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，源遠流長。其中脈診可追溯到公元前6世紀，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)生給病人看病時很重要的一個步驟。所謂“望、聞、問、切”四診合參［1］，脈診在臨床診斷時具有很關(guān)鍵的作用，可使針對病人疾病的診斷更為精確，同時也是對其他診斷的印證。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)檢測與計算技術(shù)，提出通過建立人體28種標準脈象數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，使用3個壓力傳感器檢測傳統(tǒng)中醫(yī)學(xué)中論述的寸、關(guān)、尺脈處的信號波形，將三處檢測所得的脈動信號波形信息融合，與人體的28種標準脈象數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)相比對，基于信號誤差最小原則，得出最符合所檢測的標準脈象，從而對被檢測者的身體內(nèi)臟及氣、血等健康情況作出判斷，及時給出相應(yīng)的中醫(yī)調(diào)養(yǎng)藥方或營養(yǎng)調(diào)整建議，達到預(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］整個人體是一個有機統(tǒng)一的整體，在人體內(nèi)部，氣推動血流走全身，滋潤著人體的各個器官和組織，同時氣是無形的，必須附著在有形的血上，靠血來運載，兩者之間互為陰陽，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，氣和血都保持著動態(tài)的平衡，當(dāng)人體處于不健康狀態(tài)時，血脈的運行必然會受到影響，使得脈象產(chǎn)生變化?！睹}經(jīng)》首先確立了“浮、芤、洪、滑、數(shù)、促、弦、緊、沉、伏、革、實、微、澀、細、軟、弱、虛、散、緩、遲、結(jié)、代、動”等24種脈象的名稱，并且描述了各個脈象的脈形與相似脈象的鑒別，后世增加了“長、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行情況，以此為基礎(chǔ)，給出人體所需調(diào)養(yǎng)藥方和營養(yǎng)調(diào)整方案。

2 電子診脈裝置的實現(xiàn)

本裝置主要包括袖帶、氣泵、壓力傳感器、信號處理電路、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、上位計算機及若干軟件系統(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。一般工作方式為測得人體浮脈波形，氣泵不加壓時，壓力傳感器貼緊皮膚測得人體脈搏波形，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)，工作方式由上位計算機發(fā)出，導(dǎo)引微控制器發(fā)出控制信號，啟動氣泵工作。

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來控制直流電機工作。［4］當(dāng)單片機某一控制引腳輸出高電平時，氣泵開始工作，袖帶充氣加壓，此時裝置處于氣泵加壓工作方式，測得人體沉脈數(shù)據(jù)波形。直流電動機驅(qū)動電路圖如圖4所示。

圖4 直流電動機驅(qū)動電路

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，上位機將獲得的數(shù)據(jù)進行存儲，同時不斷與數(shù)據(jù)庫內(nèi)的標準脈動波形進行計算比較，得出與28種標準脈象數(shù)據(jù)庫最符合的波形，從而調(diào)取相應(yīng)的中醫(yī)診斷藥方，對被診斷對象給出科學(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)，需建立一個標準脈象數(shù)據(jù)庫專家系統(tǒng)，專家系統(tǒng)是一類包含知識和推理的智能計算機程序，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］上位機中開發(fā)的診斷型專家系統(tǒng)擁有28種標準脈象數(shù)據(jù)庫，28種標準脈象數(shù)據(jù)庫中的每一種脈象數(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，對人體寸、關(guān)、尺處脈動波形進行采樣，形成矩陣Y，基于最小二乘法原理，以最小平方誤差準則函數(shù)為依據(jù)，得出所診斷的脈象與標準脈象數(shù)據(jù)庫中的脈象最接近的，從而得到具體的診斷結(jié)論，并給出相應(yīng)的藥方，具體計算方法如下:

本問題中的多傳感器信息融合算法實質(zhì)上是在28種標準脈象數(shù)據(jù)庫構(gòu)成的矩陣中尋找到一個使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

21世紀被公認為是生命科學(xué)的世紀。［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，其難點在于建立一個包含中醫(yī)脈診28種標準脈象數(shù)據(jù)庫的專家系統(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。該研究對中醫(yī)理論、硬件原理及構(gòu)成等部分進行了闡述，并進行了探索性的應(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，為人們及時了解自身的健康情況并依據(jù)中醫(yī)理論進行調(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［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單片機的血壓、脈搏裝置設(shè)計［J］.計算機工程，2007(6):247-250.

［4］俞竹青，金衛(wèi)東.機電一體化系統(tǒng)設(shè)計［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］.國外電子測量技術(shù)，2004(4):34-36.

［6］黃國瓊，羅長坤.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.