基于PC机的人体耳穴频谱响应测试与分析系统

　　1　引　　言

　　早在两千多年以前,中国传统医学指出,人体耳穴与身体各部分均有生理联系,身体器官的病理变化将会以某种特定方式反映在相关的人体耳穴点上,即人体耳穴具有反映身体各部分病理变化的功能,对诊断和治疗疾病有很大作用[1]。根据现代生物控制学说,人体是一个极其复杂的高度自适应控制系统,而经络则是这个系统的信息传输通道,其传输特性会因所传输　的信息变化,即人体组织或器官有病变时生物电变化而产生自适应变化。将工程测试技术和频谱分析的方法应用于人体科学,采用人造传感器获取耳穴信号,测试人体耳穴响应频谱的输出特性和广泛分布于人体的穴位之间的主要以及间接通道的特性,可以寻找出一种无创伤诊断的方法。这里介绍了一种基于PC机的人体耳穴频谱响应测试和分析的系统。通过实验对比　分析了人体健康状态的有病状态的耳穴频谱响应,验证了系统的有效性。

　　2　测试原理

　　根据传统中医学理论,对比广泛分布于人体的穴位之间的主要以及间接通道,他们在人体内交错纵横。耳穴点是人体表面特殊的点,他们能够反映人体内部器官及主要和间接通道的功能,即针灸点,进入皮肤并渗透于组织和器官之间。人体器官的各种不寻常变化将以人体耳穴全阻抗的形式反映出来,也就是说,当人体某一的器官发生病理变化的时候,相应耳穴点的阻抗将会改变。我们采用人造传感器获取耳穴信号,分析人体全频谱响应的输出特性。也就是说,当人体处于正常状态时,耳穴频谱具有确定的规律性;当特殊的组织和器官发生病变的时候,耳穴的频谱响应将会发生相应的变化。用统计的方法分析和处理两组不同的频率响应的曲线时,可以得到耳穴频谱响应的规律。

　　3　测试系统的实现方法

　　测试系统硬件结构如图1所示。白噪声发生器产生白噪声x(t)作为激励信号从人体耳穴位进入人体系统,经过人体经络系统到达人体对应器官,再经人体对应器官响应后,由传感器拾取信号y(t),经过信号预处理及信号调理电路后,用单片机作为下位机控制A/D转换器采集数据,通过并行接口传输到上位机(PC机),这样实现了数据采集系统和数据处理系统的分离。利用PC机强大的数据处理能力和数据分析能力对单片机采集的数据进行分析和处理,也即是在PC机上运行一套配套的数据处理软件,实现仪器的虚拟化。PC机在这里对数据的处理主要是作频谱分析——FFT运算,然后把分析处理结果传给输出设备——打印机、记录仪等。

　　因为激励信号采用白噪声,频谱分析主要自功率谱分析。对于线性时不变系统,设输入信号为x(t),输出信号为y(t),经过离散处理后为x(n)和y(n),则输入信号和输出信号的自功率谱密度的关系[2]为Sy(ejω)= H(ejω) 2Sx(ejω),式中H(ejω)为系统频率响应。又因为白噪声的自功率谱密度Sx(ejω)=σ2x　-π≤ω≤π,所以: