脈形和脈勢檢測方法

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【摘要】“脈形”、“脈勢”一直是脈診研究的難點，可視化技術的引入擴展了脈診信息的獲取空間，使脈形、脈勢及其要素的客觀檢測成為可能。結合影像學資料和其他數據，形成合理的研究思路和方法，是實現這種可能性的必由之路。

【關鍵詞】脈象;可視化;檢測方法

Abstract:Pulseshapeandpulseforcearedifficulttodetectinpulsetakingstudy.Buttheapplicationofvisualizedtechnologyextendsthespaceacquisitionofpulsetakinginformation,anditispossibletorealizetheobjectivedetectionofpulseshapeandpulseforce.Rationalresearchthoughtsandstrategiescouldbeinformedbycombiningimageinformationandotherdata,anditisanecessarymethodinimplementingtheobjectivedetectionofpulse.

Keywords:pulsepresentations;visualization;detectionmethods

中醫脈象“位、數、形、勢”四種屬性中，“脈形”和“脈勢”的特征提取仍是脈診研究的難點，這不僅是因為歷代醫家對二者的判別多來源于經驗的總結，以及對二者的形容多停留在文字的描述，而且因為現代對脈診的研究一直以來拘泥于對壓力信號的分析，沒有更多的信息來源以詮釋脈形、脈勢。針對這些問題，本課題組將可視化技術引入脈診現代研究，研制出仿生柔性壓力傳感器與B型超聲整合探頭以及可同步獲取心電信號的中醫脈診裝置。該中醫脈診裝置既保證了壓力脈搏波、心電信號與橈動脈超聲圖像的時間同步性和位置一致性，又實現了探頭的一體化組合。本文在區分脈形、脈勢及其要素的基礎上，借鑒前期研究成果［1］，對脈形、脈勢的研究思路做了簡要論述，并對檢測分析方法進行了新的探索。

1脈形和脈勢的區分

什么是脈形和脈勢？周學海認為“挺亙于指下而靜乾者，形也，血之端倪也。起伏于指下而動者，勢也，氣之征兆也。”［2］由此可知，形與勢的區別在于靜與動。然而，無論脈形還是脈勢，醫者均是在對患者連續脈動的體察中獲得的，在運動中如何區分動與靜？需要從“取象”的角度進行考慮。事物的形象包括靜態形象和動態形象，對靜態形象的描述如物體的長度、寬度、質地、表面光滑度等，對動態形象的描述如運動方式、運動強度等。所以，從靜態形象描述的角度對脈動進行取象，即“動中取靜”，可以獲得脈形，而從動態形象描述的角度對脈動進行取象，即“動中取動”，可以獲得脈勢。

周學海在《重訂診家直訣》中提出的脈形、脈勢的考察要素包括強弱、剛柔、滑澀、長短、高深、厚薄、寬窄、斂散、粗細［2］。根據脈形和脈勢的區分方法，脈形包括剛柔、滑澀、長短、厚薄、寬窄、斂散、粗細，脈勢包括強弱、高深（氣來去之遠近）。以“位、數、形、勢”4種屬性為基礎，目前比較公認的脈象要素有8種，位置、至數、長度、寬度、力度、流利度、緊張度、均勻度［3］，其中屬于脈形的有長度（長短）、寬度（寬窄）、流利度（滑澀）、緊張度（弦緩），屬于脈勢的有力度（虛實）。

2脈勢和脈形的檢測方法

醫者對患者脈動的考察主要針對脈動周期運動的特征，通過對周期特征的區分和辨識，加上多個連續周期的強化，從而獲得脈動的整體規律。基于這種考慮，本研究組引入“周期整體”的概念，將脈（心）動周期作為一個整體進行考察［4］。在脈診研究中，無論研究對象是橈動脈影像還是壓力信號，都需要在“周期整體”的觀念下進行分析和觀察。

2.1脈勢的檢測方法脈勢主要體現在脈之力度及其變化趨勢，分為脈實和脈虛兩類。脈實者包括實脈、洪脈等；脈虛者包括虛脈、微脈、弱脈等。脈力客觀上的大小或強弱主要源于橈動脈運動的強度，運動所產生的力量大小又源于能量。所以，脈勢的考察主要圍繞脈動產生的能量。擬采取的研究方法有兩種：（1）基于影像學資料的方法；（2）基于橈動脈壓力信號的方法。

2.1.1基于影像學資料的方法由于目前脈診裝置所采用的檢測技術尚無法對三部橈動脈的整體運動進行精確觀察，本研究組研發了新型可視化脈診裝置，該裝置可獲取較為清晰的單部橈動脈橫切面和縱切面的圖像。通過圖像處理，發現橫切面和縱切面均為不規則的圖形，所以，根據前期研究經驗［1］，將切面的軸心作為考察的主要對象。在“周期整體”觀念基礎上，假設脈診數據采集時間內，每次脈（心）動周期中橈動脈運動是相同的，那么，橫切面和縱切面軸心在周期之初和之末是在同一位置。見圖1。

能量主要分為動能和勢能。在橫切面和縱切面這兩個平面上，由于周期之初和之末是在同一位置，軸心運動產生的勢能是零，所以，運動產生的能量主要來源于動能。通過分析軸心在兩個平面上的周期運動軌跡，可獲得對周期時間內橈動脈運動產生能量的大略估計。初步研究證實，橈動脈橫切面軸心運動的周期動能是判別脈勢的可能依據［5］。

圖1心動周期內橈動脈橫切面軸心軌跡示意圖（略）

2.1.2基于橈動脈壓力信號的方法橈動脈壓力信號分析是目前最成熟的方法，主要為時域分析和頻域分析。頻域分析在脈診研究中主要為快速傅利葉變換（fastFouriertransform,FFT）。對橈動脈壓力信號進行一定數量采樣點（如1024點）的FFT變換，可產生該信號頻譜。該頻譜圖（如0～Fs/2）的曲線下面積代表一定采樣時間內信號的總功率，通過積分可以獲得。如果將總功率除以采樣點數，可計算出每個采樣點或采樣間隔時間內的平均功率。脈（心）動周期時間和采樣點數可以比較容易獲得，周期內采樣點數與平均功率的乘積，稱為周期功率，可以用于估計周期內橈動脈壓力變化產生的能量。初步的研究證實，對一定數量脈勢確定的樣本進行上述兩種方法的參數計算，兩種方法在辨識脈勢方面具有可行性。

基于影像學資料的方法和基于橈動脈壓力信號的方法都有一定的假設前提，所以脈勢辨識可能會出現不同程度的出入。兩種方法從不同角度對能量進行估算，可以相互印證和補充，從而可能達到減小辨識錯誤的目的。

2.2脈形的檢測方法脈形包括脈之長度、寬度、流利度和緊張度4個要素。

2.2.1緊張度緊張度用來表示指下脈管的挺硬程度，分為脈緊和脈緩兩類。脈緊者包括弦脈、緊脈、革脈、牢脈；脈緩者包括濡脈、緩脈、弱脈、微脈等。脈管的緊張度與血管的順應性有一定關系［6］。實驗發現脈搏波的傳播速度（pulsewavevelocity,PWV）與血管的彈性或順應性呈負相關關系，動脈血管的彈性（順應性）越大，則PWV越小［7，8］。王炳和等［9］報道平脈PWV為6.38m/s，弦脈為7.74m/s，二者之間差異有統計學意義。

主動脈根部橈動脈的PWV，可以通過如下方法估算。傳播長度可通過測量從第二肋間胸骨左緣經肱骨小結節到寸口檢測部位的距離進行估算。傳播時間則是通過心電圖R波頂點到寸口脈圖起始點的時間差減左心室等容收縮期時間（0.05s）來估算獲得［1］。

2.2.2長度脈之長度指脈動應指之長度，應指范圍超逾寸、關、尺三部者為脈長，不及三部者為脈短，僅及三部者為不長不短。脈長的檢測方法的思考主要有兩個方向：基于脈象要素比較的間接推導和基于影像學資料的直觀檢測。

2.2.2.1基于脈象要素比較的間接推導具有脈長特征的脈象包括長脈、洪脈、實脈、弦（緊）脈，具有脈短特征的脈象包括短脈、動脈、澀脈。長脈（病脈）脈來長直，硬滿勁急；洪脈長大有力，浮大于沉，來盛去衰；實脈寬大有力，來去三指皆滿；短脈脈動尺寸縮短，關部隱現；動脈往來流利，頻數而應指短小；澀脈往來不利，如輕刀刮竹。

對以上兩類脈象，筆者進行了除脈長以外的7種脈象要素的分析比較。結果發現，第一，脈長者可見脈力非常強盛，其強度超過一般的脈勢非虛之脈（如滑脈、沉脈等），脈短者脈力正常或弱；第二，脈長者可見脈管緊張度增高，而脈短者脈管緊張度正常或較低。通過以上的比較，可以推斷脈之長短可能與脈力（勢）和緊張度有關。

脈之長短與脈力（勢）有關的原因，筆者圍繞觸覺閾作了如下考慮。觸覺閾為引起觸覺的最小壓陷深度（μm）。現代研究是用電子機械刺激器控制的刺激桿，對皮膚進行壓陷刺激來得到觸覺閾。人手掌面的指尖是觸覺最敏感的部位（閾值在10μm以內），其次為手指的其余部分［10］。手指指腹呈弧形，醫者手指與患者寸口皮膚接觸的程度，由指腹中央向外側逐漸減弱，指腹外側部位的一些區域未達到觸覺閾。如果這些部位要感受到脈管搏動，那么需要增加手指與皮膚的接觸程度，才能達到觸覺閾。通過以下兩種情況可以實現：第一，醫者手指施力增加，使指腹弧度變小；第二，皮膚發生朝向指面的位移。但在醫者手指施力不變的情況下，只存在第二種情況。

寸口部皮膚發生位移的主要原因在于橈動脈的周期性搏動，橈動脈搏動產生的位移很大程度上決定了上層皮膚的位移，每次搏動都會引起上層組織的位移，使手指與患者寸口皮膚接觸的程度發生周期變化，從而產生搏動感。橈動脈搏動產生的位移，與動能的形成有關，運動產生的能量越大，力度越大。所以，筆者認為脈長可能與脈力（脈勢）有一定關系。

脈之長短與緊張度有關的原因，筆者從觸壓覺機械感受器的角度進行了考慮。人體無皮膚毛區的觸壓覺感受器主要為機械感受器，有4種類型：環層小體、Meissner觸覺小體、Merkel感受器、Ruffini小體，其中與感受刺激變化有關的是環層小體和Meissner觸覺小體。環層小體主要編碼波動性刺激的頻率，Meissner觸覺小體主要編碼刺激強度變化率［10］。

脈之長短可能與脈力（勢）和緊張度存在關系。脈力可以通過脈勢參數來反映，如周期動能或周期功率，而緊張度可以PWV來反映，所以脈長參數=脈勢參數×PWV。

2.2.2.2基于影像學資料的直觀檢測根據前期研究的經驗［1，11］，本研究在新型可視化脈診裝置的基礎上，對脈長的檢測方法進行了一些改進。主要采取以下兩種方法進行嘗試。

（1）單部探頭下血管段縱切面軸心位移的測量。探頭下血管段指探頭正下方的一段橈動脈血管，其在水平面上的投影長度與探頭內徑相同。橈動脈在搏動中存在軸向伸縮和徑向舒縮，以探頭下血管段縱切面為研究對象，觀察該切面軸心在脈（心）動周期內的運動軌跡，主要分析在水平方向上的最大位移。擬用此位移表示單部脈管的軸向伸縮度，以作為考察脈長的一個參數。見圖2和圖3。

（2）單部探頭可探測血管段外接矩形長度變化的觀察。探頭下可探測血管段指B超探頭扇形掃描區域內可探測并顯示的橈動脈長度。外接矩形指包含該段橈動脈的最小矩形。可探測血管段長度包括2個長度。第一，通過尋找該段血管在8個方向上的極值點，可以計算近皮膚一側血管壁末端兩個極值點之間的最長直線距離。第二，矩形長度。將矩形長度作為一個參數是考慮到醫者體察脈長時，不可能感受到血管的彎曲，感受到的是平行于皮膚表面的端直血管長度。見圖4。

以脈（心）動周期為基礎，觀察兩個極值點間的最長直線距離和矩形長度的最大值、最小值以及長度時間變化率［（最大值－最小值）/心動周期］等數值，作為考察脈長的參數。

2.2.3寬度脈之寬度指醫者切脈時脈管的寬度。脈之寬度大于平脈為脈大，小于平脈為脈細。脈大者包括大脈、洪脈、實脈；脈細者包括細脈、濡脈、弱脈、微脈。

指下感覺到的脈管寬度，主要與兩方面因素有關。第一是橈動脈直徑。在實際情況下，橈動脈橫切面呈近似橢圓的不規則形，無法測量其直徑或長、短徑，所以借助前期研究的經驗［11］，本研究組選擇面積作為衡量寬度的參數之一。第二是與橈動脈搏動中形成的整體位移有關。整體位移包括徑向位移和軸向位移，研究證實，指下脈寬與徑向位移關系比較密切［1］。前期研究結果顯示［4］，與2～3mm的脈管寬度相比，橈動脈橫切面的徑向位移量較小，所以橈動脈橫切面面積是決定脈寬的主要因素，但是脈寬是在脈管運動過程中形成的，個體之間脈管寬度（或面積）的差異有可能很小，因此，徑向位移量也是必須考慮的因素。脈之寬度的檢測主要采取基于影像學資料的方法。

圖2單部探頭下血管段（略）

圖3單部探頭下血管段縱切面軸心（略）

圖4包含橈動脈的最小矩形、極值點和兩個極值點間最長直線距離（略）

2.2.3.1橈動脈橫切面面積變化的考察通過圖像處理，可獲得較為清晰的橈動脈橫切面的分割圖像。以像素為基礎計算面積，觀察脈（心）動周期內橈動脈橫切面面積的最大值、最小值和面積時間變化率，分析這些參數與脈寬之間的關系。見圖5。

2.2.3.2橈動脈橫切面軸心位移的考察圖像處理可獲得橈動脈橫切面的軸心，觀察脈（心）動周期內軸心運動軌跡，測量徑向位移量和位移時間變化率，分析這些參數與脈寬之間的關系。見圖1和圖6。

圖5橈動脈橫切面（略）

圖6橈動脈橫切面軸心（略）

2.2.4流利度流利度指指下感覺的流利或澀滯。流利度主要有滑、澀兩類，脈滑者包括滑脈、動脈，脈澀者包括澀脈。滑脈往來流利，如珠走盤；動脈短而滑數，厥厥動搖；澀脈往來不利，其勢艱難，三五不參。

前期研究表明［1］，脈之滑澀與橈動脈運動有一定關系。在此基礎上，結合脈圖時域分析方法，筆者進行了進一步的推理，認為流利度與心（脈）動周期內橈動脈運動方向改變程度、周期時間及橈動脈橫切面形狀等因素有關。

壓力脈圖其實反映的是橈動脈直徑隨時間變化的情況，從一個方面反映了橈動脈在垂直方向上的運動情況［12］。從滑脈和澀脈的脈圖來看，如僅考慮波動曲線的光滑程度，滑脈較澀脈要光滑得多。由于壓力信號采樣頻率相同，可以推斷，在垂直方向上，相鄰采樣時間內滑脈橈動脈上壁位移速度改變的程度小于澀脈，微分圖則更加直觀地表現了這種差異［13］。脈動過程不僅僅是橈動脈上壁的垂直運動，而且是包含橈動脈和上層組織的整體三維運動，由于上層組織相對靜止，脈動的產生主要是由于橈動脈的三維運動。前期研究已經證實［1］，脈滑變與脈管橫切面擴張及軸心位移增大有關。所以，僅一個方向上的變化可能很難說明構成脈象的一個基本要素，需要從橈動脈三維運動的角度進行探索。關于橈動脈的三維運動隨時間變化的情況，本研究組采取分別考察的策略，將橈動脈運動分為徑向運動和軸向運動，以軸心為研究對象，結合“周期整體”觀念，觀察橫切面和縱切面在兩個平面內隨時間變化的周期運動情況。同時改進脈圖對滑澀進行辨識的方法，以運動軌跡夾角代表相鄰時間段內橈動脈切面運動方向的變化，以內角和代表周期運動方向的變化程度。

脈滑者往往兼數，脈澀者往往兼遲，如果將周期時間因素考慮在內，假定二者橈動脈周期內運動方向的變化程度相同，那么脈滑者運動方向改變速度較快，會使皮膚產生較快的變形速度，容易被指端感受器感知。然而情況并非如此，往往脈澀變的指下感覺艱澀不利，使醫者產生形狀多變的指感。據此，筆者推斷，脈澀變的周期內橈動脈運動方向的改變程度可能遠遠大于脈滑變，周期時間可能不是決定流利度的主要因素。

橈動脈橫切面的形狀近似橢圓，其形狀的周期變化可能也是影響流利度的因素之一。在脈動周期運動中，若橈動脈橫切面形狀多變，那么使醫者指下皮膚產生較快的變形速度，容易被指端感受器感知，產生形狀多變的澀滯感。

基于上述考慮，對脈（心）動周期內橈動脈切面軸心運動軌跡以及橫切面形狀變化程度進行考察，將軌跡內角和、均值、角度時間變化率以及固靠性等作為反映流利度的參數。見圖1。初步研究證實，幀間角度平均值和幀間固靠性變化率兩個參數相結合考察可以初步進行流利度的辨識［14］。

脈形、脈勢是兩個較為復雜的屬性，對它們的研究，除了檢測手段的多樣化外，考察思路和研究策略也需要豐富，這也是實現有效參數篩選和構建對應關系的基本前提。本文僅是對脈形、脈勢檢測方法的初步探索，其有效性需要進一步的證實和大樣本的檢驗。

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