趙 祎，李正豪，武 衡，陳書旺

（河北科技大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，石家莊 050018）

電針儀是對(duì)傳統(tǒng)中醫(yī)理論的傳承，是對(duì)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，是現(xiàn)代與傳統(tǒng)完美融合的產(chǎn)物。到了現(xiàn)在，電針儀也衍生了經(jīng)皮神經(jīng)電刺激、電針刺激等各種新興治療方法。電針儀的使用方法簡單易懂，是通過輸出電流來對(duì)針體加以刺激，或者通過電極貼片輸出電流對(duì)穴位所在區(qū)域進(jìn)行刺激的儀器，經(jīng)常被用來進(jìn)行電針治療等醫(yī)學(xué)活動(dòng)。電針治療法是在醫(yī)師對(duì)患者的治療穴位進(jìn)行針刺后，通過對(duì)針體通電或者通過電極貼片來使治療效果達(dá)到更好的方法。1825年Sarlandiere首次嘗試用電針儀治療某些疼痛且取得一些療效。20世紀(jì)40年代，有人提議制作電動(dòng)針灸治療儀。20世紀(jì)50年代以后，人們開始把想法付諸實(shí)踐，這個(gè)研究方向不斷被開拓，電針儀問世了，并且隨著科技的不斷發(fā)展，電針儀的功能和樣式也在不斷更新。大多數(shù)人都可以輕松駕馭，不僅如此，其見效還很快，是目前保守治療慢性疼痛疾病的首選治療儀器。不僅在醫(yī)院有其身影，其也是一些人家庭保健的選擇之一。

1 電針儀的工作原理

本課題所選用的電針儀電極輸出頻率為14檔，1為最低檔，頻率是1.25 Hz；14為最高檔，頻率是1 000 Hz。強(qiáng)度輸出為100檔，最高為100，最低為0；電壓最大變化值0~20 V。電極可以指定輸出脈沖波形為單頻率強(qiáng)度的波形，也可以指定輸出包含多種頻率強(qiáng)度的組合波形。該電針儀存在3種基礎(chǔ)波型分別為連續(xù)波、疏密波和斷續(xù)波。

連續(xù)波，該電針儀的可調(diào)頻率在1.25~1 000 Hz之間，設(shè)定為14個(gè)檔位。一般頻率低于30 Hz的連續(xù)波稱為疏波，頻率高于30 Hz的連續(xù)波稱為密波。密波有抑制神經(jīng)系統(tǒng)、緩解肌肉壓力的作用，疏波主要用于鎮(zhèn)痛。刺激疏波可以迅速提升肌肉興奮度，帶動(dòng)肌肉韌帶，使其更有活力，可以讓因患病而變得不敏感的肌肉部分恢復(fù)原本的能力，進(jìn)而達(dá)到改善血液循環(huán)、調(diào)節(jié)肌肉舒縮能力的效果，階段治療的話可以起到良好的治療效果。

疏密波，就是疏波密波各持續(xù)1.5 s，交叉變換使用。疏密波很好地解決了形成單波時(shí)常常出現(xiàn)的耐受現(xiàn)象，刺激作用較大，將會(huì)引起肌肉有節(jié)奏地收縮，從而刺激了各類陣痛介質(zhì)的釋放，有效促進(jìn)血液循環(huán)、淋巴循環(huán)，加強(qiáng)了組織營養(yǎng)的代謝、快速消除水腫，常用于各種痛癥、軟組織損傷、關(guān)節(jié)周圍炎和腰背筋膜勞損等。

斷續(xù)波，疏波斷續(xù)出現(xiàn)，每次斷、續(xù)時(shí)長為1.5 s即為斷續(xù)波。在斷的時(shí)間內(nèi)沒有脈沖輸出，續(xù)時(shí)有脈沖輸出。斷續(xù)波給患者的感覺將會(huì)更舒適，使肌肉興奮的能力也強(qiáng)于其他基礎(chǔ)波形，能更有效地刺激肌肉收縮，常用于治療痿癥和癱瘓等疾病。

2 Apriori算法研究

2.1 Apriori算法

Apriori算法用于解決大規(guī)模數(shù)據(jù)集的關(guān)聯(lián)分析問題。關(guān)聯(lián)分析或校正分析是從眾多數(shù)據(jù)中找出信息之間的各種隱含關(guān)系。尋找大規(guī)模數(shù)據(jù)信息之間的關(guān)系是一項(xiàng)工作量十分龐大的工程，不能靠蠻力搜索，因此需要用更加智能的方法在短時(shí)間內(nèi)尋找到頻繁項(xiàng)集，這就是Apriori算法所要解決的問題。

Apriori算法的名詞解釋如下。

項(xiàng)目：項(xiàng)目是數(shù)據(jù)集中最小的獨(dú)立單位，比如“內(nèi)膝眼穴”就是一個(gè)項(xiàng)目。

項(xiàng)集：數(shù)據(jù)中數(shù)據(jù)構(gòu)成的非空集合，一個(gè)穴位分組就對(duì)應(yīng)著一個(gè)項(xiàng)集，比如{“內(nèi)膝眼穴”，“外膝眼穴”，“血海穴”}。

項(xiàng)集的支持度：支持度就是幾個(gè)關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)集中出現(xiàn)的次數(shù)占總數(shù)據(jù)集的比重，或者幾個(gè)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)出現(xiàn)的概率。

頻繁項(xiàng)集：頻繁項(xiàng)集就是在數(shù)據(jù)集中頻繁出現(xiàn)的項(xiàng)集。如果一個(gè)項(xiàng)集中含有k個(gè)項(xiàng)目，則稱為k項(xiàng)集，若同時(shí)滿足最小支持度，則該項(xiàng)集為頻繁k項(xiàng)集。

2.2 頻繁項(xiàng)集和關(guān)聯(lián)規(guī)則的獲得

發(fā)現(xiàn)頻繁項(xiàng)集和發(fā)現(xiàn)關(guān)聯(lián)規(guī)則。首先需要先找到頻繁項(xiàng)集，然后才能獲得關(guān)聯(lián)規(guī)則。Apriori；算法是發(fā)現(xiàn)頻繁項(xiàng)集的一種方法。Apriori；算法的2個(gè)輸入?yún)?shù)分別是最小支持度和數(shù)據(jù)集。該算法首先會(huì)生成所有單個(gè)項(xiàng)目的項(xiàng)集列表。接著掃描來查看哪些項(xiàng)集滿足最小支持度的要求，那些不滿足最小支持度的集合會(huì)被去掉。然后，對(duì)剩下來的集合進(jìn)行組合以生成包含2個(gè)元素的項(xiàng)集。接下來，再重新掃描穴位分組，去掉不滿足最小支持度的項(xiàng)集。該過程重復(fù)進(jìn)行直到滿足退出條件。即從頻繁1項(xiàng)集開始，采用頻繁k項(xiàng)集搜索頻繁k+1項(xiàng)集，直到不能找到包含更多項(xiàng)的頻繁項(xiàng)集為止。

2.3 支持度的計(jì)算

在運(yùn)算過程中，可以通過設(shè)置最小支持度來對(duì)關(guān)聯(lián)程度低于閾值的項(xiàng)集進(jìn)行枝剪。如：在n個(gè)穴位分組中有m個(gè)包含“內(nèi)膝眼穴”，則“內(nèi)膝眼穴”的支持度為m/n；又比如在n個(gè)穴位分組中有k個(gè)同時(shí)包含“內(nèi)膝眼穴”和“血海穴”，則項(xiàng)集{“內(nèi)膝眼穴”，“血海穴”}的支持度為k/n。

支持度的計(jì)算公式為

式中：num（XY）為事件X、Y關(guān)聯(lián)出現(xiàn)的次數(shù)；num（ALLSamples）為所有事件出現(xiàn)的次數(shù)。

2.4 軟件流程圖

軟件流程如圖1所示。

圖1 軟件流程圖

3 數(shù)據(jù)的采集及分析

3.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集方案的制定

從大學(xué)生中招募了20名健康、無痛、積極樂觀和無膝骨關(guān)節(jié)炎病史的成人志愿者，同時(shí)也要求不能患有起搏器、腫瘤、糖尿病、周圍血管疾病、局部皮膚感染或四肢疼痛等疾病。20名志愿者中男女各為10人，年齡在21~23歲之間，志愿者的各項(xiàng)基本信息均需要記錄在冊（表1）。實(shí)驗(yàn)開始后，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)固定頻率，在固定頻率下不斷變換強(qiáng)度，同時(shí)每發(fā)生一個(gè)變量的變化都需要詢問并記錄志愿者的感受，如果刺激過大，應(yīng)志愿者要求急停電針儀。需要注意的是，實(shí)驗(yàn)持續(xù)時(shí)間不能過長，如果長時(shí)間地持續(xù)進(jìn)行測試，志愿者的感知會(huì)變得遲緩、靈敏度降低，所以每進(jìn)行一段時(shí)間就要暫停一會(huì)，讓志愿者恢復(fù)感知敏感度后再繼續(xù)實(shí)驗(yàn)。本研究尊重志愿者個(gè)人意愿，實(shí)驗(yàn)過程和數(shù)據(jù)公開透明，如果志愿者實(shí)驗(yàn)中途出現(xiàn)任何問題立即停止試驗(yàn)并積極為志愿者的身體情況負(fù)責(zé)。20名志愿者每人都需要進(jìn)行10次電針治療實(shí)驗(yàn)，考慮到電針刺激的效果會(huì)保持在1~3 d，所以制定在20 d內(nèi)完成10次治療實(shí)驗(yàn)，每次治療后休息1 d，第3天繼續(xù)進(jìn)行下次治療，以20 d為1個(gè)療程。

表1 志愿者基本信息統(tǒng)計(jì)表格

3.2 感覺評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)制定

人體對(duì)于刺激的感覺是反映實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一種方式，感覺系統(tǒng)是由神經(jīng)系統(tǒng)和感覺器官組成的，雖然每個(gè)人對(duì)于不同刺激的感覺可能是不同的，但事實(shí)上感覺系統(tǒng)是人的大腦對(duì)直接作用于感覺器官的客觀事物最真實(shí)的反映，存在一定參考意義和價(jià)值。

在使用電針儀刺激的過程中，因?yàn)槊總€(gè)人對(duì)不同的刺激的感覺是不同的，所以電針儀對(duì)不同的人起到的效果也是不同的。對(duì)于個(gè)體接受電針刺激后的感受制定了如下量化：將感覺劃分為6個(gè)等級(jí)，數(shù)字越大感受越強(qiáng)烈，分別是無感、微感、有感、治療、麻痛感和難以承受。根據(jù)量化劃分制定的感覺評(píng)估表，設(shè)計(jì)了以頻率和強(qiáng)度為變量制作1個(gè)二維表格，來統(tǒng)計(jì)每個(gè)志愿者在不同頻率不同強(qiáng)度的刺激下的直接感受。本研究使用的電針儀頻率有14檔，頻率為1.25~1 000 Hz；電針儀的強(qiáng)度100個(gè)檔，分別是1~100，由于劃分的一個(gè)檔位之間變化不大，研究選取了10、20、30、40、50、60、70、80、90和100這10個(gè)檔位作為標(biāo)準(zhǔn)研究。

3.3 實(shí)驗(yàn)過程

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是在大學(xué)的研究實(shí)驗(yàn)室中收集的，保證了實(shí)驗(yàn)環(huán)境的相對(duì)安靜，也盡可能讓志愿者感覺放松和舒適。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前，需要志愿者進(jìn)行一些運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到志愿者膝關(guān)節(jié)產(chǎn)生酸痛感，如跑步30 min、上下樓梯10 min或蹬自行車20 min等都可以達(dá)到所需效果，來模擬膝骨關(guān)節(jié)炎患者所能感受到的膝骨關(guān)節(jié)炎帶來的疼痛癥狀。實(shí)驗(yàn)開始后，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)固定頻率，在固定頻率下不斷變換強(qiáng)度，同時(shí)每發(fā)生一個(gè)變量的變化都需要詢問并記錄志愿者的感受，如果刺激過大，應(yīng)志愿者要求需急停電針儀。需要注意的是，實(shí)驗(yàn)持續(xù)時(shí)間不能過長，如果長時(shí)間地持續(xù)進(jìn)行測試，志愿者的感知會(huì)變得遲緩、靈敏度降低，所以每進(jìn)行一段時(shí)間就要暫停一會(huì)，讓志愿者恢復(fù)感知敏感度后再繼續(xù)實(shí)驗(yàn)。

3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)的對(duì)比分析

通過數(shù)據(jù)查詢平臺(tái)的輔助使用，加快了實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)的對(duì)比分析。為了方便做數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，將每個(gè)志愿者編號(hào)（表1），也將選取的6個(gè)穴位根據(jù)其位置分成了3組，并進(jìn)行分組編號(hào)（表2），將感覺的6個(gè)等級(jí)分別量化為數(shù)字：1-無感、2-微感、3-有感、4-治療、5-麻痛感、6-難以承受。

表2 穴位分組

實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)分成了2大部分，通過區(qū)別男生和女生來分析得出了以下情況。

1）男生在刺激內(nèi)膝眼穴和外膝眼穴時(shí)，能達(dá)到治療的強(qiáng)度大多在60~70之間，除了1.25 Hz和5 Hz下強(qiáng)度90~100才達(dá)到治療效果之，其他頻率下能達(dá)到治療效果的強(qiáng)度均在60~70左右。

男生在刺激血海穴和梁丘穴時(shí)，能達(dá)到治療的強(qiáng)度大多在50~60之間，除了1.25、5、10 Hz下強(qiáng)度70~90才達(dá)到治療效果，其他頻率下能達(dá)到治療效果的強(qiáng)度均在50~60左右。

男生在刺激陰陵泉穴和足三里穴時(shí)，能達(dá)到治療的強(qiáng)度大多在60~70之間，除了1.25 Hz和5 Hz下強(qiáng)度90~100才達(dá)到治療效果，其他頻率下能達(dá)到治療效果的強(qiáng)度均在60~70左右。

2）女生在刺激內(nèi)膝眼穴和外膝眼穴時(shí)，能達(dá)到治療的強(qiáng)度大多在50~70之間，除了1.25 Hz和5 Hz下強(qiáng)度60~80才達(dá)到治療效果，其他頻率下能達(dá)到治療效果的強(qiáng)度均在50~70左右。

女生在刺激血海穴和梁丘穴時(shí)，能達(dá)到治療的強(qiáng)度大多在40~60之間，除了1.25 Hz和5 Hz下強(qiáng)度70~80才達(dá)到治療效果，其他頻率下能達(dá)到治療效果的強(qiáng)度均在40~60左右。

女生在刺激陰陵泉穴和足三里穴時(shí)，能達(dá)到治療的強(qiáng)度大多在50~70之間，除了1.25、5、10 Hz下強(qiáng)度70~90才達(dá)到治療效果，其他頻率下能達(dá)到治療效果的強(qiáng)度均在60~70左右。

3.5 小結(jié)

不同穴位對(duì)于不同強(qiáng)度、頻率的電針刺激的反饋數(shù)據(jù)分析總結(jié)如下。

通過分析，男生所能承受的可以達(dá)到治療效果的強(qiáng)度范圍比女生達(dá)到治療效果的范圍要大，說明女生的感覺數(shù)據(jù)比男生的更分散。

由于男女生耐受能力差別較大，所以未研究不同穴位下對(duì)于電針刺激所有人的平均適合的治療效果范圍。但是通過觀察發(fā)現(xiàn)受試者的3組穴位的耐受能力是不同的，由大到小可以排序?yàn)椋簝?nèi)膝眼穴和外膝眼穴、陰陵泉穴和足三里穴、血海穴和梁丘穴。

無論是男生還是女生，在1.25 Hz和5 Hz下不同強(qiáng)度的刺激感受與其他頻率下的刺激感受差別較大。由此便可以找到治療膝骨關(guān)節(jié)炎時(shí)男女各個(gè)穴位適宜的強(qiáng)度和頻率。

4 結(jié)束語

本文對(duì)于使用電針儀治療膝骨關(guān)節(jié)炎的最優(yōu)方案進(jìn)行了研究，通過對(duì)男女生不同穴位進(jìn)行電刺激來觀察其治療效果強(qiáng)度，進(jìn)而得出最優(yōu)的治療方案，進(jìn)一步的研究將會(huì)應(yīng)用到更多疾病的治療中。