專利名稱：中醫(yī)脈診的分析系統(tǒng)與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種中醫(yī)脈診的分析系統(tǒng)與方法，尤其是一種關(guān)于中醫(yī)脈象 構(gòu)成要素的定量分析的中醫(yī)脈診的分析系統(tǒng)與方法。
背景技術(shù)：
脈診是中醫(yī)根據(jù)脈象的變化來(lái)判斷人體臟腑的氣血.、陰陽(yáng)、生理與病理的
狀況；而脈象千變?nèi)f化，如弦脈、滑脈、平脈、短脈等28脈象，并不是只有 心跳而已，脈診需考慮到病患脈搏的位、數(shù)、形、勢(shì)的變化。中醫(yī)師作脈診時(shí)， 以指按壓饒骨動(dòng)脈，利用手指感覺(jué)脈動(dòng)，進(jìn)行病患整體狀態(tài)的診斷，就"位" 而言，橈骨動(dòng)脈處即可分為寸、關(guān)、尺三部份。古代周學(xué)海提出脈診時(shí)要力求 把位、數(shù)、形、勢(shì)講得真切"夫脈有四科，位、數(shù)、形、勢(shì)而已。位者，浮 沉尺寸也。數(shù)者，遲數(shù)促結(jié)也。形者，長(zhǎng)短、廣狹、厚薄、粗細(xì)、剛?cè)?，猶算 學(xué)家之有線、面、體也。勢(shì)者，斂舒伸縮進(jìn)退起伏之有盛衰也"。上述的位、 數(shù)、形、勢(shì)是判斷脈象的綱領(lǐng)，但脈診因?yàn)闆](méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和簡(jiǎn)便而又科 學(xué)的表述方法，必需依靠人手指感覺(jué)出微妙的觸覺(jué)而診斷，臨床上并不能很好 地實(shí)行。
自20世紀(jì)50年代所發(fā)展的先前技術(shù)開(kāi)始以西方傳來(lái)的脈搏描繪技術(shù)進(jìn)行 脈波圖形化的嘗試。 一直到20世紀(jì)80年代所發(fā)展的檢測(cè)重復(fù)性好、長(zhǎng)期測(cè)試 穩(wěn)定性佳、取脈壓力的讀取和標(biāo)記方便、具有足夠的靈壽丈度及動(dòng)態(tài)范圍的儀器。 臺(tái)灣地區(qū)則自20世紀(jì)70年代起所發(fā)展的先前技術(shù)，如脈波儀，是由脈搏感應(yīng) 器、壓力轉(zhuǎn)換器、多頻道記錄器，將脈波儀與計(jì)算機(jī)相結(jié)合，使脈波圖與心電 圖同步顯現(xiàn)。另 一種先前技術(shù)則利用傅立葉轉(zhuǎn)換分析由壓力轉(zhuǎn)換器取得的脈 波，以不同頻率共振波強(qiáng)度作為不同臟腑的健康狀態(tài)的指標(biāo)。上述先前技術(shù)價(jià) 格昂貴，脈位的選取仍靠人為操作，且報(bào)告的分析仍不夠詳細(xì)客觀，仍需靠中 醫(yī)師判讀，且相關(guān)數(shù)據(jù)無(wú)法供西醫(yī)界了解與討論有關(guān)。
現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的研究，構(gòu)成脈搏的因素，主要是心臟搏動(dòng)(包括搏出量與搏出
5力)所產(chǎn)生的壓力、動(dòng)脈管壁彈性與末梢抵抗力、血液粘稠度三個(gè)條件。正常 脈搏的成因是心跳頻率、心臟活動(dòng)節(jié)律、心臟射血功能、動(dòng)脈壁彈性、小動(dòng)脈 緊張度、血管充盈度及神經(jīng)、內(nèi)分泌調(diào)節(jié)功能等多種因素綜合反映。
另外，壓力脈圖取得的生理信息具有一定的局限性，動(dòng)脈脈搏除發(fā)出壓力 搏動(dòng)的信號(hào)之外，還有管腔容積、血流速度、脈管的三度空間運(yùn)動(dòng)等多種信息。
脈象圖的研究大多還局限于28脈的范圍內(nèi)，如弦脈、滑脈、疾脈等，某脈的 脈象圖實(shí)質(zhì)上可能是某復(fù)合脈的脈搏波圖，況且某些脈象的壓力脈圖之間沒(méi)有 明顯的區(qū)別。因此，目前用壓力脈圖的指標(biāo)，主要集中在"位〃 與"形〃 上的 探討，有其局限性，不能將脈象的脈位、脈寬、脈長(zhǎng)、脈率、脈律、脈力、脈 流、脈體等指標(biāo)全部定量地反映出來(lái)，尚需要配合其它方法進(jìn)行脈象研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種中醫(yī)脈診的分析系統(tǒng)，通過(guò)信號(hào)收集定量分析 中醫(yī)脈象構(gòu)成要素，尤其是對(duì)「形」、「數(shù)」、r勢(shì)」進(jìn)行定量分析。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種中醫(yī)脈診的分析方法，參考連續(xù)的血壓信 號(hào)與心電信號(hào)，以界定中醫(yī)脈象構(gòu)成要素的定量指標(biāo)。
本發(fā)明的另 一 目的在于提供一種中醫(yī)脈診的分析系統(tǒng)與方法，從西醫(yī)的角 度來(lái)定義「形」、「數(shù)」、「勢(shì)」分析。
為達(dá)到前述目的，本發(fā)明提供一種中醫(yī)脈診的分析系統(tǒng)，包含一脈波信號(hào) 收集裝置，用以收集并產(chǎn)生血壓信號(hào)與心電信號(hào)；以及一信號(hào)處理單元，接收 并分析連續(xù)的前述血壓信號(hào)與心電信號(hào)，前述信號(hào)處理單元的執(zhí)行包含建構(gòu) 所測(cè)量到前述血壓信號(hào)的部位參數(shù)；建構(gòu)在由前述血壓信號(hào)或心電信號(hào)所運(yùn)算 的心率參數(shù)；建構(gòu)在由前述血壓信號(hào)所分析的血壓波形參數(shù)；建構(gòu)在心率變異 性(HRV)及動(dòng)脈壓變異性(APV)的頻譜分析參數(shù)；以及基于上述參數(shù)界定 中醫(yī)脈象構(gòu)成要素的定量指標(biāo)。
本發(fā)明又提供一種中醫(yī)脈診的分析方法，參考連續(xù)的血壓信號(hào)與心電信 號(hào)，該分析方法包含建構(gòu)所測(cè)量到前述血壓信號(hào)的部位參數(shù)；建構(gòu)在由前述 血壓信號(hào)或心電信號(hào)所運(yùn)算的心率參數(shù);建構(gòu)在由前述血壓信號(hào)所分析的血壓 波形參數(shù)；建構(gòu)在動(dòng)脈壓變異性(APV)及心率變異性(HRV)的頻譜分析參 數(shù)；以及基于上述參數(shù)界定中醫(yī)脈象構(gòu)成要素的定量指標(biāo)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為把難以定量的脈象，通過(guò)自動(dòng)化運(yùn)算出定量指標(biāo)，使得脈 象判定標(biāo)準(zhǔn)上有一致性，避免人為診斷的誤差，而提升脈診的準(zhǔn)確性，增進(jìn)脈 診儀的效能，并與西醫(yī)結(jié)合，以上皆為本發(fā)明優(yōu)異的效能。
配合所附附圖、實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明及申請(qǐng)專利范圍，對(duì)上述及本發(fā)明的其 它目的與優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了詳述。然而，當(dāng)可了解所附附圖純?yōu)榻庹f(shuō)本發(fā)明的精神而 設(shè)，不當(dāng)視為本發(fā)明范疇的定義。有關(guān)本發(fā)明保護(hù)范圍的定義，請(qǐng)參照所附的 權(quán)利要求書(shū)。


圖1為本發(fā)明中醫(yī)脈診的分析系統(tǒng)的系統(tǒng)方塊圖； 圖2為本發(fā)明中醫(yī)脈診的分析方法5秒鐘原始血壓波形圖； 圖3為本發(fā)明中醫(yī)脈診的分析方法5分鐘原始血壓波形圖； 圖4為圖3血壓信息運(yùn)算得出平均血壓(MSBP)及平均心跳間距(MPPI) 的結(jié)果圖。 圖中，
10 脈波信號(hào)收集裝置
11 血壓收集器
111 壓力轉(zhuǎn)換器 112 放大器
113 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器
12 心電信號(hào)收集器
121 電極 122 》文大器
123 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器
20 信號(hào)處理單元
具體實(shí)施方式
定義
本發(fā)明中的"脈診"是指中醫(yī)根據(jù)脈象的變化來(lái)判斷人體臟腑的氣血、陰 陽(yáng)、生理與病理的狀況。
本發(fā)明中的"脈象"是指中醫(yī)師以指按壓病患脈搏，利用手指感覺(jué)脈動(dòng)的 變化。
本發(fā)明中的中醫(yī)脈象構(gòu)成要素的"位"是指量測(cè)脈搏的位置。本發(fā)明中的中醫(yī)脈象構(gòu)成要素的"數(shù)"是指每單位時(shí)間內(nèi)的脈搏次數(shù)。 本發(fā)明中的中醫(yī)脈象構(gòu)成要素的"形"是指脈的形狀，脈相為波。
本發(fā)明中的中醫(yī)脈象構(gòu)成要素的"勢(shì)"是指脈相的趨勢(shì)(trend),趨勢(shì)即 為改變的趨向(variation of trend)。
本發(fā)明中的"QRS波群(QRS complex)"是指心電圖中典型的QRS波群 包括三個(gè)緊密相連的波，第一個(gè)向下的波稱為Q波，繼Q波后的一個(gè)高尖的 直立波稱為R波，R波后向下的波稱為S波。因其緊密相連，且反映了心室 電激動(dòng)過(guò)程，故統(tǒng)稱為QRS波群。這個(gè)波群反映了左、右兩心室的除極過(guò)程。
首先，參閱圖1,圖1為本發(fā)明中醫(yī)脈診的分析系統(tǒng)的系統(tǒng)方塊圖。在本 發(fā)明的較佳實(shí)施例中，本發(fā)明的中醫(yī)脈診的分析系統(tǒng)，包含一脈波信號(hào)收集裝 置10，該脈波信號(hào)收集裝置IO進(jìn)一步包含一血壓收集器11和一心電信號(hào)收 集器12,而該心電信號(hào)收集器12在本發(fā)明系統(tǒng)中為選擇性安裝的裝置，其中， 血壓信號(hào)收集器ll從人體特定部位收集血壓信號(hào)，例如橈骨動(dòng)脈處的寸、關(guān)、 尺位置，或是人體其它部位。收集到的血壓信號(hào)，經(jīng)由壓力轉(zhuǎn)換器lll將壓力 信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)，再經(jīng)放大器112將信號(hào)放大，放大后的血壓信號(hào)再經(jīng)由模擬 數(shù)字轉(zhuǎn)換器113 (analog-digital converter)將信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，取樣頻率 為2048Hz，持續(xù)數(shù)分鐘之后，取得并產(chǎn)生用數(shù)字信號(hào)表示的連續(xù)血壓信號(hào)， 以時(shí)間為橫軸將血壓信號(hào)逐點(diǎn)劃出立即性的血壓波形信號(hào)。
另一方面，心電信號(hào)收集器12可經(jīng)由電極121收集心電信號(hào)，心電信號(hào) 經(jīng)放大器122將信號(hào)放大，放大后的心電信號(hào)再經(jīng)由模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器123將信 號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，取樣頻率為256 Hz,持續(xù)數(shù)分鐘之后，取得并產(chǎn)生用數(shù) 字信號(hào)表示的連續(xù)心電信號(hào)，以時(shí)間為橫軸將血壓信號(hào)逐點(diǎn)劃出立即性的心電 波形信號(hào)。
一脈波處理單元20 4妄收并分析連續(xù)的前述血壓信號(hào)和心電信號(hào)，該脈波 處理單元20可為一個(gè)人計(jì)算機(jī)、PDA、行動(dòng)電話內(nèi)含的微電腦或手表內(nèi)含的 微電腦。該血壓信號(hào)是從人體特定部位收集，以此建構(gòu)所測(cè)量到前述血壓信號(hào) 的部位參數(shù)，界定該部位參數(shù)為中醫(yī)脈象構(gòu)成要素「位J。
脈波處理單元20接收到前述的血壓波形信號(hào)，在方塊201中，分析相對(duì) 高點(diǎn)即為一收縮壓，相對(duì)低點(diǎn)即為一舒張壓，利用該收縮壓數(shù)值及該舒張壓數(shù)值經(jīng)程序運(yùn)算出一平均壓(平均壓=1/3收縮壓+2/3舒張壓)，該收縮壓數(shù)值減 舒張壓數(shù)值即為一脈搏壓(脈搏壓=收縮壓-舒張壓)。在方塊202中，脈波處 理單元20利用上述血壓數(shù)字信號(hào)做一次微分(dp/dt)后，每次脈搏的最高值 減去最低值，便可得到心臟收縮力(contractility )數(shù)值。而心搏量(stroke volume ) 是利用以下公式得出
SV=KPsa(l+Ts/Td)
K為一常數(shù)，P幼是單個(gè)脈博血壓曲線的面積，Ts是收縮持續(xù)時(shí)間，Td是
舒張持續(xù)時(shí)間。若將上述心搏量乘以心率即得一心輸出量(心輸出量=心搏量
x心率)。在方塊203中，脈波處理單元20進(jìn)行血壓諧振波分析(harmonic analysis),是將前述得到的血壓數(shù)字信號(hào)以快速傅立葉轉(zhuǎn)換為頻語(yǔ)，并利用積 分的方式來(lái)訂量每一個(gè)特定頻率區(qū)間的功率。每一頻譜以兩度空間直方圖表 達(dá)，或以數(shù)值方式輸出，運(yùn)算出動(dòng)脈壓變異性數(shù)值，其中隨心跳倍率變化的超 高頻成分即為血壓諧振波。而動(dòng)脈順應(yīng)性(artery compliance)是利用以下公 式得出
Cp=(SV/K)x(bexpbp/expbps-expbpd) 另外，動(dòng)脈阻力值(resistance of artery)是利用以下公式得出
Zc=Pi/Qf
Zc即為動(dòng)脈阻力，Pf為血壓，Qf為血流。前述方塊201中的收縮壓、舒張壓、 平均壓、及脈博壓，是為脈波處理單元20接收到血壓波形信號(hào)后，經(jīng)前述運(yùn) 算得到的數(shù)值，此種經(jīng)由血壓波形分析而得到的參數(shù)，為血壓波形參數(shù)，脈波 處理單元20界定該血壓波形參數(shù)為中醫(yī)脈象構(gòu)成要素的r形」，是以收縮壓、 舒張壓、平均壓、及脈博壓為定量指標(biāo)。而前述方塊202、及方塊203中心臟 收縮力、心搏量、心輸出、血壓諧振波分析、動(dòng)脈順應(yīng)性、及動(dòng)脈阻力值同時(shí) 為中醫(yī)脈象構(gòu)成要素r數(shù)」與「形」的定量指標(biāo)。
另一方面，脈波處理單元20接收到前述的血壓波形信號(hào)，經(jīng)運(yùn)算后同時(shí) 得到心跳周期間距(PPI)的數(shù)值，即為方塊210中的心率參數(shù)，或是利用心 電波形信號(hào)，同樣可得到方塊210中的心率參數(shù)，脈波處理單元20界定該心 率參數(shù)為中醫(yī)脈象構(gòu)成要素的「數(shù)」，是以心率為定量指標(biāo)。
變異性分析是指任何一個(gè)參數(shù)經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間收集后都可為其趨勢(shì)或變動(dòng)進(jìn)行分析，如心率經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間累積足夠的數(shù)量后可進(jìn)行心率變異性分析、及動(dòng)脈壓經(jīng) 長(zhǎng)時(shí)間累積足夠的數(shù)量后可進(jìn)行動(dòng)脈壓變異性分析。
在信號(hào)處理單元20內(nèi)，前述心率參數(shù)與血壓波形參數(shù)經(jīng)由方塊220的頻 域分析法(Frequency domain analysis )分析，在動(dòng)脈壓變異性分析(APV)方 面，其中血管交感神經(jīng)活性(vascular sympathetic activity )是將前述得到的數(shù) 字血壓信號(hào)以快速傅立葉轉(zhuǎn)換為頻譜，并利用積分的方式來(lái)定量每一個(gè)特定頻 率區(qū)間的功率，得到方塊230的動(dòng)脈壓的功率頻鐠。每一頻鐠以兩度空間直方 圖表達(dá)，或以數(shù)值方式輸出，運(yùn)算出動(dòng)脈壓變異性數(shù)值，其中方塊231的低頻 成分(BLF)可作為血管交感神經(jīng)活性的指標(biāo)。
在信號(hào)處理單元20內(nèi)，前迷心率參數(shù)與血壓波形參數(shù)經(jīng)由方塊220的頻 域分析法(Frequency domain analysis)分析，在心率變異性分析(HRV)方面， 是將前述運(yùn)算得到的心電信號(hào)以快速傅立葉轉(zhuǎn)換為頻譜，并利用積分的方式來(lái) 訂量每一個(gè)特定頻率區(qū)間的功率，得到方塊240的心率功率頻譜。每一頻譜以 兩度空間直方圖表達(dá)，或以數(shù)值方式輸出，運(yùn)算出心率變異性數(shù)值，并以方塊 241的心臟交感神經(jīng)活性LF/HF為心臟交感神經(jīng)活性(cardiac sympathetic activity)的指標(biāo)。方塊242的心臟副交感神經(jīng)活性(cardiac vagal activity)以 HF為心臟迷走神經(jīng)活性的指標(biāo)，而LF則視為交感和副交感神經(jīng)功能的統(tǒng)合 指針。
信號(hào)處理單元20界定變異性的頻鐠分析參數(shù)為中醫(yī)脈象構(gòu)成要素的 r勢(shì)」，是以血管交感神經(jīng)活性、心臟交感神經(jīng)活性、心臟副交感神經(jīng)活性、 以及感壓反射靈敏度分析為定量指標(biāo)。
前述方塊230和231中的動(dòng)脈壓的功率頻譜和血管交感神經(jīng)活性的數(shù)值， 是為該脈波處理單元20接收到血壓波形參數(shù)后，經(jīng)過(guò)連續(xù)時(shí)間運(yùn)算得到的數(shù) 值，此種經(jīng)由血壓波形參數(shù)連續(xù)時(shí)間分析而得到的參數(shù)，是為動(dòng)脈壓變異性 (APV)的頻鐠分析參數(shù)，脈波處理單元20界定動(dòng)脈壓變異性(APV)的頻 譜分析參數(shù)為中醫(yī)脈象的「形之勢(shì)J。
前述方塊240、 241和242中的心率的功率頻鐠、心臟交感神經(jīng)活性、和 心臟副交感神經(jīng)活性的數(shù)值，是為該脈波處理單元20接收到心率參數(shù)后，經(jīng) 過(guò)連續(xù)時(shí)間運(yùn)算得到的數(shù)值，此種經(jīng)由心率參數(shù)連續(xù)時(shí)間分析而得到的參數(shù)，是為心率變異性(HRV)的頻譜分析參數(shù)，脈波處理單元20界定心率變異性 (HRV)的頻譜分析參數(shù)為中醫(yī)脈象的「數(shù)之勢(shì)J。
由于心率變異與血壓變異是息息相關(guān)；意即當(dāng)血壓有所變動(dòng)時(shí)，心臟會(huì)調(diào) 節(jié)其心率以維持血壓的恒定性。于是「數(shù)之勢(shì)」與「形之勢(shì)」其實(shí)是環(huán)環(huán)相扣，
互為消長(zhǎng)的一套「勢(shì)」的系統(tǒng)；方塊250的血壓和心率的交叉頻譜和方塊251 的感壓反射靈敏度，就是在表達(dá)「數(shù)之勢(shì)」與「形之勢(shì)」分析之下的統(tǒng)合的「勢(shì)J。 以下進(jìn)一步說(shuō)明脈波處理單元20的頻域分析工作內(nèi)容。
動(dòng)脈壓變異性分析(Arterial Pressure Variability Analysis)
動(dòng)脈壓(APV)的收集，可由一脈波信號(hào)收集裝置進(jìn)行，是利用血壓信號(hào) 收集器如臂式血壓計(jì)、腕式血壓計(jì)、手指體積描記器(finger plethysmography )、 筆式脈波傳感器、壓平眼壓計(jì)(tonometry),環(huán)式血壓計(jì)等收集血壓波形信號(hào)， 血壓波形信號(hào)經(jīng)放大器放大10，000倍并濾波后，再經(jīng)12位(bit)模擬數(shù)字轉(zhuǎn) 換器(PCL-818L， Advantech， Taiwan)連接至信號(hào)處理單元20，如IBM兼容計(jì) 算機(jī)，并以1024Hz取樣速率存錄至信號(hào)處理單元20。
在一信號(hào)處理單元內(nèi)將動(dòng)脈壓信號(hào)進(jìn)行重新取樣(resample)以維持其時(shí) 間連續(xù)性。首先消除信號(hào)的基準(zhǔn)線飄移(baseline drift)以防止低頻帶的干擾， 原本連續(xù)的血壓信號(hào)切分為每64秒(4096點(diǎn))為一組(或稱為一個(gè)分析窗) 進(jìn)行快速傅立葉轉(zhuǎn)換(Fast Fourier transform, FFT)估算功率密度頻譜(power spectral density),同時(shí)采用海明窗(Hamming window)運(yùn)算以避免頻譜中個(gè) 別頻率成份的互相滲漏(leakage)作用。
本發(fā)明以積分的方式定量功率密度頻譜中各頻帶的功率，包括動(dòng)脈壓頻譜 中的低頻功率(BLF， 0.04-0.15 Hz)、高頻功率(BHF， 0.15-0.4 Hz)等量化參 數(shù)，其中，動(dòng)脈壓的低頻功率為血管的交感神經(jīng)活性指標(biāo)。
心率變異性分析(Heart Rate Variability Analysis )
心率變異性(HRV)的定義，即是心跳與心跳之間隔時(shí)間(interval)改變 的變異度。心率的收集，可由本發(fā)明的脈波信號(hào)收集裝置收集并產(chǎn)生的血壓波 形信號(hào)，經(jīng)由信號(hào)處理單元接收后，運(yùn)算得到心跳周期，即心率。
另一方面，心率的收集也可由各式心電信號(hào)收集器12記錄至少5分鐘信 息。心電信號(hào)經(jīng)放大一千倍，并通過(guò)濾波器(0.68-16Hz)之后，用一8位(bit)的模擬數(shù)字心電圖信號(hào)轉(zhuǎn)換器以256 Hz采樣記錄。
心率變異頻譜分析的程序首先以QRS尖峰檢測(cè)程序?qū)⑿碾娦盘?hào)中的最高 點(diǎn)(peaks)找出，視為每次心跳的QRS波群(QRS complex)。自每個(gè)QRS 中，測(cè)量其振幅(amplitude)和持續(xù)時(shí)間(duration)等參數(shù)，并將各參數(shù)的 平均值和標(biāo)準(zhǔn)差算出作為標(biāo)準(zhǔn)-漠版。
接下來(lái)，每個(gè)QRS都以此模版進(jìn)行比對(duì)，如果其中QRS的比對(duì)結(jié)果落在 標(biāo)準(zhǔn)模版三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差之外，將被認(rèn)為是噪聲或異位心跳(ectopic beat)而刪除。 將合格QRS波群的R點(diǎn)作為該心跳的時(shí)間點(diǎn)，而心跳與心跳間的時(shí)間差作為 一次的心跳周期(RR interval )。接下來(lái)進(jìn)行心跳周期的過(guò)濾程序，首先將所 有心跳周期的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差算出，再進(jìn)行所有心跳周期的確認(rèn)。如果某一心 跳周期落在4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差之外，它會(huì)被認(rèn)為是錯(cuò)誤或不穩(wěn)定(non-stationaiy)信 號(hào)而刪除。
心率估算方面，首先以尖峰檢測(cè)程序?qū)波產(chǎn)生的時(shí)間點(diǎn)找出，由其前 后相隔時(shí)間的倒數(shù)可算得每次心臟跳動(dòng)的心率，并以取樣-保值程序維持其時(shí) 間連貫性，此取樣-保值步驟的更新率為每秒16次。將前后延伸的心率及心電 信號(hào)切分為每64秒(1024點(diǎn))為一組(或稱為一個(gè)分析窗)。在每一個(gè)分析 窗中，前后并有50%的重迭，首先消除信號(hào)的直線飄移以防止低頻帶的干擾， 亦采用海明(Hamming)運(yùn)算以避免頻鐠中個(gè)別頻率成份的互相干擾。而信 號(hào)再以快速傅立葉轉(zhuǎn)換(Fast Fourier transform )的方式轉(zhuǎn)為功率頻鐠。
本發(fā)明以積分的方式定量心率頻譜中2個(gè)頻率成份，包括低頻 (low誦fr叫uency, LF, 0.04-0.15 Hz)和高頻(high-frequency, HF, 0.15-0.4 Hz)成 份。同時(shí)求出總功率(total power)和低頻/高頻比值(LF/HF),其中，HF為 心臟迷走神經(jīng)活性的指標(biāo)，并以LF/HF為心臟交感神經(jīng)活性的指標(biāo)，而LF則 視為交感和副交感神經(jīng)功能的統(tǒng)合指針。
動(dòng)脈壓/心率平均頻譜(APV/HRV Average Periodogram Analysis ) 在數(shù)據(jù)收集后進(jìn)行動(dòng)脈壓/心率平均頻譜及動(dòng)脈壓-心率分析轉(zhuǎn)換函數(shù)分 析。每次分析須取896秒的動(dòng)脈壓和心率數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可分為55個(gè)分析窗 (每個(gè)分析窗1024點(diǎn))，前后并有50%的重迭。對(duì)于每一個(gè)分析窗，首先消 除信號(hào)的基準(zhǔn)線飄移以防止低頻帶的干擾，亦采用Hamming window運(yùn)算以避免頻譜中個(gè)別頻率成份的互相滲漏(leakage)作用，再將這六個(gè)分析窗的頻譜
平均，則得到平均頻譜(average periodogram )。平均之后可衰減隨機(jī)的噪聲而
突顯再生性高的頻語(yǔ)成分。
動(dòng)脈壓/心率交叉頻譜(cross spectrogram )及轉(zhuǎn)換函數(shù)分析 得到動(dòng)脈壓/心率的平均頻譜后，接下來(lái)，進(jìn)行交叉頻譜分析，交叉頻譜
分析的來(lái)源同樣是上述55組資料
一、 計(jì)算動(dòng)脈壓和心率的平均頻譜線性相關(guān)程度(coherence),運(yùn)算定義 如下
K2(f)= I SHB(f)2/[SBB(f) x S冊(cè)(f)]
SBB(f)及S冊(cè)(f)分別代表動(dòng)脈壓及心率的功率頻譜信號(hào)，而S朋(f)則為它們
的交叉頻譜。運(yùn)算結(jié)果分布于0到l之間，表示兩信號(hào)間各頻率的線性相關(guān)程 度，同時(shí)表示其相對(duì)轉(zhuǎn)換函數(shù)真確性。若其值大于0.5表示相關(guān)性具有統(tǒng)計(jì)意 義，方可信其轉(zhuǎn)換函數(shù)。
二、 轉(zhuǎn)換函數(shù)(transfer function):
H(f)= SHB(f)/SBB(f)
振幅定義為
([HR(f)]2 + [H!(f)]2,2
其中HR(f)和HI(f)為別為H(f)的實(shí)部及虛部的值，轉(zhuǎn)換幅度單位為 bpm/mmHg。
感壓反射靈敏度評(píng)估
過(guò)去許多研究感壓反射，需通過(guò)擾動(dòng)血壓后，使受試者的感壓反射而造成 心率的極大變動(dòng)，而求得感壓反射靈敏度。本發(fā)明非侵入性在線連續(xù)測(cè)量動(dòng)脈 壓及心率，便能連續(xù)分析感壓反射靈敏度，不會(huì)干擾受試者。
感壓反射靈敏度以兩種方式進(jìn)行評(píng)估
一、 動(dòng)脈壓-心率轉(zhuǎn)換函數(shù)法根據(jù)動(dòng)脈壓-心率轉(zhuǎn)換函數(shù)分析的理論，動(dòng) 脈壓—心率轉(zhuǎn)換函數(shù)的幅度是反應(yīng)心率感壓反射的靈敏度。依所量取的頻率范
圍，此數(shù)值又分為低頻(BrrLF)和高頻(BrrHF)兩者。
二、 動(dòng)脈壓及心率的連續(xù)變化體動(dòng)脈壓在自然情況下并非一成不變，而 是隨機(jī)產(chǎn)生一些微小的上升或下降，在此血壓變化的瞬時(shí)，心率因感壓反射也將動(dòng)脈壓持續(xù)上升且心率持續(xù)下降，超過(guò)三次的動(dòng)脈壓-心率數(shù)據(jù)組進(jìn)行線性回歸可得一斜率(BrrA)。反之，將動(dòng)脈壓持續(xù)降壓 且心率持續(xù)上升，超過(guò)三次的動(dòng)脈壓-心率數(shù)據(jù)組進(jìn)行線性回歸也可以得一斜 率(BrrD)。 ( BrrA )與(BrrD )皆能反應(yīng)當(dāng)時(shí)的感壓反射靈敏度。因此，前 后連續(xù)三次以上的動(dòng)脈壓和心率變化，即可求得感壓反射靈敏度。根據(jù)前述本發(fā)明的分析系統(tǒng)所實(shí)施的中醫(yī)脈診的分析方法，參考連續(xù)的血 壓信號(hào)與心電信號(hào)，該分析方法包含建構(gòu)所測(cè)量到前述血壓信號(hào)的部位參數(shù)，并界定部位參數(shù)為中醫(yī)脈象構(gòu)成要素的「位」；建構(gòu)在由前述血壓信號(hào)或心電 信號(hào)所運(yùn)算的心率參數(shù)，并界定心率參數(shù)為中醫(yī)脈象構(gòu)成要素的「數(shù)」；建構(gòu) 在由前述血壓信號(hào)所分析的血壓波形參數(shù)，并界定血壓波形參數(shù)為中醫(yī)脈象構(gòu) 成要素的「形」；建構(gòu)在動(dòng)脈壓變異性(APV)及心率變異性(HRV)的頻譜 分析參數(shù)，并界定變異性的頻譜分析參數(shù)為中醫(yī)脈象構(gòu)成要素的「勢(shì)J;以及 基于上述參數(shù)界定中醫(yī)脈象構(gòu)成要素的定量指標(biāo)。其中，以心率定量分析前述r數(shù)」，以平均壓、收縮壓、舒張壓及脈搏壓定量分析前述r形J，以心輸出、 心臟收縮力、心搏量、血壓諧振波分析、動(dòng)脈順應(yīng)性及動(dòng)脈阻力定量分析前述r數(shù)」及「形j，以血管交感神經(jīng)活性、心臟交感神經(jīng)活性、心臟副交感神經(jīng) 活性、以及感壓反射靈敏度分析定量分析前述「勢(shì)J。因?yàn)?，中?guó)醫(yī)學(xué)利用陰陽(yáng)虛實(shí)來(lái)辯證，診斷病人，將病人體質(zhì)與疾病分為 陰證、陽(yáng)證、虛證及實(shí)證。再通過(guò)中醫(yī)治療方式，將病人陰陽(yáng)虛實(shí)的偏頗調(diào)節(jié)， 使之趨向平衡而達(dá)到健康。中醫(yī)的陰陽(yáng)虛實(shí)均與全身的各個(gè)系統(tǒng)有相關(guān)，中醫(yī) 書(shū)籍更指出主要是與西方醫(yī)學(xué)所謂的自主神經(jīng)系統(tǒng)最有關(guān)系， 一直以來(lái)缺乏科 學(xué)證據(jù)來(lái)證實(shí)。本發(fā)明的分析系統(tǒng)所實(shí)施的中醫(yī)脈診的分析方法，通過(guò)測(cè)量多項(xiàng)生理指 針，如平均壓、收縮壓、舒張壓、脈搏壓、動(dòng)脈順應(yīng)性、及動(dòng)脈阻力定量分析 等，提供了心率變異性分析和動(dòng)脈壓變異性分析的r勢(shì)」的信息，突破中醫(yī)脈 象上定量的限制。并可建構(gòu)一預(yù)設(shè)的脈象范圍，如28脈象；以及判讀上述參 數(shù)的脈象構(gòu)成要素以對(duì)應(yīng)該脈象范圍。本發(fā)明實(shí)施例運(yùn)算結(jié)果如圖2、圖3和圖4。參閱圖2，圖2為5秒鐘原 始血壓波形圖，是顯示本發(fā)明中醫(yī)脈診的分析系統(tǒng)，經(jīng)由8點(diǎn)平均1點(diǎn)的方式(bunching)縮減頻率為32 Hz。原本無(wú)限延伸的血壓信號(hào)切分為32秒(1024 點(diǎn))為一個(gè)分析窗。以時(shí)間為橫軸將血壓信號(hào)逐點(diǎn)劃出即得立即性的血壓波型。 圖中的5秒鐘原始血壓波形(BP),經(jīng)運(yùn)算后同時(shí)得到的收縮壓(SBP)及心 跳周期間距(PPI)的數(shù)值。其中原始血壓波形及收縮壓對(duì)應(yīng)于脈診的r形J， 而心跳周期間距則對(duì)應(yīng)于脈診的「數(shù)J。參閱圖3,圖3為5分鐘原始血壓波形(BP)圖，經(jīng)運(yùn)算后同時(shí)得到的收 縮壓(SBP)及心跳周期間距(PPI)的數(shù)值。其中，原始血壓波形及收縮壓 對(duì)應(yīng)于脈診的「形」，而心跳周期間距則對(duì)應(yīng)于脈診的「數(shù)」，而由收縮壓所表 現(xiàn)的波形變動(dòng)，及心跳周期間距所表現(xiàn)的波形變動(dòng)則對(duì)應(yīng)于脈^沴的「勢(shì)J。參閱圖4，圖4為圖3中血壓信息運(yùn)算得出平均血壓(MSBP)及平均心 跳間距(MPPI)的結(jié)果圖，并經(jīng)頻鐠分析后得到心率功率密度(HPSD)及血 壓功率密度(BPSD)。并將特定頻率分為極低頻(BVLF、 HVLF)、低頻(BLF、 HLF)及高頻(BHF、 HHF)成分。根據(jù)上述圖示結(jié)果，本發(fā)明安排有經(jīng)驗(yàn)的中醫(yī)師對(duì)病患進(jìn)行評(píng)估，同時(shí)測(cè) 量心率變異各種參數(shù)，已有中醫(yī)陰陽(yáng)虛實(shí)辯證及自主神經(jīng)相關(guān)的科學(xué)證據(jù)。首 先，將不同體質(zhì)分組，接著，與各種心率變異分析參數(shù)與體質(zhì)分?jǐn)?shù)作線性回歸分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)陰陽(yáng)平衡與交感副交感平衡有很好的正相關(guān)，陽(yáng)證體質(zhì)者較陰 證體質(zhì)者有較低的副交感神經(jīng)活性與較高的交感神經(jīng)活性，陽(yáng)實(shí)者比陽(yáng)虛者有較高的交感神經(jīng)活性。經(jīng)由中醫(yī)的適當(dāng)調(diào)理體質(zhì)后，發(fā)現(xiàn)受試者除了改變辯證分?jǐn)?shù)外，同時(shí)亦改 變自主神經(jīng)參數(shù)。由此可知，中醫(yī)的陰陽(yáng)虛實(shí)辯證確實(shí)與心臟自主神經(jīng)有明確 相關(guān)，其中的LF/HF可代表陽(yáng)證強(qiáng)弱，交感副交感平衡可代表陽(yáng)陰平衡，LF 可代表實(shí)虛體質(zhì)的強(qiáng)弱，且體質(zhì)調(diào)理變化與自主神經(jīng)改變也相關(guān)。BVLF、 BLF、 BHF、 HVLF、 HLF、 HHF的數(shù)值不但可以了解交感神經(jīng)、副交感神經(jīng)的狀態(tài)， 更提供了中醫(yī)師在陰陽(yáng)虛實(shí)診斷上的參考。
權(quán)利要求
1. 一種中醫(yī)脈診的分析系統(tǒng)，其特征在于，包含一脈波信號(hào)收集裝置，用以收集并產(chǎn)生血壓信號(hào)；以及一信號(hào)處理單元，接收并分析連續(xù)的前述血壓信號(hào)，其特征在于，前述信號(hào)處理單元的執(zhí)行包含 建構(gòu)所測(cè)量到前述血壓信號(hào)的部位參數(shù)； 建構(gòu)在由前述血壓信號(hào)所運(yùn)算的心率參數(shù)； 建構(gòu)在由前述血壓信號(hào)所分析的血壓波形參數(shù)； 建構(gòu)在動(dòng)脈壓變異性及心率變異性的頻譜分析參數(shù)；以及 基于上述參數(shù)界定中醫(yī)脈象構(gòu)成要素的定量指標(biāo)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的中醫(yī)脈診的分析系統(tǒng)，其特征在于，前述脈波 信號(hào)收集裝置能進(jìn)一步收集并產(chǎn)生心電信號(hào)，且前述信號(hào)處理單元能接收并分 析連續(xù)的心電信號(hào)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的中醫(yī)脈診的分析系統(tǒng)，其特征在于，前述信號(hào) 處理單元的執(zhí)行，進(jìn)一步包含建構(gòu)在由前述心電信號(hào)所運(yùn)算的心率參數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的中醫(yī)脈診的分析系統(tǒng)，其特征在于，前述信號(hào) 處理單元界定部位參數(shù)為中醫(yī)脈象構(gòu)成要素的位。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的中醫(yī)脈診的分析系統(tǒng)，其特征在于，前述 信號(hào)處理單元界定心率參數(shù)為中醫(yī)脈象構(gòu)成要素的數(shù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的中醫(yī)脈診的分析系統(tǒng)，其特征在于，前述信號(hào) 處理單元界定血壓波形參數(shù)為中醫(yī)脈象構(gòu)成要素的形。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的中醫(yī)脈診的分析系統(tǒng)，其特征在于，前述信號(hào) 處理單元界定變異性的頻譜分析參數(shù)為中醫(yī)脈象構(gòu)成要素的勢(shì)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的中醫(yī)脈診的分析系統(tǒng)，其特征在于，前述信號(hào) 處理單元界定動(dòng)脈壓變異性的頻譜分析參數(shù)為中醫(yī)脈象的形之勢(shì)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的中醫(yī)脈診的分析系統(tǒng)，其特征在于，前述信號(hào) 處理單元界定心率變異性的頻譜分析參數(shù)為中醫(yī)脈象的數(shù)之勢(shì)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的中醫(yī)脈診的分析系統(tǒng)，其特征在于，前述數(shù)以心率為定量指標(biāo)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的中醫(yī)脈診的分析系統(tǒng)，其特征在于，前述形以平均壓、收縮壓、舒張壓及脈搏壓為定量指標(biāo)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的中醫(yī)脈診的分析系統(tǒng)，其特征在于，前 述數(shù)與形皆以心輸出、心臟收縮力、心搏量、血壓諧振波分析、動(dòng)脈順應(yīng)性及 動(dòng)脈阻力為定量指標(biāo)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的中醫(yī)脈診的分析系統(tǒng)，其特征在于，前述勢(shì)以 血管交感神經(jīng)活性、心臟交感神經(jīng)活性、心臟副交感神經(jīng)活性、以及感壓反射 靈敏度分析為定量指標(biāo)。
14. 一種中醫(yī)脈診的分析方法，參考連續(xù)的血壓信號(hào)，其特征在于，該分 沖斤方法包含建構(gòu)所測(cè)量到前述血壓信號(hào)的部位參數(shù)； 建構(gòu)在由前述血壓信號(hào)所運(yùn)算的心率參數(shù)； 建構(gòu)在由前述血壓信號(hào)所分析的血壓波形參數(shù)； 建構(gòu)在動(dòng)脈壓變異性及心率變異性的頻譜分析參數(shù)；以及 基于上述參數(shù)界定中醫(yī)脈象構(gòu)成要素的定量指標(biāo)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的中醫(yī)脈診的分析方法，其特征在于，該方法 進(jìn)一步包含參考連續(xù)的心電信號(hào)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的中醫(yī)脈診的分析方法，其特征在于，該方法 進(jìn)一步包含建構(gòu)在由前述心電信號(hào)所運(yùn)算的心率參數(shù)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的中醫(yī)脈診的分析方法，其特征在于，該方法 進(jìn)一步包含界定部位參數(shù)為中醫(yī)脈象構(gòu)成要素的位。
18. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的中醫(yī)脈診的分析方法，其特征在于，該方法 進(jìn)一步包含界定心率參數(shù)為中醫(yī)脈象構(gòu)成要素的數(shù)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的中醫(yī)脈診的分析方法，其特征在于，該方法 進(jìn)一步包含界定血壓波形參數(shù)為中醫(yī)脈象構(gòu)成要素的形。
20. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的中醫(yī)脈診的分析方法，其特征在于，該方法 進(jìn)一步包含界定變異性的頻譜分析參數(shù)為中醫(yī)脈象構(gòu)成要素的勢(shì)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的中醫(yī)脈診的分析方法，其特征在于，該方法進(jìn)一步包含以心率定量分析前述數(shù)。
22. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的中醫(yī)脈診的分析方法，其特征在于，該方法 進(jìn)一步包含以平均壓、收縮壓、舒張壓及脈搏壓定量分析前述形。
23. 根據(jù)權(quán)利要求21或22所述的中醫(yī)脈診的分析方法，其特征在于，該 方法進(jìn)一步包含以心輸出、心臟收縮力、心搏量、血壓諧振波分析、動(dòng)脈順 應(yīng)性及動(dòng)脈阻力定量分析前述數(shù)及形。
24. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的中醫(yī)脈診的分析方法，其特征在于，該方法 進(jìn)一步包含以血管交感神經(jīng)活性、心臟交感神經(jīng)活性、心臟副交感神經(jīng)活性、 以及感壓反射靈敏度分析定量分析前述勢(shì)。
25. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的中醫(yī)脈診的分析方法，其特征在于，該方法 進(jìn)一步包含建構(gòu)一預(yù)設(shè)的脈象范圍；以及判讀上述參數(shù)的脈象構(gòu)成要素以對(duì) 應(yīng)該脈象范圍。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于一種中醫(yī)脈診的分析系統(tǒng)與方法，可在脈診中對(duì)脈象變化進(jìn)行定量分析，尤其是中醫(yī)脈象構(gòu)成要素的「位」、「數(shù)」、「形」與「勢(shì)」進(jìn)行定量分析，大幅提升脈診的準(zhǔn)確性。本發(fā)明的分析系統(tǒng)包含一脈波信號(hào)收集裝置，用以收集并產(chǎn)生血壓信號(hào)與心電信號(hào)；以及一信號(hào)處理單元，接收并分析連續(xù)的前述血壓信號(hào)與心電信號(hào)，前述信號(hào)處理單元的執(zhí)行包含建構(gòu)所測(cè)量到前述血壓信號(hào)的部位參數(shù)；建構(gòu)在由前述血壓信號(hào)或心電信號(hào)所運(yùn)算的心率參數(shù)；建構(gòu)在由前述血壓信號(hào)所分析的血壓波形參數(shù)；建構(gòu)在動(dòng)脈壓變異性(APV)及心率變異性(HRV)的頻譜分析參數(shù)；以及基于上述參數(shù)界定中醫(yī)脈象構(gòu)成要素的定量指標(biāo)。
文檔編號(hào)A61B5/02GK101310676SQ20071010550
公開(kāi)日2008年11月26日 申請(qǐng)日期2007年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月24日
發(fā)明者吳天賞, 吳炫璋, 楊靜修, 郭博昭, 陳幸祐 申請(qǐng)人:國(guó)立中國(guó)醫(yī)藥研究所