人体的故障诊断：用振动力学解释中医把脉！

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　　脉学作为我国的传统文化，自扁鹊总结创立以来一直流传至今。脉学是利用切脉的方法诊治疾病，是中医诊断学中的一项独特方法。切脉又称为把脉、号脉，是医师用手按病人的动脉，根据动脉搏动的显现部位(深、浅)、速率(快、慢)、强度(有力、无力)、节律(整齐与否、有无歇止)和形态等方面的表现以了解疾病内在变化的诊断方法。

　　我们知道，心脏相当于人体的发动机，它无时无刻不在进行着规律性的收缩和舒张，从而驱动我们的血液循环，使身体各个部位能够通过血液进行物质交换。没错，正是因为它的收缩和舒张，我们才感觉到了心脏的跳动，而这种跳动也会通过与它接触的部位而传至全身，只不过振动响应有大有小，大多数部位小到可以忽略了，因为身体上的肉、脂肪等成分，很快便将传来的振动耗散掉了，而血管和血液这条路径的振动信号则比较明显。我们可以尝试用手摸一下胳膊，很容易能感受到动脉处振动的存在。

　　因此，中医选取了手腕附近的桡动脉进行诊断。那么为什么手腕处动脉的振动能够反映身体其他部位的状况呢?用振动力学的理论可以给予一定的解释。

　　我们可以把体内的血管及内脏等部位看作一个的系统，它们之间是相互耦合的，即相互影响的，所谓“牵一发而动全身”。心脏的跳动可以看作一个周期性的激励，假定系统是线性系统，那么由振动力学的知识可知，系统的响应也会是周期性的(只不过胳膊处的振动和心脏处的振动不会是完全同步的，因为血液血管等的阻尼作用使响应发生了滞后)。而任一部位发生了病变，相当于机械系统的某处发生了故障，在振动微分方程中表现为局部刚度的改变，那么整个系统的响应便会随之改变，从而桡动脉处振动信号便发生了变化，即脉象发生了改变。

　　而实际上中医最常用的三指诊脉方法就相当于一个多点拾振的过程。这类似于故障诊断的思路，根据手指感受到的振动信号的规律，来根据经验判断出不同的病症，而往往不同部位的不同病变，所引起的响应信号是不同的。当然也有例外，比如两种病症可能有类似的响应，又如有多个病症的叠加，产生各种新奇的响应。这便不是一个平常中医所能诊断的了，而能够找到或创造方法做出诊断的，我们便可称之为神医了。类似的，在机械系统中这样信号的诊断正是故障诊断领域所努力的方向之一。

　　当然，中医脉学的诊断方法发展至今，仍只是一种定性的分析。联想到机械系统，我们是否可以按照脉学的经验，通过建立动力学正问题的方式，把每一种病症的振动响应定量化，并利用现代科学的手段进行定量检测呢?笔者认为，随着动力学、生物力学、故障诊断的发展，以及在力学中像人体这样的柔性体表征方式的完善，我们的中医文化能够与现代科技融合从而发扬光大。

　　来源：漫步力学(ID：Walking-mechanics)
　　作者：天津大学 张天程

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