基于動態標準化技術的平人夏秋冬6節氣脈圖參數比較研究＊

閃增郁，陳燕萍，黃大威，逯 波，馮淑怡，陳 巖

(中國中醫科學院醫學實驗中心，北京 100700)

《素問·生氣通天論》曰:“天地之間，六合之內，其氣九州、九竅、五藏、十二節，皆通乎天氣……此壽命之本也。”為探討人體“通乎天氣”的規律，本文從平人四時脈的角度進行了研究。中醫臨床醫學的奠基典籍，張仲景著《傷寒雜病論》，在《內經》四時脈法的基礎上，應用和發展了因時辨脈的思想。明代醫學大家李中梓在其脈學專著《診家正眼》中將四時八節與六氣聯系起來，并有《脈分四時六氣專論》，并發明了“六氣診候圖”。李氏謂依圖斷之，無不驗者［1］。

中醫認為，根據時令變化，臟氣當旺之時，脈氣應有余。應用新技術、新方法對正常人(平人)“四時脈”模型及其參數變化規律的研究，在方法學、理論和實踐方面有重要意義［2］。

1 對象

觀察對象均為我院在職職工，均身體健康、無器質性病變病史，男21人，年齡27～55歲，女21人，年齡26～53歲，共測試231人次。

2 方法

2.1 信號采集

2.1.1 儀器 采用我們自主研發的“高精度智能機械手中醫脈診信息采集分析系統”(獲國家專利及全國專利展覽會銀獎)進行脈診信息的采集。

2.1.2 方法 采集受試人左右手寸、關、尺6部脈的脈診信息。為了使傳感器在采集過程中實現標準化定位，采集前測量受試人的前臂長和腕周長，用于儀器自動定位寸、關、尺，并自動尋找脈搏搏動最大點進行立體定位后，進行信號采集。6部脈共采樣90 s，采樣頻率1000 Hz。

為探討平人脈“通乎天氣”的規律，每次實驗時同時記錄實驗當天太陽照射角度、最高氣溫、最低氣溫、日出時間、日落時間、晝時長、夜時長等相關數據。

2.1.3 時間 對同一組受試人，在2012年夏季的大暑(7月23日至25日)、處暑(8月22日至24日)、秋季的秋分(9月19至21日)、霜降(10月22日至24日)、冬季的小雪(11月21日至23日)、冬至(12月19日至21日)3個季節，6個月內6個節氣點3d內的上午進行信號采集。

2.2 信號分析

2.2.1 濾波 采用離散余弦變換(Discrete Cosine Transform，DCT)方法對原始脈圖信號進行帶通濾波，由于脈圖信號的有效頻段在0.5至48 Hz之間，因此設濾波的截止頻率為低頻0.5 Hz，高頻48 Hz。再用逆DCT方法將信號還原為時域信號進行建模。

2.2.2 建模 采用我們創新的建模方法，即余弦函數諧波擬合脈圖法，對逐個心動周期進行回歸擬合，作為脈圖信號的數學模型。

2.2.3 參數 每部脈的32個參數為24個頻域參數，7個時域參數、脈位，24個頻域參數為12個諧波的初相角，12個諧波的峰值。7個時域參數采用傳統的時域脈圖特征參數，包括主波幅值(h1)、急性射血期時值(t1)、在h1上1/3處的時值(W)、降中峽幅值/主波幅值(h4/h1)、收縮期時值(t4)、重搏波幅值/主波幅值(h5/h1)、舒張期時值(t5)。每部脈各有32個參數，加上心率參數，6部脈共有32×6+1=193個參數，供分析用。

脈位數據是指儀器自動尋找脈搏搏動最大點進行脈搏信號采集時，傳感器所感受靜壓力的大小。

2.2.4 分類判決 分類判決是基于已知的2組或多組數據，建立1種判決函數和判決準則并將其區分開來的方法。

最小二乘回歸分類，是通過引進一對多線性相關系數來設計一維指標向量作為回歸的應變量。設定一個階數K(=7)，在大略為193K個各種可能的模型中，用逐次前后向不完全搜索進行選優的最小二乘回歸程序，對上述一維指示向量進行回歸，選擇前L(=20)個最佳模型，最后用回歸指數做統計分析提供軟判決。

2.3 動態標準化技術

2.3.1 “動態標準化”定位—將中醫“同身寸”原理引入脈診傳感器定位，使得體型不同的個體得以在相同的標準下進行雙手六部脈定位。

2.3.2 “動態標準化”建模—將傅里葉級數原理引入脈圖建模，使得不同形狀的脈圖得以在相同的標準下進行建模。

3 結果

圖1顯示，對6個月節氣脈圖參數進行最小二乘分類。

圖1 6個月節氣脈圖參數最小二乘分類結果

3.1 大暑-小雪脈圖變化最大

圖1顯示，在對平人大暑-小雪2個節氣的脈圖參數進行分類時，由篩選出最有代表性的7個參數進行分類判決，正確區分率達到100%，說明應用這7個參數對42個受試人進行分類，2個節氣之間的個體沒有重疊。

3.2 大暑與-秋分、霜降的區分率達到或超過95%

對平人大暑與秋分、大暑與霜降節氣的脈圖，優選出7個特征參數進行分類判決，正確區分率達到95%、98%，說明其脈圖的差異也較大。

3.3 處暑與秋分、小雪與冬至脈圖變化較小

對于平人處暑-秋分、小雪-冬至節氣的脈圖，優選出7個特征參數進行分類判決，正確區分率最低，但也達到76%和77%。

3.4 脈位與日照角度、日落時間、氣溫等數據顯著相關

圖2顯示，6個月節氣脈位與太陽照射角度等數據情況，為表1內容的圖示。由于坐標軸標示數值的方法與中醫脈診時浮沉的感覺正好相反，故對脈位數據求其相反數，以方便觀察和理解結果。

圖2 6個月節氣脈位與太陽照射角度等數據情況

由于收集的數據量綱不同，如脈位(浮沉)、日落(時間)、日照(角度)、氣溫(攝氏度)，表現出變量在數量級和計量單位上的差別。為各變量之間具有可比性，并能在一張圖上直觀地表示出來，就要對各變量數值進行標準化處理，或者叫無量綱化處理。

表2中數據采用Z標準化變換。Z值即每一變量值與其平均值之差除以該變量標準差。無量綱化后各變量的平均值為0，標準差為1，從而消除量綱和數量級的影響。表2顯示，脈位與太陽照射角度、日落、晝時長、最高氣溫、最低氣溫呈負相關，與日出時間和夜時長呈正相關。無論正相關還是負相關，在0.01水平(雙側)均為顯著相關。日落時間相關系數最高(－0.958)，最高氣溫相關系數最低(－0.836)。

表1 脈位與日落時間、晝時長、氣溫變量Z值

表2 脈位與日落時間、晝時長、氣溫等變量的Pearson相關性檢驗

4 結論

4.1 人體隨季節變化可在脈圖上反映

圖1顯示，雖然每次測試間隔最小時間僅1個月，但用脈圖參數已經可以較好地區分平人不同節氣間的脈圖，說明脈隨季節變化的現象是確實存在。

4.2 脈位變化是重要影響因素

古人在認識中醫脈象時強調要認清脈的位、數、形、勢，且將脈位放在首要位置。我們的研究結果證實，脈位是對季節變化最明顯的參數，六部脈位組間方差分析P值均為零，且與日照角度、氣溫等相關性非常顯著。這是前述文章未能提供的情況。

5 討論

對四時脈的研究，目前理論研究多于實驗研究，理論研究多是對《內經》時臟脈的梳理與解讀，如成振鏞、李曉君等《內經》四時五臟脈研究。實驗研究方面，報道較多的是人體血壓日節律的研究，如潘暉對高血壓病患者晝夜血壓節律與靶器官損害關系的研究，證明高血壓病患者50%以上血壓有晝夜節律異常，血壓晝夜節律異常者左室肥厚、頸動脈斑塊發生率明顯增加［3］。

關于中醫相關的四時脈研究，我們在CNKI中(1979～2011年)只檢索到2篇脈與節律有關的文獻。1984年張伯訥、費兆馥等曾對16例正常男青年左關脈四季變化規律初步探討，證明左關脈圖主峰波高在四季存在夏季最高、冬季最低的周期性變化，脈位冬季比夏季沉(但無統計學意義)［4］。1991年朱傳湘、李冰星等對63例正常人左關四季與晝夜脈象變化進行初步觀測［5］，也從時域指標證明人體四季及晝夜脈象存在一定的節律性。但同時對雙手寸關尺6脈的四時變化進行觀察還未見到。

在結果上較之上述2篇文章的最大不同是，一是我們不但觀察到脈位夏浮冬沉的現象，而且在統計學上有顯著意義;二是將脈與天地變化等因素相聯系進行相關分析;三是我們觀察雙手6部脈的變化情況。

結果上的不同源于方法上的進步，我們較之他人在方法上的不同是，在信號采集方法上，前述研究均采用人工手動調節定位傳感器的方法，該方法存在人為因素影響大、重復性差的缺點［6］。我們采用的基于傳感器動態定位技術，融合了數字控制及虛擬儀器技術，用統一的算法由計算機控制完成定位傳感器的工作。在信號處理方法上，前述研究只在時域范圍開展了相關研究，未從頻域角度進行分析。我們的工作顯示，對于脈圖分析頻域參數較時域參數更靈敏可靠(時域點的尋找存在不確定性)，因為通過較少的頻域參數可以完全復原原始脈圖，而通過相同數量的時域參數復原脈圖則很難。

本研究的意義在于:首先說明傳統中醫將脈位列為位數形勢的第一位合理性，并提示在脈圖研究中對于頻域參數應給予更多的注意;其次為中醫“人與天地相應”的理論，用現代科學數據提供了支持證據;其三對于認知四時平脈有所幫助。

我們的體會是技術創新是發現規律的重要一環。

［1］宋晨生.《內經》四時脈法淺談［J］.光明中醫，2007，22(2):1-3.

［2］閃增郁，陳燕萍，汪南玥，等.四時脈象變化規律是藏象現代研究的一個重點［J］.中國中醫基礎醫學雜志，2010，16(6):466-467.

［3］潘暉.高血壓病患者晝夜血壓節律與靶器官損害的關系［J］.現代中西醫結合雜志，2010，19(34):4397.

［4］張伯訥，梅建平，殷文治，等.正常人脈象四季變化規律的初步探討［J］.上海中醫藥雜志，1984，(10):42-45.

［5］朱傳湘，李冰星，李紹芝，等.對正常人四季與晝夜脈象變化的初步觀測［J］.湖南中醫學院學報，1991，11(1):36.

［6］閃增郁，陳燕萍，汪南玥，等.中醫脈診信號采集與分析研究中的幾個關鍵問題［J］.中國中醫基礎醫學雜志，2009，15(1):77-78.