发现中医脉象的科学世界

之动态三维指感中医脉象仪

前言：我们常常在混沌中潜行，我们膜拜着我们心目高高在上的理论，却鄙夷着可能是真理的先哲的智慧；发现中医脉象的科学世界、一次现代技术与古代科学的碰撞。中医是科学的么？中医脉象是什么，这是2024年世界中医协会中医脉象研究学术会议上专家问的问题，他说今天学术会议的主题是“脉象是中医的灵魂”，那么谁能告诉我中医脉象究竟的是什么？在场的各位专家沉默了!

        正文：时针飞速的旋转着，转眼来到2025年中国医疗器械创新创业大赛的中医赛道决赛现场，一家叫西安仙峒科技有限责任公司带来的参赛设备叫“动态三维指感中医脉象仪”，它以一种基于手指触觉的角度，把触觉直接转换成视频，把脉象展现出来，让几千年来中医的脉象从模糊的指下感觉，突然清晰跳跃于读者的眼前，引得参赛的评委老师和选手们不断私语，评委老师不太相信这件事，认为这是仿真的技术，评委老师大声问道，中医脉象仪国家从1985年起，清华、北大、哈工大、西安交大西工大等十几家985、211大学投入大量资金进行研发，一直到2025年底，都是以脉搏波图做为研究对象，目前主流中医药大学和研究所研究的脉图（脉搏波图）：

你们以三维脉图为研究对象，你们能做出这种技术么？是不是只是一种仿真。仙峒公司参赛选手礼貌的回答，这种技术是一种基于振动模态分析的技术，它是以触觉传感器阵列为基础的，是一种实时检测技术，我们也是在2024年初才有了实质的技术进步，公司因为这个技术获得了一项关于中医脉象仪的发明专利，这种振动模态分析技术大量应用于大型机械设备的健康管理，在国内也是一种应用很广泛的技术，公司把这种技术引入中医脉象的检测中是因为通过认真研读中医古脉象文献，发现中医脉象所说的位数形势，和振动模态分析中频率、振型、阻尼比、刚度、振型系数的描述很接近，中医讲平脉辨证，讲四诊合参，这和振动模态分析的所依据的《系统辨识理论》的思想基础非常接近，可以说平脉辨证、四诊合参就是系统辨识理论，它们有完全一致的思想基础和实验方法；当我们的团队第一次测出滑脉的脉象视频时，所有的成员都欢呼雀跃，因为它和古中医书中描述的完全一致，“盘珠之形荷露之意，流利展转往来前却”这让人想到好莱坞电影中的一句经典台词“赞美主”，造物之美。这实在让人太赞了。通过这种理论的指导，把脉象转换成视频后发现非常接近于中医古书中所描述的对脉象的描述。

1.举例来观察中医对脉象的描述

【一】滑脉

古人对滑脉的描述：滑脉“往来前却，流利展转”（《濒湖脉学》[3]14）的运动态势，脉形符合“如盘中之走珠，荷叶之承露”（《脉诀汇辨》[2]57）。

荷叶上露水的图片，古人形容滑脉有荷露之意，古人诚不欺我。

     

荷叶之露                                                                                      滑脉的三维脉图

        视频的切片图片如下：

【二】弦脉

        古人对弦脉的描述：弦脉确有“端直以长”、“从中直过、挺然指下”（《濒湖脉学》^[3]22）之态。

        视频切片如下：

这些视频对脉象的表现确实有一种神似的感觉，古人确实是如实的描述了指下真实的感觉。从实验的角度发现古人所提到的28种脉象确实都存在，它是一种客观存在的物理现象，可以完全对标古中医脉象书中的描述，实验中可以观测到，可以重复，从理论角度可以解释的通，按现代科学的标准它就是一种科学。我们来研究一下28种脉象最神秘的一种脉象涩脉，古人常说“紧涩难侯”，这种脉象很不容易掌握，古人描述涩脉如病蚕食叶、如钢刀刮竹，我们在深圳市中医院的专业中医师的指导下测试涩脉，中医老师说涩脉最主要的特征要有震颤感；这给我们一个确切的特征，这种脉象有除了心跳频率还具有不同的频段的跳动，后来的测试结果也确实验证了这一点。

【三】涩脉

        古人对涩脉的描述：涩脉如病蚕食叶：

     

病蚕食叶                                                                     涩脉的三维脉图

        视频切片如下：

        涩脉的脉力的自功率谱分析如下面图示：

2.针对弦脉和滑脉进行分析

        我们可以观测到在涩脉的特征和古人描述的很接近，病蚕食叶是其形状上的特征描述，而钢刀刮竹是手指感觉到的震颤感，这种震颤感很容易通过振动能量分析的方法得到，因为有震颤感一定是有除了心跳以外的周期性振动源，从上面的图示自功率谱图可以看到一般的脉象并没有心跳周期以外的周期性振动，而涩脉有一个明显的除心跳以外的周期性振动源，能和古人描述的涩脉如钢刀刮竹对应起来，这是不是涩脉的唯一指标，不是的，有部分脉象也有这种非心跳周期的振动现象，但它仍然可以作为判断涩脉的一个主要依据。涩脉在中医行业非师传，非10年之功不能够辨别，这对中医的传承是非常不利的，但在仪器的帮助下紧涩不再难侯，初学者也很快可以掌握。

  

弦脉自功率谱分析图                                                                        滑脉自功率谱分析图

通过上面的一些典型脉象的展示和分析，我们已可以确认中医脉象古书中所提及24种或27种脉象是一种客观存在的物理现象，可以被观测，可以被重复。那中医的脉象究竟是一种什么科学，它和人体医学有着什么样的关联关系。我们不能局限在现代医学（俗称西医）的固有框架下，毫无疑问西医是伟大的医学，它因为近代吸收了很多现代科学技术，变得容易理解且很先进，但我们不能武断的认为它就是医学本身。西医能从化学角度考虑医学，同样中医也可以从物理角度考虑问题。中医也一样要吸收现代科学的观念，下面我们要从现代科学的角度分析一下中医脉象的基本科学原理。

谈到脉象我们就不得不提中医的证，此“证”非彼“症”。中医大夫会说你阳虚肾虚，胃寒肝郁有湿气，有一些科学常识的人会说这是迷信，《庄子·秋水》中说“夏虫不可以语于冰者，笃于时也” 。我们膜拜着我们心目高高在上的理论，却鄙夷着可能是真理的先哲的智慧。当夏天大家都用空调，有些人家的空调就跳闸了，家里热的要死，我们都理解这是电的功率不够了，其实你换一个方式理解，虚不就是功率不够了，拿到中医上来说脉搏摸着力量很小，一压就没了，这就是虚啊，脉管很细这就是血虚啊；你拿一根电线接电，空调的功率太大，电线都冒烟把外面的保护皮套都烧了，这是什么？这就是中医所说的实。脉管摸着力量很宏大，脉搏压到底力量也很大；西医也是把血管系统的数学模型用电路模型来表达。为什么中医会提出“证”这个概念了，如果把人体当一个巨复杂的系统来考虑，证这个概念就很好理解了。

        下面我们对这个问题进行深入探讨，人体的血液循环系统是一个典型的以心脏为驱动泵的、以动脉血管、人体组织器官、静脉血管为管道和负载的泵管系统，神经和体液调节系统可以简化为控制系统。它其实和一套工业现场水泵站系统在物理特性上是没有太大的区别。

人体血液循环系统                                                                                                        水泵站系统

        如果我们简化一些东西，考虑的没那么复杂，我们直接可以把心血管系统简化成如下模型：

        

             G( s)=Y(s)/U(s)

             G( s)为人体组织和器官的传递函数数学模型

             Y(s)为心跳信号为输入信号

             U(s)为桡动脉输出信号

s为拉普拉斯变化中的一个复变量，上述函数为s域分析和研究自控系统的方法，不可等同于初等数学中的函数。

3.中医与现代控制理论的关系

糟糕的是我们很难在初等数学的基础上解释传递函数，这对中医的相关人员非常不友好，而这篇文章主要是给中医医师介绍，这确实让人两难，但要解释清楚中医脉象的原理，没有传递函数我们很难过度到空间状态方程，我们就很难解释为何中医出现的“证”这个概念，这个“证”的概念当它出现在2000年前很伟大，现代科学中与 “证”同等类型的概念出现于1960年前后，它是为了解决一些复杂的控制系统而产生的理论；这很让人差异，中医究竟是上个文明的遗留还是古人的发现，如果是古人的发现，能理解到这个程度，为什么没有点亮中国人的科技树呢？这件事困惑了我很久。

中医从它诞生起，就使用了大量系统模型的概念，例如阴阳、五行、六经等等，我个人理解这个问题是这样的，如果研究人体这个黑箱模型，如果走在正确的路上，不管古代和现代、那么它们的思路基础都一致。

我们先用基于现代控制理论的思路研究人体这个黑箱模型，人体的机制是目前我们理解的这个世界上最复杂的自动化系统，例如我们的体温会恒定，我们可以精准的做一些复杂的动作等等；西医本科第四版《病理生理学》教材明确提出人体是自稳调节系统，自稳调节系统是一种有自平衡能力的负反馈控制系统，在这个论据的支撑下我们引入现代控制理论中的空间状态法分析研究中医的脉象和“证”。

前面我们探讨了传递函数，但传递函数本身过于简单，不适合与对人体的描述，为了说明方便我们把它变化一下,我们假设人体组织和器官的传递函数数学模型可以用空间状态方程来表达（其实我很明白要理解传递函数和空间状态方程这个概念对中医的科学工作者是有难度的，但如果不能理解空间状态方程中最小变量组的概念就无法理解中医为何会产生“证”这个概念），我们先大致解释一下状态空间法分析法和最小变量组的概念，状态空间法分析法是通过系统的输入输出量来推测系统的内部状态量，因为我们要分析人体的内部状态，人体是我们在正常状态下无法打开的，我们只能通过输入输出信号的变化去研究它，心血管系统确实给了我们很好的一个工具，心跳我们可以看作一个稳定的驱动信号源做为输入信号，桡动脉可以视为一个便于测量的信号输出；状态空间法分析系统的基本方法是通过系统的输入输出量变化来推测系统的内部状态量，其中：状态变量定义为能够完全描述（已知初始状态和输入信号，可唯一确定系统未来的状态和输出）系统动态行为的最小一组变量。我们最简单的描述一下，人体是一个黑箱模型，我们没法打开它去研究，我们只能通过输入和输出数据去研究它的一些内部状态（从这里我们明白为何中医是四诊辨证，望闻问切都是输入输出信号），我们假设人体的内部状态变量为八个，阴阳寒热表里虚实，就用这八个变量来表示人体的状态空间方程，这样我们就可以把脉搏和阴阳寒热表里虚实放在一个公式里研究，

初始条件：U(S)和Y(s) 分别是系统的心跳输入和桡动脉输出，我们假定变量X(s)（原谅我跳跃这一段的说明，X（s）是被定义成一个矩阵，我知道这很难理解，我们先假定它是成立的，因为它和阴阳一样是天地之道）为人体内部的状态变量组，X(s)= [阴阳寒热表里虚实]；这样我们就可以把人体的黑箱模型用空间状态方程表示出来。

             s(dX/dt)=AX(s)+BU(s)

             Y(s)=CX(s)

A、B、C为系数矩阵，根据教课书的推导我们可以得到如下公式(公式推导来自《现代控制系统》第八版)：

               (s I-A)X(s)=BU(s)

               X(s)=Φ(s)BU(s)

               Y(s)=CΦ(s)BU(s)

通过上述的公式我们发现，如果我们要解这个方程，必须假定U (s)作为系统的心跳输入为一个恒量值，你可以这样理解这件事，中医大夫把脉之前要让患者平静一段时间，目的就是让心跳的输出保持稳定，那么我们可以根据Y(s)桡动脉输出计算出状态变量X(s)= [阴 阳 寒 热 表 里 虚 实]，因为U (s)必须是个定值，因为我们无法测量心跳信号，如果它不是定值，理论上我们很难解出这个方程。通过这点我们就明白为何中医需要四诊合参，因为从数学理论上如果输入未知，紧通过输出求解内部变量，这是一个反解卷数学难题，它常常出现的解不是一个。

讨论到这里我们可能发问，那么病是否也可以通过脉象表现出来，答案是肯定的；在现代工程领域用振动检测设备的好坏由来已久，我们最常见的是铁道工人拎着个锤子边走边敲，过去优秀的汽车修理工凭借一把起子抵在汽车发动机上听就可以知道发动机的故障，到今天这个时代用振动检测机器的故障已发展成一个学科，设备的振动检测学科；人体的证和病症是两种现象，中医早就分清出它们的关系。

证是根源、而病症只是证的外在变化，它们之间有关联关系，但不是一个概念，关于病脉之间的关系我们以后撰文说明。

4.总结

中医是中国人的传统医学，最少有几千年的历史，它自成一套理论体系，它用东方哲学中阴阳五行，五运六气来解释人体，看病用望闻问切，解释人体的病用“证”例如：寒热表里虚实来辨识；用药讲究温热寒凉，治疗原则是不足则补余则泄之，和我们一般意义上理解的病有差距。我们跳出中医阴阳五行的这些概念，从最朴素的立意去看待古中医，发现这些概念和现代控制理论中的某些概念很接近，寒热表里虚实这些概念的内涵很像控制理论中状态空间法所描述的表达系统内部特性的状态变量，而不足则补余则泄之这根本就是控制原理；通过切脉去辨识人体阴阳寒热表里虚实这种思路和方法，与空间状态法中通过外部数据的变化来辨识系统的内部状态变量的思路一致。根据现代科学的发展历史来看，太相似东西根本就是一个东西。

5.扩展

       通过对凭脉辩证的研究，我们得到了一个有益的副产品，中医药理的基本原理是根据药物的寒热温凉四气五味，来调治人体疾病的表里寒热（阴阳）虚实等，使其归于平衡而病愈。所谓“阴平阳秘，精神乃治”是也！我们敏感的意识到这是一种基于状态反馈的思想。空间状态法是通过系统的状态变量进行反馈控制让系统运行处于稳定状态，这是一种调节系统稳定的思想，这是两种相类同的思想。这样我们认识到中医的药理与状态反馈有密切的关系，上述这些发现可为中医药基本原理的研究提供一条不同与现代医药学的思路，相信这个研究结果有利于我们对中医药理的研究。