基于智能脈診儀探究八段錦對平人臟腑功能的作用*

謝繼鼎，田思瑋，2，宋軍，閃增郁，韓自榮，代金剛**

（1.中國中醫(yī)科學院醫(yī)學實驗中心 全國名老中醫(yī)藥專家傳承工作室 北京 100700；2.中國中醫(yī)科學院中藥研究所 北京 100700；3.北京中醫(yī)藥大學東方醫(yī)院 北京 100078）

八段錦是起源于北宋時期，由八個不同動作組成，且每一動作均對應調節(jié)不同臟腑的中醫(yī)導引術，八段錦的發(fā)展經歷了積淀、形成、緩慢發(fā)展、逐漸得到重視等重要階段。八段錦的文獻與臨床研究近年逐漸增多，在臨床研究領域[1-3]，八段錦大多作為輔助治療手段，就研究方式來看，集中于采用量表或生化檢查等指標進行監(jiān)測，故基于上述研究現(xiàn)狀，對八段錦進行客觀化研究十分必要。

脈診作為中醫(yī)四診的重要內容之一，自《難經》時期便有“獨取寸口”之記載；《素問》有云：“氣口成寸，以決死生”；自晉代王叔和著成第一部脈學專著—《脈經》，指出了寸、關、尺三部脈的位置與長度后，寸口診脈法便成為了現(xiàn)代臨床應用最為廣泛的診脈方法[4]。由于脈診自產生發(fā)展至今，其診斷評估多為醫(yī)者的個人經驗，不能對其所獲得的信息進行統(tǒng)一、準確性的總結與歸納。因此，隨著現(xiàn)代科學技術的進步與發(fā)展，脈診客觀化研究逐漸廣泛，中醫(yī)脈診信息可以作為反映平人四時節(jié)氣變化、病理狀態(tài)等，相當客觀、靈敏的反應信息[5-7]，智能脈診儀出現(xiàn)并在臨床研究中得到廣泛應用。現(xiàn)代研究表明不同的呼吸運動狀態(tài)會表現(xiàn)出相應的脈診信息，并且脈診信息之間存在規(guī)律性的差異[8]，八段錦作為中醫(yī)導引術的重要組成部分，可以通過調身、息、心，三調合一，通過對人體臟腑的整體作用，實現(xiàn)對人體心率、脈搏、內環(huán)境等進行調護養(yǎng)生，鑒于目前對于習練八段錦對脈象的影響以及八段錦的功理機制尚缺少相應的試驗驗證，故本研究選取八段錦作為試驗干預運動，同時邀請國家級社會體育指導員和體育總局專家進行研討，選取了和八段錦具有類似的上下肢運動，運動強度相同，引起心率和脈率變化相似的第九套廣播體操作為對照干預措施，其中八段錦干預組為試驗組，廣播體操干預組為對照組，通過智能脈診儀技術對以上兩種不同運動形式進行干預前后的觀察研究，有助于從客觀化角度闡釋八段錦等中醫(yī)導引法功理功用，從而為其應用于臨床治病療病奠定科學化的理論基礎。

本研究將通過對從脈診儀獲取并處理過的脈圖模型使用最小二乘回歸分類分析的方式，比較不同干預前后的人體脈圖參數(shù)，計算并比較區(qū)分率，以此判決干預措施引起脈變化的程度；通過對比六部脈各參數(shù)在干預分類的占比與貢獻度，從而判斷干預措施對于六部脈的影響程度大小，最終結合脈與臟腑表里相應的中醫(yī)理論[9]，驗證八段錦對臟腑的作用。

1 資料與方法

1.1 研究對象

采用招募海報、微信朋友圈等線下、線上招募方式，在北京市一般條件（包括人口學基本特征和生活環(huán)境等）基本相同的社區(qū)（包括科研院所、學校、機關、居民區(qū)等）進行招募。

1.1.1 納入標準

①無高血壓、糖尿病、冠心病、脂肪肝等慢性??；②年齡在20-60周歲之間（含20周歲與60周歲）；③初中及以上文化水平；④簽署知情同意書者。

1.1.2 排除標準

①入組前近1周內有外感、外傷等急性病史；②妊娠或哺乳期婦女；③有精神疾病史或精神疾病家族史。

1.1.3 終止標準

①干預過程中出現(xiàn)嚴重不良反應或意外；②出現(xiàn)其它病情需要采取其它治療措施；③出現(xiàn)其它影響干預效果評定等情況者。

1.1.4 剔除標準

①符合納入標準，但納入后拒絕實施相關檢查、評估及干預的病例；②未按規(guī)定進行干預而影響實驗結果者；③未能完成整個研究，主動要求退出且療效不明者。

1.2 一般資料

采用線上、線下等方式招募篩選健康受試者60名，依據(jù)脫落剔除標準，最終納入50名，試驗組23名，男性5名，女性18名，平均年齡31.04±8.80歲，身高161.15±4.94 cm，體質量57.02±12.31 kg；對照組27名，男性6名，女性21名，年齡29.96±10.67歲，身高162.16±5.35 cm，體質量58.56±10.15 kg。兩組受試者在性別、年齡、身高、體質量等方面無統(tǒng)計學差異（P＞0.05），見表1。

表1 一般資料表（±s）

表1 一般資料表（±s）

組別試驗組對照組n 23 27男5 6女18 21年齡（歲）31.04±8.80 29.96±10.67身高（cm）161.15±4.94 162.16±5.35體質量（kg）57.02±12.31 58.56±10.15

1.3 試驗過程

本研究通過中國中醫(yī)科學院醫(yī)學實驗中心倫理審查（2018NO.3），使用“高精度智能機械手中醫(yī)脈診信息采集分析系統(tǒng)”（專利號：ZL200720181609.9）進行脈診信息采集，試驗全程在中國中醫(yī)科學院醫(yī)學實驗中心四診實驗室完成，分別于入組后干預前、干預12周后采集兩組受試者的脈診信息，共兩次脈圖參數(shù)。

1.4 脈診信息采集

為避免因氣候、噪音等外界環(huán)境以及受試者自身狀態(tài)引起脈診信息采集時出現(xiàn)變異的可能性，本實驗對于受試環(huán)境和受試者均采取了一定的措施，用于減少脈診信息的變異性，并且采用DCT變換方法，保留特征性脈診信息并且對脈診信息進行相應的預處理，盡可能地解決脈診信息采集中出現(xiàn)的不同干擾因素[10]。首先根據(jù)同身寸原理，采集前先測量受試者的前臂長度與腕周長使智能脈診儀的壓力傳感器實現(xiàn)標準化定位寸關尺。脈診信息采集在室內獨立空間進行，環(huán)境要求為溫度20-24℃，濕度為50%。脈診采集前要求受試者進入檢查室，靜坐5-10 min，采集1-2 h前禁食，避免劇烈運動。采集時以針灸學同身寸原理為依據(jù)，用卷尺測量受試者的前臂長和腕周長，并記錄登記。采集時，受試者保持正坐并處于安靜狀態(tài)，傳感器自動尋找脈搏搏動最大點進行立體定位后，進行脈診信號采集，從左手寸脈部位開始，直至雙手寸關尺六部脈全部采集完畢，最后保存數(shù)據(jù)。每次采集時間集中選擇于清晨7∶00-9∶30[11]，由主試提前和受試者約定具體時間，并叮囑相應要求。

2 統(tǒng)計分析方法

2.1 信號濾波

采用離散余弦變換（Discrete cosine transform，DCT）方法[12]對采集到的原始脈圖信號進行段通濾波，濾波頻率為0.5-48 Hz。濾波后，用逆DCT方法將信號還原為時域信號進行建模。

2.2 脈圖建模

采用余弦函數(shù)諧波擬合法進行脈圖建模，即對單個心動周期進行回歸擬合，建立脈圖信號的數(shù)學模型。

2.3 參數(shù)設置

每部脈各有32個參數(shù)，包括7個時域參數(shù)，主要有主波幅值（h1）、快速射血期時值（t1）、在h1上1/3處的時值（W）、主波升斜率：主波幅值/快速射血期時值（h1/t1）、主波降斜率（h1/1-t1）、快速射血期占心動周期的比例（t1/1-t1）；w與t1的比（w/t1），24個頻域參數(shù)即12個諧波的初相角及其振幅，還有1個脈位參數(shù)。另外加一個心率參數(shù)（也叫脈數(shù)參數(shù)），雙手6部脈共有193個參數(shù)供使用分析。

2.4 分類判決方法

最小二乘回歸分類法，即通過引進一對多線性相關系數(shù)來設計一維指標向量作為回歸的應變量。設定階數(shù)（K=4），在4階模型中，用基于正交分解基礎上的快速逐次前后向不完全搜索選優(yōu)最小二乘回歸程序，對上述一維指示向量回歸，選擇前20個最佳模型，最后用回歸指數(shù)做統(tǒng)計分析，并對試驗組與對照組干預前后的脈圖數(shù)據(jù)提供軟判決。

3 研究結果

3.1 脈圖參數(shù)分類判決結果

3.1.1 試驗組開始-結束的脈圖模型參數(shù)與判決結果

通過對試驗組干預前后脈圖參數(shù)的判決分析，篩選出前20個脈圖模型，每個模型包括4個參數(shù)，見表2。表2為篩選出的判別參數(shù)，判決點為0.16，表明干預前后的正確區(qū)分率為84%，見圖1。說明習練八段錦可顯著影響平人脈象圖，干預前后區(qū)分度較高。

圖1 試驗組開始-結束的脈圖模型的判決結果

表2 試驗組脈圖模型參數(shù)列表

3.1.2 對照組開始至結束脈圖模型參數(shù)與判決結果

通過對對照組干預前后的脈圖參數(shù)的判決分析，篩選出前20個脈圖模型，每個模型包括4個參數(shù)，見表3。表3為篩選出的判別參數(shù)，前6個模型的判決點為0.21，表明干預前后的正確區(qū)分率為79%，見圖2。說明對照組干預前后對于受試者脈象圖存在影響，但影響程度低于試驗組。

圖2 對照組開始-結束的脈圖模型的判決結果

表3 對照組脈圖模型參數(shù)列表

3.2 脈圖入選參數(shù)及貢獻度

3.2.1 試驗組脈圖參數(shù)特征

（1）試驗組入選參數(shù)統(tǒng)計及分布情況

從表4中可見，共有19個參數(shù)入選參與試驗組的分類，約占總脈圖參數(shù)的9.8%，其中有脈位參數(shù)2個，時域參數(shù)8個，頻域參數(shù)9個，貢獻次數(shù)最多的脈診參數(shù)有左寸、左關、左尺和右關。

表4 試驗組開始-結束分類入選參數(shù)

（2）試驗組分類參數(shù)貢獻度

對入選參數(shù)按六部脈分類并對出現(xiàn)次數(shù)進行統(tǒng)計以判斷雙手六部脈的貢獻度，左關累計次數(shù)29次，貢獻度最高，為36.3%，其次是左寸，累計次數(shù)為24次，貢獻度為30%，右關累計次數(shù)13次，貢獻度為16.3%，左尺累計次數(shù)9次，貢獻度為11.3%，右寸、右尺貢獻度較少，分別為3.8%、2.5%（見圖3）。綜上可知，試驗組干預對受試者六部脈影響廣泛，整體作用較為明顯。

圖3 雙手6部脈對試驗組干預前后分類的貢獻度

3.2.2 對照組脈圖參數(shù)特征

（1）對照組入選參數(shù)統(tǒng)計及分布情況

從表5中可見，共有21個參數(shù)入選參與對照組的分類，約占總脈圖參數(shù)的9.8%，其中有脈位參數(shù)4個，時域參數(shù)6個，頻域參數(shù)11個，貢獻次數(shù)最多的脈診參數(shù)有左尺、右尺、左關。

表5 對照組開始-結束分類入選參數(shù)

（2）對照組分類參數(shù)貢獻度

對入選參數(shù)按六部脈分類并對出現(xiàn)次數(shù)進行統(tǒng)計以判斷雙手六部脈的貢獻度，左尺累計次數(shù)33次，貢獻度最高，為41.3%，其次是右尺，累計次數(shù)29次，貢獻度為36.3%，右關累計次數(shù)7次，貢獻度為8.8%，左寸和左關分別出現(xiàn)4次，貢獻度為5%，右寸貢獻度較少，為3.8%（見圖4）。其中左尺脈與右尺脈的貢獻度總和為77.6%，顯著高于其他各脈的貢獻度，說明對照組對于尺脈影響明顯，對于其余各脈影響程度較低。

圖4 雙手6部脈對對照組干預前后分類的貢獻度

4 思考與討論

脈診作為中醫(yī)傳統(tǒng)診療手段有著悠久的臨床應用史，脈搏信息被視為生命的基本信號，身體的病理變化會反映在脈診信息上，現(xiàn)代研究表明高血壓、糖尿病、心血管疾病會引起脈搏節(jié)律和幅度的改變，脈搏信號功率譜（Plots of power spectral density (PSD) of pulse-signals）可應用于診斷并評估心血管疾病風險[13-14]，利用傳感器將脈診信號客觀化的相關研究可以促進中醫(yī)脈診在疾病預防性診斷，建設有效的預防醫(yī)療體系中的進一步應用和發(fā)展[15]。本研究應用的脈診儀根據(jù)針灸學的同身寸原理，通過對不同受試者前臂長與腕周長的測量，針對受試者間的個體差異選取最佳位置進行采集，使得采集信息較為準確與可靠；就分析方法來看，將時域與頻域聯(lián)合，使得反饋的脈圖信息更加全面；以分類判決構建脈圖模型，使得結果更加直觀、易懂。

如今脈診儀在臨床中的應用逐漸廣泛，研究者以不同證型失眠患者與健康人群的脈圖特征參數(shù)譜進行比較[16]，證實了不同證型失眠患者與健康人群及失眠不同證型間的脈診參數(shù)存在差異；亦有研究指出，通過脈診儀獲得的脈象參數(shù)發(fā)現(xiàn)，正常范圍內腎功能血尿素氮（Blood urea nitrogen，BUN）指標差異會影響其脈象參數(shù)，對臨床診斷早期肝損傷具有一定參考價值[17]；同時在心血管疾病中，如高血壓等，利用脈診儀獲得的脈象信息可反映高血壓病的順逆與預后[18]；采用脈診分析方法中的時域分析法，探究脈圖參數(shù)與情志病之間的關聯(lián)性，對情志病進行診斷與預后，以及治未病的開展具有重要意義與價值[19]。

就兩組受試者自身干預前后的脈圖特征信息來看，二組干預對于六部脈的影響程度各不相同。12周后，試驗組受試者的分類參數(shù)有19個，將其按六部脈分類，依據(jù)各部脈出現(xiàn)的累計次數(shù)顯示其對兩組分類的貢獻度，出現(xiàn)次數(shù)越多貢獻度越大，結果發(fā)現(xiàn)左關貢獻度最高，為36.3%，其次是左寸，貢獻度為30%，右關貢獻度為16.3%，左尺貢獻度為11.3%，右寸、右尺貢獻度較少，分別為3.8%、2.5%；對照組干預前后，共有21個參數(shù)入選參與分類，對入選參數(shù)按六部脈分類并對出現(xiàn)次數(shù)進行統(tǒng)計以判斷雙手六部脈的貢獻度，發(fā)現(xiàn)左尺貢獻度最高，為41.3%，右尺貢獻度為36.3%，右關貢獻度為8.8%，左寸和左關貢獻度均為5%，右寸貢獻度為3.8%。

其中試驗組干預前后脈圖主要存在差異的參數(shù)有左寸脈位、左關能量1和w，右關能量1等。脈位是指信號采集時傳感器受到的靜壓力，代表脈的浮沉變化，頻域參數(shù)（能量1）表示差異的產生部位變化，w表示血液流經血管的速度，以上差異參數(shù)顯示，八段錦作為干預手段可改變經脈氣血的循行位置和氣血輸注的速度，其作用機制可能與通過影響整體氣血運行，疏通經絡，進而改善臟腑功能有關。

《脈經》云：“心部在左手關前寸口是也，即手少陰經也，與手太陽為表里，以小腸合為府。合于上焦……肝部在左手關上是也，足厥陰經也，與足少陽為表里，以膽合為府，合于中焦……腎部在左手關后尺中是也，足少陰經也，與足太陽為表里，以膀胱合為府，合于下焦……”左右六部脈各有其所候臟腑，左寸關尺對應心肝腎，右寸關尺對應肺脾腎。以脈診圖相關數(shù)據(jù)為依據(jù)，試驗組受試者干預12周后，對于心、肝膽、腎影響顯著，對照組對腎影響明顯。鑒于受試者是健康人群，并無肺臟與脾胃疾病，特別是肺炎、消化不良、腸易激等健康問題較少出現(xiàn)，而心、肝膽、腎等臟脈象更易受到作息不規(guī)律、工作壓力和情緒變化等情況的影響，有研究證實正常人群中左側寸、關、尺脈判別率相對較高[20]，因此以上脈所候臟腑是平人需要日常護理和調攝的關鍵。平人脾胃之氣充實，肺氣流通，經氣歸肺，右寸關和緩，即《素問·平人氣象論篇》中提到：“平人之常氣稟于胃……脈氣流經，經氣歸于肺，肺朝百脈……氣口成寸，以決死生”，張景岳提到的“經脈流通，必由于氣，氣主于肺，故為百脈之朝會……故凡欲察病者，必須先察胃氣，凡欲治病者，必須常顧胃氣，胃氣無損，諸可無慮……”本試驗受試者無消化系統(tǒng)疾病和肺部不適癥狀，胃氣無損，肺臟康健，故訓練前后兩組的右寸、關脈前后脈圖貢獻度不顯著。

我們團隊前期試驗[21-22]證實八段錦訓練前后會引起五臟紅外熱成像溫度的變化，體現(xiàn)了其對于五臟具有一定影響，但尚需更多試驗驗證八段錦訓練對于各類人群主要作用臟腑與功效。就本試驗的兩組干預結果來看，八段錦影響的平人脈象更豐富，因此對于臟腑的整體干預作用，八段錦干預效果優(yōu)于第九套廣播體操。由此推斷八段錦是基于中醫(yī)整體觀而逐漸形成的中醫(yī)導引養(yǎng)生方法，從臟腑功能整體性對身體機能進行影響，作用范圍更加全面。

八段錦作為中醫(yī)非藥物療法的代表之一，由八個不同動作構成，每一式動作均對應調節(jié)不同的臟或腑，八個動作相互配合，從整體上對人體的五臟六腑進行協(xié)調；第九套廣播體操就動作路線來看，強調肢體的牽拉伸展，促進肌肉與關節(jié)的靈活性，因此在對臟腑干預影響作用方面，八段錦整體干預效果更佳，因此，在此次脈圖特征中，八段錦干預的試驗組影響的臟腑較第九套廣播體操更為全面。

本研究以智能脈診儀對中醫(yī)導引術八段錦的干預效果進行評估，有助于為中醫(yī)導引提供客觀化指標[23-25]，同時為中醫(yī)導引術更好地應用于臨床各科的常見疾病奠定科學的理論基礎與數(shù)據(jù)支撐。