脉血管回流 到油缸的过程中，仿生手的腕部就会模拟出人体多种 典型脉象。 3 实验 采用北京优采测控技术有限公司的 UA303 型 USB 总线数据采集器 ， 利用 USB 口与电脑相连 。 UA303 型 USB 总线数据采集器具有 12 位分辨率, 最 高实用采样频率达 20 kHz，并带有 DIO、程控放大器， 还可方便地增加同时刻采集功能。为了适合脉象图采 集，采用了 PULSE303软件，利用 VISUAL C++语言编 写， 可以将脉象仪输出的脉象信号经过 UA303 型 USB 总线数据采集器在电脑上实时显示，并且配有 4 种参数调整，包括脉象高度、宽度、去峰度和基线调 节，如图 3所示。 将压力传感器探头固定于仿生手上，压力传感器 输出端接 ZM-14 型脉象仪， 脉幅信号从脉象仪输出 到 CARDIOFAX心电图仪上，打印出来的脉象效果如 下。 证明利用脉象仪模拟的输出贴近人体脉搏，脉象 图符合现有特征脉象图[4]。 由图 4 ～ 6可以看到标准脉象图与实际脉象图基 本吻合，走向一致。 分析上下图，可见平脉的节律，疾 脉的脉率、滑脉的流利都得到体现。采集其他脉象，并 与标准脉象图进行对照，可以得到相似的结论。 这就 说明了模拟脉象系统的正确性，用该系统进行脉象图 特征提取是可行的。 图 6 输出效果———滑脉脉象图 （上为模拟出来的脉象图，下 为公认脉象图） Figure 6 Output--diagram of smooth pulse（above :simulated；be- low: recognized） 图 5 输出效果———疾脉脉象图 （上为模拟出来的脉象图，下 为公认脉象图） Figure 5 Output--diagram of swift pulse （above :simulated；be- low: recognized） 图 4 输出效果———平脉脉象图 （上为模拟出来的脉象图，下 为公认脉象图） Figure 4 Output--diagram of normal pulse(above : simulated；be- low: recognized) 图 3 PULSE303 软件操作界面 Figure 3 The software interface of PULSE303 505- - 生物医学工程与临床 ２００8 年 11 月第 １2 卷 第 6 期 ＢＭＥ ＆ Ｃｌｉｎ Ｍｅｄ, November ２００8,Ｖｏｌ．12,Ｎｏ．6 4 结论 笔者介绍了在中医诊断教学中用到的工程学方 法，重点构建了一个符合人体构造的运动的流体实物 模型，在此基础上开发了一套针对中医诊断教学的模 拟系统———中医脉象发生仪。该系统将中医学与仿生 学、机械学、传感技术及计算机技术等工程学方法结 合起来。它成功模拟了人体常见的 26种脉象，体现了 各种脉象的指下特征，适用于课堂教学、教学测试和 科学研究等方面。 在机械系统设计、无线发射接收电 路、控制电路、传感器反馈电路、液晶显示单元、仿生 手单元和外观设计等方面有独到之处,并有广阔的应 用空间和研究改进空间。 机械系统设计合理，噪音小，用电泵、管道循环系 统和电磁阀模拟了人体心脏和血液循环系统。用高性 能的单片机处理器和外围控制电路一起实现了键盘 控制、液晶显示、无线发射接收和机械系统控制等功 能。键盘操作简单，外观设计科学。软件系统和硬件系 统有很大的升级和改进空间，方便拓展更多脉象。 通 过多种方式对脉搏信号提取，经过信号处理电路得到 脉象图结果，与实际脉象图比对，得到好的效果。 经过多位中医专家测试， 感觉脉力和脉率合适， 对于特征脉象的把握准确， 很好地模拟了人体常见 26 种脉象，包括平脉、迟脉、缓脉、数脉、疾脉、促脉、 结脉、代脉、紧脉、滑脉、弦脉、虚脉、实脉、动脉、洪脉、 涩脉、微脉、散脉、浮脉、濡脉、革脉、沉脉、伏脉、牢脉、 弱脉、细脉。 将各种脉的特征性脉象图和特征描述显 示在液晶屏幕上，适合于教学和测试，有很好的应用 前景。 该仪器也通过了多名中医专家的认定，通过了 技术鉴定，取得了预期效果。 中医脉象发生仪可以改变现有中医院校教学现 状，从形态学上生动体现脉搏精华，有很好的应用前 景和市场价值。 借助于这种模型，研究人员可以深入 进行血液流变学、脉诊学、脉象特征提取等方面的研 究。 例如研究人员借助于这套装置的机械系统，改变 软件设置，可以进行对人体血管的黏弹性、血液黏稠 度、外周阻力等方面研究。 参考文献： [1] HUANG Shi-lin，SUN Ming-yi. 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AVR 高速嵌入式单 片机原理与应用[M]. 修订版. 北京：北京航空航天大学出版 社，2002.] 科学家发现导致结肠直肠癌的关键基因变异 据 2008 年 8 月 20 日《科学》杂志报道，美国鲍里斯·帕舍教授研究小组发现，大约 10 % ~ 20 %的结肠直肠癌患者体内都存在 一个共同的基因变异，这 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明这种基因变异是导致结肠直肠癌的主要遗传因素。 结肠直肠癌患者大约有三分之一属于遗传，但之前人们对导致这类癌症的遗传起因知之甚少。 以前也曾鉴别出一些可能与结 肠直肠癌相关的基因变异，但只适用于不到 5 %的患者。 而此次发现的这个基因变异，存在于大约 10 % ~ 20 %的结肠直肠癌患者 中，这样高的比例说明它是导致结肠直肠癌的主要遗传因素。 这一基因变异名为 TGFBR1 ASE。 据研究小组的跟踪调查，假如一个 人遗传了这一变异，患结肠直肠癌的概率就会高达 50 %。 人体内最能有效抑制细胞生长的一种抑制剂名为“TGF-β”，而这一基因变异会使该抑制剂失效。 在失去“管束”的情况下，结 肠直肠癌细胞可以轻松发展壮大，导致癌症病发。 借助这一研究成果，他们可以帮助临床医师更好地鉴别出那些结肠直肠癌高危 个体，假如将来能开发出更加成熟的筛查方法，就有望使结肠直肠癌的发病率和死亡率大幅下降。 ·信息动态· ··············································· 506- -