李茂舉　潘銀煜　林可昕　王燕　夏雯婷

摘 要：針對當(dāng)前市場中醫(yī)療效監(jiān)測系統(tǒng)探測不穩(wěn)定、重復(fù)性差，易受環(huán)境溫度影響等缺陷，設(shè)計(jì)了激光散斑血流成像儀中醫(yī)針刺療法功效評估系統(tǒng)，使用該系統(tǒng)不僅可以快速、準(zhǔn)確地獲取理療部位的血流灌注度，更可以為臨床治療提供科學(xué)依據(jù)，為今后針刺療法的深入研究和走向世界提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：激光散斑血流成像儀;中醫(yī)療效監(jiān)測

1 作品簡介

中醫(yī)針刺療法作為具有中國特色的醫(yī)學(xué)技術(shù)，既是中醫(yī)藥學(xué)的重要組成部分，也是中國真正對西方科學(xué)技術(shù)產(chǎn)生一定影響的少數(shù)領(lǐng)域之一，已成為中醫(yī)藥學(xué)逐步走向世界的先導(dǎo)學(xué)科。到目前為止，針刺療法已得到146個國家和地區(qū)的應(yīng)用和重視，還被一些發(fā)達(dá)國家納入醫(yī)療保險(xiǎn)體系。

但由于缺乏標(biāo)準(zhǔn)、客觀的量化療效檢測方法，傳統(tǒng)的針刺療效評價(jià)方法極易受到患者和評價(jià)者主觀意識的影響，這嚴(yán)重阻礙了其現(xiàn)代化的發(fā)展進(jìn)程。在國外，中醫(yī)針刺療法依然被歸類為“替代醫(yī)學(xué)”或“補(bǔ)充醫(yī)學(xué)”范疇。由此，世界醫(yī)學(xué)界提出的一個必須回答的科學(xué)命題，即針刺療法到底能治療哪些?。恳簿褪且卮瓞F(xiàn)代針刺治療的療效如何評價(jià)，同時(shí)這也是我國中醫(yī)其他非藥物療法普遍面臨的一個難題。

自2002年起，隨著國家對中醫(yī)藥事業(yè)和中醫(yī)藥標(biāo)準(zhǔn)化工作的支持和推動，“十一五”期間我國制修訂了23項(xiàng)針灸國家標(biāo)準(zhǔn)、5項(xiàng)針灸行業(yè)指南和4項(xiàng)世界針聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)。此后，我國不斷加強(qiáng)中醫(yī)藥的各體系建設(shè)。

本項(xiàng)目聚焦中國傳統(tǒng)康復(fù)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，基于激光散斑血流灌注成像技術(shù)及中醫(yī)經(jīng)絡(luò)的氣血和人體皮膚微循環(huán)密切相關(guān)理論，通過對中醫(yī)針刺療法理療功效檢測的需求和特點(diǎn)進(jìn)行研究，創(chuàng)新發(fā)明出一種理療功效評估方法，進(jìn)而對現(xiàn)階段的激光散斑血流成像儀器進(jìn)行優(yōu)化，開發(fā)出激光散斑血流儀中醫(yī)針刺療效理療功效評估系統(tǒng)。

利用該系統(tǒng)能夠快速、準(zhǔn)確地獲取理療部位的血流灌注度進(jìn)而能夠?qū)懑熜ЧM(jìn)行評估，從而建立針刺療效（血流灌注率）及其影響因素的數(shù)學(xué)模型，得到該模型下的最優(yōu)療效和治療方法。最終為指導(dǎo)臨床治療提供科學(xué)依據(jù)，也為今后針刺療法的深入研究和走向世界提供技術(shù)支持。

本系統(tǒng)主要針對中醫(yī)針刺療法在外科、內(nèi)科、兒科和骨科，如頸椎病、腰椎病、肩周炎、骨關(guān)炎等疾病理療功效評估的同時(shí)，對足療、按摩和拔罐等其他中國傳統(tǒng)康復(fù)醫(yī)學(xué)療法效果檢測也具有良好的適用性。

本儀器相較于現(xiàn)階段的激光散斑血流成像儀，具有高時(shí)空分辨率和靈敏度、移動性良好、圖像晃動產(chǎn)生的誤差小等特點(diǎn)，并且在成本和價(jià)格上遠(yuǎn)低于市場同類型產(chǎn)品。

針對中醫(yī)行業(yè)在醫(yī)療行業(yè)中地位日益低下、人民群眾普遍依賴西醫(yī)而忽視中醫(yī)的局面，本項(xiàng)目的目的在于改善中醫(yī)行業(yè)發(fā)展困難的現(xiàn)狀：一方面可為中醫(yī)理療的療效做一個定量指標(biāo)，推廣中醫(yī)理療在大眾中的使用;另一方面為了弘揚(yáng)中國傳統(tǒng)康復(fù)醫(yī)學(xué)，推動產(chǎn)品服務(wù)大眾醫(yī)療，助力人類健康發(fā)展！

2 工作原理

完整的激光散斑血流成像儀中醫(yī)針刺療法功效評估系統(tǒng)包括如下內(nèi)容：

（1）激光散斑血流成像系統(tǒng);

（2）中醫(yī)針刺療法功效方法評估系統(tǒng)。

激光散斑血流成像系統(tǒng)由便攜式血流儀外殼、電源模塊、LED觸摸屏、嵌入式ARM系統(tǒng)、CCD相機(jī)及鏡頭、凹透鏡、半導(dǎo)體激光器組成。其特征在于半導(dǎo)體激光器發(fā)出的激光經(jīng)過凹透鏡發(fā)散后照射到皮膚表面形成散斑，由CCD相機(jī)對散斑進(jìn)行成像，并把圖像發(fā)送到嵌入式 ARM系統(tǒng)進(jìn)行分析和處理，進(jìn)而把形成的血流影像發(fā)送到LED觸摸屏顯示。

中醫(yī)針刺療法功效方法評估系統(tǒng)指通過在臨床實(shí)驗(yàn)建立的針刺療效評價(jià)指標(biāo)與血流灌注率對應(yīng)關(guān)系的基礎(chǔ)上所開發(fā)出的基于激光散斑血流灌注成像技術(shù)的針刺療效檢測系統(tǒng)。根據(jù)探究出的影響針刺治療療效的因素及其規(guī)律建立療效評價(jià)數(shù)學(xué)模型，計(jì)算出散斑襯比，求解血流灌注指數(shù)，對激光散斑血流成像儀中醫(yī)針刺療法功效進(jìn)行分析和評估。最后通過臨床測試驗(yàn)證模型結(jié)果的有效性。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

如圖1所示，激光散斑血流成像儀中醫(yī)針刺療法功效評估系統(tǒng)包括爬升架、設(shè)置在爬升架上方的激光二極管、透鏡組、近紅外CCD相機(jī)、位于爬升架下方的檢測臺以及與近紅外CCD相機(jī)信號連接的計(jì)算機(jī)。

部件功能如下所示：

（1）所述檢測臺用于放置患者的理療部位（穴位）;

（2）激光二極管的照射方向朝著檢測臺的方向設(shè)置，以便能夠照射到患者的理療部位;

（3）透鏡組由兩個凹透鏡組成，并設(shè)置在激光二極管的照射光路上;

（4）透鏡組用以放大光路，以方便對光路進(jìn)行調(diào)節(jié);

（5）近紅外CCD相機(jī)的鏡頭朝著患者的理療部位，其能夠接收激光在理療部位形成的散射光，散射光在CCD相機(jī)的鏡頭表面形成散斑;

（6）CCD相機(jī)對散斑進(jìn)行成像并將所成的像傳送至計(jì)算機(jī)。

具體步驟及原理如下。

（1）激光二極管發(fā)出的激光經(jīng)透鏡組發(fā)散后照射理療部位，散射光在近紅外CCD相機(jī)表面形成散斑，近紅外CCD相機(jī)對散斑圖像進(jìn)行成像，并將所成像的散斑圖像傳送至計(jì)算機(jī)。

（2）計(jì)算機(jī)按公式計(jì)算圖像中橫縱坐標(biāo)分別為x，y的散斑圖像對比度。計(jì)算機(jī)遍歷獲取的散斑圖像中所有的像素點(diǎn)，得到所拍攝圖像的散斑對比度圖，在散斑對比度圖中能夠根據(jù)不同的血流速度顯示不同的顏色。在散斑對比圖中，紅色表示血流速度較快，藍(lán)色表示血流速度較慢。

（3）根據(jù)Duncan等的研究（Can laser speckle flowmetry be made a quantitative tool），散斑圖像對比度與血流灌注度PI（Perfusion Index）的關(guān)系可通過最小二乘法對公式進(jìn)行擬合逼近，得到對比度下的血流灌注度PI。

（4）理療前，首先根據(jù)理療穴位點(diǎn)所在經(jīng)絡(luò)，選擇同一經(jīng)絡(luò)上穴位點(diǎn)附近的區(qū)域作為檢測區(qū)域，計(jì)算該區(qū)域的平均血流灌注度PI。

（5）通過步驟（1）～（3）獲取理療過程中PI隨時(shí)間變化的曲線，并將該曲線與步驟（4）中的平均血流灌注度PI進(jìn)行比較，如果曲線相對步驟（4）中的PI發(fā)生明顯變化，則理療達(dá)到功效，反之理療無效。

3 創(chuàng)新點(diǎn)

3.1 技術(shù)創(chuàng)新

技術(shù)創(chuàng)新體現(xiàn)在以下幾方面：

（1）具有無電離輻射、非接觸面測量、高時(shí)空分辨率等優(yōu)勢，在洞察針刺治療過程、揭示新現(xiàn)象等方面具有較大作用，促進(jìn)了對針刺療法規(guī)律和機(jī)理的理解;

（2）利用生物組織后向散斑來獲取相對血流速度信息，通過成像方式獲得全場的二維高分辨率血流分布圖像，無需結(jié)合機(jī)械掃描;

（3）無需注入造影劑等外源性物質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)長時(shí)間連續(xù)的血流監(jiān)測;

（4）結(jié)合CCD相機(jī)圖像采集設(shè)備及高性能并行運(yùn)算設(shè)備，該技術(shù)可達(dá)到微米量級的空間分辨率和毫秒量級的時(shí)間分辨率，真正實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)高分辨率血流成像;

（5）散斑血流成像系統(tǒng)簡單有效，通過與其他成像技術(shù)相結(jié)合，可以用于測量血管管徑、血管密度、血液流速和血流灌注等微循環(huán)參數(shù)，用以考察微循環(huán)血管的結(jié)構(gòu)、微循環(huán)功能以及代謝活動。

3.2 方法創(chuàng)新

方法創(chuàng)新體現(xiàn)在以下幾方面：

（1）利用激光散斑血流灌注成像技術(shù)測量法的高時(shí)空分辨率和靈敏度，以及實(shí)時(shí)成像的特點(diǎn)，針對針刺療效，從量效和時(shí)效關(guān)系、穴位及其配方，以及施術(shù)工具展開研究，保證了研究的系統(tǒng)性和結(jié)果的可靠性;

（2）通過實(shí)驗(yàn)研究針刺治療腰椎間盤突出癥療效的作用規(guī)律及其影響因素，在此基礎(chǔ)上，建立基于激光散斑血流灌注成像技術(shù)的針刺療效評價(jià)數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而得到該模型下的最佳療效以及相應(yīng)的治療參數(shù)，為臨床治療提供科學(xué)指導(dǎo)。

3.3 設(shè)計(jì)創(chuàng)新

目前的激光散斑血流儀移動性較差，無法用于一些突發(fā)醫(yī)療現(xiàn)場，如地震災(zāi)區(qū)、急救車等。筆者設(shè)計(jì)了一種便攜式激光散斑血流儀，該裝置不僅能夠快速、準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)血流成像，而且具有體積小、易于攜帶、移動性好等優(yōu)點(diǎn)。

3.4 智能創(chuàng)新

基于互聯(lián)網(wǎng)平臺建立類似遠(yuǎn)程診療系統(tǒng)、診療跟蹤系統(tǒng)及診療反饋系統(tǒng)。利用互聯(lián)網(wǎng)采集治療相關(guān)數(shù)據(jù)，通過云端反饋進(jìn)行產(chǎn)品迭代，研發(fā)新產(chǎn)品，滿足用戶需求，以保持在行業(yè)中經(jīng)久不衰的領(lǐng)先地位。

4 市場前景

目前中醫(yī)理療方法眾多，以針灸、拔罐等為主，但對于中醫(yī)理療治療功效的檢測方法均存在一定的弊端，如穴位皮膚電阻測量時(shí)，探測不穩(wěn)定、重復(fù)性差;穴位（紅外）溫度測量時(shí)，若溫度變化幅度較小，則紅外測量精度低，容易受環(huán)境溫度變化影響。由此可見，當(dāng)下缺少一種有效的療效檢測方法，而激光散斑血流成像系統(tǒng)恰好彌補(bǔ)了這一空白，可進(jìn)行組織血流測量，應(yīng)用于微循環(huán)測量、腦血流、內(nèi)臟血流等組織血流成像。在針灸、燒傷、整形皮瓣、血管性藥物研究等方面均有廣泛應(yīng)用。但由于缺乏標(biāo)準(zhǔn)客觀的量化療效檢測方法，傳統(tǒng)的針刺療效評價(jià)方法極易受到患者和評價(jià)者主觀意識的影響，這嚴(yán)重阻礙了其現(xiàn)代化的發(fā)展進(jìn)程。由此可見，此類設(shè)備的市場廣闊，需求量大，具有良好的發(fā)展前景。