脉象变异性研究
作者：李 凌 王志中 费兆馥 李斌芳
单位：李 凌 王志中 上海交通大学生物医学工程系，上海 200030；费兆馥 李斌芳 上海中医药大学中诊教研室，上海 200032
关键词：脉象变异；心率变异；傅立叶变换
中国中医基础医学杂志991222 摘 要：通过测量长时间脉象，从中得到脉搏脉动周期t序列、主波高度h1序列、主波与重搏前波交界处幅度h2序列、h1/h2序列，并对这些信号作傅立叶变换，结果 脉搏脉动周期t序列存在与心率极为相识的变异性，其余各参数也存在不同程度的变异性。
中图分类号：R241.19 文献标识码：B
文章标号：1006-3250(1999)12-
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1 引言
脉诊是中医诊断中最主要的一个诊断方法，已有近千年的历史，它是一种无创伤的检测方法，简便易行。从50年代开始许多中外学者与专家进行了客观化方面的研究，运用脉图进行基础理论和临床方法研究，对于脉学的理论、诊脉方法、临床诊断和实验研究等方面均开展了大量的工作，取得较快的进展[1、2]。但是目前的研究多从传统中医和血液动力学的角度出发，致力于对各种脉象做出客观的解释和分类，很少有新的研究方向。近年来，心率变异已成为研究热点，其重要性正逐步为临床所接受。脉搏作为心血管系统的一个方面，也应该能反映这种变异性。当然，古人也曾注意到了脉象的一些长期变异性，如《素问.脉要精微论》指出：“天地之变，营养之应，彼春之暖，为夏之暑，彼秋之忿，为冬之怒，四变之动，脉与之上下。”也有部分学者曾经做过这方面的研究，如费兆馥[2]、段文治[3]等曾做过早晚、四季对脉象影响的研究。但是这些研究都是针对脉象在很长一段时间跨度下的变异情况，而对于短时间内脉图各参数变化的研究则几乎没有。这大概是因为短时间内脉象的脉形几乎没有变化，各参数的变化也很小，如主波间隔时间的差异最大一般也只有0.1s，以前大多数的脉象研究都需要手工从脉象图纸上量取各个参数，精度不高，因此很难反映这种变异性。我们的研究则完全计算机化，即脉象的测量、脉象图的绘制、脉象各参数的计算等全部由计算机完成，大大提高了各参数的精度(时间精确到0.002s，脉象幅度精确到12位)，所以能反映这种变异性。
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2 数据采集
实验装置主要包括1台脉象仪(上海中医药大学研制的ZM-1型脉象仪)、一块A/D数据采集卡(CONTEC公司的AD12-16LG低成本单端模数转换板)和1台Pentium586计算机，脉象信号以450Hz的频率采集，采样精度为12位。实验对象包括10余名大学生，年龄18岁～28岁。实验在上午10：00～11：00，室温在14℃左右进行。对所有的实验对象都采集右手桡动脉寸部的脉搏波，取最佳取脉压力，使脉形最佳以利于脉象各参数的测取。实验时要求每位被测者戴上脉象传感器后静坐5min，这一方面是使被测者处于一种轻松的稳定状态，另一方面是由于脉象仪本身的不足。一般传感器戴上后的一段时间内取脉压力和传感器探头位置会发生微小的变化，只有过一段时间后才能基本消除这种误差。每次要求被测者以大约每分钟15次的频率平稳地呼吸，在此情况下连续测大约5至7min的脉象数据。
3 数据分析
得到的脉象数据，首先用一五级移动平滑滤波器去除毛刺，然后从脉象图中检测出主波位置、主波高度h1、主波与重搏前波交界处幅度h2，并根据主波位置算出脉动周期时值t、h1与h2之比h1/h2。图1a所示即为1名受试者在以每分钟大约呼吸15次的条件下，连续测取400个脉象波形的参数所得各信号的波形。从图中可以很清楚地看出，以上各参数都存在着不同程度的变异性。进一步对各信号做傅立叶变换并做出频谱图，可以看出各信号的变异频段主要位于呼吸频段(0.25Hz)和低频谱段(<0.01Hz)，这和心率变异的频谱分布[4]相吻合。
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4 结论
由以上的数据和分析可以看出，短时间内脉搏波确实也存在着和心率变异极为相似的变性异。这种变异性和长时间脉象的变化不同，长时间脉象的变化主要是由于自然环境的变化，如外界温度、湿度以及昼夜的变化，使人体发生相应的生理功能改变，即“天人相应”。而脉象在短时间内的变化，应该和心率变异一样，主要由神经系统活动导致[4]。而且从各信号及频谱图可以看出，这些信号并不十分相似。也就是说，脉象信号包含了比心电信号更多的变异性(心电信号除R-R间期外其他各参数的变异性很小)。因此，本研究只是对脉象变异性的初步探索，对于脉象变异性的很多方面，都还未作深入的研究。以下是我们对下一步的工作的初步设想：
图1 各参数连续400点幅值及其频谱图，自上至下依次为(1)脉膊脉动周期t
“(2)主波高度h1 (3)主波与重搏前波交界处幅度h2 (4)h1/h2
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4.1 扩大实验对象的年龄范围，研究不同年龄段脉象的变异性；
4.2 研究在不同兴奋状态下脉象的变异性；
4.3 同步采集肢体导联心电图，研究脉象变异和心率变异的关系；
4.4 结合血液动力学的基本原理，研究脉象各参数间变异性差异的原因。
作者简介：李凌，男，27岁，上海交通大学生物医学工程系博士生，医学信号处理及计算机应用。
参考文献
[1] 黄世林，等.中医脉象研究.北京：人民卫生出版社，1991.
[2] 费兆馥.中国脉诊研究.第1版.上海：上海中医学院出版社，1991.
[3] 段文治，等.从脉象的昼夜变化探讨“天人相应”学说.中西医结合杂志，1984.4.
[4] 郑达安，等.心理应激时青年人R-R间期变异性的谱分析.生物医学工程学杂志，1997，14(1)：38.
[5] 刘冠军编著.脉诊.上海：上海科学技术出版社，1979., 百拇医药
单位：李 凌 王志中 上海交通大学生物医学工程系，上海 200030；费兆馥 李斌芳 上海中医药大学中诊教研室，上海 200032
关键词：脉象变异；心率变异；傅立叶变换
中国中医基础医学杂志991222 摘 要：通过测量长时间脉象，从中得到脉搏脉动周期t序列、主波高度h1序列、主波与重搏前波交界处幅度h2序列、h1/h2序列，并对这些信号作傅立叶变换，结果 脉搏脉动周期t序列存在与心率极为相识的变异性，其余各参数也存在不同程度的变异性。
中图分类号：R241.19 文献标识码：B
文章标号：1006-3250(1999)12-
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1 引言
脉诊是中医诊断中最主要的一个诊断方法，已有近千年的历史，它是一种无创伤的检测方法，简便易行。从50年代开始许多中外学者与专家进行了客观化方面的研究，运用脉图进行基础理论和临床方法研究，对于脉学的理论、诊脉方法、临床诊断和实验研究等方面均开展了大量的工作，取得较快的进展[1、2]。但是目前的研究多从传统中医和血液动力学的角度出发，致力于对各种脉象做出客观的解释和分类，很少有新的研究方向。近年来，心率变异已成为研究热点，其重要性正逐步为临床所接受。脉搏作为心血管系统的一个方面，也应该能反映这种变异性。当然，古人也曾注意到了脉象的一些长期变异性，如《素问.脉要精微论》指出：“天地之变，营养之应，彼春之暖，为夏之暑，彼秋之忿，为冬之怒，四变之动，脉与之上下。”也有部分学者曾经做过这方面的研究，如费兆馥[2]、段文治[3]等曾做过早晚、四季对脉象影响的研究。但是这些研究都是针对脉象在很长一段时间跨度下的变异情况，而对于短时间内脉图各参数变化的研究则几乎没有。这大概是因为短时间内脉象的脉形几乎没有变化，各参数的变化也很小，如主波间隔时间的差异最大一般也只有0.1s，以前大多数的脉象研究都需要手工从脉象图纸上量取各个参数，精度不高，因此很难反映这种变异性。我们的研究则完全计算机化，即脉象的测量、脉象图的绘制、脉象各参数的计算等全部由计算机完成，大大提高了各参数的精度(时间精确到0.002s，脉象幅度精确到12位)，所以能反映这种变异性。
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2 数据采集
实验装置主要包括1台脉象仪(上海中医药大学研制的ZM-1型脉象仪)、一块A/D数据采集卡(CONTEC公司的AD12-16LG低成本单端模数转换板)和1台Pentium586计算机，脉象信号以450Hz的频率采集，采样精度为12位。实验对象包括10余名大学生，年龄18岁～28岁。实验在上午10：00～11：00，室温在14℃左右进行。对所有的实验对象都采集右手桡动脉寸部的脉搏波，取最佳取脉压力，使脉形最佳以利于脉象各参数的测取。实验时要求每位被测者戴上脉象传感器后静坐5min，这一方面是使被测者处于一种轻松的稳定状态，另一方面是由于脉象仪本身的不足。一般传感器戴上后的一段时间内取脉压力和传感器探头位置会发生微小的变化，只有过一段时间后才能基本消除这种误差。每次要求被测者以大约每分钟15次的频率平稳地呼吸，在此情况下连续测大约5至7min的脉象数据。
3 数据分析
得到的脉象数据，首先用一五级移动平滑滤波器去除毛刺，然后从脉象图中检测出主波位置、主波高度h1、主波与重搏前波交界处幅度h2，并根据主波位置算出脉动周期时值t、h1与h2之比h1/h2。图1a所示即为1名受试者在以每分钟大约呼吸15次的条件下，连续测取400个脉象波形的参数所得各信号的波形。从图中可以很清楚地看出，以上各参数都存在着不同程度的变异性。进一步对各信号做傅立叶变换并做出频谱图，可以看出各信号的变异频段主要位于呼吸频段(0.25Hz)和低频谱段(<0.01Hz)，这和心率变异的频谱分布[4]相吻合。
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4 结论
由以上的数据和分析可以看出，短时间内脉搏波确实也存在着和心率变异极为相似的变性异。这种变异性和长时间脉象的变化不同，长时间脉象的变化主要是由于自然环境的变化，如外界温度、湿度以及昼夜的变化，使人体发生相应的生理功能改变，即“天人相应”。而脉象在短时间内的变化，应该和心率变异一样，主要由神经系统活动导致[4]。而且从各信号及频谱图可以看出，这些信号并不十分相似。也就是说，脉象信号包含了比心电信号更多的变异性(心电信号除R-R间期外其他各参数的变异性很小)。因此，本研究只是对脉象变异性的初步探索，对于脉象变异性的很多方面，都还未作深入的研究。以下是我们对下一步的工作的初步设想：
图1 各参数连续400点幅值及其频谱图，自上至下依次为(1)脉膊脉动周期t
“(2)主波高度h1 (3)主波与重搏前波交界处幅度h2 (4)h1/h2
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4.1 扩大实验对象的年龄范围，研究不同年龄段脉象的变异性；
4.2 研究在不同兴奋状态下脉象的变异性；
4.3 同步采集肢体导联心电图，研究脉象变异和心率变异的关系；
4.4 结合血液动力学的基本原理，研究脉象各参数间变异性差异的原因。
作者简介：李凌，男，27岁，上海交通大学生物医学工程系博士生，医学信号处理及计算机应用。
参考文献
[1] 黄世林，等.中医脉象研究.北京：人民卫生出版社，1991.
[2] 费兆馥.中国脉诊研究.第1版.上海：上海中医学院出版社，1991.
[3] 段文治，等.从脉象的昼夜变化探讨“天人相应”学说.中西医结合杂志，1984.4.
[4] 郑达安，等.心理应激时青年人R-R间期变异性的谱分析.生物医学工程学杂志，1997，14(1)：38.
[5] 刘冠军编著.脉诊.上海：上海科学技术出版社，1979., 百拇医药