基于动态标准化技术的平人夏秋冬6节气脉图参数比较研究＊

闪增郁，陈燕萍，黄大威，逯 波，冯淑怡，陈 岩

(中国中医科学院医学实验中心，北京 100700)

《素问·生气通天论》曰:“天地之间，六合之内，其气九州、九窍、五藏、十二节，皆通乎天气……此寿命之本也。”为探讨人体“通乎天气”的规律，本文从平人四时脉的角度进行了研究。中医临床医学的奠基典籍，张仲景著《伤寒杂病论》，在《内经》四时脉法的基础上，应用和发展了因时辨脉的思想。明代医学大家李中梓在其脉学专著《诊家正眼》中将四时八节与六气联系起来，并有《脉分四时六气专论》，并发明了“六气诊候图”。李氏谓依图断之，无不验者［1］。

中医认为，根据时令变化，脏气当旺之时，脉气应有余。应用新技术、新方法对正常人(平人)“四时脉”模型及其参数变化规律的研究，在方法学、理论和实践方面有重要意义［2］。

1 对象

观察对象均为我院在职职工，均身体健康、无器质性病变病史，男21人，年龄27～55岁，女21人，年龄26～53岁，共测试231人次。

2 方法

2.1 信号采集

2.1.1 仪器 采用我们自主研发的“高精度智能机械手中医脉诊信息采集分析系统”(获国家专利及全国专利展览会银奖)进行脉诊信息的采集。

2.1.2 方法 采集受试人左右手寸、关、尺6部脉的脉诊信息。为了使传感器在采集过程中实现标准化定位，采集前测量受试人的前臂长和腕周长，用于仪器自动定位寸、关、尺，并自动寻找脉搏搏动最大点进行立体定位后，进行信号采集。6部脉共采样90 s，采样频率1000 Hz。

为探讨平人脉“通乎天气”的规律，每次实验时同时记录实验当天太阳照射角度、最高气温、最低气温、日出时间、日落时间、昼时长、夜时长等相关数据。

2.1.3 时间 对同一组受试人，在2012年夏季的大暑(7月23日至25日)、处暑(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个季节，6个月内6个节气点3d内的上午进行信号采集。

2.2 信号分析

2.2.1 滤波 采用离散余弦变换(Discrete Cosine Transform，DCT)方法对原始脉图信号进行带通滤波，由于脉图信号的有效频段在0.5至48 Hz之间，因此设滤波的截止频率为低频0.5 Hz，高频48 Hz。再用逆DCT方法将信号还原为时域信号进行建模。

2.2.2 建模 采用我们创新的建模方法，即余弦函数谐波拟合脉图法，对逐个心动周期进行回归拟合，作为脉图信号的数学模型。

2.2.3 参数 每部脉的32个参数为24个频域参数，7个时域参数、脉位，24个频域参数为12个谐波的初相角，12个谐波的峰值。7个时域参数采用传统的时域脉图特征参数，包括主波幅值(h1)、急性射血期时值(t1)、在h1上1/3处的时值(W)、降中峡幅值/主波幅值(h4/h1)、收缩期时值(t4)、重搏波幅值/主波幅值(h5/h1)、舒张期时值(t5)。每部脉各有32个参数，加上心率参数，6部脉共有32×6+1=193个参数，供分析用。

脉位数据是指仪器自动寻找脉搏搏动最大点进行脉搏信号采集时，传感器所感受静压力的大小。

2.2.4 分类判决 分类判决是基于已知的2组或多组数据，建立1种判决函数和判决准则并将其区分开来的方法。

最小二乘回归分类，是通过引进一对多线性相关系数来设计一维指标向量作为回归的应变量。设定一个阶数K(=7)，在大略为193K个各种可能的模型中，用逐次前后向不完全搜索进行选优的最小二乘回归程序，对上述一维指示向量进行回归，选择前L(=20)个最佳模型，最后用回归指数做统计分析提供软判决。

2.3 动态标准化技术

2.3.1 “动态标准化”定位—将中医“同身寸”原理引入脉诊传感器定位，使得体型不同的个体得以在相同的标准下进行双手六部脉定位。

2.3.2 “动态标准化”建模—将傅里叶级数原理引入脉图建模，使得不同形状的脉图得以在相同的标准下进行建模。

3 结果

图1显示，对6个月节气脉图参数进行最小二乘分类。

图1 6个月节气脉图参数最小二乘分类结果

3.1 大暑-小雪脉图变化最大

图1显示，在对平人大暑-小雪2个节气的脉图参数进行分类时，由筛选出最有代表性的7个参数进行分类判决，正确区分率达到100%，说明应用这7个参数对42个受试人进行分类，2个节气之间的个体没有重叠。

3.2 大暑与-秋分、霜降的区分率达到或超过95%

对平人大暑与秋分、大暑与霜降节气的脉图，优选出7个特征参数进行分类判决，正确区分率达到95%、98%，说明其脉图的差异也较大。

3.3 处暑与秋分、小雪与冬至脉图变化较小

对于平人处暑-秋分、小雪-冬至节气的脉图，优选出7个特征参数进行分类判决，正确区分率最低，但也达到76%和77%。

3.4 脉位与日照角度、日落时间、气温等数据显著相关

图2显示，6个月节气脉位与太阳照射角度等数据情况，为表1内容的图示。由于坐标轴标示数值的方法与中医脉诊时浮沉的感觉正好相反，故对脉位数据求其相反数，以方便观察和理解结果。

图2 6个月节气脉位与太阳照射角度等数据情况

由于收集的数据量纲不同，如脉位(浮沉)、日落(时间)、日照(角度)、气温(摄氏度)，表现出变量在数量级和计量单位上的差别。为各变量之间具有可比性，并能在一张图上直观地表示出来，就要对各变量数值进行标准化处理，或者叫无量纲化处理。

表2中数据采用Z标准化变换。Z值即每一变量值与其平均值之差除以该变量标准差。无量纲化后各变量的平均值为0，标准差为1，从而消除量纲和数量级的影响。表2显示，脉位与太阳照射角度、日落、昼时长、最高气温、最低气温呈负相关，与日出时间和夜时长呈正相关。无论正相关还是负相关，在0.01水平(双侧)均为显著相关。日落时间相关系数最高(－0.958)，最高气温相关系数最低(－0.836)。

表1 脉位与日落时间、昼时长、气温变量Z值

表2 脉位与日落时间、昼时长、气温等变量的Pearson相关性检验

4 结论

4.1 人体随季节变化可在脉图上反映

图1显示，虽然每次测试间隔最小时间仅1个月，但用脉图参数已经可以较好地区分平人不同节气间的脉图，说明脉随季节变化的现象是确实存在。

4.2 脉位变化是重要影响因素

古人在认识中医脉象时强调要认清脉的位、数、形、势，且将脉位放在首要位置。我们的研究结果证实，脉位是对季节变化最明显的参数，六部脉位组间方差分析P值均为零，且与日照角度、气温等相关性非常显著。这是前述文章未能提供的情况。

5 讨论

对四时脉的研究，目前理论研究多于实验研究，理论研究多是对《内经》时脏脉的梳理与解读，如成振镛、李晓君等《内经》四时五脏脉研究。实验研究方面，报道较多的是人体血压日节律的研究，如潘晖对高血压病患者昼夜血压节律与靶器官损害关系的研究，证明高血压病患者50%以上血压有昼夜节律异常，血压昼夜节律异常者左室肥厚、颈动脉斑块发生率明显增加［3］。

关于中医相关的四时脉研究，我们在CNKI中(1979～2011年)只检索到2篇脉与节律有关的文献。1984年张伯讷、费兆馥等曾对16例正常男青年左关脉四季变化规律初步探讨，证明左关脉图主峰波高在四季存在夏季最高、冬季最低的周期性变化，脉位冬季比夏季沉(但无统计学意义)［4］。1991年朱传湘、李冰星等对63例正常人左关四季与昼夜脉象变化进行初步观测［5］，也从时域指标证明人体四季及昼夜脉象存在一定的节律性。但同时对双手寸关尺6脉的四时变化进行观察还未见到。

在结果上较之上述2篇文章的最大不同是，一是我们不但观察到脉位夏浮冬沉的现象，而且在统计学上有显著意义;二是将脉与天地变化等因素相联系进行相关分析;三是我们观察双手6部脉的变化情况。

结果上的不同源于方法上的进步，我们较之他人在方法上的不同是，在信号采集方法上，前述研究均采用人工手动调节定位传感器的方法，该方法存在人为因素影响大、重复性差的缺点［6］。我们采用的基于传感器动态定位技术，融合了数字控制及虚拟仪器技术，用统一的算法由计算机控制完成定位传感器的工作。在信号处理方法上，前述研究只在时域范围开展了相关研究，未从频域角度进行分析。我们的工作显示，对于脉图分析频域参数较时域参数更灵敏可靠(时域点的寻找存在不确定性)，因为通过较少的频域参数可以完全复原原始脉图，而通过相同数量的时域参数复原脉图则很难。

本研究的意义在于:首先说明传统中医将脉位列为位数形势的第一位合理性，并提示在脉图研究中对于频域参数应给予更多的注意;其次为中医“人与天地相应”的理论，用现代科学数据提供了支持证据;其三对于认知四时平脉有所帮助。

我们的体会是技术创新是发现规律的重要一环。

［1］宋晨生.《内经》四时脉法浅谈［J］.光明中医，2007，22(2):1-3.

［2］闪增郁，陈燕萍，汪南玥，等.四时脉象变化规律是藏象现代研究的一个重点［J］.中国中医基础医学杂志，2010，16(6):466-467.

［3］潘晖.高血压病患者昼夜血压节律与靶器官损害的关系［J］.现代中西医结合杂志，2010，19(34):4397.

［4］张伯讷，梅建平，殷文治，等.正常人脉象四季变化规律的初步探讨［J］.上海中医药杂志，1984，(10):42-45.

［5］朱传湘，李冰星，李绍芝，等.对正常人四季与昼夜脉象变化的初步观测［J］.湖南中医学院学报，1991，11(1):36.

［6］闪增郁，陈燕萍，汪南玥，等.中医脉诊信号采集与分析研究中的几个关键问题［J］.中国中医基础医学杂志，2009，15(1):77-78.