吳義成

(馬鞍山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 馬鞍山 243000)

中華民族的文化歷史悠久，尤以傳統(tǒng)中醫(yī)學(xué)博大精深，源遠(yuǎn)流長(zhǎng)。其中脈診可追溯到公元前6世紀(jì)，漢朝司馬遷在《史記》中曾記載:“至今天下言脈者，由扁鵲也”，可以說傳統(tǒng)中醫(yī)學(xué)以脈診作為醫(yī)生給病人看病時(shí)很重要的一個(gè)步驟。所謂“望、聞、問、切”四診合參［1］，脈診在臨床診斷時(shí)具有很關(guān)鍵的作用，可使針對(duì)病人疾病的診斷更為精確，同時(shí)也是對(duì)其他診斷的印證。本文以漢末著名醫(yī)家王叔和所著《脈經(jīng)》為基礎(chǔ)，結(jié)合現(xiàn)代科學(xué)檢測(cè)與計(jì)算技術(shù)，提出通過建立人體28種標(biāo)準(zhǔn)脈象數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，使用3個(gè)壓力傳感器檢測(cè)傳統(tǒng)中醫(yī)學(xué)中論述的寸、關(guān)、尺脈處的信號(hào)波形，將三處檢測(cè)所得的脈動(dòng)信號(hào)波形信息融合，與人體的28種標(biāo)準(zhǔn)脈象數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)相比對(duì)，基于信號(hào)誤差最小原則，得出最符合所檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)脈象，從而對(duì)被檢測(cè)者的身體內(nèi)臟及氣、血等健康情況作出判斷，及時(shí)給出相應(yīng)的中醫(yī)調(diào)養(yǎng)藥方或營(yíng)養(yǎng)調(diào)整建議，達(dá)到預(yù)防疾病的效果。

1 電子診脈裝置研究理論原理

中醫(yī)理論認(rèn)為，血的生成與五臟有著非常緊密的聯(lián)系。心主血脈;肝主疏泄而藏血;脾為后天之本，氣血生化之源，主統(tǒng)血;肺主一身之氣;腎主藏精。精可以化生為氣，也能化生為血，是生成血液的物質(zhì)基礎(chǔ)之一。［2］整個(gè)人體是一個(gè)有機(jī)統(tǒng)一的整體，在人體內(nèi)部，氣推動(dòng)血流走全身，滋潤(rùn)著人體的各個(gè)器官和組織，同時(shí)氣是無形的，必須附著在有形的血上，靠血來運(yùn)載，兩者之間互為陰陽(yáng)，相互依存。脈象的形成與臟腑氣血有著密切的關(guān)系。在健康的人體中，氣和血都保持著動(dòng)態(tài)的平衡，當(dāng)人體處于不健康狀態(tài)時(shí)，血脈的運(yùn)行必然會(huì)受到影響，使得脈象產(chǎn)生變化。《脈經(jīng)》首先確立了“浮、芤、洪、滑、數(shù)、促、弦、緊、沉、伏、革、實(shí)、微、澀、細(xì)、軟、弱、虛、散、緩、遲、結(jié)、代、動(dòng)”等24種脈象的名稱，并且描述了各個(gè)脈象的脈形與相似脈象的鑒別，后世增加了“長(zhǎng)、短、牢、疾”4種脈象，故至今有28種中醫(yī)理論脈象。中醫(yī)寸口診法具體部位如圖1所示。

圖1 人體診脈部位圖

圖1所示寸口分為寸、關(guān)、尺三部，掌后高骨為關(guān)，關(guān)前為寸，關(guān)后為尺，兩手各分為寸、關(guān)、尺三部，共六部脈。寸、關(guān)、尺三部又可以分為浮、中、沉三部位來候脈。人體具體脈象如圖2所示。

圖2 人體具體脈象圖

人體兩手寸、關(guān)、尺處脈象，依據(jù)《脈經(jīng)》所述中醫(yī)理論，能反映出人體五臟健康狀況及氣血運(yùn)行情況，以此為基礎(chǔ)，給出人體所需調(diào)養(yǎng)藥方和營(yíng)養(yǎng)調(diào)整方案。

2 電子診脈裝置的實(shí)現(xiàn)

本裝置主要包括袖帶、氣泵、壓力傳感器、信號(hào)處理電路、數(shù)據(jù)采集卡、A/D轉(zhuǎn)換器、基于總線的數(shù)據(jù)通信模塊、微控制器、上位計(jì)算機(jī)及若干軟件系統(tǒng)等。壓力傳感器采用BP300T型壓力傳感器。［3］該診脈裝置工作方式有一般工作方式和氣泵加壓工作方式。一般工作方式為測(cè)得人體浮脈波形，氣泵不加壓時(shí)，壓力傳感器貼緊皮膚測(cè)得人體脈搏波形，可獲得人體沉脈波形數(shù)據(jù)。氣泵加壓工作方式，通過充氣壓迫相關(guān)部位，模擬中醫(yī)脈診按法診脈，可獲得人體沉脈波形數(shù)據(jù)，工作方式由上位計(jì)算機(jī)發(fā)出，導(dǎo)引微控制器發(fā)出控制信號(hào)，啟動(dòng)氣泵工作。

具體裝置原理框圖如圖3所示。

圖3 電子診脈裝置硬件原理框圖

氣泵加壓工作主要是為了獲得人體沉脈波形數(shù)據(jù)，采用微控制器單片機(jī)來控制直流電機(jī)工作。［4］當(dāng)單片機(jī)某一控制引腳輸出高電平時(shí)，氣泵開始工作，袖帶充氣加壓，此時(shí)裝置處于氣泵加壓工作方式，測(cè)得人體沉脈數(shù)據(jù)波形。直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖如圖4所示。

圖4 直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

微控制器采集到人體寸、關(guān)、尺脈波形數(shù)據(jù)后，通過串行口將數(shù)據(jù)傳輸給上位機(jī)，上位機(jī)將獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，同時(shí)不斷與數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)脈動(dòng)波形進(jìn)行計(jì)算比較，得出與28種標(biāo)準(zhǔn)脈象數(shù)據(jù)庫(kù)最符合的波形，從而調(diào)取相應(yīng)的中醫(yī)診斷藥方，對(duì)被診斷對(duì)象給出科學(xué)、合理的人體氣血情況及內(nèi)臟健康狀況。

3 多傳感器信息融合算法

該電子診脈裝置的開發(fā)，需建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)脈象數(shù)據(jù)庫(kù)專家系統(tǒng)，專家系統(tǒng)是一類包含知識(shí)和推理的智能計(jì)算機(jī)程序，診斷型專家系統(tǒng)是目前開發(fā)和應(yīng)用最多的一類專家系統(tǒng)。［5］上位機(jī)中開發(fā)的診斷型專家系統(tǒng)擁有28種標(biāo)準(zhǔn)脈象數(shù)據(jù)庫(kù)，28種標(biāo)準(zhǔn)脈象數(shù)據(jù)庫(kù)中的每一種脈象數(shù)據(jù)波形包含寸、關(guān)、尺處數(shù)據(jù)波形，將每一種脈象數(shù)據(jù)波形進(jìn)行取樣，形成矩陣B，該矩陣包含三列數(shù)據(jù)，分別代表寸、關(guān)、尺處數(shù)據(jù)波形。當(dāng)電子診脈裝置工作時(shí)，對(duì)人體寸、關(guān)、尺處脈動(dòng)波形進(jìn)行采樣，形成矩陣Y，基于最小二乘法原理，以最小平方誤差準(zhǔn)則函數(shù)為依據(jù)，得出所診斷的脈象與標(biāo)準(zhǔn)脈象數(shù)據(jù)庫(kù)中的脈象最接近的，從而得到具體的診斷結(jié)論，并給出相應(yīng)的藥方，具體計(jì)算方法如下:

本問題中的多傳感器信息融合算法實(shí)質(zhì)上是在28種標(biāo)準(zhǔn)脈象數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)成的矩陣中尋找到一個(gè)使J(A)極小化的B作為問題的解，采樣后，每次循環(huán)共要計(jì)算28次，取J(A)的最小值為滿足該問題的解。主體開發(fā)程序流程如圖5所示。

4 結(jié)語(yǔ)

21世紀(jì)被公認(rèn)為是生命科學(xué)的世紀(jì)。［6］本電子診脈裝置是建立在中醫(yī)脈診理論基礎(chǔ)上，使用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)加以開發(fā)使用的，其難點(diǎn)在于建立一個(gè)包含中醫(yī)脈診28種標(biāo)準(zhǔn)脈象數(shù)據(jù)庫(kù)的專家系統(tǒng)，而中醫(yī)脈診理論結(jié)合現(xiàn)代醫(yī)學(xué)仍在不斷發(fā)展和完善中。該研究對(duì)中醫(yī)理論、硬件原理及構(gòu)成等部分進(jìn)行了闡述，并進(jìn)行了探索性的應(yīng)用研究。該裝置若能與電子血壓儀、脈搏檢測(cè)器等現(xiàn)代家居醫(yī)學(xué)產(chǎn)品相結(jié)合使用，必將具有非常廣闊的應(yīng)用前景，為人們及時(shí)了解自身的健康情況并依據(jù)中醫(yī)理論進(jìn)行調(diào)節(jié)帶來裨益。

圖5 主程序流程圖

［1］林政宏.脈診一學(xué)就通［M］.廣州:廣東科技出版社，2009:1-2.

［2］陳華豐.中醫(yī)入門一學(xué)就會(huì)［M］.廣州:廣東科技出版社，2012:57-65.

［3］彭桂力，劉知貴，鮮華，等.基于AVR單片機(jī)的血壓、脈搏裝置設(shè)計(jì)［J］.計(jì)算機(jī)工程，2007(6):247-250.

［4］俞竹青，金衛(wèi)東.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2011(8):102-107.

［5］劉鋒，夏春先，黃振和.基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷專家系統(tǒng)［J］.國(guó)外電子測(cè)量技術(shù)，2004(4):34-36.

［6］黃國(guó)瓊，羅長(zhǎng)坤.生命科學(xué)前沿的特征與意義［J］.醫(yī)學(xué)與哲學(xué)，2007(1):1-4.