基于智能脉诊仪探究八段锦对平人脏腑功能的作用*

谢继鼎，田思玮，2，宋军，闪增郁，韩自荣，代金刚**

（1.中国中医科学院医学实验中心 全国名老中医药专家传承工作室 北京 100700；2.中国中医科学院中药研究所 北京 100700；3.北京中医药大学东方医院 北京 100078）

八段锦是起源于北宋时期，由八个不同动作组成，且每一动作均对应调节不同脏腑的中医导引术，八段锦的发展经历了积淀、形成、缓慢发展、逐渐得到重视等重要阶段。八段锦的文献与临床研究近年逐渐增多，在临床研究领域[1-3]，八段锦大多作为辅助治疗手段，就研究方式来看，集中于采用量表或生化检查等指标进行监测，故基于上述研究现状，对八段锦进行客观化研究十分必要。

脉诊作为中医四诊的重要内容之一，自《难经》时期便有“独取寸口”之记载；《素问》有云：“气口成寸，以决死生”；自晋代王叔和著成第一部脉学专著—《脉经》，指出了寸、关、尺三部脉的位置与长度后，寸口诊脉法便成为了现代临床应用最为广泛的诊脉方法[4]。由于脉诊自产生发展至今，其诊断评估多为医者的个人经验，不能对其所获得的信息进行统一、准确性的总结与归纳。因此，随着现代科学技术的进步与发展，脉诊客观化研究逐渐广泛，中医脉诊信息可以作为反映平人四时节气变化、病理状态等，相当客观、灵敏的反应信息[5-7]，智能脉诊仪出现并在临床研究中得到广泛应用。现代研究表明不同的呼吸运动状态会表现出相应的脉诊信息，并且脉诊信息之间存在规律性的差异[8]，八段锦作为中医导引术的重要组成部分，可以通过调身、息、心，三调合一，通过对人体脏腑的整体作用，实现对人体心率、脉搏、内环境等进行调护养生，鉴于目前对于习练八段锦对脉象的影响以及八段锦的功理机制尚缺少相应的试验验证，故本研究选取八段锦作为试验干预运动，同时邀请国家级社会体育指导员和体育总局专家进行研讨，选取了和八段锦具有类似的上下肢运动，运动强度相同，引起心率和脉率变化相似的第九套广播体操作为对照干预措施，其中八段锦干预组为试验组，广播体操干预组为对照组，通过智能脉诊仪技术对以上两种不同运动形式进行干预前后的观察研究，有助于从客观化角度阐释八段锦等中医导引法功理功用，从而为其应用于临床治病疗病奠定科学化的理论基础。

本研究将通过对从脉诊仪获取并处理过的脉图模型使用最小二乘回归分类分析的方式，比较不同干预前后的人体脉图参数，计算并比较区分率，以此判决干预措施引起脉变化的程度；通过对比六部脉各参数在干预分类的占比与贡献度，从而判断干预措施对于六部脉的影响程度大小，最终结合脉与脏腑表里相应的中医理论[9]，验证八段锦对脏腑的作用。

1 资料与方法

1.1 研究对象

采用招募海报、微信朋友圈等线下、线上招募方式，在北京市一般条件（包括人口学基本特征和生活环境等）基本相同的社区（包括科研院所、学校、机关、居民区等）进行招募。

1.1.1 纳入标准

①无高血压、糖尿病、冠心病、脂肪肝等慢性病；②年龄在20-60周岁之间（含20周岁与60周岁）；③初中及以上文化水平；④签署知情同意书者。

1.1.2 排除标准

①入组前近1周内有外感、外伤等急性病史；②妊娠或哺乳期妇女；③有精神疾病史或精神疾病家族史。

1.1.3 终止标准

①干预过程中出现严重不良反应或意外；②出现其它病情需要采取其它治疗措施；③出现其它影响干预效果评定等情况者。

1.1.4 剔除标准

①符合纳入标准，但纳入后拒绝实施相关检查、评估及干预的病例；②未按规定进行干预而影响实验结果者；③未能完成整个研究，主动要求退出且疗效不明者。

1.2 一般资料

采用线上、线下等方式招募筛选健康受试者60名，依据脱落剔除标准，最终纳入50名，试验组23名，男性5名，女性18名，平均年龄31.04±8.80岁，身高161.15±4.94 cm，体质量57.02±12.31 kg；对照组27名，男性6名，女性21名，年龄29.96±10.67岁，身高162.16±5.35 cm，体质量58.56±10.15 kg。两组受试者在性别、年龄、身高、体质量等方面无统计学差异（P＞0.05），见表1。

表1 一般资料表（±s）

表1 一般资料表（±s）

组别试验组对照组n 23 27男5 6女18 21年龄（岁）31.04±8.80 29.96±10.67身高（cm）161.15±4.94 162.16±5.35体质量（kg）57.02±12.31 58.56±10.15

1.3 试验过程

本研究通过中国中医科学院医学实验中心伦理审查（2018NO.3），使用“高精度智能机械手中医脉诊信息采集分析系统”（专利号：ZL200720181609.9）进行脉诊信息采集，试验全程在中国中医科学院医学实验中心四诊实验室完成，分别于入组后干预前、干预12周后采集两组受试者的脉诊信息，共两次脉图参数。

1.4 脉诊信息采集

为避免因气候、噪音等外界环境以及受试者自身状态引起脉诊信息采集时出现变异的可能性，本实验对于受试环境和受试者均采取了一定的措施，用于减少脉诊信息的变异性，并且采用DCT变换方法，保留特征性脉诊信息并且对脉诊信息进行相应的预处理，尽可能地解决脉诊信息采集中出现的不同干扰因素[10]。首先根据同身寸原理，采集前先测量受试者的前臂长度与腕周长使智能脉诊仪的压力传感器实现标准化定位寸关尺。脉诊信息采集在室内独立空间进行，环境要求为温度20-24℃，湿度为50%。脉诊采集前要求受试者进入检查室，静坐5-10 min，采集1-2 h前禁食，避免剧烈运动。采集时以针灸学同身寸原理为依据，用卷尺测量受试者的前臂长和腕周长，并记录登记。采集时，受试者保持正坐并处于安静状态，传感器自动寻找脉搏搏动最大点进行立体定位后，进行脉诊信号采集，从左手寸脉部位开始，直至双手寸关尺六部脉全部采集完毕，最后保存数据。每次采集时间集中选择于清晨7∶00-9∶30[11]，由主试提前和受试者约定具体时间，并叮嘱相应要求。

2 统计分析方法

2.1 信号滤波

采用离散余弦变换（Discrete cosine transform，DCT）方法[12]对采集到的原始脉图信号进行段通滤波，滤波频率为0.5-48 Hz。滤波后，用逆DCT方法将信号还原为时域信号进行建模。

2.2 脉图建模

采用余弦函数谐波拟合法进行脉图建模，即对单个心动周期进行回归拟合，建立脉图信号的数学模型。

2.3 参数设置

每部脉各有32个参数，包括7个时域参数，主要有主波幅值（h1）、快速射血期时值（t1）、在h1上1/3处的时值（W）、主波升斜率：主波幅值/快速射血期时值（h1/t1）、主波降斜率（h1/1-t1）、快速射血期占心动周期的比例（t1/1-t1）；w与t1的比（w/t1），24个频域参数即12个谐波的初相角及其振幅，还有1个脉位参数。另外加一个心率参数（也叫脉数参数），双手6部脉共有193个参数供使用分析。

2.4 分类判决方法

最小二乘回归分类法，即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。设定阶数（K=4），在4阶模型中，用基于正交分解基础上的快速逐次前后向不完全搜索选优最小二乘回归程序，对上述一维指示向量回归，选择前20个最佳模型，最后用回归指数做统计分析，并对试验组与对照组干预前后的脉图数据提供软判决。

3 研究结果

3.1 脉图参数分类判决结果

3.1.1 试验组开始-结束的脉图模型参数与判决结果

通过对试验组干预前后脉图参数的判决分析，筛选出前20个脉图模型，每个模型包括4个参数，见表2。表2为筛选出的判别参数，判决点为0.16，表明干预前后的正确区分率为84%，见图1。说明习练八段锦可显著影响平人脉象图，干预前后区分度较高。

图1 试验组开始-结束的脉图模型的判决结果

表2 试验组脉图模型参数列表

3.1.2 对照组开始至结束脉图模型参数与判决结果

通过对对照组干预前后的脉图参数的判决分析，筛选出前20个脉图模型，每个模型包括4个参数，见表3。表3为筛选出的判别参数，前6个模型的判决点为0.21，表明干预前后的正确区分率为79%，见图2。说明对照组干预前后对于受试者脉象图存在影响，但影响程度低于试验组。

图2 对照组开始-结束的脉图模型的判决结果

表3 对照组脉图模型参数列表

3.2 脉图入选参数及贡献度

3.2.1 试验组脉图参数特征

（1）试验组入选参数统计及分布情况

从表4中可见，共有19个参数入选参与试验组的分类，约占总脉图参数的9.8%，其中有脉位参数2个，时域参数8个，频域参数9个，贡献次数最多的脉诊参数有左寸、左关、左尺和右关。

表4 试验组开始-结束分类入选参数

（2）试验组分类参数贡献度

对入选参数按六部脉分类并对出现次数进行统计以判断双手六部脉的贡献度，左关累计次数29次，贡献度最高，为36.3%，其次是左寸，累计次数为24次，贡献度为30%，右关累计次数13次，贡献度为16.3%，左尺累计次数9次，贡献度为11.3%，右寸、右尺贡献度较少，分别为3.8%、2.5%（见图3）。综上可知，试验组干预对受试者六部脉影响广泛，整体作用较为明显。

图3 双手6部脉对试验组干预前后分类的贡献度

3.2.2 对照组脉图参数特征

（1）对照组入选参数统计及分布情况

从表5中可见，共有21个参数入选参与对照组的分类，约占总脉图参数的9.8%，其中有脉位参数4个，时域参数6个，频域参数11个，贡献次数最多的脉诊参数有左尺、右尺、左关。

表5 对照组开始-结束分类入选参数

（2）对照组分类参数贡献度

对入选参数按六部脉分类并对出现次数进行统计以判断双手六部脉的贡献度，左尺累计次数33次，贡献度最高，为41.3%，其次是右尺，累计次数29次，贡献度为36.3%，右关累计次数7次，贡献度为8.8%，左寸和左关分别出现4次，贡献度为5%，右寸贡献度较少，为3.8%（见图4）。其中左尺脉与右尺脉的贡献度总和为77.6%，显著高于其他各脉的贡献度，说明对照组对于尺脉影响明显，对于其余各脉影响程度较低。

图4 双手6部脉对对照组干预前后分类的贡献度

4 思考与讨论

脉诊作为中医传统诊疗手段有着悠久的临床应用史，脉搏信息被视为生命的基本信号，身体的病理变化会反映在脉诊信息上，现代研究表明高血压、糖尿病、心血管疾病会引起脉搏节律和幅度的改变，脉搏信号功率谱（Plots of power spectral density (PSD) of pulse-signals）可应用于诊断并评估心血管疾病风险[13-14]，利用传感器将脉诊信号客观化的相关研究可以促进中医脉诊在疾病预防性诊断，建设有效的预防医疗体系中的进一步应用和发展[15]。本研究应用的脉诊仪根据针灸学的同身寸原理，通过对不同受试者前臂长与腕周长的测量，针对受试者间的个体差异选取最佳位置进行采集，使得采集信息较为准确与可靠；就分析方法来看，将时域与频域联合，使得反馈的脉图信息更加全面；以分类判决构建脉图模型，使得结果更加直观、易懂。

如今脉诊仪在临床中的应用逐渐广泛，研究者以不同证型失眠患者与健康人群的脉图特征参数谱进行比较[16]，证实了不同证型失眠患者与健康人群及失眠不同证型间的脉诊参数存在差异；亦有研究指出，通过脉诊仪获得的脉象参数发现，正常范围内肾功能血尿素氮（Blood urea nitrogen，BUN）指标差异会影响其脉象参数，对临床诊断早期肝损伤具有一定参考价值[17]；同时在心血管疾病中，如高血压等，利用脉诊仪获得的脉象信息可反映高血压病的顺逆与预后[18]；采用脉诊分析方法中的时域分析法，探究脉图参数与情志病之间的关联性，对情志病进行诊断与预后，以及治未病的开展具有重要意义与价值[19]。

就两组受试者自身干预前后的脉图特征信息来看，二组干预对于六部脉的影响程度各不相同。12周后，试验组受试者的分类参数有19个，将其按六部脉分类，依据各部脉出现的累计次数显示其对两组分类的贡献度，出现次数越多贡献度越大，结果发现左关贡献度最高，为36.3%，其次是左寸，贡献度为30%，右关贡献度为16.3%，左尺贡献度为11.3%，右寸、右尺贡献度较少，分别为3.8%、2.5%；对照组干预前后，共有21个参数入选参与分类，对入选参数按六部脉分类并对出现次数进行统计以判断双手六部脉的贡献度，发现左尺贡献度最高，为41.3%，右尺贡献度为36.3%，右关贡献度为8.8%，左寸和左关贡献度均为5%，右寸贡献度为3.8%。

其中试验组干预前后脉图主要存在差异的参数有左寸脉位、左关能量1和w，右关能量1等。脉位是指信号采集时传感器受到的静压力，代表脉的浮沉变化，频域参数（能量1）表示差异的产生部位变化，w表示血液流经血管的速度，以上差异参数显示，八段锦作为干预手段可改变经脉气血的循行位置和气血输注的速度，其作用机制可能与通过影响整体气血运行，疏通经络，进而改善脏腑功能有关。

《脉经》云：“心部在左手关前寸口是也，即手少阴经也，与手太阳为表里，以小肠合为府。合于上焦……肝部在左手关上是也，足厥阴经也，与足少阳为表里，以胆合为府，合于中焦……肾部在左手关后尺中是也，足少阴经也，与足太阳为表里，以膀胱合为府，合于下焦……”左右六部脉各有其所候脏腑，左寸关尺对应心肝肾，右寸关尺对应肺脾肾。以脉诊图相关数据为依据，试验组受试者干预12周后，对于心、肝胆、肾影响显著，对照组对肾影响明显。鉴于受试者是健康人群，并无肺脏与脾胃疾病，特别是肺炎、消化不良、肠易激等健康问题较少出现，而心、肝胆、肾等脏脉象更易受到作息不规律、工作压力和情绪变化等情况的影响，有研究证实正常人群中左侧寸、关、尺脉判别率相对较高[20]，因此以上脉所候脏腑是平人需要日常护理和调摄的关键。平人脾胃之气充实，肺气流通，经气归肺，右寸关和缓，即《素问·平人气象论篇》中提到：“平人之常气禀于胃……脉气流经，经气归于肺，肺朝百脉……气口成寸，以决死生”，张景岳提到的“经脉流通，必由于气，气主于肺，故为百脉之朝会……故凡欲察病者，必须先察胃气，凡欲治病者，必须常顾胃气，胃气无损，诸可无虑……”本试验受试者无消化系统疾病和肺部不适症状，胃气无损，肺脏康健，故训练前后两组的右寸、关脉前后脉图贡献度不显著。

我们团队前期试验[21-22]证实八段锦训练前后会引起五脏红外热成像温度的变化，体现了其对于五脏具有一定影响，但尚需更多试验验证八段锦训练对于各类人群主要作用脏腑与功效。就本试验的两组干预结果来看，八段锦影响的平人脉象更丰富，因此对于脏腑的整体干预作用，八段锦干预效果优于第九套广播体操。由此推断八段锦是基于中医整体观而逐渐形成的中医导引养生方法，从脏腑功能整体性对身体机能进行影响，作用范围更加全面。

八段锦作为中医非药物疗法的代表之一，由八个不同动作构成，每一式动作均对应调节不同的脏或腑，八个动作相互配合，从整体上对人体的五脏六腑进行协调；第九套广播体操就动作路线来看，强调肢体的牵拉伸展，促进肌肉与关节的灵活性，因此在对脏腑干预影响作用方面，八段锦整体干预效果更佳，因此，在此次脉图特征中，八段锦干预的试验组影响的脏腑较第九套广播体操更为全面。

本研究以智能脉诊仪对中医导引术八段锦的干预效果进行评估，有助于为中医导引提供客观化指标[23-25]，同时为中医导引术更好地应用于临床各科的常见疾病奠定科学的理论基础与数据支撑。