图像化脉象仪数学建模与脉搏信息提取

　　脉诊是中医的精髓, 脉象是中医切脉时在皮肤表面获取的指下感觉[ 1] . 长期以来对脉象的判断缺乏客观的量化指标和标准. 脉诊客观化是一个亟待解决的难题, 其关键是如何建立合理科学的检测方法, 获取全面的脉诊触觉信息. 多年来, 国内外许多研究者都对脉搏传感器和脉诊客观化进行了探索和研究, 为进一步研究脉搏检测方法, 获取全面的脉搏信息奠定了良好的基础. 目前用于脉搏信息采集的传感器主要有: 液态式、光电式、应变式和压电式传感器等[ 2-5] . 这些检测方法由于受传感器结构体积、敏感元件性能、制造工艺等因素影响, 检测点数目受到很大限制, 且各检测点之间相互作用、相互影响,降低了检测灵敏度, 而且传感器的输出与切脉时脉搏搏动所引起的皮肤形变间很难具有线性关系. 针对现有传感器的不足, 研制图像化脉搏信号采集装置采集脉搏图像[ 6] . 进一步设计绘制有圆形网格点的软性薄膜加压传感探头, 由单一CCD 摄像头完成图像采集. 在对脉搏图像传感器结构分析的基础上,建立测量原理数学模型, 并对沿血管横截面方向的一系列网格点的运动轨迹进行分析, 得到了脉搏波形、频率、振幅及脉宽等脉搏信息. 从理论和实验两方面证实了该图像化脉象仪的实用价值.

　　1 脉搏图像传感器

　　脉搏图像传感器结构如图1 所示. 软性探测触头是该传感器的核心部件. 其触头薄膜13 大小为10 mm 的圆形, 由双层材料压制而成, 外层为柔性织物, 内层为理化性能相对较稳定的乳胶薄膜, 并在内层上采用喷涂法绘制有网格点, 网格点采用圆形标记, 在图像处理中起跟踪定位作用. 这样的双层结构保证了薄膜的柔软性以及在压力不大的情况下无弹性形变, 为脉搏信号的定量测量提供必要的约束条件. 通过气泵7 调节压力密封腔12 内的压力, 由压力指示计16 显示其压力的大小. 为了保证灵敏性, 要求充气气压不超过100 mmH g. 压力密封腔12 内空气压力模拟人手指内的压力. 摄像头9 固定在软性探测触头上方, 由摄像头采集软性薄膜13 随脉搏博动的形态. 从而模拟中医脉诊对脉象的指下“感知”.

　　在采集脉搏图像时, 将手腕放置在手腕垫衬15上面. 调节滑动支架2 使得传感器探测触头与桡动脉处的皮肤自然紧密接触. 通过翼形紧固螺钉3 固定滑动水平支架2 的位置, 即可采集脉搏动态图像.为了选择不同的切脉压力, 通过调节螺钉1 改变弹性钢板弹簧4 的弹力来施加切脉压力. 在采集脉搏信号前, 对弹性钢板施加的切脉压力进行标定, 通过测力装置, 确定调节螺钉旋转位置与切脉压力大小的关系. 由CCD 摄像头9 完成脉搏图像的采集.