蒙医脉象采集分析控制系统研究

王利辉，春香，包晓华

（内蒙古民族大学，内蒙古 通辽028043）

蒙医学脉诊方法，具有鲜明的民族特点［1].它主要利用手指位置，来判断脉搏“位、数、形、势”等主要特征，结合其他症状，判断人体脏腑的病变过程及病因.因此，脉诊对病情分析、病症分辨以及病情走向有重要的意义.一直以来，蒙医临床脉诊过程中，针对某一脉象的诊断存在过于笼统、模糊的问题，所有脉象诊断都依赖于医生的经验和个体感觉，主观性强.随着科学技术的发展，特别是计算机技术的发展，蒙医脉诊规范化研究势在必行.

近年来，蒙医脉诊在现代化研究方面有了初步的进展，对脉象特征的量化已经由单一特征提取向模式识别、数据挖掘方向发展.蒙医脉诊虽然与中医脉诊有渊源关系［2]，但在借鉴、吸收和利用的过程中有一定的变异，如：诊脉部位、方法、正常脉象及分类、基本脉象等均不相同.蒙医脉象寒热十二种分类法［3]，具有易学、易记等特点.本研究结合蒙医十二种脉象诊断要点，设计了蒙医脉象采集分析的控制系统.该系统采用智能加压和多点检测技术，针对蒙医脉诊的特点，进行指压模仿测量控制和特定区域测量，所得脉象信息可以进行存储、分类，并根据蒙医十二脉象理论，进行专家系统样本训练和分析，给出判定结果，供学习者、研究人员参考.

1 信号采集分析系统总体设计

蒙医脉象采集分析系统主要由控制器—信息采集卡—上位机—专家系统—输出显示器组成，如图1所示.

其中，专家系统通过蒙医专家认定的十二种脉象，把所有采集的脉象分门别类，形成对照和训练的数据库，作为诊断脉象的依据；上位机负责与数据采集卡通信，采集数据并存储脉象信息，实现采集—分类—存储一体化，并可以根据系统日期和季节自动编号、自动归类；数据采集卡由USB数据口与计算机连接，该装置可以接收来自脉象传感器的数字信号，并将数字信号传递给计算机，用于计算机与脉象传感器的数据通信；脉象传感器由硅胶套和多个脉搏传感器组成，是根据“位、数、形、势”所设计的多点、多方位脉搏信号采集装置；控制器则是一个小型单片机系统，用于对脉象采集模式进行控制，选择不同脉象采集模式，可以采集不同部位和不同组合的脉象信号；输出显示器是蒙医脉象采集分析系统的终端，输出脉搏波形、诊断依据以及诊断结论.

2 传感器控制系统设计

2.1 控制原理

蒙医脉诊有其独特的操作方法和脉诊过程.根据脉搏传感器特点和脉博波动的特点来设计气体加压系统.该系统由脉搏传感器和气体压力传感器作为检测装置，自动进行加压、泄压.测量袖带加压过程中，充分考虑信号的完整性，进行自适应加压，在波形达到完整的情况下停止加压.对浮、中、沉三种指压取脉方式进行模拟控制，并根据相关理论和算法，让传感器信号采集达到最佳状态.总体设计框图如图2所示.

该系统由袖带、气压系统、电机驱动系统、智能控制系统和信号采集系统组成.其中，智能控制系统通过驱动器控制电机转动，带动气泵对手臂上的袖带加压.当压强达到要求时，气泵停止加压.与此同时，气压传感器得到的信号经过信号处理电路和A/D转换电路将脉搏信息传递给控制器，控制器通过串口，将采集到的脉象信号传递给信号采集系统.

2.2 系统建模与算法实现

脉搏波形是否完整，需要压力传感器不断采集信息，并且由气泵不断调整气体压力，才能得到理想的波形.所以需要控制系统具有良好的动态特性，控制系统结构，如图3所示.

可以看出，给定量ui代表系统理想气压值，该数值取决于波形的完整程度.给定量ui通过PID调节器将调整后的信号传递给气泵，从而调节袖带的空气气压uo.然后通过输出气压uo反馈给控制系统，从而实现对气压的精准调节.

整个系统采用经典PID 控制方法［4-5].PID 由比例（P）、积分（I）、微分（D）控制.把PID 放在控制系统的矫正环节，改善系统的品质.

PID控制器的传递函数可表示为：

其中Kp为比例系数，Ti为积分时间常数，TD为微分时间常数.

经过离散化得到增量式PID控制模型为：

实现PID算法.主要通过对现有模型的离散化，变为计算机可以运行的差分方程.程序流程图见图4.

理想控制量rin（k）由计算机输出波形的质量得到.输出y（k）代表气压系统的压力值.计算机通过运行程序，调整系统对气泵和电磁阀的控制量，使袖带气压达到理想值.

3 结论

笔者以传统蒙医基础理论为指导，以传统蒙医脉诊方法的“位、数、形、势”各组成因素作为脉象信号采集的思路，设计蒙医脉象采集分析控制系统.该系统可以根据蒙医专家对脉象的采集习惯和方式，进行采集和分析，为蒙医学习者提供崭新的学习工具，为蒙医临床提供规范化的诊断设备，为传统蒙医脉诊理论现代化、标准化研究奠定基础.我们展望，蒙医诊断学现代化研究的未来，数据挖掘、非线性分类方法等现代科学方法将会成为蒙医诊断的重要工具.