張艷，張希林

(山東省中醫(yī)藥研究院，山東 濟(jì)南 250014)

脈診是中醫(yī)學(xué)中最具特色的診斷方法，幾千年來各種脈象的辨別依據(jù)僅是醫(yī)生的指下感覺，不同脈象很難界定，這就導(dǎo)致了診脈很難被掌握，中醫(yī)界把脈診形象地概括為“心中易了，指下難明”。為了促進(jìn)脈診的臨床應(yīng)用和脈學(xué)理論的深入研究，應(yīng)用現(xiàn)代科學(xué)理論和技術(shù)對(duì)中醫(yī)脈診進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，逐步實(shí)現(xiàn)脈診客觀化成為中醫(yī)現(xiàn)代化必須解決的問題。

多年來人們渴望著對(duì)中醫(yī)的脈象能有一個(gè)客觀的分辨識(shí)別標(biāo)準(zhǔn), 以便揭開脈診的科學(xué)本質(zhì)，因此脈搏波信號(hào)的客觀化、定量化、規(guī)范化一直是相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。從19世紀(jì)50年代至今, 廣大學(xué)者在脈象信號(hào)分析方法方面的研究已日漸深入[1]。從簡(jiǎn)單的模型法、時(shí)域分析到時(shí)頻域的小波分析, 從人工識(shí)別到人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的識(shí)別, 已基本實(shí)現(xiàn)模擬神經(jīng)元結(jié)構(gòu)和功能對(duì)脈象信號(hào)進(jìn)行識(shí)別[2]。但由于缺乏有效的脈象理論指導(dǎo)，目前對(duì)脈象的認(rèn)識(shí)僅停留在頻率、節(jié)律、振幅等的分析上，主要用來輔助診斷心血管系統(tǒng)方面的疾病，無法定量提取與生理、病理相關(guān)的特征信息，與臨床診療應(yīng)用還有很大的差距。

金氏脈學(xué)是在傳統(tǒng)脈學(xué)基礎(chǔ)上，融合了大量現(xiàn)代科學(xué)的內(nèi)容而創(chuàng)立和發(fā)展起來的一門全新的脈學(xué)理論[3]。金氏脈學(xué)對(duì)傳統(tǒng)脈學(xué)進(jìn)行了突破性的發(fā)展和創(chuàng)新，為脈學(xué)添加了許多全新的概念，并引入了大量現(xiàn)代科學(xué)的研究方法。通過對(duì)脈象構(gòu)成要素的分析，結(jié)合現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的相關(guān)知識(shí)，提出了脈應(yīng)、脈點(diǎn)、特征等概念，實(shí)現(xiàn)了比較精確的定性、定位與定量診斷，為脈象的客觀化研究奠定了基礎(chǔ)[4]。

本文在金氏脈學(xué)理論的指導(dǎo)下，利用時(shí)域分析、判別分析、模式識(shí)別等方法，識(shí)別出占位性病變的特異性指標(biāo)——沖博，并對(duì)研究過程中涉及的金氏脈學(xué)相關(guān)內(nèi)容制定客觀標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)脈診技術(shù)的客觀化和現(xiàn)代化發(fā)展。

1 沖搏

金氏脈學(xué)是一種源于中醫(yī)傳統(tǒng)脈學(xué)，但又有突破性創(chuàng)新和發(fā)展的脈學(xué)理論。金氏脈學(xué)理論應(yīng)用于臨床，其最突出的特點(diǎn)是能夠通過簡(jiǎn)單易行、無損傷、低成本的脈診手段，實(shí)現(xiàn)占位性病變?cè)缙诘亩ㄐ浴⒍ㄎ慌c定量診斷，而傳統(tǒng)脈學(xué)是無法做到這點(diǎn)的[5]。

在金氏脈學(xué)中，脈應(yīng)是對(duì)單一的脈搏性狀改變的概括，反映的是單一的生理狀態(tài)或病理變化對(duì)脈搏性狀造成的擾動(dòng)，分為位變脈應(yīng)、頻變脈應(yīng)、律變脈應(yīng)、力變脈應(yīng)、形變脈應(yīng)等。根據(jù)血流分層流動(dòng)的特點(diǎn)，可將脈管縱向搏動(dòng)空間分為4個(gè)層位，7個(gè)層面，見圖1。

圖1 脈位分層圖Fig.1 Pulseposition hierarchy

根據(jù)脈動(dòng)周期與心臟舒縮的關(guān)系，可將脈動(dòng)分為3個(gè)動(dòng)組(A組、B組、C組)8個(gè)動(dòng)點(diǎn)，動(dòng)點(diǎn)和層面的結(jié)合即為脈點(diǎn)，見圖2。

圖2 脈點(diǎn)示意圖Fig.2 Pulse point diagram

沖搏在金氏脈學(xué)中描述為脈動(dòng)在均勻的起搏與回落過程中突然出現(xiàn)的沖擊搏動(dòng)，是脈搏局部性狀造成的擾動(dòng)，屬于形變脈應(yīng)的動(dòng)點(diǎn)脈應(yīng)，多反映各種占位性病變，是金氏脈學(xué)中占位性病變的特異性指標(biāo)[6]。結(jié)合脈點(diǎn)和特征，即可以實(shí)現(xiàn)占位性病變?cè)缙诘亩ㄐ?、定位與定量診斷，因此對(duì)沖搏的客觀化意義重大。

2 研究方法

本文選取了數(shù)據(jù)采集指標(biāo)和診斷指標(biāo)都相對(duì)易于客觀化、發(fā)病率也較高的肺癌為研究對(duì)象。根據(jù)金偉研究員的指下感覺，使用本項(xiàng)目組前期研制的金氏脈診儀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)確診為惡性腫瘤且未手術(shù)的患者進(jìn)行了預(yù)采樣試驗(yàn)，然后對(duì)采樣數(shù)據(jù)利用時(shí)域分析、判別分析、模式識(shí)別等方法，結(jié)合金氏脈學(xué)的具體特點(diǎn)進(jìn)行相關(guān)分析，對(duì)沖搏進(jìn)行客觀化研究，并對(duì)研究過程中涉及的金氏脈學(xué)相關(guān)內(nèi)容制定客觀標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)脈診技術(shù)的客觀化和現(xiàn)代化發(fā)展。在此研究思路的指導(dǎo)下，本研究所采取的研究方案如圖3所示。

圖3 研究方案Fig.3 Research program

樣本數(shù)據(jù)篩選步驟如下：

(1)隨機(jī)選擇符合本項(xiàng)目研究目標(biāo)疾病診斷標(biāo)準(zhǔn)和納入標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)排除標(biāo)準(zhǔn)之外的病例數(shù)據(jù)200例，結(jié)合其常規(guī)病歷數(shù)據(jù)，包括詳細(xì)的中西醫(yī)診斷數(shù)據(jù)、金氏脈學(xué)的脈診結(jié)果，作為研究目標(biāo)疾病脈象抽樣數(shù)據(jù)。

(2)隨機(jī)抽取符合健康人納入標(biāo)準(zhǔn)的樣本數(shù)據(jù)200例，結(jié)合其詳細(xì)的體檢數(shù)據(jù)，作為空白對(duì)照脈象抽樣數(shù)據(jù)。

(3)按照步驟(1)、(2)中的要求，隨機(jī)選擇健康人、肺癌病例數(shù)據(jù)各30例，結(jié)合其詳細(xì)的體檢數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

3 結(jié)果與分析

預(yù)采樣試驗(yàn)的脈搏圖如圖4所示。根據(jù)金氏脈學(xué)中對(duì)沖博的描述，圖中用紅色箭頭標(biāo)出的波形凸起的部分即為疑似沖博。

圖4 疑似沖搏在脈形圖上的表現(xiàn)Fig.4 The performance of impulse stroke on pulse chart

3.1 脈動(dòng)周期識(shí)別

根據(jù)傳統(tǒng)脈學(xué)及金氏脈學(xué)理論，脈點(diǎn)與脈應(yīng)的識(shí)別是建立在脈位分層和脈動(dòng)周期識(shí)別的基礎(chǔ)上的[7-10]。臨床采集到的數(shù)據(jù)是以記錄和通道的邏輯格式存于計(jì)算機(jī)中的，數(shù)據(jù)分析時(shí)首先要根據(jù)定位通道的數(shù)據(jù)將各壓力通道的數(shù)據(jù)解析為分層數(shù)據(jù)(采樣分層，不等于脈位分層)，然后再將每一層的數(shù)據(jù)解析為一次次的脈動(dòng)數(shù)據(jù)。脈動(dòng)周期的識(shí)別建立在脈動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)理上，正常的脈動(dòng)周期如圖5所示。

圖5 正常脈動(dòng)示意圖Fig.5 Diagram of normal pulsation

由圖5可知，脈動(dòng)周期識(shí)別的關(guān)鍵是U點(diǎn)的識(shí)別，我們對(duì)其采用了時(shí)域分析的方法進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別。因各種干擾因素的存在，自動(dòng)識(shí)別的U點(diǎn)往往會(huì)在一些特殊情況下出現(xiàn)偏差，因此需要提供手動(dòng)修正的方法。

一個(gè)脈動(dòng)周期中有3個(gè)點(diǎn)的位置具有重要的標(biāo)識(shí)意義，分別為U點(diǎn)、P點(diǎn)和V點(diǎn)。其中U點(diǎn)是一個(gè)脈動(dòng)周期的起始點(diǎn)，對(duì)應(yīng)著心臟快速射血期的開始，兩個(gè)U點(diǎn)之間為一次完整的脈動(dòng)周期；P點(diǎn)為快速射血期的終止和緩慢射血期的開始；V點(diǎn)為緩慢射血期的終止。脈動(dòng)周期中上述3個(gè)點(diǎn)的自動(dòng)識(shí)別是數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)，我們基于時(shí)域分析和模式識(shí)別設(shè)計(jì)了相應(yīng)的識(shí)別算法[10-13]，首先采用小波變換過濾掉脈象信號(hào)的高頻部分，目的是能夠獲得比較理想的脈動(dòng)周期起始點(diǎn)，然后利用斜率和函數(shù)(slope sum function，SSF)進(jìn)行進(jìn)一步處理，在時(shí)間t時(shí)，斜率和函數(shù)的定義如下：

(1)

(2)

Δyk=yk-yk-1,

(3)

其中：Zt是t時(shí)刻對(duì)應(yīng)的脈象信號(hào)峰值；w是分析窗口的時(shí)長(zhǎng)；1+w≤t≤N，N是原始脈象信號(hào)的總時(shí)長(zhǎng)；yk是通過濾波后的脈象信號(hào)。對(duì)圖5濾波后的數(shù)據(jù)進(jìn)行脈動(dòng)周期識(shí)別并分別標(biāo)記3個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，結(jié)果如圖6所示。

圖6 脈動(dòng)周期的自動(dòng)識(shí)別與標(biāo)記圖Fig.6 Automatic identification and marking of pulsation period

圖6中，藍(lán)色+為U點(diǎn)，黑色+為P點(diǎn)，玫紅+為V點(diǎn)，可以看出識(shí)別算法的識(shí)別率雖然比較高，但仍有個(gè)別脈動(dòng)周期不能被很好地識(shí)別，如上圖第4 層第2個(gè)脈動(dòng)周期的V點(diǎn)識(shí)別不正確，為此我們?cè)O(shè)計(jì)了相應(yīng)的用戶界面，可以用鼠標(biāo)拖動(dòng)相應(yīng)的標(biāo)記點(diǎn)，在所見即所得的操作下對(duì)自動(dòng)識(shí)別的結(jié)果進(jìn)行校正。上圖中識(shí)別錯(cuò)誤的點(diǎn)校正后的圖形如圖7所示。

圖7 脈動(dòng)周期的手動(dòng)修改與標(biāo)記圖Fig.7 Manual modification and marking of pulsation period

3.2 脈動(dòng)周期中特征信息的提取與沖搏的識(shí)別研究

沖搏屬于形變脈應(yīng)，其定義為在均勻的脈搏起搏和回落過程中突然的沖擊搏動(dòng)，在脈圖形態(tài)上應(yīng)表現(xiàn)為時(shí)域上的變化，我們可以對(duì)相應(yīng)病變對(duì)應(yīng)脈點(diǎn)處的脈圖進(jìn)行時(shí)域分析。同時(shí)沖搏又屬于動(dòng)點(diǎn)脈應(yīng)，必須與脈點(diǎn)相結(jié)合構(gòu)成特征才能反映具體的生理、病理變化[14-15]。本項(xiàng)研究中腫瘤是占位性病變會(huì)形成沖搏，不同部位的腫瘤形成的沖搏會(huì)出現(xiàn)在不同的脈點(diǎn)上。根據(jù)金氏脈學(xué)理論，肺癌產(chǎn)生的沖搏位于A2點(diǎn)的深層淺層面。對(duì)肺癌病人采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析如圖8所示。

圖8 左肺肺癌病人脈位分層圖及與幅度關(guān)系圖Fig.8 Pulse stratification and amplitude relationship in left lung cancer patients

圖8(a)中為左肺肺癌患者左手淺層、中層、深層、底層4個(gè)脈位的脈形圖，其中的藍(lán)色波形圖為脈象采集探頭剛剛接觸采集部位產(chǎn)生的信號(hào)，根據(jù)本研究要求，可忽略。根據(jù)金氏脈學(xué)理論，將一個(gè)脈動(dòng)周期在時(shí)域上分為A、B、C 組3個(gè)動(dòng)組，每個(gè)動(dòng)組又平均分為3個(gè)動(dòng)點(diǎn)，動(dòng)點(diǎn)和層面的結(jié)合即為脈點(diǎn)。結(jié)合脈形圖對(duì)應(yīng)的壓力值，從圖8(a)中可以看出，沖搏出現(xiàn)在A2點(diǎn)深層淺層面，且表現(xiàn)為時(shí)域上的變化。圖8(b)為左肺肺癌患者右手脈象數(shù)據(jù)的脈位分層圖，沒有識(shí)別出沖搏特征信息。

綜上所述，從圖8可以看出：沖搏表現(xiàn)為脈圖時(shí)域的變化；肺癌形成的沖搏表現(xiàn)在A2點(diǎn)的深層淺層面且在同側(cè)的脈點(diǎn)上。由于沖搏的大小、形態(tài)、出現(xiàn)的點(diǎn)位均有較大的差異，因此對(duì)于沖搏的識(shí)別使用交互方式，由脈診儀軟件進(jìn)行初步分析，并繪制相應(yīng)的脈位分層圖和脈位-波幅圖等輔助圖形，最終由醫(yī)生進(jìn)行判定，通過篩選的樣本數(shù)據(jù)對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證，沖搏的準(zhǔn)確識(shí)別率達(dá)到70%以上。

4 結(jié)論

本研究在金氏脈學(xué)理論的指導(dǎo)下，識(shí)別出了肺癌形成的沖搏脈圖特征，提出了一種新的肺癌識(shí)別的早期輔助診斷方法，可以使肺癌患者得到早期預(yù)警，從而去做進(jìn)一步的身體檢查。但要實(shí)現(xiàn)金氏脈學(xué)中對(duì)占位性病變的定性與定量診斷還需要對(duì)黏滯性澀搏等微弱高頻信號(hào)進(jìn)行提取和處理，需要大量的數(shù)學(xué)算法，工作量和工作難度較大，也是本研究下一步努力的方向。