中醫(yī)色脈相似理論中光電血流容積計算機自動識別分析軟件的研制

中醫(yī)色脈相似理論中光電血流容積計算機自動識別分析軟件的研制

用光學(xué)變換原理無創(chuàng)造性地檢測血管末端的血液流暢性，并對皮膚面積內(nèi)的微帶進行定量和記錄。1)本課題為湖南省十一五規(guī)劃重點基金項目(No.XJK06AXJ001)血管管徑、開放數(shù)量、血液灌流量等隨心搏產(chǎn)生的動態(tài)變化。中醫(yī)望診“色”是整體病理生理情況通過心血管、血液等因素在皮膚表面的反映,面色的變化主要取決于面部皮膚及血絡(luò)的顏色;脈是氣血運行的通道,脈診是醫(yī)生用手指切按病人脈管,根據(jù)脈動應(yīng)指的形象以了解病情、辨別病證的診察方法?！端貑枴の迮K生成》“能合色脈,可以萬全”。張景岳解釋:“因脈以知其內(nèi),因色以察于外,脈色明則參合無遺”。這里所謂“合脈色”,指出了“色”“脈”對診斷病證的重要性,也強調(diào)了“色”“脈”關(guān)系密切,不可分離,即“色脈相合”。1原則和方法1.1色診與脈診相結(jié)合限于歷史條件,中醫(yī)學(xué)并未提出“血管容積”這一概念,但是在大量關(guān)于“色”“脈”關(guān)系的經(jīng)典論述中已較為全面地闡釋了類似血管容積變化的生理、病理特點,顯示出中醫(yī)診斷學(xué)的特色。色是人體病理生理情況通過心臟、血管、血液等因素在皮膚表面的反映,是通過視覺來診察的;色診是通過觀察病人皮膚色澤變化來診察病情的方法。由于“心主血脈”“其華在面”,面部血脈豐富,為臟腑氣血之所榮,故中醫(yī)望色的重點在面部皮膚。脈診是醫(yī)生用手指切按病人脈管,根據(jù)脈動應(yīng)指的形象以了解病情,辨別病證的診察方法。而診察皮膚表面細小血脈,謂之“診絡(luò)脈”,則是運用望診的方法對于沒有脈沖的絡(luò)脈的形色變化進行診察。故《素問·經(jīng)絡(luò)論》強調(diào):“夫絡(luò)脈之見也,其五色各異,青黃赤白黑不同”。《素問·五臟生成》說:“能合脈色,可以萬全”。色與脈均與氣血的運行有關(guān),而氣血運行又與人體經(jīng)絡(luò)密切相關(guān),因此色、脈之間的聯(lián)系主要建立在經(jīng)絡(luò)的氣血運行的基礎(chǔ)上。色診,實際上是診視皮膚絡(luò)脈色澤變化,而皮膚絡(luò)脈的流速、流態(tài)、容積受到各種內(nèi)外因素的影響,致使外在的皮膚色澤亦產(chǎn)生相應(yīng)的變化。這種變化在臨床上具有察外以知內(nèi)的實用價值,其根本原則是“色脈相合”。1.2氧合酶原激活劑最佳劑量的確定把光電血流容積技術(shù)運用到中醫(yī)色脈相合理論之中,闡揚《黃帝內(nèi)經(jīng)》“能合色脈,可以萬全”的經(jīng)典理論。根據(jù)血液和組織對光線吸收系數(shù)的不同,利用校準(zhǔn)的光源和適當(dāng)?shù)臋z波器,由反射或透射光線的多少以反映外周血流容積的變化。根據(jù)朗伯定律,光波經(jīng)過物質(zhì)吸收后,其強度將逐漸減弱,減弱的程度與物質(zhì)的性質(zhì)、厚度及光波波長有關(guān)。如果射入的單色平行光束為Lo,則從吸收體射出的光線強度可表示為:L=Lo/10EX[式中:L為透過光線;Lo為射入光線;X為吸收體厚度(cm);E為吸收系數(shù),其值由物質(zhì)的性質(zhì)和光波波長決定]。血液和組織的光學(xué)通透性有很大的差別。正常全血可吸收射入光線的0.7%,而相同厚度的血管周圍組織則為62.0%。由于血管周圍組織在血液循環(huán)中處于相對恒定狀態(tài),對光的吸收、衰減作用也是恒定不變的;但所測區(qū)域內(nèi)血管管徑和血流容積則隨著心臟射血過程而呈規(guī)律性搏動性變化,致使其對光的吸收、衰減作用也呈脈動性變動。當(dāng)光敏電阻受到不同強度的光線照射時,便引起光敏電阻上恒壓電流的改變,將這種變化的電流通過儀器放大、顯示、記錄,便成為代表所測區(qū)域內(nèi)血管容積變化的可見信號,即光電血管容積圖。1.3生物信號采集處理系統(tǒng)pc對血管容積的影響光電血管容積儀主要由傳感器、Pclab生物醫(yī)學(xué)信號采集處理系統(tǒng)、電子計算機及輸出裝置所組成。其中,傳感器由壓力傳感器(應(yīng)變片式)和光電傳感器(光敏電阻式)共同組合而成。壓力傳感器可顯示采集訊號過程中的靜態(tài)壓力值,以反映不同取樣壓力;光電傳感器可采集不同壓力下血管容積變化的信息。這種“二合一”的傳感器結(jié)構(gòu),既反映了信息采集過程中施加壓力(浮、中、沉取脈)的情況,又如實反映了血管容積的生理病理變化。Pclab生物醫(yī)學(xué)信號采集處理系統(tǒng)由Pclab硬件和軟件組成。Pclab硬件完成對各種生物信息的采集、調(diào)理、放大,并對信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換,輸入計算機。而Pclab軟件則對已經(jīng)數(shù)字化的生物信號進行顯示、記錄、存儲、處理及打印輸出。光電血管容積儀數(shù)據(jù)處理準(zhǔn)確迅速,整機性能穩(wěn)定,不僅能應(yīng)用于面部、舌部、皮膚等微區(qū)血管容積變化的檢測,也可應(yīng)用于中醫(yī)人迎、寸口、趺陽等切脈部位較大動脈血管容積變化的測量。1.4血管容積圖的代表符號光電血管容積圖是一種隨著心動周期而變化的周相記錄,是由一系列均等的呈周期性連續(xù)波動的曲線所組成,曲線表示每一次心搏而發(fā)生的血管容積變化(見圖1)。一個完整的光電血管容積圖主要包括以下組成部分:a、b、c、d、e、f、g,分別代表血管容積圖的7個特征點。其中,a是起點,g是終點;b、d、f分別代表著3個向上的波峰頂點;而c和e則分別代表著2個向下的波谷底點。因此,3個向上的波又依次命名為b波、d波、f波,分別相當(dāng)于壓力脈圖的主波(h1)、潮波(h3)和重搏波(h5);而2個向下的波谷被稱為c波和e波,相當(dāng)于壓力脈圖的潮波前峽(h2)和降中峽(h4)。血管容積圖的檢測指標(biāo)包括時間、波幅、角度、面積和比值等,其代表符號采用各名稱的英文縮寫字母,在此符號之后加上圖形部位的符號,即組成某項參數(shù)的代表符號。詳見表1。其中比值指標(biāo)有Hb/Tab:快速充盈系數(shù);Hd/Hb:血管彈性系數(shù);He/Hb:外周阻力系數(shù);Hf/Hb:血管張力系數(shù);Tab/Tag:心肌收縮系數(shù);[Tae-Tab]/Tag:心搏輸出系數(shù);Tw/Tag:血管硬度系數(shù);1/2[Hb+Hd]/Tae:平均灌流系數(shù);Tae/Teg:心搏速率系數(shù)。2當(dāng)前和對策2.1教學(xué)應(yīng)用及臨床驗證第一代儀器是在20世紀(jì)90年代研制的BC—4型定量式光電血流容積儀,通過光敏電阻制作光電傳感器,A/D轉(zhuǎn)換后在心電圖機上輸出信號,輸出的波形穩(wěn)定規(guī)范,但儀器陳舊,操作煩瑣費時,阻礙了教學(xué)應(yīng)用及臨床驗證。到了2003年,研制了第二代儀器GD—3型光電血流容積面診儀,它是通過光電傳感器、信號放大器、Pclab生物信號采集系統(tǒng)在電腦上顯示信號,第二代儀器替代了傳統(tǒng)的示波器、生物信號放大器、記錄儀和刺激器,在信息化現(xiàn)代化的軌道上邁進了一大步,但輸出的波形不夠穩(wěn)定,重復(fù)性不夠好,計算比較復(fù)雜,推廣使用也有很大難度。有鑒于此,有必要研制波形規(guī)范,拐點明顯,重復(fù)性好和光電專用軟件的第三代光電血流容積計算機中醫(yī)診斷分析系統(tǒng)。2.2應(yīng)用研究2.2.1生理基礎(chǔ)及其20世紀(jì)90年代運用BC—4型定量式光電血流容積儀對251例健康成人面部常色進行血流容積觀察,結(jié)果面色紅黃明潤者快速充盈系數(shù)(h1/t1)呈鼻尖>兩頰>下頦>首額的趨勢,而血管彈性系數(shù)與阻力系數(shù)則變化相反,因而認為面部血流容積變化是顏面常色形成及變異的生理基礎(chǔ)之一。21世紀(jì)初,胡志希等觀察了健康人面部常色光電血流容積指標(biāo)的正常參考值及三類偏色光電血流容積比值指標(biāo)的情況,應(yīng)用GD—3型光電血流容積面診儀與Pclab生物機能系統(tǒng)匹配,觀察額部、左頰、右頰、鼻頭、下頦的血流容積指標(biāo)及三類偏色的血流容積指標(biāo)情況。結(jié)果:五部中反映心血管功能和血流狀態(tài)的指標(biāo)因部位不同而異。Hb/Tab呈鼻尖>左、右頰>額部、下頦,Hd/Hb、He/Hb、Hf/Hb、Tw/Tag則相反。三類偏色中反映心血管功能的Hb/Tab、Hd/Hb、He/Hb、Hf/Hb、Tw/Tag均有統(tǒng)計學(xué)意義,隨著面部常色由偏赤→偏白→偏黃,Hb/Tab逐漸變小,Hd/Hb、He/Hb、Hf/Hb、Tw/Tag逐漸變大。因此,光電血流容積指標(biāo)能反映心血管的功能和血液的狀態(tài),面部血流容積變化從不同角度反映了“面色-血流容積”變化的機制。2.2.2肺氣虛證-心血瘀阻證運用BC—4型光電血流容積面診儀對114例心血管病氣血證候病人面色的檢測分析發(fā)現(xiàn):心血管病3組證候面部血流容積變化顯示出不同證型的特點,心氣虛證病人主波波幅和重波波幅明顯降低,Hb/Tab和Hf/Hb顯著低于肺氣虛證,心血虛證病人心肌收縮系數(shù)(Tab/Tag)和心搏輸出系數(shù)([Tae-Tab]/Tag)顯著低于肝血虛證,心血瘀阻證病人Hd和Tw明顯增大,Hd/Hb和Tw/Tag顯著高于肝血瘀證。較之健康對照組,氣滯血瘀與氣虛血瘀證病人面血管容積圖外周阻力系數(shù)(He/Hb)和橈動脈脈圖阻力系數(shù)(h4/h1),心功能的外周阻力值(RT)均升高,反映了兩證“血瘀”病理的微觀特征;氣滯血瘀證潮波高度(Hd)、心肌縮系數(shù)(Tab/Tag)顯著高于氣虛血瘀證和健康人。提示本證血管張力和彈性下降的特征;而氣虛血瘀證的主波高度(Hb)和快速充盈系數(shù)(Hb/Tab)明顯低于氣滯血瘀證和健康人,表明本證病人血液流通量減少,血管充盈度較差的特征。2.2.3熱斥血壓的病理特征與正常面色、舌色和甲色相比較,病理面赤、舌質(zhì)紅絳、爪甲深紅者的快速充盈系數(shù)(Hb/Tab)和心搏輸出系數(shù)([Tae-Tab]/Tag)均明顯增高,體現(xiàn)了病人熱斥血脈,血行加速,脈絡(luò)擴張的病理特征;病理面白、舌質(zhì)淡白、爪甲淡白者的心肌收縮系數(shù)(Tab/Tag)均升高,表明病人心肌收縮功能下降,灌流不足,脈絡(luò)失充的病理特點;病理面青、舌質(zhì)青紫、爪甲青紫者血管硬度系數(shù)(Tw/Tag)和外周阻力系數(shù)(He/Hb)均顯著增高,提示病人因各種病因致血管彈性減退,外周阻力增加,脈管攣急,血行瘀阻的病理特點。分析表明血管容積圖的多項參數(shù)與舌尖、甲襞微循環(huán)的有關(guān)指標(biāo)密切相關(guān),證實了“色脈相合”的望診原理。2.2.4不同類型脈象的參數(shù)特征檢測寸口部病理脈象浮脈、沉脈、遲脈、數(shù)脈、虛脈、實脈、弦脈、滑脈、澀脈、細脈等10種病理脈象在寸口部血管容積圖上均顯示出各自的參數(shù)特征;相對于正常脈象,其中浮脈、實脈、滑脈、弦脈、數(shù)脈的快速充盈系數(shù)(Hb/Tab)、心搏輸出系數(shù)([Tae-Tab]/Tag)、平均灌流系數(shù)(1/2[Hb+Hd]/Tae)等參數(shù)均有升高,而沉脈、虛脈、澀脈、細脈、遲脈者均有下降,顯示出脈象陰陽屬性的差別。同步檢測的血流動力學(xué)指標(biāo)的變化則反映了不同脈象形成的心血管病理生理基礎(chǔ)。2.2.5復(fù)方丹參片組應(yīng)用養(yǎng)心通脈片治療冠心病心絞痛36例,其總有效率(91.7%)、心電圖改善率(61.1%)、癥狀積分減少率(49.4%)均顯著優(yōu)于復(fù)方丹參片組。治療后,兩組寸口部血管容積圖各項參數(shù)均有改善,但養(yǎng)心通脈片組在快速充盈系數(shù)(Hb/Tab)、心肌收縮系數(shù)(Tab/Tag)、心搏輸出系數(shù)([Tae-Tab]/Tag)、血管彈性系數(shù)(Hd/Hb)和血管硬度系數(shù)(Tw/Tag)等指標(biāo)上均顯著優(yōu)于復(fù)方丹參片組,提示養(yǎng)心通脈片能提高病人心臟泵力和血管順應(yīng)性,改善血液流變性,減少外周阻力,從而達到有效治療冠心病心絞痛的目的。3兩種方法的結(jié)合光電血管容積技術(shù)應(yīng)用于中醫(yī)色脈相合理論之中,以原有的BC—4型定量式光電血流圖儀及GD—3光電血管容積儀及其原理為基礎(chǔ)進行研究,以Z變換為基礎(chǔ),將微電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、計算機技術(shù)結(jié)合在一起,研究一個能反映面色和脈象變化的硬件平臺(研制面診與脈診光電血流容積換能器及其信號放大器)。并以小波理論和計算機圖形技術(shù)為基礎(chǔ),研制光電血流容積計算機自動識別分析軟件。最后進行臨床檢測、驗證和完善,通過光電血流容積計算機中醫(yī)診斷分析系統(tǒng)的研制,研究生理與病理情況下(常見疾病與常見證型)的面色與脈象在光電血流容積中的波組及其時間指標(biāo)、波幅指標(biāo)、比值指標(biāo)等的特點與臨床意義。同時應(yīng)注意從整體辨證的角度認識,動態(tài)追蹤觀察,在臨床中驗證和豐富檢測的內(nèi)容。不斷改進和完善光電血流容積儀