一種快速脈象採集裝置及控制方法
2023-05-18 08:44:06 1
一種快速脈象採集裝置及控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種快速脈象採集裝置及控制方法，裝置包括：上位機將控制命令下發到單片機控制模塊，單片機控制模塊驅動、控制自動加減壓模塊以「快速加壓——連續緩慢減壓」工作方式對脈搏壓力傳感器施加壓力，脈搏壓力傳感器將採集到的脈象信息通過信號調理電路傳輸至上位機；方法包括：上位機通過小波變換、默認閾值法得到高頻係數和低頻係數；並對其分別進行重構，通過曲線擬合獲取靜壓信號，且通過基線糾漂得到脈動壓；提取靜壓力值，即可得到壓力--主波峰值曲線，同時計算峰值最大值及其位置，得到最佳取脈壓力值下的脈波圖。本發明降低了回彈現象對脈象檢測的影響，增強了脈象檢測穩定性，縮短了脈象檢測時間，減小了脈象判讀誤差。
【專利說明】一種快速脈象採集裝置及控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及中醫脈象採集領域，尤其涉及一種快速脈象採集裝置及控制方法。
【背景技術】
[0002]中醫師診脈時，對脈管施加不同方向和大小的外力以感受脈管振動，指下感覺最明顯脈動部位時的取脈壓力即是最佳取脈壓力。最佳取脈壓力是醫生判定脈象「浮、中、沉」的主要依據，是中醫脈象儀準確區分脈位的重要參考指標。
[0003]現階段臨床上使用壓力傳感器，以正向加壓或梯度減壓的方式檢測脈象，但人體皮膚軟組織是一種可逆變的彈性體，當給皮膚施加壓力時，皮膚組織會產生反作用力，取脈壓力值時會發生「回彈現象」，即採集到的靜壓力(相當於中醫師切脈所施加的力)處在動態回彈變化中，導致脈象判別不準確，脈象檢測不穩定，同時，脈象採集時間較長。因此，在中醫脈診現代化研究及脈象儀產業化、推廣應用過程中，減少壓力傳感器採集脈象時產生的「回彈現象」，改善脈象檢測的不穩定性，縮短脈象檢測時間，減小脈象判讀的誤差，具有較大的價值與意義。
【發明內容】
[0004]本發明提供了一種快速脈象採集裝置及控制方法，本發明降低了回彈現象對脈象檢測的影響，增強了脈象檢測穩定性，縮短了脈象檢測時間，減小了脈象判讀誤差，詳見下文描述:
[0005]一種快速脈象採集裝置，包括:電源、機械結構部分和硬體電路控制部分，所述機械結構部分包括:導氣管、殼體、氣囊和腕帶；所述硬體電路控制部分包括:上位機、單片機控制模塊、信號調理電路、自動加減壓模塊和脈搏壓力傳感器；
[0006]所述殼體內設置有所述氣囊，在所述殼體上設置有所述腕帶，所述氣囊通過所述導氣管與所述自動加減壓模塊中的緩衝氣瓶連接；
[0007]所述上位機將控制命令下發到所述單片機控制模塊，所述單片機控制模塊驅動、控制所述自動加減壓模塊以「快速加壓一連續緩慢減壓」工作方式對所述脈搏壓力傳感器施加壓力，所述脈搏壓力傳感器將採集到的脈象信息通過所述信號調理電路傳輸至上位機。
[0008]所述電源由市網電壓、醫用隔離電源和穩壓電源組成，
[0009]所述市網電壓經所述醫用隔離電源隔離後，通過所述穩壓電源提供+12V、+5V工作電壓。
[0010]所述脈搏壓力傳感器設置在所述殼體的底部、所述氣囊的下部。所述自動加減壓模塊由緩衝氣瓶、微型氣泵、快放氣閥和慢放氣閥組成。
[0011]一種快速脈象採集裝置的控制方法，所述控制方法包括:
[0012]上位機通過小波分析對採集到的脈象信息進行預處理:採用默認閾值法對脈象數據進行去噪，選用Matlab小波分析對去噪後數據進行小波分解，得到高頻係數和低頻係數；
[0013]上位機對低頻係數和高頻係數分別進行小波重構，得到低頻信號和高頻信號；使用六次多項式函數對低頻信號進行曲線擬合，擬合後歸一化處理獲取靜壓信號；計算高頻信號每周期長度內數據點的最小值，用該周期內數據值減去最小值，即可去除基線偏移量，得到穩定的脈動壓；
[0014]上位機計算脈動壓每一周期的峰值及峰值位置，提取靜壓力值，即可得到壓力一主波峰值曲線，同時計算峰值最大值及其位置，即可得到最佳取脈壓力值下的脈波圖。
[0015]本發明提供的技術方案的有益效果是:
[0016]1、採用氣囊、緩衝氣瓶、快慢放氣閥和微型氣泵組成的自動加減壓模塊能實現快速脈象採集過程中的均勻、自動加減壓控制；
[0017]2、採用「快速加壓一連續緩慢減壓」的快速脈象信息採集方法能有效地減少壓力傳感器採集脈象時產生的「回彈現象」，改善脈象檢測的不穩定性，縮短脈象檢測時間，減小脈象判讀的誤差，實現脈象信息的準備、快速採集；
[0018]3、選用小波變換對採集到的脈象信息進行濾波消噪，在不損壞脈象信息的前提下，能有效地濾除信號噪聲，使脈波圖曲線更加平滑，有利於後期的信號處理；
[0019]4、採用小波 分解、係數重構等算法得到的最佳取脈壓力值及其下的脈波圖準確、可靠。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為一種快速脈象採集裝置的電路原理圖；
[0021]圖2為一種快速脈象採集裝置的機械結構圖；
[0022]圖3為快速採集方法的示意圖；
[0023]圖4為靜壓、脈動壓分離算法的示意圖；
[0024]圖5a為靜壓的曲線圖；圖5b為脈動壓的曲線圖；
[0025]圖6為壓力-主波峰值曲線圖；
[0026]圖7為最佳取脈壓力下的波形圖。
[0027]附圖中各部件的列表如下:
[0028]1:市網電壓；2:醫用隔離電源；
[0029]3:穩壓電源；4:上位機；
[0030]5:單片機控制模塊；6:信號調理電路；
[0031]7:自動加減壓模塊；8:脈搏壓力傳感器；
[0032]9:導氣管；10:殼體
[0033]11:氣囊；12:MH-1型脈搏壓力傳感器；
[0034]13:腕帶；14:快放氣閥；
[0035]15:微型氣泵；16:緩衝氣瓶；
[0036]17:慢放氣閥。
【具體實施方式】[0037]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面對本發明實施方式作進一步地詳細描述。
[0038]為了降低回彈現象對脈象檢測的影響，增強脈象檢測穩定性，縮短脈象檢測時間，減小脈象判讀誤差，本發明實施例提供了一種快速脈象採集裝置及控制方法，詳見下文描述:
[0039]參見圖1，該快速脈象採集裝置主要用於實現自動加減壓控制、快速提取脈象信息以及如何充分利用上位機數據存儲、數據處理功能實現上下位機通信、控制的問題。該快速脈象採集裝置由電源、機械結構部分和硬體電路控制部分組成。
[0040]其中，電源由市網電壓1、醫用隔離電源2和穩壓電源3組成，市網電壓I經醫用隔離電源2隔離後，通過穩壓電源3為整個快速採集裝置提供所需要的+12V、+5V工作電壓。
[0041]參見圖2，機械結構部分包括:導氣管9、殼體10、氣囊11、腕帶13，殼體10內設置有氣囊11，在殼體10上設置有腕帶13上，氣囊11通過導氣管9與自動加減壓模塊7中的緩衝氣瓶16連接。具體實現時，在殼體10的底部、氣囊11的下部設置有硬體電路控制部分中的脈搏壓力傳感器 8 (圖2中的脈搏壓力傳感器8為MH-1型脈搏壓力傳感器，用序號12表示)。
[0042]參見圖3，硬體電路控制部分包括:上位機4、單片機控制模塊5、信號調理電路6、自動加減壓模塊7和脈搏壓力傳感器8，上位機4將控制命令下發到單片機控制模塊5，單片機控制模塊5驅動、控制自動加減壓模塊7以「快速加壓一連續緩慢減壓」工作方式對脈搏壓力傳感器8施加壓力，脈搏壓力傳感器8將採集到的脈象信息通過信號調理電路6傳輸至上位機4。
[0043]其中，自動加減壓模塊7由緩衝氣瓶16、微型氣泵15、快放氣閥14和慢放氣閥17組成。上述電源提供的+5V工作電壓為單片機控制模塊5供電，+12V工作電壓為自動加減壓模塊7供電，市網電壓I經醫用隔離電源2隔離後的220V電壓直接為上位機4供電。
[0044]該快速脈象採集裝置的控制方法包括以下步驟:
[0045](I)上位機4通過小波分析對採集到的脈象信息進行預處理:採用默認閾值法對脈象數據進行去噪，選用Matlab小波分析工具箱中「db6」小波函數對去噪後數據進行小波分解(分解層數為8)，得到高頻係數和低頻係數；
[0046](2)上位機4對低頻係數和高頻係數分別進行小波重構，得到低頻信號和高頻信號；使用六次多項式函數對低頻信號進行曲線擬合，擬合後歸一化處理獲取靜壓信號；計算高頻信號每周期長度內數據點的最小值，用該周期內數據值減去最小值，即可去除基線偏移量，得到穩定的脈動壓；
[0047](3)上位機4計算脈動壓每一周期的峰值及峰值位置，提取靜壓力值，即可得到壓力一主波峰值曲線，同時計算峰值最大值及其位置，即可得到最佳取脈壓力值下的脈波圖。
[0048]下面結合圖3-圖7詳細描述本申請的操作過程:
[0049]為了有效地減低脈搏壓力傳感器8採集脈象時產生的「回彈現象」的影響，本發明實施例採用「快速加壓——連續緩慢減壓」的工作方式進行快速脈象信息採集，開始採集脈象信息時，微型氣泵15工作，氣囊11充氣，相當於給脈搏壓力傳感器8施加壓力；當快速加壓至最大取脈壓力時，微型氣泵15停止工作，慢放氣閥17開始工作；氣囊11開始緩慢放氣，取脈壓力緩慢減小，相當於減小施加到脈搏壓力傳感器8上的壓力，直至壓力值不再減小。
[0050]採集過程中，脈搏壓力傳感器8採集到的脈象信息通過信號調理電路6傳輸至上位機4，上位機4依託強大的數據處理和存儲功能對脈象信息進行處理:上位機4通過小波分析對快速採集到的脈象信息進行處理:採用默認閾值法對數據進行去噪後，進行8尺度的小波分解得到高頻係數和低頻係數；重構低頻係數後通過六次多項式函數曲線擬合、歸一化處理得到靜壓信號；重構高頻係數後通過基線糾漂得到穩定的脈動壓。得到的靜壓、脈動壓信號參見圖5。
[0051]通過計算脈動壓每一周期的峰值及峰值位置，提取靜壓力值，即可得到壓力一主波峰值曲線；計算脈動壓幅值最大值，得到最大值所對應的數據點，提取出該最大值所在一個周期的脈波圖；同時，從靜壓曲線中提取出該脈波圖所對應的取脈壓力值範圍，求取平均即得到最佳取脈壓力值，圖7給出了最佳取脈壓力下的脈波圖。
[0052]本發明實施例對各器件的型號除做特殊說明的以外，其他器件的型號不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。
[0053]綜上所述，由上位機、自動加減壓模塊和單片機控制模塊組成的快速中醫脈象採集裝置和方法，主要應用於中醫脈象信息的快速、全自動採集，具有採集時間段、採樣精度高、準確性好、穩定性強、人機界面友好等特點。
[0054]本領域技術人員可以理解附圖只是一個優選實施例的示意圖，上述本發明實施例序號僅僅為了描述，不代表實施例的優劣。
[0055]以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所 作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種快速脈象採集裝置，包括:電源、機械結構部分和硬體電路控制部分，其特徵在於，所述機械結構部分包括:導氣管、殼體、氣囊和腕帶；所述硬體電路控制部分包括:上位機、單片機控制模塊、信號調理電路、自動加減壓模塊和脈搏壓力傳感器； 所述殼體內設置有所述氣囊，在所述殼體上設置有所述腕帶，所述氣囊通過所述導氣管與所述自動加減壓模塊中的緩衝氣瓶連接； 所述上位機將控制命令下發到所述單片機控制模塊，所述單片機控制模塊驅動、控制所述自動加減壓模塊以「快速加壓一連續緩慢減壓」工作方式對所述脈搏壓力傳感器施加壓力，所述脈搏壓力傳感器將採集到的脈象信息通過所述信號調理電路傳輸至上位機。
2.根據權利要求1所述的一種快速脈象採集裝置，其特徵在於，所述電源由市網電壓、醫用隔離電源和穩壓電源組成， 所述市網電壓經所述醫用隔離電源隔離後，通過所述穩壓電源提供+12V、+5V工作電壓。
3.根據權利要求1所述的一種快速脈象採集裝置，其特徵在於，所述脈搏壓力傳感器設置在所述殼體的底部、所述氣囊的下部。
4.根據權利要求1所述的一種快速脈象採集裝置，其特徵在於，所述自動加減壓模塊由緩衝氣瓶、微型氣泵、快放氣閥和慢放氣閥組成。
5.一種用於權利要求1-4中任一權利要求所述的快速脈象採集裝置的控制方法，其特徵在於，所述控制方法包括: 上位機通過小波分析對採集到的脈象信息進行處理:採用默認閾值法對脈象數據進行去噪，選用Matlab小波分析對去噪後數據進行小波分解，得到高頻係數和低頻係數； 上位機對低頻係數和高頻係數分別進行小波重構，得到低頻信號和高頻信號；使用六次多項式函數對低頻信號進行曲線擬合，擬合後歸一化處理獲取靜壓信號；計算高頻信號每周期長度內數據點的最小值，用該周期內數據值減去最小值，即去除基線偏移量，得到穩定的脈動壓； 上位機計算脈動壓每一周期的峰值及峰值位置，提取靜壓力值，即可得到壓力一主波峰值曲線，同時計算峰值最大值及其 位置，即可得到最佳取脈壓力值下的脈波圖。
【文檔編號】A61B5/02GK103845043SQ201410089786
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年3月12日 優先權日:2014年3月12日
【發明者】王學民, 宋鵬, 周鵬, 王玥, 陸小左 申請人:天津大學