金氏脈學(xué)中占位性病變特異性指標(biāo)
——沖搏的識別研究

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中醫(yī)的脈象能有一個(gè)客觀的分辨識別標(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)者在脈象信號分析方法方面的研究已日漸深入[1]。從簡單的模型法、時(shí)域分析到時(shí)頻域的小波分析, 從人工識別到人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的識別, 已基本實(shí)現(xiàn)模擬神經(jīng)元結(jié)構(gòu)和功能對脈象信號進(jìn)行識別[2]。但由于缺乏有效的脈象理論指導(dǎo)，目前對脈象的認(rèn)識僅停留在頻率、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，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、模式識別等方法，識別出占位性病變的特異性指標(biāo)——沖博，并對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)是能夠通過簡單易行、無損傷、低成本的脈診手段，實(shí)現(xiàn)占位性病變早期的定性、定位與定量診斷，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)或病理變化對脈搏性狀造成的擾動，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)血流分層流動的特點(diǎn)，可將脈管縱向搏動空間分為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)脈動周期與心臟舒縮的關(guān)系，可將脈動分為3個(gè)動組(A組、B組、C組)8個(gè)動點(diǎn)，動點(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)中描述為脈動在均勻的起搏與回落過程中突然出現(xiàn)的沖擊搏動，是脈搏局部性狀造成的擾動，屬于形變脈應(yīng)的動點(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)占位性病變早期的定性、定位與定量診斷，因此對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)都相對易于客觀化、發(fā)病率也較高的肺癌為研究對象。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)，然后對采樣數(shù)據(jù)利用時(shí)域分析、判別分析、模式識別等方法，結(jié)合金氏脈學(xué)的具體特點(diǎn)進(jìn)行相關(guān)分析，對沖搏進(jìn)行客觀化研究，并對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 脈動周期識別

根據(jù)傳統(tǒng)脈學(xué)及金氏脈學(xué)理論，脈點(diǎn)與脈應(yīng)的識別是建立在脈位分層和脈動周期識別的基礎(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數(shù)據(jù)。脈動周期的識別建立在脈動產(chǎn)生的機(jī)理上，正常的脈動周期如圖5所示。

圖5 正常脈動示意圖Fig.5 Diagram of normal pulsation

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

一個(gè)脈動周期中有3個(gè)點(diǎn)的位置具有重要的標(biāo)識意義，分別為U點(diǎn)、P點(diǎn)和V點(diǎn)。其中U點(diǎn)是一個(gè)脈動周期的起始點(diǎn)，對應(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。脈動周期中上述3個(gè)點(diǎn)的自動識別是數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)，我們基于時(shí)域分析和模式識別設(shè)計(jì)了相應(yīng)的識別算法[10-13]，首先采用小波變換過濾掉脈象信號的高頻部分，目的是能夠獲得比較理想的脈動周期起始點(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)刻對應(yīng)的脈象信號峰值；w是分析窗口的時(shí)長；1+w≤t≤N，N是原始脈象信號的總時(shí)長；yk是通過濾波后的脈象信號。對圖5濾波后的數(shù)據(jù)進(jìn)行脈動周期識別并分別標(biāo)記3個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，結(jié)果如圖6所示。

圖6 脈動周期的自動識別與標(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)，可以看出識別算法的識別率雖然比較高，但仍有個(gè)別脈動周期不能被很好地識別，如上圖第4 層第2個(gè)脈動周期的V點(diǎn)識別不正確，為此我們設(shè)計(jì)了相應(yīng)的用戶界面，可以用鼠標(biāo)拖動相應(yīng)的標(biāo)記點(diǎn)，在所見即所得的操作下對自動識別的結(jié)果進(jìn)行校正。上圖中識別錯(cuò)誤的點(diǎn)校正后的圖形如圖7所示。

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

3.2 脈動周期中特征信息的提取與沖搏的識別研究

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，在脈圖形態(tài)上應(yīng)表現(xiàn)為時(shí)域上的變化，我們可以對相應(yīng)病變對應(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形成沖搏，不同部位的腫瘤形成的沖搏會出現(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，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)脈動周期在時(shí)域上分為A、B、C 組3個(gè)動組，每個(gè)動組又平均分為3個(gè)動點(diǎn)，動點(diǎn)和層面的結(jié)合即為脈點(diǎn)。結(jié)合脈形圖對應(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，因此對于沖搏的識別使用交互方式，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)對本系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證，沖搏的準(zhǔn)確識別率達(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，識別出了肺癌形成的沖搏脈圖特征，提出了一種新的肺癌識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)中對占位性病變的定性與定量診斷還需要對黏滯性澀搏等微弱高頻信號進(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。