人体电测量技术在经络研究中的运用
作者：张立剑 张维波 刘雨亭 李志超 陆纪兴
单位：张立剑 张维波 刘雨亭 李志超(中国中医研究院针灸研究所 北京 100700)；陆纪兴(系统工程研究所 北京 100081)
关键词：人体电测量；经络研究；动态建模；调节度；计算机
北京生物医学工程000306 摘 要 本文从系统分析的观点考察了电激励下的经络现象，指出揭示经络现象本质是动态的，可用有序、变阶的线性随机系统予以描述；从而提出调节度概念，作为经络现象的统一度量机制、经脉线上与经脉线外特性差异性和经脉循行线及其存在的评价准则。内容包括经络电极的测定、经络现象的动态数据获取与建模、皮肤极化电位的测定和调节度定义等。
Application of Human-body Electrical Detection Technique in
, 百拇医药
Meridian Study of Traditional Chinese Medicine
Zhang Lijian
(Institute of Acupuncture and Moxibustion, China Academy of Traditional ChineseMedicine, Beijing 100700)
Zhang Weipo
(Institute of Acupuncture and Moxibustion, China Academy of Traditional ChineseMedicine, Beijing 100700)
Liu Yuting
, 百拇医药 (Institute of Acupuncture and Moxibustion, China Academy of Traditional ChineseMedicine, Beijing 100700)
Li Zhichao
(Institute of Acupuncture and Moxibustion, China Academy of Traditional ChineseMedicine, Beijing 100700)
Lu Jixing
(Beijing Institute of Systems Engineering 100081)
Abstract
In the present study, electrical stimulation-evoked meridian phenomenon(MP) is examined from the viewpoint of systems engineering. Results revealed that MP was of dynamic characteristics and could be described using ordered, step-change and linear-random system. Hence, a concept of “regulation-degree” was put forward and could be used as an unified measuring unit or criteria for examining MP, the difference of electrical characteristics between the meridian route and outside of the meridian route, and for judging the existence of meridian. This paper contains discussions on electrical detection of meridian, acquirement of dynamic data of MP, establishment of model detection of cutaneous polarization potentials, and the definition of regulation-degree.
, 百拇医药
Key words:Electrical detection of human body, Meridian research, Establishment of dynamic model, Regulation-degree, Computer analysis
0 引 言
经络理论是中医理论的核心之一，随着现代科学技术的发展，为获取和处理人体经络信息提供了有力的手段[1]。如何完整而正确地捕获、跟踪、识别和度量经络现象、进而与经络研究及其辨证施治关联并融为一体，将具有重要的理论意义和临床价值，也是深化经络研究的重要课题。本文企图从经络现象的动态性、整体性出发，以控制论、电测量的原理和方法为依据和手段，对人体经络现象作一描述。为深化经络针灸研究抛砖引玉，为人体经络计算机电测量系统的建立奠定基础。
1 人体电测量的实验结果
, 百拇医药
使用57-6F30型经络探测仪，沿心包经旁开1cm，纵向旁开4cm搜索低阻抗点作为心包经循行线的定位点。然后将自制银电极用松紧带分别固定于两定位点连线上和连线外旁开1cm处。两测试点分别通过SEN-7103型刺激器和SS-102J型隔离器，通以相同脉宽、频率、幅度的恒压方脉冲，最后用VC-10型示波器和RW-11S型X-Y记录仪通过1kΩ采样电阻对两测试点的波形进行采样，显示和描绘[2]。我们对22名被测者施以方波电激励信号，采集心包经及其附近体表的响应信号。发现：
①在不同冲量电脉冲的激励下，经脉线上和经脉线外均出现多种不同形状的响应曲线，随着冲量的增大曲线形态的转换是顺序进行的。
②经脉线上和线外都遵循这种有序性规律，且不因人而异。
③响应曲线有序状态的转移，经脉线上先发生，经脉线外后发生。
, 百拇医药 ④对同一冲量刺激下具有相同形状的响应曲线，经脉线上的稳态误差大于经脉线外(仅有一侧反例)，且随激励电脉冲冲量的增大而增大。
⑤被测者的感觉随激励电脉冲冲量的增大而加剧，从无感觉、刺感、酸麻、疼痛到剧痛。
响应曲线随激励源电脉冲冲量增大呈现的有序状态如图1所示。由此可知：
①人体对电脉冲刺激以有序变态结构方式进行动态自动调节，这种行为与一个有序变阶的线性随机系统的脉冲响应极为相似。
②就人体的自动调节结构及其方式而言，经脉线上与经脉线外无实质性差异。
③对大于某一冲量的同一刺激电脉冲，人体在经脉线上的调节度一般深于经脉线外，且随电刺激的加剧而变得更为显著。
, 百拇医药
图1 人体经络阶跃响应曲线图
注：激励源方波的冲量A(1)
((1)的激励冲量最小(6)的激励冲量最大)
④经脉线上与线外的差异体现在：a.状态参数个数相同但参数值不同(对同态结构响应曲线)；b.状态参数个数和参数值都不同(对异态结构响应曲线)。
2 经络现象的建模
由上，我们可以用辨识随机系统的方法对经络现象建模[3]。考虑图2所示的电测量系统。人体经络及其旁开部位对方波刺激的响应数据，被传感电极阵列获取后，由多路开关和传输线送至信号放大器、经A/D模数转换后送计算机处理。
, 百拇医药
图2 人体经络计算机电测量系统原理图
设：a.信号放大-A/D转换器的增益为KA；b.电极阵列与多路传输线的传递函数为W1(S)；c.人体经络的传递函数为W0 (S)；d.方波电压的幅值、宽度以及A/D转换器的采样速率是观察人体经络响应曲线的有序变态结构。
则经络现象的模型可用如下方法和步骤建立[4]：a.判定经络电极和经脉线；b.测定信号放大器-A/D转换器增益KA；c.估算传输通道的传递函数W1 (S)；d.估算含量测噪声和模型噪声的总传递函数W (S)；e.提取皮肤极化电位VJ；f.从总模型W (S)中将经络模型W0 (S)提取出来。
2.1 经脉线和经络电极的测定
, 百拇医药
将M(行)×N(列)个形状、尺寸、介质相同的有效探测电极沿古典经脉线方向对称均布于其周围，并以宽度和幅度适宜的方波电信号，足够慢地施加到各个电极上，每行测到N条响应曲线；若N条曲线的调节度存在极值(最大或最小)，则经络现象存在，极值点处对应的点是经脉点，M个极值点的连线即是经脉循行线，与各经脉点对应的电极称为经络电极。
2.2 信号放大器-A/D转换器增益KA的测定
①断开K2、K3，闭合K1，作N次测量取平均值
；
②断开K3、K1，闭合K2，作N次测量取平均值
；
, http://www.100md.com
③KA=(UD2-UD1)/Vr。
其中，UD1i、UD2i分别是①、②测量中第i次测量获得的电压值；Vr是基准标定电压。
2.3 传输通道传递函数W1 (S)的测定
设多路开关矩阵及传感电极阵列与传输线间的交连为零，则W1(S)可按以上步骤测定：
①屏蔽传感电极阵列(不接人体)；
②闭合K3，断开K1、K2；
③由计算机控制接通各测量通道，加入激励方波E，并巡回检测采集各路数据序列{Ui}；
, 百拇医药
④用动态数据系统法对{Ui}建模，可得到各路数据序列的传递函数W1i(S)及其调节度C1i；
⑤根据2.1中的极大或极小原则，便得到经络数据传输通道的传递函数W1(S)/KA。
2.4 人体经络和电测量混合模型W(S)的测定
①将传感电极阵列敷设到人体经络被测部位；
②通过与2.3中②～⑤同样的步骤得到W(S)。
2.5 皮肤极化电位的VJ的提取
人体被测部位的极化电位VJ可用下式计算：
, 百拇医药
VJ=E(1-B)-V0；当VJ>0时，其极性与激励方波电压E相同，否则相反。
式中，V0是经络电极测得的阶跃过渡过程起始电压值，
；B是人体被测部位短路时，在采样电阻R1上的分压比，由电路结构得到。
B=R1Ri/[r(Ri+R1)+R1Ri]；其中，r是激励源内阻，Ri是信号放大器输入电阻。
2.6 经络模型W0(S)的提取
W0(S)=(W1(S)KA/W(S)-1)R1；式中的W(S)、W1(S)含义与前同。
, http://www.100md.com
3 经络现象的度量
上述，我们以模型的方式从形态上对经络现象作出表征，为了以更明确和完整的方式度量经络现象的有序调节结构，下面引入调节度概念。
设：在单位脉冲作用下经络的响应曲线为：
。式中，ai、Ti分别是第i类调节结构参数，i是第i类结构的序号。
则：处于第i类调节结构中的调节度定义为：
Ci=i+e-1/Ti
调节度度量机制依据的原理是随机系统的理论，即每一个稳定的平稳随机过程，都能用n足够大的ARMA(n,n-1)模型逼近，而具有任意精度。
, http://www.100md.com
4 结 语
经络现象的实质的研究，本质上是一个半结构化或非结构化的问题，揭示经络实质的应该是经络学说的内在规律、真实含义。控制论、计算机、电测量等现代系统科学技术的理论和方法为观测、描述经络表象提供了有力的工具，充分运用这种辅助手段，必将有助于经络研究的深化。
作者简介：张立剑(1956—)，女，主管技师。
5 参考文献
[1] 张维波。中医经络的科学探索。启业书局，1999，27～52，105～184
[2] 李志超，张维波，陆纪兴等。经络循行线低阻抗电特性的初步验证。中国针灸，1993，3：33～34
[3] K J.阿斯托姆。随机控制理论导论(中译本)。清华大学出版社，1980：79～96
[4] 赵长安。控制系统设计手册(下册)。国防工业出版社，1991，13～18
(2000-01-03收稿), http://www.100md.com
单位：张立剑 张维波 刘雨亭 李志超(中国中医研究院针灸研究所 北京 100700)；陆纪兴(系统工程研究所 北京 100081)
关键词：人体电测量；经络研究；动态建模；调节度；计算机
北京生物医学工程000306 摘 要 本文从系统分析的观点考察了电激励下的经络现象，指出揭示经络现象本质是动态的，可用有序、变阶的线性随机系统予以描述；从而提出调节度概念，作为经络现象的统一度量机制、经脉线上与经脉线外特性差异性和经脉循行线及其存在的评价准则。内容包括经络电极的测定、经络现象的动态数据获取与建模、皮肤极化电位的测定和调节度定义等。
Application of Human-body Electrical Detection Technique in
, 百拇医药
Meridian Study of Traditional Chinese Medicine
Zhang Lijian
(Institute of Acupuncture and Moxibustion, China Academy of Traditional ChineseMedicine, Beijing 100700)
Zhang Weipo
(Institute of Acupuncture and Moxibustion, China Academy of Traditional ChineseMedicine, Beijing 100700)
Liu Yuting
, 百拇医药 (Institute of Acupuncture and Moxibustion, China Academy of Traditional ChineseMedicine, Beijing 100700)
Li Zhichao
(Institute of Acupuncture and Moxibustion, China Academy of Traditional ChineseMedicine, Beijing 100700)
Lu Jixing
(Beijing Institute of Systems Engineering 100081)
Abstract
In the present study, electrical stimulation-evoked meridian phenomenon(MP) is examined from the viewpoint of systems engineering. Results revealed that MP was of dynamic characteristics and could be described using ordered, step-change and linear-random system. Hence, a concept of “regulation-degree” was put forward and could be used as an unified measuring unit or criteria for examining MP, the difference of electrical characteristics between the meridian route and outside of the meridian route, and for judging the existence of meridian. This paper contains discussions on electrical detection of meridian, acquirement of dynamic data of MP, establishment of model detection of cutaneous polarization potentials, and the definition of regulation-degree.
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Key words:Electrical detection of human body, Meridian research, Establishment of dynamic model, Regulation-degree, Computer analysis
0 引 言
经络理论是中医理论的核心之一，随着现代科学技术的发展，为获取和处理人体经络信息提供了有力的手段[1]。如何完整而正确地捕获、跟踪、识别和度量经络现象、进而与经络研究及其辨证施治关联并融为一体，将具有重要的理论意义和临床价值，也是深化经络研究的重要课题。本文企图从经络现象的动态性、整体性出发，以控制论、电测量的原理和方法为依据和手段，对人体经络现象作一描述。为深化经络针灸研究抛砖引玉，为人体经络计算机电测量系统的建立奠定基础。
1 人体电测量的实验结果
, 百拇医药
使用57-6F30型经络探测仪，沿心包经旁开1cm，纵向旁开4cm搜索低阻抗点作为心包经循行线的定位点。然后将自制银电极用松紧带分别固定于两定位点连线上和连线外旁开1cm处。两测试点分别通过SEN-7103型刺激器和SS-102J型隔离器，通以相同脉宽、频率、幅度的恒压方脉冲，最后用VC-10型示波器和RW-11S型X-Y记录仪通过1kΩ采样电阻对两测试点的波形进行采样，显示和描绘[2]。我们对22名被测者施以方波电激励信号，采集心包经及其附近体表的响应信号。发现：
①在不同冲量电脉冲的激励下，经脉线上和经脉线外均出现多种不同形状的响应曲线，随着冲量的增大曲线形态的转换是顺序进行的。
②经脉线上和线外都遵循这种有序性规律，且不因人而异。
③响应曲线有序状态的转移，经脉线上先发生，经脉线外后发生。
, 百拇医药 ④对同一冲量刺激下具有相同形状的响应曲线，经脉线上的稳态误差大于经脉线外(仅有一侧反例)，且随激励电脉冲冲量的增大而增大。
⑤被测者的感觉随激励电脉冲冲量的增大而加剧，从无感觉、刺感、酸麻、疼痛到剧痛。
响应曲线随激励源电脉冲冲量增大呈现的有序状态如图1所示。由此可知：
①人体对电脉冲刺激以有序变态结构方式进行动态自动调节，这种行为与一个有序变阶的线性随机系统的脉冲响应极为相似。
②就人体的自动调节结构及其方式而言，经脉线上与经脉线外无实质性差异。
③对大于某一冲量的同一刺激电脉冲，人体在经脉线上的调节度一般深于经脉线外，且随电刺激的加剧而变得更为显著。
, 百拇医药
图1 人体经络阶跃响应曲线图
注：激励源方波的冲量A(1)
((1)的激励冲量最小(6)的激励冲量最大)
④经脉线上与线外的差异体现在：a.状态参数个数相同但参数值不同(对同态结构响应曲线)；b.状态参数个数和参数值都不同(对异态结构响应曲线)。
2 经络现象的建模
由上，我们可以用辨识随机系统的方法对经络现象建模[3]。考虑图2所示的电测量系统。人体经络及其旁开部位对方波刺激的响应数据，被传感电极阵列获取后，由多路开关和传输线送至信号放大器、经A/D模数转换后送计算机处理。
, 百拇医药
图2 人体经络计算机电测量系统原理图
设：a.信号放大-A/D转换器的增益为KA；b.电极阵列与多路传输线的传递函数为W1(S)；c.人体经络的传递函数为W0 (S)；d.方波电压的幅值、宽度以及A/D转换器的采样速率是观察人体经络响应曲线的有序变态结构。
则经络现象的模型可用如下方法和步骤建立[4]：a.判定经络电极和经脉线；b.测定信号放大器-A/D转换器增益KA；c.估算传输通道的传递函数W1 (S)；d.估算含量测噪声和模型噪声的总传递函数W (S)；e.提取皮肤极化电位VJ；f.从总模型W (S)中将经络模型W0 (S)提取出来。
2.1 经脉线和经络电极的测定
, 百拇医药
将M(行)×N(列)个形状、尺寸、介质相同的有效探测电极沿古典经脉线方向对称均布于其周围，并以宽度和幅度适宜的方波电信号，足够慢地施加到各个电极上，每行测到N条响应曲线；若N条曲线的调节度存在极值(最大或最小)，则经络现象存在，极值点处对应的点是经脉点，M个极值点的连线即是经脉循行线，与各经脉点对应的电极称为经络电极。
2.2 信号放大器-A/D转换器增益KA的测定
①断开K2、K3，闭合K1，作N次测量取平均值
；②断开K3、K1，闭合K2，作N次测量取平均值
；, http://www.100md.com
③KA=(UD2-UD1)/Vr。
其中，UD1i、UD2i分别是①、②测量中第i次测量获得的电压值；Vr是基准标定电压。
2.3 传输通道传递函数W1 (S)的测定
设多路开关矩阵及传感电极阵列与传输线间的交连为零，则W1(S)可按以上步骤测定：
①屏蔽传感电极阵列(不接人体)；
②闭合K3，断开K1、K2；
③由计算机控制接通各测量通道，加入激励方波E，并巡回检测采集各路数据序列{Ui}；
, 百拇医药
④用动态数据系统法对{Ui}建模，可得到各路数据序列的传递函数W1i(S)及其调节度C1i；
⑤根据2.1中的极大或极小原则，便得到经络数据传输通道的传递函数W1(S)/KA。
2.4 人体经络和电测量混合模型W(S)的测定
①将传感电极阵列敷设到人体经络被测部位；
②通过与2.3中②～⑤同样的步骤得到W(S)。
2.5 皮肤极化电位的VJ的提取
人体被测部位的极化电位VJ可用下式计算：
, 百拇医药
VJ=E(1-B)-V0；当VJ>0时，其极性与激励方波电压E相同，否则相反。
式中，V0是经络电极测得的阶跃过渡过程起始电压值，
；B是人体被测部位短路时，在采样电阻R1上的分压比，由电路结构得到。B=R1Ri/[r(Ri+R1)+R1Ri]；其中，r是激励源内阻，Ri是信号放大器输入电阻。
2.6 经络模型W0(S)的提取
W0(S)=(W1(S)KA/W(S)-1)R1；式中的W(S)、W1(S)含义与前同。
, http://www.100md.com
3 经络现象的度量
上述，我们以模型的方式从形态上对经络现象作出表征，为了以更明确和完整的方式度量经络现象的有序调节结构，下面引入调节度概念。
设：在单位脉冲作用下经络的响应曲线为：
。式中，ai、Ti分别是第i类调节结构参数，i是第i类结构的序号。则：处于第i类调节结构中的调节度定义为：
Ci=i+e-1/Ti
调节度度量机制依据的原理是随机系统的理论，即每一个稳定的平稳随机过程，都能用n足够大的ARMA(n,n-1)模型逼近，而具有任意精度。
, http://www.100md.com
4 结 语
经络现象的实质的研究，本质上是一个半结构化或非结构化的问题，揭示经络实质的应该是经络学说的内在规律、真实含义。控制论、计算机、电测量等现代系统科学技术的理论和方法为观测、描述经络表象提供了有力的工具，充分运用这种辅助手段，必将有助于经络研究的深化。
作者简介：张立剑(1956—)，女，主管技师。
5 参考文献
[1] 张维波。中医经络的科学探索。启业书局，1999，27～52，105～184
[2] 李志超，张维波，陆纪兴等。经络循行线低阻抗电特性的初步验证。中国针灸，1993，3：33～34
[3] K J.阿斯托姆。随机控制理论导论(中译本)。清华大学出版社，1980：79～96
[4] 赵长安。控制系统设计手册(下册)。国防工业出版社，1991，13～18
(2000-01-03收稿), http://www.100md.com