基于移動通信終端的數字化脈診系統設計

黃艷麗，石軼夫，郭 寧，吳 楊

(1.西安電子科技大學通信工程學院，陜西 西安 710071;2.西安電子科技大學電子工程學院，陜西 西安 710071)

1 研究背景及目的

脈診是我國傳統醫學中具有特色的一項診斷方法，是中醫“整體觀念”“辯證論治”基本精神的體現與應用。脈診的指感形態由王叔和統一診斷標準后，經歷代醫家的不斷完善補充，已基本定型。歷代中醫學家都企圖用模式或示意圖形來說明脈象的形狀，但中醫古代的脈象圖只是把脈象的語言變為形象的圖形，使之形象化。相比之下西方醫學隨工業革命的發展，醫療技術飛速進步，而我國中醫脈學理論深奧，方法古老，使脈診的數字化研究受到較大限制，中醫脈學顯得缺乏時代氣息［1］。

脈象是中醫用手指獲取病人“寸口”脈搏的頻率、節律、形狀、深淺和強弱等變化的綜合信息，即中醫脈診全憑經驗和手指主觀感覺。因此帶有個人主觀臆斷因素，缺乏客觀指標作為判定脈象的標準。而且，由于中醫脈象體系復雜性、實踐的長期性和技巧性，所謂“脈理精微，其體難辨。……在心易了，指下難明”，至少要5～8年的臨床實踐才有可能初步掌握這種診法，所以脈象診斷和應用的進一步發展受到嚴重阻礙［1－2］。

脈診數字化與客觀化是涉及中醫學、西醫學、物理學、生物學、計算機學、工程學等多門學科的系統工程。數字化研究的目的在于使脈診逐步走向定量化、標準化的脈象語言，輔助中醫的臨床工作，把傳統中醫理論和現代科學理論結合，從病因、病機、局部、整體、人體和環境等多方面、多層次地研究脈診問題，使每種脈象都有自己特定的內容和病理依據，使以往中醫對這方面的抽象概念更接近于具體概念，使中醫脈診的經驗予以保留，對中醫脈診中公認的精華部分，予以揭示和證明，在采集海量脈象數據的基礎上輔助中醫教學，恢復其應有的地位［3－4］。

2 系統總體結構

基于中醫脈學理論，設計出了能進行“三部九候”脈象檢測的數據采集裝置、建立脈象識別的數學模型、搭建完善的后臺醫療服務體制，融合了中醫脈學理論精華與當前發展迅速的移動通信與人工智能技術，完成了基于移動通信終端的數字化中醫脈象診斷系統。

系統主要分為4個部分:脈象采集裝置、脈象分析模塊、智能移動終端和醫療服務中心，系統模型如圖1所示。

圖1 系統模型

系統的脈象采集裝置將寸部脈象、關部脈象和尺部脈象的信號實時采集，并傳輸給脈象分析模塊，脈象分析模塊利用人工神經網絡(ANN)對脈象數據進行智能分析，并對脈象數據進行加密，通過藍牙方式傳輸給智能移動終端，其對接收到的脈象數據進行數字簽名，并通過GPRS、WIFI或3G方式傳輸給醫療服務中心，醫療服務中心對數據進行解密、存儲和分析，并利用訪問控制機制對用戶身份進行判斷，反饋診斷結果給智能移動終端，最后顯示診斷結果。

3 脈象采集裝置設計

根據脈象采集的客觀需求，裝置包含3個PVDF壓電薄膜傳感器，首先，AD620對傳感器輸出信號進行一級放大，LTC1151作二級放大與濾波，濾波器為50 Hz工頻陷波器，其輸出端接無源抗混疊濾波器，隨后將信號輸出至DSP的A/D采集端［4－8］。

其中選用低偏流低噪聲AD620，有效降低了輸出阻抗PVDF壓電薄膜傳感器的噪聲，放大了脈象信號。由于脈象信號頻率極低，工頻50 Hz交流電對其干擾很大，在二級放大電路上增加了50 Hz陷波器，有效提高SNR。盡管輸出信號在示波器上較為理想，但數據從DSP的A/D端采集后，仍遇到較大噪聲，使用低通濾波器抗混疊，脈波信號在A/D采樣時減少了頻譜混疊，提高了SNR。

新型脈象采集裝置框圖如圖2所示。

4 脈象分析模塊設計

脈象信號屬于生理電信號，會隨人體的各種生理病因及周圍環境條件的變化，波形也隨之變化，因此，它在醫學診斷中具有重要的意義。利用計算機自動識別各類典型脈象，基礎和關鍵的工作是對脈象信號進行特征提取，找出能代表各類典型脈象的特征，并探索與疾病的聯系，因此對特征提取以及與病癥之間的聯系的研究就顯得尤為重要［9］。

圖2 脈象采集裝置框圖

人工神經網絡(ANN)技術是對人腦神經元結構及功能的模擬。在模式識別與故障檢測領域具有較大的潛力和優越性。利用ANN對中醫脈象進行識別，在搜集大量脈象信號樣本的基礎上可以取得較高的正確率。系統是基于ANN的脈象智能分析系統模型，建立浮沉特征、遲數特征、結代特征、滑弦特征、虛實特征網絡，其中遲數脈類以信號的頻率作為分辨的主要指標;結代脈類以信號的節律作為分辨的主要指標;浮沉脈類以不同加壓值時的信號幅度變化為主要判別依據;大細脈類以不同的加壓值時的信號幅度大小作為其分辨依據，滑弦脈類以脈象波形的形態變化為分辨依據。

5 智能移動終端中軟件的設計

智能移動通信終端，包括用戶交互模塊、藍牙模塊和Socket模塊。用戶交互模塊用于驗證登錄信息;Socket模塊用于發送脈象數據到醫療服務中心后臺服務器;藍牙模塊用于接收數據采集裝置傳輸過來的脈象數據。

圖3 智能移動終端結構框圖

系統中智能移動終端首先通過用戶交互模塊遠程驗證用戶信息，然后開啟藍牙模塊接收脈象分析裝置傳輸過來的脈象數據，并使用Socket模塊將經過數字簽名后的脈象數據發送給醫療服務中心，同時Socket模塊接收醫療服務中心反饋的診斷結果，并通過用戶交互模塊進行顯示。其中，智能移動終端中Android程序的設計如圖4所示。

圖4 Android程序設計

Android程序在啟動之后，對手機進行初始化，依次檢查藍牙、啟動藍牙和檢查網絡的工作，完成初始化之后提示輸入用戶名和密碼進行登錄，掃描生理數據采集設備并連接該設備，之后進行循環采集和發送數據［5］。

6 醫療服務中心的設計

醫療服務中心后臺服務器，包括Web登錄管理界面模塊、歷史記錄分析模塊和網絡通信模塊。Web登錄管理界面模塊，用于登錄管理醫療服務中心后臺服務器;網絡通信模塊用于接收移動通信終端傳輸的脈象數據，并將其脈象數據傳輸至歷史記錄分析模塊進行存儲和分析，待醫療人員查看。

圖5 醫療服務中心后臺服務器結構框圖

醫療服務中心后臺服務器的程序流程圖如圖6所示。

醫療服務中心后臺服務程序開啟后，首先進行Socket監聽，等待客戶機連接，當客戶機連接后，新建一個子線程為其服務，并對客戶機發送歡迎消息，之后接收客戶機傳輸過來的數據，按照協議對數據進行分類、統計和分析，并將結果反饋給客戶機。

7 結束語

圖6 醫療服務中心后臺服務器程序流程圖

系統完成了一個基于移動通信終端的數字化中醫脈象診斷系統，結合中醫脈學的精華與智能信息處理和移動通信終端的優點，達到中醫脈診的數字化、客觀化和便攜化。系統研究不僅涉及概率統計、信息融合、模糊數學等應用數學領域，還涉及中醫學、信號與信息處理、生物信息論、系統論等諸多學科，因此本系統的實現僅是此方向研究的一個開始，其中的許多問題有待于進一步完善。

［1］周楣聲.周楣聲·脈學［M］.青島:青島出版社，2009.

［2］姜遠海.醫用傳感器［M］.北京:科學出版社，1999.

［3］蔡軼珩，沈蘭蓀，黃祥林.脈象分析儀的研究進展［J］.電子測量與儀器學報，2002，16(4):132 －136.

［4］費兆馥.現代中醫脈診學［M］.北京:人民衛生出版社，2003.

［5］韓超，梁泉.Android系統原理及開發要點詳解［M］.北京:電子工業出版社，2010.

［6］王國力，趙子嬰，白金星.PVDF壓電薄膜傳感器的研制［J］.傳感技術學報，2004(9):58 －61.

［7］JIN Guanchang，YU Miao，BAO Naikeng.Research of multi－point pulse wave computer measurement system using PVDF［J］.Journal of Tsinghua University Science and Technology，1999，39(8):117 －120.

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