脉诊压力传感器的研究进展(2)
率随应力变化的性质制成的一类传感器，目前它的应用最为广泛。利用硅的压阻效应和微电子技术制成的压阻式传感器，具有灵敏度高、动态响应好、精度高、易于微型化和集成化等特点。压阻式传感器根据压力的传导方式不同可分为固态压阻式传感器、液压传感器和气导式传感器。
1.2.1固态压阻式传感器 目前脉象仪普遍采用的一类传感器为半导体应变片式电阻传感器，该传感器结合了固态压阻式传感器和电阻应变式传感器的特点。固态压阻式传感器是利用半导体的电阻率随应力变化的性质所制成的半导体器件，它是在半导体材料的基片上用集成电路工艺扩散电阻，并将扩散电阻直接作为敏感元件。半导体基片受到外界振动、压力等作用产生变形，其内部应力随之发生变化，而扩散电阻的阻值亦随着发生相应的变化，根据电阻值变化的大小，就可确定振动、压力等大小。电阻应变式传感器由弹性敏感元件与电阻应变片构成。弹性敏感元件在感受被测量时将产生变形，其表面产生应变，而粘贴在弹性敏感元件表面的电阻应变片将随着弹性敏感元件产生应变，因此电阻应变片的电阻值也产生相应的变化。上海的ZM-Ill型智能脉象仪、山东的ZMC-I型、MXY-I型、MXY-Ⅱ型脉象仪、北京的TP-CBS型脉图仪、湖南的BYS-14型心脉仪都采用这类传感器。另外，还有陶锡有等人研制的脉动信息采集传感器属于固态压阻式传感器。
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1.2.2液压传感器 由于脉搏传感器必须具有合理的频率响应范围，而且不能因其位置、方向、预压力的大小不同而使拾取的脉搏波不同，因此有人尝试用液体作为脉搏压力变化的传导媒介。液压传感器的原理是由薄膜制成的感压面受压后变形，使容器内部的导电液柱发生升降，电阻发生改变，从而将脉搏压力信号转换为电信号。
朱筱玮等设计了一种腕带式脉搏计，该装置利用“液体传递压强”的性质，包含一个橡胶质全封闭液囊，该胶囊外形为扁平带状，上下橡胶壁厚为0.5mm，空腔厚度为2mm，传感器的感应面贴于胶囊上壁，胶囊下壁紧贴皮肤，利用橡胶的弹性使胶囊与手腕皮肤贴合，增大了传感器感应面积。可将传感器佩带于手腕上，液压囊只要有一点面积与手腕桡动脉接触，脉搏波动就会由囊中的液体传导至传感器的感应面，解决了传感器位置相关性问题。用汽油机机油作为传压介质，通过实验发现：机油物理特性粘稠，一些微弱瞬变波动不易被传导，起到了抗干扰和低通滤波的作用；机油比热容大，其温度随外界变化并不明显，增强了佩带舒适性。另外，用对皮肤无刺激的绝缘导热橡胶制作液压胶囊，隔断了传感器金属外壳和皮肤的直接接触，50Hz工频干扰也被隔除，导热性使手腕处体表温度的传导成为可能，增加了可测量的生理信号。
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江迅等研制的脉象测量仪采用双层(气囊在上层，液囊在下层)三相液囊传感器。因脉搏信号较弱，在中医的脉诊中就时常有加压探脉象的情况出现，故采用双层囊：上层为气囊进行加压，下层为液囊用于压力的均匀传播，因液体的传送较气体稳定，再将压力的变化均匀地传到压力传感器，传感器将脉象信号送入放大电路进行放大。
王滨研制的仿生柔性压力传感器采用液压传感器，可以同时获取动压力与静压力，从而大大简化了测量手续，提高了测量精度。另外，从仿生学角度考虑，将传感器触头外部覆盖一层柔软的传压膜，内部充满液体，脉搏压力经传压膜和液体传至传感器，有压阻效应的电阻阻值随受力的变化而变化，转化为电压，形成压力脉图。由于传感器触头为向外突出的软膜，故与受测部位的皮肤能保持良好的接触，触面比较接近人的手指感，且触头面积较大，而受力面积较小，描记出的脉图既有良好的重复性，又有较高的灵敏度。
MX-811型脉象仪是将水银血压计接于传感器水银乳胶膜探头上，以空气加压的方式描计脉搏图。该传感器以水银和稀盐水作为传感材料。
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1.2.3气导式传感器 气导式传感器是以气体作为压力传导的介质，其压力传递原理与液压传感器相似。曹玉珍等研制了三导脉搏波传感装置，该装置使用的是气压传导的压力传感器。整个气路有3个分支，每个分支的中部为薄壁橡胶管，外加布护套，其余为厚壁胶管。压力传感器装于每个分支气路的一个出口处。气路中压力的增减不致引起厚壁胶管和薄壁管中段未与腕关节接触部分的胶管的变形，唯有接触部分因脉搏的搏动才引起胶管壁变形。脉管的搏动使气路内产生压力变化，通过压力传感器而转换成电信号。
刘文等研制了两种气导式脉搏传感器：囊型传感器和膜型传感器。使用囊型传感器时，将气囊固定于所测部位，然后在加一定的气压的同时(使用环形固定法)，再缓慢的将压力降低，到一定的压力区间时所测得的脉搏信号最大，随着压力的下降，脉搏的输出信号递减，直到消失。它的输出信息特点是：峰值输出信号大，高频和工频干扰小。这是由于传导气路长，气囊较大，使信号输入通道中形成一个滤波器的原因，它所获得的信号可直接用于人的血压测量及脉搏频率测量。膜型脉搏传感器的特点是将气室减小到最小程度，其气室直径是根据人体主要可测脉搏的部位的血管直径(胫动脉、足背动脉、颈总动脉、桡动脉)和指尖直径设计的，测量原理是：当脉搏跳动时，血管壁弹起，直接作用于传感器弹性膜上，使传感器内压发生变化，硅杯压阻器件将这一变化转化为电信号输出。
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1.3复合传感器 从目前的研究趋势来看，压力传感器的性能和稳定性足以满足脉动信息的获取和相应分析方法的实现，压力传感器已经成为脉诊现代研究的主流手段。几十年的不懈研究，脉搏波压力图的参数与中医一些脉象之间的关系已经稳定成熟，脉图在脉象研究和辨识方面已经形成共识。然而，不可否认的是，脉图分析方法的多样化和采集速度、精度不断提高，并不能完全解决脉诊研究中一些长期以来难以解决的难题，如脉长、脉宽、脉势等。主要原因在于压力脉图本身仅仅反映桡动脉及其上层组织的某一点或多个点在单一方向的位移变化，这种信息来源的单一性，极大地限制了有价值信息的获取空间，使大量可反映脉象客观内容实质的信息流失。鉴于此，近年来，一些研究者在前人大量研究结果的基础上，引入可视化技术，结合传统压力脉搏波，开发出几种复合式传感器，打破了一维脉动信息的局限，开拓了脉诊研究的新领域。目前，有文献报道的复合传感器的复合方式有软接触式液压传感器与B超复合、气导式压力传感器与图像传感器复合。
1.3.1软接触式液压传感器与B超复合 牛欣等研制了软接触式液压传感器与B超复合的传感器。超声脉搏信号传感器将仿生柔性压力探头传感器与B型超声扫描探头整合在一起，实现了探头与被测物体(桡动脉)之间的柔性接触，又提供了必需的声耦合条件。超声探头、水囊与压力传感器固定于水囊外套中，超声探头正前加水囊，压力传感器位于水囊侧面。取脉时将装置置于桡动脉正上方，B超探头可以通过水囊介导扫描到血管运动(血管的波动经皮肤传导到水, 百拇医药(杜志斌 张治国)
1.2.1固态压阻式传感器 目前脉象仪普遍采用的一类传感器为半导体应变片式电阻传感器，该传感器结合了固态压阻式传感器和电阻应变式传感器的特点。固态压阻式传感器是利用半导体的电阻率随应力变化的性质所制成的半导体器件，它是在半导体材料的基片上用集成电路工艺扩散电阻，并将扩散电阻直接作为敏感元件。半导体基片受到外界振动、压力等作用产生变形，其内部应力随之发生变化，而扩散电阻的阻值亦随着发生相应的变化，根据电阻值变化的大小，就可确定振动、压力等大小。电阻应变式传感器由弹性敏感元件与电阻应变片构成。弹性敏感元件在感受被测量时将产生变形，其表面产生应变，而粘贴在弹性敏感元件表面的电阻应变片将随着弹性敏感元件产生应变，因此电阻应变片的电阻值也产生相应的变化。上海的ZM-Ill型智能脉象仪、山东的ZMC-I型、MXY-I型、MXY-Ⅱ型脉象仪、北京的TP-CBS型脉图仪、湖南的BYS-14型心脉仪都采用这类传感器。另外，还有陶锡有等人研制的脉动信息采集传感器属于固态压阻式传感器。
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1.2.2液压传感器 由于脉搏传感器必须具有合理的频率响应范围，而且不能因其位置、方向、预压力的大小不同而使拾取的脉搏波不同，因此有人尝试用液体作为脉搏压力变化的传导媒介。液压传感器的原理是由薄膜制成的感压面受压后变形，使容器内部的导电液柱发生升降，电阻发生改变，从而将脉搏压力信号转换为电信号。
朱筱玮等设计了一种腕带式脉搏计，该装置利用“液体传递压强”的性质，包含一个橡胶质全封闭液囊，该胶囊外形为扁平带状，上下橡胶壁厚为0.5mm，空腔厚度为2mm，传感器的感应面贴于胶囊上壁，胶囊下壁紧贴皮肤，利用橡胶的弹性使胶囊与手腕皮肤贴合，增大了传感器感应面积。可将传感器佩带于手腕上，液压囊只要有一点面积与手腕桡动脉接触，脉搏波动就会由囊中的液体传导至传感器的感应面，解决了传感器位置相关性问题。用汽油机机油作为传压介质，通过实验发现：机油物理特性粘稠，一些微弱瞬变波动不易被传导，起到了抗干扰和低通滤波的作用；机油比热容大，其温度随外界变化并不明显，增强了佩带舒适性。另外，用对皮肤无刺激的绝缘导热橡胶制作液压胶囊，隔断了传感器金属外壳和皮肤的直接接触，50Hz工频干扰也被隔除，导热性使手腕处体表温度的传导成为可能，增加了可测量的生理信号。
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江迅等研制的脉象测量仪采用双层(气囊在上层，液囊在下层)三相液囊传感器。因脉搏信号较弱，在中医的脉诊中就时常有加压探脉象的情况出现，故采用双层囊：上层为气囊进行加压，下层为液囊用于压力的均匀传播，因液体的传送较气体稳定，再将压力的变化均匀地传到压力传感器，传感器将脉象信号送入放大电路进行放大。
王滨研制的仿生柔性压力传感器采用液压传感器，可以同时获取动压力与静压力，从而大大简化了测量手续，提高了测量精度。另外，从仿生学角度考虑，将传感器触头外部覆盖一层柔软的传压膜，内部充满液体，脉搏压力经传压膜和液体传至传感器，有压阻效应的电阻阻值随受力的变化而变化，转化为电压，形成压力脉图。由于传感器触头为向外突出的软膜，故与受测部位的皮肤能保持良好的接触，触面比较接近人的手指感，且触头面积较大，而受力面积较小，描记出的脉图既有良好的重复性，又有较高的灵敏度。
MX-811型脉象仪是将水银血压计接于传感器水银乳胶膜探头上，以空气加压的方式描计脉搏图。该传感器以水银和稀盐水作为传感材料。
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1.2.3气导式传感器 气导式传感器是以气体作为压力传导的介质，其压力传递原理与液压传感器相似。曹玉珍等研制了三导脉搏波传感装置，该装置使用的是气压传导的压力传感器。整个气路有3个分支，每个分支的中部为薄壁橡胶管，外加布护套，其余为厚壁胶管。压力传感器装于每个分支气路的一个出口处。气路中压力的增减不致引起厚壁胶管和薄壁管中段未与腕关节接触部分的胶管的变形，唯有接触部分因脉搏的搏动才引起胶管壁变形。脉管的搏动使气路内产生压力变化，通过压力传感器而转换成电信号。
刘文等研制了两种气导式脉搏传感器：囊型传感器和膜型传感器。使用囊型传感器时，将气囊固定于所测部位，然后在加一定的气压的同时(使用环形固定法)，再缓慢的将压力降低，到一定的压力区间时所测得的脉搏信号最大，随着压力的下降，脉搏的输出信号递减，直到消失。它的输出信息特点是：峰值输出信号大，高频和工频干扰小。这是由于传导气路长，气囊较大，使信号输入通道中形成一个滤波器的原因，它所获得的信号可直接用于人的血压测量及脉搏频率测量。膜型脉搏传感器的特点是将气室减小到最小程度，其气室直径是根据人体主要可测脉搏的部位的血管直径(胫动脉、足背动脉、颈总动脉、桡动脉)和指尖直径设计的，测量原理是：当脉搏跳动时，血管壁弹起，直接作用于传感器弹性膜上，使传感器内压发生变化，硅杯压阻器件将这一变化转化为电信号输出。
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1.3复合传感器 从目前的研究趋势来看，压力传感器的性能和稳定性足以满足脉动信息的获取和相应分析方法的实现，压力传感器已经成为脉诊现代研究的主流手段。几十年的不懈研究，脉搏波压力图的参数与中医一些脉象之间的关系已经稳定成熟，脉图在脉象研究和辨识方面已经形成共识。然而，不可否认的是，脉图分析方法的多样化和采集速度、精度不断提高，并不能完全解决脉诊研究中一些长期以来难以解决的难题，如脉长、脉宽、脉势等。主要原因在于压力脉图本身仅仅反映桡动脉及其上层组织的某一点或多个点在单一方向的位移变化，这种信息来源的单一性，极大地限制了有价值信息的获取空间，使大量可反映脉象客观内容实质的信息流失。鉴于此，近年来，一些研究者在前人大量研究结果的基础上，引入可视化技术，结合传统压力脉搏波，开发出几种复合式传感器，打破了一维脉动信息的局限，开拓了脉诊研究的新领域。目前，有文献报道的复合传感器的复合方式有软接触式液压传感器与B超复合、气导式压力传感器与图像传感器复合。
1.3.1软接触式液压传感器与B超复合 牛欣等研制了软接触式液压传感器与B超复合的传感器。超声脉搏信号传感器将仿生柔性压力探头传感器与B型超声扫描探头整合在一起，实现了探头与被测物体(桡动脉)之间的柔性接触，又提供了必需的声耦合条件。超声探头、水囊与压力传感器固定于水囊外套中，超声探头正前加水囊，压力传感器位于水囊侧面。取脉时将装置置于桡动脉正上方，B超探头可以通过水囊介导扫描到血管运动(血管的波动经皮肤传导到水, 百拇医药(杜志斌 张治国)