可视化脉诊信息获取与识别技术的应用与比较研究

摘要

脉诊，亦名切脉，是指医生用手切按病人有关动脉，根据脉动应指的形象，了解病情及辨别病症的诊察方法，在中医“望、闻、问、切”四诊中占有很重要的地位。然而中医脉学拟物类比的语言描述方式，不仅导致临症诊断的分歧及脉诊教学的困难，同时由于对复杂多变的脉象缺乏明确的界定和量化的指标，使之很难为国际医学界所认可，并成为中医脉学传承、发展、振兴的主要障碍。 按照托马斯·库思的科学发展模式来看，经过二千多年发展历程的中医脉学已经走过了准科学、前科学、常规科学阶段，正面临创新性极差、发展滞后的后科学阶段。只有在指导研究的方法论和研究手段两个方面经过艰苦的摸索、突破、创新与提高的过程，中医及其脉学的现代化发展历程才能走出这一“反常”的、充满“危机”的历史阶段。 根据脉诊学建立的重要基础--中医学理论体系的核心-整体观和平衡观，脉象是脏腑气血的盛衰通过机体的整体反应形成的，以心、血管活动为基础的外部表现。因此要全面获取脉象形成的心、血管活动基础，直观地观察取脉部位脉管的运动功能、形态、位置以及心脏活动的影响等，特别是由血管三维运动反映的脉动信息在脉诊中的贡献度，则需要通过更为丰富、全面的研究手段。 心血管影像学技术的发展为脉诊研究向纵深发展提供了一个重要方法学平台。迄今为止，脉诊研究工作中应用的影像学技术仍以声脉图的获取和分析为主。然而随着医学影像学技术的不断进步，是否有可能通过更为先进的手段进行脉诊研究? 本课题作为十五攻关项目(2004BA72lA09)和国家自然科学基金项目(30371720)的子课题，根据目前临床医学诊断手段的发展现状及脉诊研究的需要，对于现有的影像学方法进行可视化脉诊信息采集的适用性比较研究，并在此基础上，通过健康人体建模的方法，应用NX-8型可视化脉动信息采集分析系统和Magnetom Avanto 1.5T超导磁共振成像仪进行了部分常见单脉的心血管机制进行了数字化、可视化研究。 1 基于影像学技术的寸口关部脉诊信息采集应用应用NX-8型可视化脉动信息采集分析系统和Magnetom Avanto 1.5T超导磁共振成像仪进行寸口关部脉诊信息采集、分析，结果表明： (1)NX-8型可视化脉动信息采集分析系统B超图像可显示：正常面加压状态下，桡动脉横切面为近圆形回声，边缘较规整、清晰，透声性好，低回声区的腔壁呈现周期性舒缩活动。纵轴切面为长形回声，边缘规整、清晰，透声性好，低回声区的腔壁呈现舒缩的搏动变化。施加取脉压力后，脉管横切面呈椭圆形、梭形，随所加压力越大，长短径比越大，甚至在收缩时可出现线形改变。 (2)Mag rletom Avanto 1.5T超导磁共振成像仪影像显示：在所采用的扫描序列下，血管区域为高信号强度区。管周边界清晰，规整，对比度高。脉管为圆形，在模拟施以取脉压力时，脉管发生变形，近似椭圆形或梭形。 (3)NX-8型可视化脉动信息采集分析系统B超图像和Magrletom Avanto 1.5T超导磁共振成像仪影像均显示：脉象指感和脉图发生特征性改变时，脉管横切面影像的形状(a/b)、面积大小(a、b、Homax、Homin)、搏动特点(Admax/Aunin、△x、△y)、脉管轴心距皮表的距离(△h)随之相应改变，从而获得特定脉象的位、数、形、势属性。 (4)NX-8型可视化脉动信息采集分析系统采集的脉诊信息中，脉管的面积与脉搏波压力之间呈正相关。说明在一个心动周期中，随着心脏射血与舒张的周期性活动，脉管的形态与脉管内压力随之发生周期性变化，其变化规律直接影响脉象特征参数。 (5)NX-8型可视化脉动信息采集分析系统每秒可连续采集12祯B型超声图像，实时跟踪脉管搏动状态，可在一个心动周期中获得一系列连续图像，从而直观地可观察特定脉象的脉管搏动规律。将12祯连续图像进行处理和测量，可获得一个心动周期中特定脉象的脉管某一横截面的运动规律。将图像进行一定处理后，可实现特定脉象取脉部位运动规律的重现；采用适宜的序列，理论上Magnetom Avanto 1.5T超导磁共振成像仪可采集任一时间点的脉管搏动信息，但因其成像速度较慢，很难实现脉管搏动状态的实时跟踪。同时因其每幅图像为多个心动周期的同一时间点图像的叠加，形成的影像不能完全重现特定脉象形成的过程。因此在每个心动周期可采集收缩极期、舒张机器、主动脉瓣关闭3个时间点的脉管搏动状态，可一定程度反映不同脉象形成的的形态学基础。 (6)Magnetom Avanto 1.5T超导磁共振成像与NX-8型可视化脉动信息采集分析系统获得的图像质量相比较，前者图像的清晰度、灰阶对比度均好于后者，但在脉诊信息有效获获取价值上二者无明显区别。 2.基于影像学技术的寸口关部脉诊信息采集 (1)同等条件下对相同的受试者进行检测统计结果表明，应用NX-8型可视化脉动信息采集分析系统与Maglletom Avanto 1.5T超导磁共振成像仪所获得的各项检测结果无显著差异(P>0.05)。 (2)与平脉相比较，脉位浮变时，寸口桡动脉明显扩张，其横截面的直径和面积均明显增大；轴心位移增大；管上组织厚度(经血管轴心至关部皮表切面的垂线上，血管表面至皮表的距离)变薄。脉位沉变时，血管口径、面积均减小；轴心位移减小；管上组织厚度增厚。以上各项改变均有统计学意义(P<0.05或：P<0.01，)。 (3)脉滑变后，寸口桡动脉脉管管扩张，直径增大，充盈血量增加，血管轴心位移幅度增大。心功能增强，搏出量(SV)心输出量(C0)、射血分数(EF)及左心室流出道流速增大，舒张末期容积(EDV)及收缩术期左心室容积(ESV)减小。呈现脉位属性偏浮、脉数属性偏数、脉形属性偏宽、脉势属性中流利度、强度增强等改变(P<0.05或P<0.01，)。 (4)脉芤变后，寸口桡动脉扩张，其横截面的直径和面积均增大；轴心位移增大；管上组织厚度变薄。脉率增加，流利度增加，强度下降。呈现脉位偏浮、脉数属性偏数、脉形属性偏宽、脉势减弱的特征改变。 (5)脉数变后，主要表现为脉率的增快和流利度的增强，其他改变不具规律性。 3 基于影像学技术的位、数、形、势属性形成机制研究方法探讨 通过对本课题组既往工作总结及本课题研究认为，通过适宜的影像学技术和相应的参数设定，可较全面地获得特定脉象的位数形势属性特征。具体参数包括： (1)脉位参数最大长径(amax)、最小长径(amin)、最大短径(bmax)、最小短径(bmin)、皮肤距轴心最大距离(Homax)、皮肤距轴心最小距离(Homin)、轴心位移量(△Y、△X)。 (2)脉数参数血管收缩舒张周期(T)、脉波传播时间(R—Amax)。 (3)脉形参数最大长径(amax)、最小长径(amin)、最大短径(bmax)、最小短径(bmin)、最大面积(Amax)、最小面积(A<,min>)。 (4)脉势参数扩张率(Dr)： A<,max>/R—A<,max>、△A/A<,max>、A<,min>/A<,max>位移角(α)：tgα=△Y/△X。顺时针为+，逆时针为-。 4 用影像学检测技术进行可视化脉诊信息采集的适用性比较研究 (1)数字血管造影(Digital Subtraction Angiography，DSA)、计算机断层扫描显像血管造影(Comptlted Tomography，CTA)、正电子发射型计算机断层扫描显像(PositronEmission Tomography，PET)：成像清晰、精确度高，但因需使用造影剂、辐射、成像速度慢、不能实时跟踪动脉脉搏在一个心动周期中的活动过程，不适宜做脉诊相关的研究。 (2)磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI、彩色普勒超声(Colored Pullersupersonic)：成像效果好，且因不需使用造影剂、无辐射，对受试者健康基本无影响。可获得取脉部位的血管形态、运动、血流及软组织形态改变等重要信息。是一种较好的脉诊研究方法。但以上两种检测装置的价位偏高，检测费用较贵，可有限应用于脉诊相关科研工作，无法在中医临床诊断中推广。 (3)B型超声(B supersonic)：可连续跟踪动脉脉搏在一个行动周期中的活动过程。通过扇形扫描获得垂直扇面二维超声断层图像，可通过轴向和横向扫描观察取脉部位血管的横截面和轴向活动；成像清晰，安全(无辐射，不需造影剂)，成像快，实时扫描，可直观、实时、动态追踪脉管搏动过程，可测量(量化)，方便、费用低廉、不需造影剂、可作为仿真影像技术的源影像技术，进行三维重建，进一步提高其对脉象形成的血管机制进行重现的质量，并将其应用与脉诊研究、教学、应用的各个领。以上特点均适合脉诊信息可视化数字化实现的需要，适于脉诊研究及在中医临床工作中推广。

目录

第一部分脉诊的现代生物学基础研究及其方法学进展

1脉诊的现代生物学基础研究回顾

1.1脉诊的现代生物学基础研究历程

1.2脉诊的现代生物学基础研究方法论探讨

1.3脉诊的现代生物学基础研究成果举隅

2脉诊信息采集、分析方法研究及其进展

2.1脉诊信息采集传感器

2.2常见脉诊仪

2.3客观化脉诊信息分析方法

3影像学方法在心血管结构与功能检查中的应用

3.1超声心动图

3.2 X线、CT

3.3磁共振成像

3.4心血管介入影像学

3.5心血管系统的分子影像学

4影像学方法在脉诊研究中的应用

4.1健康人寸口脉血管运动和血流动力学研究

4.2脉象构成要素的寸口脉血流动力学研究

4.3在中医辨证中的应用

4.4脉象构成要素与心功能的关系

参考文献

第二部分基于影像学技术的部分常见单脉模型可视化、数字化研究

1实验方法

1.1人体脉诊模型建立方法

1.2仪器

1.3检测方法

1.4检测指标

1.5 B型超声影像处理方法

1.6统计方法

2实验结果

2.1NX-8型可视化脉动信息采集分析系统检测最适取脉压力下脉图及B型超声影像

2.2 Magnetom Avanto 1.5T超导磁共振成像仪影像

2.3基于影像学技术的寸口部位脉诊信息位、数、形、势属性数字化研究

3 讨论

3.1方法学评价

3.2基于影像学技术的位、数、形、势属性形成机制研究方法探讨

第三部分应用影像学检测技术进行可视化脉诊信息采集的适用性比较研究

1仪器及原理

1.1 B型超声

1.2磁共振成像仪

1.3多普勒血流显像仪

1.4数字减影血管造影仪

1.5 16层螺旋CT(血管造影)

1.6正电子发射型计算机断层扫描显像

1.7三维超声

2影像学检测技术在脉诊研究中的适用性比较探讨

致谢

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