基于移动通信终端的数字化脉诊系统设计

黄艳丽，石轶夫，郭 宁，吴 杨

(1.西安电子科技大学通信工程学院，陕西 西安 710071;2.西安电子科技大学电子工程学院，陕西 西安 710071)

1 研究背景及目的

脉诊是我国传统医学中具有特色的一项诊断方法，是中医“整体观念”“辩证论治”基本精神的体现与应用。脉诊的指感形态由王叔和统一诊断标准后，经历代医家的不断完善补充，已基本定型。历代中医学家都企图用模式或示意图形来说明脉象的形状，但中医古代的脉象图只是把脉象的语言变为形象的图形，使之形象化。相比之下西方医学随工业革命的发展，医疗技术飞速进步，而我国中医脉学理论深奥，方法古老，使脉诊的数字化研究受到较大限制，中医脉学显得缺乏时代气息［1］。

脉象是中医用手指获取病人“寸口”脉搏的频率、节律、形状、深浅和强弱等变化的综合信息，即中医脉诊全凭经验和手指主观感觉。因此带有个人主观臆断因素，缺乏客观指标作为判定脉象的标准。而且，由于中医脉象体系复杂性、实践的长期性和技巧性，所谓“脉理精微，其体难辨。……在心易了，指下难明”，至少要5～8年的临床实践才有可能初步掌握这种诊法，所以脉象诊断和应用的进一步发展受到严重阻碍［1－2］。

脉诊数字化与客观化是涉及中医学、西医学、物理学、生物学、计算机学、工程学等多门学科的系统工程。数字化研究的目的在于使脉诊逐步走向定量化、标准化的脉象语言，辅助中医的临床工作，把传统中医理论和现代科学理论结合，从病因、病机、局部、整体、人体和环境等多方面、多层次地研究脉诊问题，使每种脉象都有自己特定的内容和病理依据，使以往中医对这方面的抽象概念更接近于具体概念，使中医脉诊的经验予以保留，对中医脉诊中公认的精华部分，予以揭示和证明，在采集海量脉象数据的基础上辅助中医教学，恢复其应有的地位［3－4］。

2 系统总体结构

基于中医脉学理论，设计出了能进行“三部九候”脉象检测的数据采集装置、建立脉象识别的数学模型、搭建完善的后台医疗服务体制，融合了中医脉学理论精华与当前发展迅速的移动通信与人工智能技术，完成了基于移动通信终端的数字化中医脉象诊断系统。

系统主要分为4个部分:脉象采集装置、脉象分析模块、智能移动终端和医疗服务中心，系统模型如图1所示。

图1 系统模型

系统的脉象采集装置将寸部脉象、关部脉象和尺部脉象的信号实时采集，并传输给脉象分析模块，脉象分析模块利用人工神经网络(ANN)对脉象数据进行智能分析，并对脉象数据进行加密，通过蓝牙方式传输给智能移动终端，其对接收到的脉象数据进行数字签名，并通过GPRS、WIFI或3G方式传输给医疗服务中心，医疗服务中心对数据进行解密、存储和分析，并利用访问控制机制对用户身份进行判断，反馈诊断结果给智能移动终端，最后显示诊断结果。

3 脉象采集装置设计

根据脉象采集的客观需求，装置包含3个PVDF压电薄膜传感器，首先，AD620对传感器输出信号进行一级放大，LTC1151作二级放大与滤波，滤波器为50 Hz工频陷波器，其输出端接无源抗混叠滤波器，随后将信号输出至DSP的A/D采集端［4－8］。

其中选用低偏流低噪声AD620，有效降低了输出阻抗PVDF压电薄膜传感器的噪声，放大了脉象信号。由于脉象信号频率极低，工频50 Hz交流电对其干扰很大，在二级放大电路上增加了50 Hz陷波器，有效提高SNR。尽管输出信号在示波器上较为理想，但数据从DSP的A/D端采集后，仍遇到较大噪声，使用低通滤波器抗混叠，脉波信号在A/D采样时减少了频谱混叠，提高了SNR。

新型脉象采集装置框图如图2所示。

4 脉象分析模块设计

脉象信号属于生理电信号，会随人体的各种生理病因及周围环境条件的变化，波形也随之变化，因此，它在医学诊断中具有重要的意义。利用计算机自动识别各类典型脉象，基础和关键的工作是对脉象信号进行特征提取，找出能代表各类典型脉象的特征，并探索与疾病的联系，因此对特征提取以及与病症之间的联系的研究就显得尤为重要［9］。

图2 脉象采集装置框图

人工神经网络(ANN)技术是对人脑神经元结构及功能的模拟。在模式识别与故障检测领域具有较大的潜力和优越性。利用ANN对中医脉象进行识别，在搜集大量脉象信号样本的基础上可以取得较高的正确率。系统是基于ANN的脉象智能分析系统模型，建立浮沉特征、迟数特征、结代特征、滑弦特征、虚实特征网络，其中迟数脉类以信号的频率作为分辨的主要指标;结代脉类以信号的节律作为分辨的主要指标;浮沉脉类以不同加压值时的信号幅度变化为主要判别依据;大细脉类以不同的加压值时的信号幅度大小作为其分辨依据，滑弦脉类以脉象波形的形态变化为分辨依据。

5 智能移动终端中软件的设计

智能移动通信终端，包括用户交互模块、蓝牙模块和Socket模块。用户交互模块用于验证登录信息;Socket模块用于发送脉象数据到医疗服务中心后台服务器;蓝牙模块用于接收数据采集装置传输过来的脉象数据。

图3 智能移动终端结构框图

系统中智能移动终端首先通过用户交互模块远程验证用户信息，然后开启蓝牙模块接收脉象分析装置传输过来的脉象数据，并使用Socket模块将经过数字签名后的脉象数据发送给医疗服务中心，同时Socket模块接收医疗服务中心反馈的诊断结果，并通过用户交互模块进行显示。其中，智能移动终端中Android程序的设计如图4所示。

图4 Android程序设计

Android程序在启动之后，对手机进行初始化，依次检查蓝牙、启动蓝牙和检查网络的工作，完成初始化之后提示输入用户名和密码进行登录，扫描生理数据采集设备并连接该设备，之后进行循环采集和发送数据［5］。

6 医疗服务中心的设计

医疗服务中心后台服务器，包括Web登录管理界面模块、历史记录分析模块和网络通信模块。Web登录管理界面模块，用于登录管理医疗服务中心后台服务器;网络通信模块用于接收移动通信终端传输的脉象数据，并将其脉象数据传输至历史记录分析模块进行存储和分析，待医疗人员查看。

图5 医疗服务中心后台服务器结构框图

医疗服务中心后台服务器的程序流程图如图6所示。

医疗服务中心后台服务程序开启后，首先进行Socket监听，等待客户机连接，当客户机连接后，新建一个子线程为其服务，并对客户机发送欢迎消息，之后接收客户机传输过来的数据，按照协议对数据进行分类、统计和分析，并将结果反馈给客户机。

7 结束语

图6 医疗服务中心后台服务器程序流程图

系统完成了一个基于移动通信终端的数字化中医脉象诊断系统，结合中医脉学的精华与智能信息处理和移动通信终端的优点，达到中医脉诊的数字化、客观化和便携化。系统研究不仅涉及概率统计、信息融合、模糊数学等应用数学领域，还涉及中医学、信号与信息处理、生物信息论、系统论等诸多学科，因此本系统的实现仅是此方向研究的一个开始，其中的许多问题有待于进一步完善。

［1］周楣声.周楣声·脉学［M］.青岛:青岛出版社，2009.

［2］姜远海.医用传感器［M］.北京:科学出版社，1999.

［3］蔡轶珩，沈兰荪，黄祥林.脉象分析仪的研究进展［J］.电子测量与仪器学报，2002，16(4):132 －136.

［4］费兆馥.现代中医脉诊学［M］.北京:人民卫生出版社，2003.

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［6］王国力，赵子婴，白金星.PVDF压电薄膜传感器的研制［J］.传感技术学报，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.

［8］TANG Weichang.The development of a double point sensor for the pulse ［J］.Chinese Journal of Medical Instrument，2000，24(1):16 －19.

［9］WANG K Q，XU L S，ZHANG D.Approximate entropy based pulse variability analysis［C］.USA:Proceedings of the IEEE Computer Based Medical Systems，2003:236 －241.