专利名称：中医脉象采集装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种脉象采集装置。特别是涉及一种能够对脉搏信号进行科学合理检测的中医脉象采集装置。
背景技术：
脉搏信号是由心脏的收缩与舒张以及血液在沿血管的流动过程中所遇到的各种阻力相互作用而形成的，当脉搏波由心脏开始向动脉系统传播时，不仅要受到心脏本身的影响，同时也会受到流经各级动脉及分支中各种生理因素如血管阻力、血管壁弹性等的影响，因而脉搏波信号中包含极丰富的血管系统生理病理信息，脉搏波的波形特征与心血管系统中的特征参数变化密切相关。因此，对脉搏信号进行科学合理的检测、诊断、分析，以便更有效地防治疾病，已成为世界各国迫切需要解决的一项重大课题，并对临床医学的发展具有重要意义。随着现代科学的进步，以及西医学、生物力学、数学、电子学、工程学等多学科向中医领域渗透，脉诊客观化的研究在多方面取得了进展，主要研究领域在仪器研制、临床研究、参数分析等方面，其中脉诊仪器设计与研制尤为重要。脉诊客观化研究已成为中西医结合医学的重大科学课题。随着仪器研制、临床实验、动物实验、模拟实验、参数分析等工作的深入，现代科学技术不断地渗入，预计不久的将来，中医脉诊客观化、现代化问题必将获得解决，对中医脉象的形成机理，也将获得一个令人满意的解释。同时，脉学的研究对深入发掘中医理论，提高中医临床诊疗水平，促进现代医学信息科学的发展都有重要的意义。多年来，国内在脉诊客观化方面做了大量工作。从二十世纪五十年代起，北京中医药大学、上海中医药大学、西北工业大学、台湾等地的学者对脉象客观化进行了大量研究，并取得了一系列成绩。另外，日本、韩国、德国、加拿大、俄罗斯和美国等学者也对中医脉诊客观化进行了研究。在脉诊客观化研究方面，按研究方向可以分为采集系统研制、客观化数字特征分析与诊断、脉象的机理建模、临床脉诊应用研究等四个方面。下面主要介绍前两个方面的国内外研究现状。( I)脉象采集系统的研究现状脉象采集系统的研究主要分为两个方面:一是脉象传感器，二是脉象仪系统。其中脉象传感器是最关键的，它所采集的信息将直接影响后面的信息分析，最终决定脉波分析系统的检测性能。采用传感器检测脉搏，可以客观地得到脉搏的主要信息，记录出脉搏波信号，有利于存储和分析，对人体无创伤且使用方便，因而在实际中得到广泛的应用。按传感器分类，常用的脉搏测量装置有应变式压力脉搏传感器、光电式容积脉搏传感器、电阻抗式容积脉搏传感器、压电晶体式压力脉搏传感器、水银应变式容积脉搏传感器、密封腔式容积脉搏传感器等。其中应用较多的是应变式压力脉搏波传感器、光电式容积脉搏传感器、电阻抗式容积脉搏传感器和压电晶体式压力脉搏传感器。尤其是光电式容积脉搏传感器，由于实现了光电隔离，减少了后级模拟电路的干扰，发光二极管采用红色单色光，稳定性好，传感器做成遮光指套式，减少了外界光的干扰。近些年来，国内相继开发了多种不同类型的脉象采集系统，如北京的TP-CPS型分析仪、上海中医药大学的ZM-1、ZM-1II型脉象仪、天津的MTY-2型脉图仪等，另外，国外也研究出了一些脉象仪，如德国Paik和Yoo的电子脉象仪能描出虚实寒热的脉象。俄罗斯、意大利、日本和韩国等也都研究出类似的仪器，但他们依据的医学理论同传统的中医脉诊有些不同。由北京中医药大学和中国医学科学院生物医学工程研究所科研人员共同合作研制的Bio-Me百脉中医脉诊仪，该产品的研究起点比较高，集合了仿人手指的柔性压力传感器，三维定位，多路信号复合采集和综合分析等优点。(2)脉象信号分析方法的研究现状脉象传感器采集到的脉搏信息经过放大、滤波等处理后，再经AD转换输入计算机，就可以通过算法软件进行处理和分析，以得到脉象的定量化指标和分类。中医脉学将脉象分为平脉、滑脉、弦脉等28种基本脉类。它们各自有自己的特征，中医脉学都以比喻的方式加以描述。在脉诊客观化的研究过程中，人们希望从传感器采集的脉搏信息中找到各脉的量化特征，对其分析，进而实现自动、准确的分类。信号分析方法，主要有时域分析、频域分析、时频联合分析法等几类方法。时域分析法是通过结合人体心血管系统的动态特征或中医脉象的特性，对脉搏波图上与时间有关的主峰、潮波、重搏波的幅值、曲线下的面积、曲线与坐标的夹角等内容进行统计分析、多元分析等，以寻找判别脉象的特征参数，与此相应还常采用脉搏波曲线的一阶导数配合同步分析。另外北京、南京等地通过建立数学模型和估计参数的方法来判别脉象。时域分析法是中医脉象分析方面最常用的一种分析方法。微分图的判读:脉图微分图又称速率图，它和脉图曲线有严格的数学对应关系。如果将脉图视为压力波，微分图即为dp/dt图形；如果将脉图视为动脉管壁位移，微分图即为动脉管壁的位移速度曲线。微分图反映的是脉图曲线中各点的变化率，它能更加灵敏、明显地反映脉图中各个时间点的生理特征。时频联合分析法即时频表示(TFR)是把一维信号或系统表示成一个时间和频率的二维函数，在时频平面上能够反映出各个时刻的信号的谱成分。常用的时频表示方法有短时傅立叶变换和小波变换(WT)。脉象信息的频域分析方法(频域，能量，特性)与时域分析不同，脉搏信号的频域特征可分辨性好，如功率谱分析和倒谱分析等。功率谱分析利用广义平稳随机过程的N个样本数据估计该过程的功率谱密度称为功率谱估计，亦可称为谱分析。对信号进行功率谱分析的算法通常有二种，一种是经典的快速傅里叶变换(FFT)，在目前的频谱分析中采用较多。有研究提取信号功率谱特征值，如前次峰、第一主峰、第二主峰的频率、谐波数、谱能比等。功率谱虽比较成熟，但在脉搏波信号分析中FFT谱的特征峰不突出，可能是存在样本截断后能量泄漏从而易产生虚假细节。另一种对信号进行功率谱分析的算法是最大熵谱估计，它首先根据离散采样信号建立时间序列模型(自回归模型)，然后根据模型计算功率谱。应用AR谱分析脉搏波信号时，可以得到比FFT谱更光滑、特征更明显的谱线，并且可分辨出在动脉硬化等心血管疾病时AR谱峰值频率及建模参数的变异。倒谱分析:倒谱是对频谱取对数后进行傅氏变换的，它将频域内的周期成分(如谐波族)转化为倒谱上的单根线谱及其倒谐波，这样可从倒谐峰的特征而准确、方便地得到脉搏周期。倒谱经倒滤波技术处理后，可得到脉象的倒滤波谱。宋建勤等运用倒谱理论讨论了正常心律和非正常心律受检者的脉搏信号在倒谱域中的特征表现，并通过对286例脉搏信号的倒谱分析，发现代脉信号与其他正常心律脉搏信号的倒谱特征差别显著。80年代以来国内外一些学者开始在频域内对脉搏信号进行分析，初步取得了有意义的结果。赵承筠等对妊娠滑脉和非妊娠滑脉作频谱分析，发现两者频谱谐波的相对幅度和数量存在明显差异；刘广斌等将滑脉与健康妇女的脉搏信号作了功率谱比较，其主要结果是:健康妇女脉搏功率谱的能量分布在O 20Hz内，在大于20Hz的频段上无能量分布；而两种滑脉信号的功率谱绝大多数能量分布在20Hz以内，但20Hz以上均有能量分布。总之，脉搏信号的各种分析方法，为中医脉诊获取各种病理信息作出了贡献，极大地推动了中医脉诊向客观化、现代化方向发展。随着计算机应用的普及以及计算机技术的智能化，目前电子计算机能更全面、更客观、更详细地采集和记录脉图信息，己广泛应用于脉图的各种分析当中，尤其近年来人工神经智能领域中神经网络的再度突起以及所引起的研究和应用高潮更为我们提供了 一个有力的武器。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种把中国传统医学中的脉诊与计算机结合起来，用计算机实现对人体脉搏信号的自动采集、处理、识别，最后达到诊病目的的中医脉象采集装置。本实用新型所采用的技术方案是:一种中医脉象采集装置，包括计算机，还设置有依次连接的气路系统、脉搏传感器、传感器接口电路、A/D采集卡，所述的A/D采集卡还分别连接气路系统和计算机。所述的传感器接口电路包括有用于向脉搏传感器提供电源的恒流源、与脉搏传感器输出端相连的前置放大器、分别与前置放大器的输出端相连的电压跟随器和高通滤波器、与电压跟随器的输出端相连的低通滤波器、与高通滤波器的输出端相连的低通滤波器以及与低通滤波器输出端相连的主放大器，其中，所述的低通滤波器的输出端连接A/D采集卡的第一通道，所述的主放大器的输出端连接A/D采集卡的第二通道。所述的气路系统包括有通过气路相互连接的气泵、泄气阀、电磁阀和气囊，其中，所述的气泵和电磁阀分别通过A/D采集卡接收计算机的控制信号，所述的气囊与所述的脉搏传感器紧密接触，所述的电磁阀还连接放气阀。所述的脉搏传感器包括有传感器壳体，所述的传感器壳体侧壁的上部分形成有用于与气路系统相连的气路，传感器壳体底部侧边形成有导线引出通道，所述的传感器壳体中心的轴向由上至下设置有气囊和传感器，所述的气囊与所述的气路相连通，所述的传感器的输出导线贯穿所述的导线引出通道与A/D采集卡相连接，所述传感器的探头部分伸出传感器壳体的底部与手腕紧密接触。所述的传感器壳体的底部为能够与手腕接触的弧面结构，所述的传感器的探头部分伸出传感器壳体的弧面结构与手腕紧密接触。[0027]所述的传感器壳体的顶端形成有第一贯通孔，所述的传感器壳体底部两侧对称的形成有第二贯通孔，用于固定传感器的腕带依次贯穿所述的一个第二贯通孔、第一贯通孔和另一个第二贯通孔。本实用新型的中医脉象采集装置，可快速调节传感器感压面的位置，寻找最佳采集点，保证脉象的准确测量，能够实现对脉象的快速定位，且定位精度很高，在最短的时间内准确捕捉到脉象信息。检测脉象信号时，通过自主专利的自动气体加压系统，实现稳定、快速、精准的加减压力，模拟中医医师按脉指法。脉象采集稳定可靠，脉象信息参数提取准确。医生们可以根据测到的脉象同脏腑、气血等建立全面的对应关系，判别人体整体机能的综合状况。可以广泛用于中医临床诊断，教学、科研、病情监护，人体健康状态评价，为中医教学、临床、科研提供可靠的客观指标；同时在计算机网络远程诊断和远程教学方面也有良好的应用前景。本实用新型的特点如下:1、脉象压力传感器，具有灵敏度高，重复性好的特点，确保脉象的准确可靠测量；2、自动气体加压系统，模拟中医医师按脉指法的特点，自动采集不同按压下的脉象息;3、手腕仿真结构，可快速调节传感器感压面的位置，寻找最佳采集点，保证脉象的准确测量；4、可单机运行，也可联机操作。单机版自带大屏幕液晶屏，可动态实时显示脉象，同时有图像冻结、打印脉图等功能；5、可通过USB接口与PC机实现联机操作，PC机软件包含病人数据库系统，脉图实时显示，脉图存储，检测报告打印，脉图的位、数、形、势特征参数自动分析处理等功能，同时采用中医辨证思想进行健康评价；6、仪器操作简单，携 带方便；配套的计算机分析软件采用菜单、互交式处理方式，界面友好，功能完备。
图1是本实用新型的整体构成框图；图2是本实用新型中传感器接口电路的构成框图；图3是本实用新型中气路系统的构成示意图；图4是本实用新型中脉搏传感器的结构示意图。图中1:计算机2:气路系统3:脉搏传感器4:传感器接口电路5:A/D采集卡21:气泵22:泄气阀23:气囊24:电磁阀25:放气阀31:传感器壳体32:气路33:导线引出通道 34:气囊35:传感器36 第一贯通孔37:第二贯通孔41:恒流源[0049]42:前置放大器43:电压跟随器44:低通滤波器45:高通滤波器46:低通滤波器47:主放大器
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本实用新型的中医脉象采集装置做出详细说明。如图1所示，本实用新型的中医脉象采集装置，包括计算机1，还设置有依次连接的气路系统2、脉搏传感器3、传感器接口电路4、A/D采集卡5，所述的A/D采集卡5采用USB7360采集卡，所述的A/D采集卡5还分别连接气路系统2和计算机I。本实用新型的中医脉象采集装置中，脉搏传感器选择专用的脉象传感器，要求其稳定，重复性好，直流线性度高，输出信号稳定，干扰小；气路系统则分为气泵打气、电磁阀慢放气和气阀快放气三部分，计算机输出充气或放气的信号经A/D采集卡控制气路系统进行相应的动作；传感器接口电路则将脉搏传感器输出信号分为两路，直流取脉压力信号和交流脉搏波信号，对两路分别进行处理输出经A/D采集卡输入计算机，进行示波，存储，特征提取和脉象识别。如图2所示，所述的传感器接口电路4包括有用于向脉搏传感器3提供电源的恒流源41、与脉搏传感器3输出端相连的前置放大器42、分别与前置放大器42的输出端相连的电压跟随器43和高通滤波器45、与电压跟随器43的输出端相连的低通滤波器44、与高通滤波器45的输出端相连的低通滤波器46以及与低通滤波器46输出端相连的主放大器47，其中，所述的低通滤波器44的输出端连接A/D采集卡5的第一通道，所述的主放大器47的输出端连接A/D采集卡5的第二通道。
如图3所示，所述的气路系统2包括有通过气路相互连接的气泵21、泄气阀22、电磁阀24和气囊23，其中，所述的气泵21和电磁阀24分别通过A/D采集卡5接收计算机I的控制信号，所述的气囊23与所述的脉搏传感器3紧密接触，电磁阀还连接放气阀25。气泵21采用迷你气泵，气路系统分为气泵打气、电磁阀慢放气和气阀快放气三部分，计算机输出充气或放气的信号经A/D采集卡控制气路系统进行相应的动作。迷你气泵用于给整个气路系统打气，快速泄气阀用于快速放气，电磁阀和放气阀组成慢速放气单元，气囊上嵌有脉搏传感器，绑于人手腕处。如图4所示，所述的脉搏传感器3包括有传感器壳体31，所述的传感器壳体31侧壁的上部分形成有用于与气路系统2相连的气路32，传感器壳体31底部侧边形成有导线引出通道33，所述的传感器壳体31中心的轴向由上至下设置有气囊34和传感器35，所述的传感器采用型号为SMH-12的压力传感器。所述的气囊34与所述的气路32相连通，所述的传感器35的输出导线贯穿所述的导线引出通道33与A/D采集卡5相连接，所述传感器35的探头部分伸出传感器壳体31的底部与手腕紧密接触。所述的传感器壳体31的底部为能够与手腕接触的弧面结构，所述的传感器35的探头部分伸出传感器壳体31的弧面结构与手腕紧密接触。所述的传感器壳体31的顶端形成有第一贯通孔36，所述的传感器壳体31底部两侧对称的形成有第二贯通孔37，用于固定传感器的腕带依次贯穿所述的一个第二贯通孔37、第一贯通孔36和另一个第二贯通孔37。[0059]以往的脉象采集系统采集得到的脉象信号受人体轻微抖动影响大，并且在取脉压力逐级加大过程中，会出现不稳定不准确的问题。本实用新型将气囊与脉搏传感器粘贴在一起，置于人手桡动脉处，采用气体控制压力的方式可明显减小人体抖动对检测结果的影响，并通过计算机控制压力，可实现稳定的逐级加压。本实用新型的中医脉象采集装置工作时当需要增大取脉压力时，可打开气泵进行充气。气囊中气体量不断增加，使脉搏传感器压在人手腕脉搏的压力增大，当压力增大到所要求的值时，停止气泵，进行数据采集。当需要下降一个取脉压力单位时，可使用慢放气单元，慢放气单元的开启和关闭由电磁阀驱动电路控制，而放气阀则是等待其进气口的气体量到达一定压力值时就自动放气，放气量较小，当需要迅速放气时则使用到快速泄气阀单元，该单元由计算机控制，放气量大，速度快。该气路系统设计使气囊将传感器包裹压在人体桡动脉处，可使传感器牢固贴在人体皮肤上不受人体抖动等影响，可快速得到稳定的取脉压力。本实用新型的中医脉象采集装置的定标主要是取脉压力的定标。取脉压力是中医采集脉搏波和西医采集脉搏波的最主要的区别，中医认为在不同的取脉压力下，压力传感器在人手桡动脉处感测到的脉搏波压力大小也就不同，甚至波形也出现一定的差别。在最佳取脉压力下获得的脉搏波波形最能反应人体的生理状况。因此在中医方法下，取脉压力的定标具有很重要的意义和作用。中医是以重量单位g对取脉压力进行描述，一般以25g为一压力级别逐级加压采集脉搏波，分为25g、50g、75g、100g、125g、150g、175g、200g八个压力级别，在采集人体脉搏波时每一压力级别采集一段波形。本实用新型的中医脉象采集装置对取脉压力进行定标采用如下办法:将脉搏传感器静置于一水平桌面上，然后分别将上述8个重量的砝码平置于脉搏传感器上，在每个重量级别下等待IOs稳定后测量传感器接口电路的输出电压，记录8组数据，由于脉搏传感器是最佳匹配线性的，所以理论下测得的数据应该随着8个压力级别呈线性关系。
权利要求1.一种中医脉象采集装置，包括计算机(1)，其特征在于，还设置有依次连接的气路系统(2 )、脉搏传感器(3 )、传感器接口电路(4 )、A/D采集卡(5 )，所述的A/D采集卡(5 )还分别连接气路系统(2 )和计算机(I)。
2.根据权利要求1所述的中医脉象采集装置，其特征在于，所述的传感器接口电路(4)包括有用于向脉搏传感器(3)提供电源的恒流源(41)、与脉搏传感器(3)输出端相连的前置放大器(42)、分别与前置放大器(42)的输出端相连的电压跟随器(43)和高通滤波器(45)、与电压跟随器(43)的输出端相连的低通滤波器(44)、与高通滤波器(45)的输出端相连的低通滤波器(46)以及与低通滤波器(46)输出端相连的主放大器(47)，其中，所述的低通滤波器(44)的输出端连接A/D采集卡(5)的第一通道，所述的主放大器(47)的输出端连接A/D采集卡(5)的第二通道。
3.根据权利要求1所述的中医脉象采集装置，其特征在于，所述的气路系统(2)包括有通过气路相互连接的气泵(21)、泄气阀(22)、电磁阀(24)和气囊(23)，其中，所述的气泵(21)和电磁阀(24)分别通过A/D采集卡(5)接收计算机(I)的控制信号，所述的气囊(23)与所述的脉搏传感器(3)紧密接触，所述的电磁阀(24)还连接放气阀(25)。
4.根据权利要求1所述的中医脉象采集装置，其特征在于，所述的脉搏传感器(3)包括有传感器壳体(31)，所述的传感器壳体(31)侧壁的上部分形成有用于与气路系统(2)相连的气路(32)，传感器壳体(31)底部侧边形成有导线引出通道(33)，所述的传感器壳体(31)中心的轴向由上至下设置有气囊(34)和传感器(35)，所述的气囊(34)与所述的气路(32)相连通，所述的传感器(35)的输出导线贯穿所述的导线引出通道(33)与A/D采集卡(5)相连接，所述传感器(35)的探头部分伸出传感器壳体(31)的底部与手腕紧密接触。
5.根据权利要求4所述的中医脉象采集装置，其特征在于，所述的传感器壳体(31)的底部为能够与手腕接触的弧面结构，所述的传感器(35)的探头部分伸出传感器壳体(31)的弧面结构与手腕紧密接触。
6.根据权利要求4所述的中医脉象采集装置，其特征在于，所述的传感器壳体(31)的顶端形成有第一贯通孔(36)，所述的传感器壳体(31)底部两侧对称的形成有第二贯通孔(37)，用于固定传感器的腕带依次贯穿所述的一个第二贯通孔(37)、第一贯通孔(36)和另一个第二贯通孔(37)。
专利摘要一种中医脉象采集装置，包括计算机，还设置有依次连接的气路系统、脉搏传感器、传感器接口电路、A/D采集卡，A/D采集卡还分别连接气路系统和计算机。传感器接口电路连接脉搏传感器。传感器接口电路有恒流源、与脉搏传感器输出端相连的前置放大器、分别与前置放大器的输出端相连的电压跟随器和高通滤波器、与电压跟随器的输出端相连的低通滤波器、与高通滤波器的输出端相连的低通滤波器以及与低通滤波器输出端相连的主放大器。气路系统有通过气路相互连接的气泵、泄气阀、电磁阀和气囊。本实用新型可快速调节传感器感压面的位置，寻找最佳采集点，保证脉象的准确测量，能够实现对脉象的快速定位，且定位精度很高，在最短的时间内准确捕捉到脉象信息。
文档编号A61B5/02GK202960481SQ20122065065
公开日2013年6月5日 申请日期2012年11月30日 优先权日2012年11月30日
发明者王联 申请人:芜湖圣美孚科技有限公司