人体经络电信息传输特性实验分析与应用

    【摘要】  目的  探讨人体经络电信息传输特性实验分析与应用。方法  介绍了以人体“手太阴肺经”和跨“足厥阴肝经”与“足少阴肾经”的关键段为例的电信息传输特性实验。结果  作出了人体经络关键段的电信息传输特性与相关器官、组织的健康状况及病情之间存在着十分准确的数学关系这一颇具启发性的结论，并给出了能够颇为准确地描述部分患者的相关经络与血糖指标值之间的数学关系的BP-NN神经网络。结论  实验所采用的简便易行的测量分析方法有助于非介入式诊断技术的建立而面临十分可观的应用前景；所采用的现代信息软、硬件技术有助于建立稳定可靠的实验模型、结果描述和传统中医科学与现代医学科学的对话界面。

　　【关键词】  人体经络关键段；电信息传输特性；系统辨识；小波分析；快速傅立叶变换；无损诊断
   
　　Experiment analysis on transform-characteristic of electro-information in human-body-channel with application

　　HAN Jian-guo，Yuzhang Han,XIA Yu-qing,et al.

　　Beijing University of Chemical Technology,Beijing 100029,China

　　【Abstract】  Objective  To probe into the characteritics of the electro-information transform on the key section of human-body-channel.Methods  The electro-information-transform-characteristic-experiments on the key sections of human-body channels,“Shou Shao Yin Fei Jing” and crossing section between “Zu Que Yin Gan” and “Zu Shao Yin Shen Jing” are introduced.Results  And a very inspiring conclusion that quite accurate mathematical relationships between human-body-channel-sections and their related organ-health/illness-levels are realizable, for this, a BP-NN neural net work, describing the mathematic relation between the body -channel-section and blood-sugar-index-values in certain patients, is provided.Conclusion  The simple and easy measure-analysis method used in the experiments is a large help to developing the non-invasive diagnosis facing a considerable application prospect. The modern information analysis technology in hardware and software constructed in the experiment analysis is very useful for setting up stable and reliable experiment mode and result description and establishing a suitable interface between traditional Chinese Medical Science and modern international medical science.

　　【Key words】  key section of human-body-channel；transform-characteristic of electro-information；system identification;wavelet analysis;fast Fourier transform；non-invasive diagnosis

    迄今为止，对人体内部，包括对神经和对经络的电信息研究大都以直接测量的参数为依据。然而，人体经络在中华医学领域的广泛医疗诊断实践中的重要作用大都是通过其对信息与物质的动态传输作用表现出来的, 而内在的电信息传播特性经历了人体经络的物理、化学、生物和微电子数字化过程，是与经络密切相关的神经系统的明显特征之一［1，2］。因此，它应能更有利于触及本质，而实现实验与描述的可靠性、稳定性、准确性和抗干扰性，并有助于建立经络学与现代医学的对话界面［1，2］。为此，我们建立起一套与现代信息处理方法相结合的经络实验与分析方法。

　　1  经络电信息传输特征基本实验模式

　　1.1  主动式电信息传输测量仪  用电子数字处理器件Processor (记作1)和FPGA (记作2)、A/D转换器(记作3)和数字存储器ROM(记作4)、液晶显示器(记作4)、小键盘(记作5) 构成一个在Processor 控制下的基于FPGA的微型计算机系统［3，4］，它能够每隔1s发出和采集10000个电压信号值，起到主动式电压信号测量仪的作用（见图1）。它通过接地点C以近似人体零电位点(左手食指第一折缝与指尖之间的指面中央位置)为参照点，通过表笔A向上游穴位（可选定，记作1）输入一个绝对值<1.5V的近似白噪声混合信号x(k),k=1,2,……(k的定义下同)，于是可通过表笔B在下游穴位（可选定,记作2）接收到一个经络输出响应信号y(k)。这里的上、下游指一般经络信息感传方向而言：从四肢末端指向心脏的方向为正向（见图2）。

　　1.2  数据处理过程  仪表记录所发射和接收到的电压信号时间序列（简称输入、输出信号）并进行如下处理。

　　1.2.1  系统辨识建模［5，6］  对上述输入、输出信号（离散值）进行系统辨识（最小二乘参数估计与结构检验）而获得其结构线性化的含非线性项的数学模型如下：
y(k)=a1y(k-1)+a2y(k-2)+a3y(k-3)+b0x(k)+b1x(k-1)+b2x(k-2)+b3x(k-3)+c1y(k-1)x(k-1)+c2y(k-1)x(k-1)+c3y2(k-1)+c4x2(k-1)+c4y3(k-1)+c5x3(k-1) (1)它反映输入与输出信号之间的物理、化学、生物过程对所传递的电信息的综合反作用。

　　1.2.2  输出信号归一化  为了克服接触点差异所造成的导电性能差异，在这里对输出信号进行了归一化处理：首先，对所建立的模型输入统一的近似随机混合信号{x1(k)}，然后，将模型所产生的输出信号统一地转换为最大值为1的时间序列，记作{y1(k)}。

　　图1 － 图2  略

　　1.2.3  信号特征值获取  经多次试验，发现对输出信号作如下处理，最能抓住其特征：首先，对{y1(k)}进行小波分析［7］，获得其第四层变换的细节函数{yw4(k)}；再对 {yw4(k)}进行快速傅立叶变换，得到其频谱曲线{yf(k)}，一般形式（见图3）。而后，求出该曲线的3个特征值：波峰的最大值ym、积分值yI和频率分布重心yf。
   
　　经过上述全部实验、数据处理过程所获得的3个特征值在此称为人体经络关键段电信息传输特性曲线特征值。以下介绍按照上述模式对两个关键经络段所进行的实验与分析。

　　2  手太阴肺经太冲—太溪段试验与分析

　　分别对年龄在50～60岁之间的若干男性外感风寒患者或吸烟者的手太阴肺经的太阴-太溪段（关键段）进行上述试验，结果显示，3个特征值随着感冒者体温的升高而加大、下降而缩小，随着吸烟程度的加深而加大、减缓而缩小（见图4、5）。　图3 － 图5  略

　　3  跨足厥阴肝/足少阴肾经太冲—太溪段试验与分析

　　选取40例40～70岁患有不同程度糖尿病的男、女病员，每隔3天进行饭前、饭后各一次血糖测试，总共320例次，并同时以其足厥阴肝经的太冲穴为输入端、足少阴肾经的太溪穴为输出端进行上述实验，获得与每个血糖指标xt相应的特征值，合起来共320组（每组3个特征值，一个血糖值）。以每组的特征值为输入，相应的血糖指标为输出，训练出一个反向遗传人工神经网络（BP Neural Network）模型（见图6）。它包括一个输入层（含3个输入端）、一个输出层（含一个输出端）和2个隐含（计算）层（各含3个节点），激励函数采用一般Sigmoid函数［8，9］。

　　为了检验此神经网络的准确性，将每次测量计算获得的特征值作为输入，用它计算出相应的仿真血糖指标yBP=x*t，结果得到320个仿真的血糖指标，发现他们与实际测试到的血糖指标值十分接近，相对误差绝对值<10%的仿真值占95以上。曲线对照显示（见图7）。　图6 － 图7  略

　　4  讨论

　　上述实验与分析初步表明：（1）人体经络的关键段的电信息传输特征曲线的特征值与相应的器官组织的特定生理状况或病情之间存在着可供准确描述与预报后者的数学关系；（2）跨足厥阴肝/足少阴肾经的太冲-太溪段的电信息传输特征曲线的特征值与血糖指标之间的数学关系可以用一个BP人工神经网络来准确描述，其中相对误差绝对值低于10%者可达总实验次数的95%之多；（3）主动式电信息传输特性测量分析方法反映了经络内部对电信息的物理、化学、生物的综合作用结果，因此稳定性强、抗干扰能力强；（4）基于神经网络算法的软测量方法简单、安全、快速、无损伤，颇具推广价值；（5）用现代信息软、硬件技术分析描述经络学问题有利于建立传统经络学与现代医学科学之间的界面，宜推广应用。

　　【参考文献】

　　1  徐平. 经络腧穴学. 北京：科学出版社，2004，5-30.

　　2  张人骥，潘其丽. 经络科学.北京：北京大学出版社，2003，6-25.

　　3  潘松.EDA与VHDL.北京：清华大学出版社，2005，9-129.

　　4  YY Tang.Wavelet theory and its application to pattern recognition.Singapore：River Edge.NJ: World Scientific，2000，5-40.

　　5  方崇智. 过程辨识.北京：清华大学出版社，1990，133-177.

　　6  Lennart Ljung. System identification theory for the user. Upper Saddle River. NJ : Prentice Hall PTR，1999,20-60.

　　7  程正兴. 小波分析算法与应用. 西安：西安交通大学出版社，1998，57-76.

　　8  袁曾任.人工神经元网络及其应用.北京：清华大学出版社，1999，3-25.

　　9  Fukuda Toshio，Ghibata Takanori. Theory and application of neural networks for industrial control systems. IEEE Transactions on industrial Electronics,1992，39(6)：472-489.

　　作者单位：1 100029 北京，北京化工大学信息科学与技术学院

　　　　　　　2 University of Vienna（奥地利）

　　　　　　　3 100102 北京，中国中医研究院望京医院

　　(编辑：乔  晓)