蒙醫(yī)脈象采集分析控制系統(tǒng)研究

王利輝，春香，包曉華

（內(nèi)蒙古民族大學(xué)，內(nèi)蒙古 通遼028043）

蒙醫(yī)學(xué)脈診方法，具有鮮明的民族特點［1].它主要利用手指位置，來判斷脈搏“位、數(shù)、形、勢”等主要特征，結(jié)合其他癥狀，判斷人體臟腑的病變過程及病因.因此，脈診對病情分析、病癥分辨以及病情走向有重要的意義.一直以來，蒙醫(yī)臨床脈診過程中，針對某一脈象的診斷存在過于籠統(tǒng)、模糊的問題，所有脈象診斷都依賴于醫(yī)生的經(jīng)驗和個體感覺，主觀性強.隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是計算機技術(shù)的發(fā)展，蒙醫(yī)脈診規(guī)范化研究勢在必行.

近年來，蒙醫(yī)脈診在現(xiàn)代化研究方面有了初步的進展，對脈象特征的量化已經(jīng)由單一特征提取向模式識別、數(shù)據(jù)挖掘方向發(fā)展.蒙醫(yī)脈診雖然與中醫(yī)脈診有淵源關(guān)系［2]，但在借鑒、吸收和利用的過程中有一定的變異，如：診脈部位、方法、正常脈象及分類、基本脈象等均不相同.蒙醫(yī)脈象寒熱十二種分類法［3]，具有易學(xué)、易記等特點.本研究結(jié)合蒙醫(yī)十二種脈象診斷要點，設(shè)計了蒙醫(yī)脈象采集分析的控制系統(tǒng).該系統(tǒng)采用智能加壓和多點檢測技術(shù)，針對蒙醫(yī)脈診的特點，進行指壓模仿測量控制和特定區(qū)域測量，所得脈象信息可以進行存儲、分類，并根據(jù)蒙醫(yī)十二脈象理論，進行專家系統(tǒng)樣本訓(xùn)練和分析，給出判定結(jié)果，供學(xué)習(xí)者、研究人員參考.

1 信號采集分析系統(tǒng)總體設(shè)計

蒙醫(yī)脈象采集分析系統(tǒng)主要由控制器—信息采集卡—上位機—專家系統(tǒng)—輸出顯示器組成，如圖1所示.

其中，專家系統(tǒng)通過蒙醫(yī)專家認(rèn)定的十二種脈象，把所有采集的脈象分門別類，形成對照和訓(xùn)練的數(shù)據(jù)庫，作為診斷脈象的依據(jù)；上位機負(fù)責(zé)與數(shù)據(jù)采集卡通信，采集數(shù)據(jù)并存儲脈象信息，實現(xiàn)采集—分類—存儲一體化，并可以根據(jù)系統(tǒng)日期和季節(jié)自動編號、自動歸類；數(shù)據(jù)采集卡由USB數(shù)據(jù)口與計算機連接，該裝置可以接收來自脈象傳感器的數(shù)字信號，并將數(shù)字信號傳遞給計算機，用于計算機與脈象傳感器的數(shù)據(jù)通信；脈象傳感器由硅膠套和多個脈搏傳感器組成，是根據(jù)“位、數(shù)、形、勢”所設(shè)計的多點、多方位脈搏信號采集裝置；控制器則是一個小型單片機系統(tǒng)，用于對脈象采集模式進行控制，選擇不同脈象采集模式，可以采集不同部位和不同組合的脈象信號；輸出顯示器是蒙醫(yī)脈象采集分析系統(tǒng)的終端，輸出脈搏波形、診斷依據(jù)以及診斷結(jié)論.

2 傳感器控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1 控制原理

蒙醫(yī)脈診有其獨特的操作方法和脈診過程.根據(jù)脈搏傳感器特點和脈博波動的特點來設(shè)計氣體加壓系統(tǒng).該系統(tǒng)由脈搏傳感器和氣體壓力傳感器作為檢測裝置，自動進行加壓、泄壓.測量袖帶加壓過程中，充分考慮信號的完整性，進行自適應(yīng)加壓，在波形達(dá)到完整的情況下停止加壓.對浮、中、沉三種指壓取脈方式進行模擬控制，并根據(jù)相關(guān)理論和算法，讓傳感器信號采集達(dá)到最佳狀態(tài).總體設(shè)計框圖如圖2所示.

該系統(tǒng)由袖帶、氣壓系統(tǒng)、電機驅(qū)動系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)和信號采集系統(tǒng)組成.其中，智能控制系統(tǒng)通過驅(qū)動器控制電機轉(zhuǎn)動，帶動氣泵對手臂上的袖帶加壓.當(dāng)壓強達(dá)到要求時，氣泵停止加壓.與此同時，氣壓傳感器得到的信號經(jīng)過信號處理電路和A/D轉(zhuǎn)換電路將脈搏信息傳遞給控制器，控制器通過串口，將采集到的脈象信號傳遞給信號采集系統(tǒng).

2.2 系統(tǒng)建模與算法實現(xiàn)

脈搏波形是否完整，需要壓力傳感器不斷采集信息，并且由氣泵不斷調(diào)整氣體壓力，才能得到理想的波形.所以需要控制系統(tǒng)具有良好的動態(tài)特性，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖3所示.

可以看出，給定量ui代表系統(tǒng)理想氣壓值，該數(shù)值取決于波形的完整程度.給定量ui通過PID調(diào)節(jié)器將調(diào)整后的信號傳遞給氣泵，從而調(diào)節(jié)袖帶的空氣氣壓uo.然后通過輸出氣壓uo反饋給控制系統(tǒng)，從而實現(xiàn)對氣壓的精準(zhǔn)調(diào)節(jié).

整個系統(tǒng)采用經(jīng)典PID 控制方法［4-5].PID 由比例（P）、積分（I）、微分（D）控制.把PID 放在控制系統(tǒng)的矯正環(huán)節(jié)，改善系統(tǒng)的品質(zhì).

PID控制器的傳遞函數(shù)可表示為：

其中Kp為比例系數(shù)，Ti為積分時間常數(shù)，TD為微分時間常數(shù).

經(jīng)過離散化得到增量式PID控制模型為：

實現(xiàn)PID算法.主要通過對現(xiàn)有模型的離散化，變?yōu)橛嬎銠C可以運行的差分方程.程序流程圖見圖4.

理想控制量rin（k）由計算機輸出波形的質(zhì)量得到.輸出y（k）代表氣壓系統(tǒng)的壓力值.計算機通過運行程序，調(diào)整系統(tǒng)對氣泵和電磁閥的控制量，使袖帶氣壓達(dá)到理想值.

3 結(jié)論

筆者以傳統(tǒng)蒙醫(yī)基礎(chǔ)理論為指導(dǎo)，以傳統(tǒng)蒙醫(yī)脈診方法的“位、數(shù)、形、勢”各組成因素作為脈象信號采集的思路，設(shè)計蒙醫(yī)脈象采集分析控制系統(tǒng).該系統(tǒng)可以根據(jù)蒙醫(yī)專家對脈象的采集習(xí)慣和方式，進行采集和分析，為蒙醫(yī)學(xué)習(xí)者提供嶄新的學(xué)習(xí)工具，為蒙醫(yī)臨床提供規(guī)范化的診斷設(shè)備，為傳統(tǒng)蒙醫(yī)脈診理論現(xiàn)代化、標(biāo)準(zhǔn)化研究奠定基礎(chǔ).我們展望，蒙醫(yī)診斷學(xué)現(xiàn)代化研究的未來，數(shù)據(jù)挖掘、非線性分類方法等現(xiàn)代科學(xué)方法將會成為蒙醫(yī)診斷的重要工具.