一種快速脈象采集裝置及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種快速脈象采集裝置及控制方法，裝置包括：上位機(jī)將控制命令下發(fā)到單片機(jī)控制模塊，單片機(jī)控制模塊驅(qū)動(dòng)、控制自動(dòng)加減壓模塊以“快速加壓——連續(xù)緩慢減壓”工作方式對(duì)脈搏壓力傳感器施加壓力，脈搏壓力傳感器將采集到的脈象信息通過(guò)信號(hào)調(diào)理電路傳輸至上位機(jī)；方法包括：上位機(jī)通過(guò)小波變換、默認(rèn)閾值法得到高頻系數(shù)和低頻系數(shù)；并對(duì)其分別進(jìn)行重構(gòu)，通過(guò)曲線擬合獲取靜壓信號(hào)，且通過(guò)基線糾漂得到脈動(dòng)壓；提取靜壓力值，即可得到壓力--主波峰值曲線，同時(shí)計(jì)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(fā)明降低了回彈現(xiàn)象對(duì)脈象檢測(cè)的影響，增強(qiáng)了脈象檢測(cè)穩(wěn)定性，縮短了脈象檢測(cè)時(shí)間，減小了脈象判讀誤差。
【專利說(shuō)明】一種快速脈象采集裝置及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及中醫(yī)脈象采集領(lǐng)域，尤其涉及一種快速脈象采集裝置及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]中醫(yī)師診脈時(shí)，對(duì)脈管施加不同方向和大小的外力以感受脈管振動(dòng)，指下感覺(jué)最明顯脈動(dòng)部位時(shí)的取脈壓力即是最佳取脈壓力。最佳取脈壓力是醫(yī)生判定脈象“浮、中、沉”的主要依據(jù)，是中醫(yī)脈象儀準(zhǔn)確區(qū)分脈位的重要參考指標(biāo)。
[0003]現(xiàn)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(cè)脈象，但人體皮膚軟組織是一種可逆變的彈性體，當(dāng)給皮膚施加壓力時(shí)，皮膚組織會(huì)產(chǎn)生反作用力，取脈壓力值時(shí)會(huì)發(fā)生“回彈現(xiàn)象”，即采集到的靜壓力(相當(dāng)于中醫(yī)師切脈所施加的力)處在動(dòng)態(tài)回彈變化中，導(dǎo)致脈象判別不準(zhǔn)確，脈象檢測(cè)不穩(wěn)定，同時(shí)，脈象采集時(shí)間較長(zhǎng)。因此，在中醫(yī)脈診現(xiàn)代化研究及脈象儀產(chǎn)業(yè)化、推廣應(yīng)用過(guò)程中，減少壓力傳感器采集脈象時(shí)產(chǎn)生的“回彈現(xiàn)象”，改善脈象檢測(cè)的不穩(wěn)定性，縮短脈象檢測(cè)時(shí)間，減小脈象判讀的誤差，具有較大的價(jià)值與意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種快速脈象采集裝置及控制方法，本發(fā)明降低了回彈現(xiàn)象對(duì)脈象檢測(cè)的影響，增強(qiáng)了脈象檢測(cè)穩(wěn)定性，縮短了脈象檢測(cè)時(shí)間，減小了脈象判讀誤差，詳見(jiàn)下文描述:
[0005]一種快速脈象采集裝置，包括:電源、機(jī)械結(jié)構(gòu)部分和硬件電路控制部分，所述機(jī)械結(jié)構(gòu)部分包括:導(dǎo)氣管、殼體、氣囊和腕帶；所述硬件電路控制部分包括:上位機(jī)、單片機(jī)控制模塊、信號(hào)調(diào)理電路、自動(dòng)加減壓模塊和脈搏壓力傳感器；
[0006]所述殼體內(nèi)設(shè)置有所述氣囊，在所述殼體上設(shè)置有所述腕帶，所述氣囊通過(guò)所述導(dǎo)氣管與所述自動(dòng)加減壓模塊中的緩沖氣瓶連接；
[0007]所述上位機(jī)將控制命令下發(fā)到所述單片機(jī)控制模塊，所述單片機(jī)控制模塊驅(qū)動(dòng)、控制所述自動(dòng)加減壓模塊以“快速加壓一連續(xù)緩慢減壓”工作方式對(duì)所述脈搏壓力傳感器施加壓力，所述脈搏壓力傳感器將采集到的脈象信息通過(guò)所述信號(hào)調(diào)理電路傳輸至上位機(jī)。
[0008]所述電源由市網(wǎng)電壓、醫(yī)用隔離電源和穩(wěn)壓電源組成，
[0009]所述市網(wǎng)電壓經(jīng)所述醫(yī)用隔離電源隔離后，通過(guò)所述穩(wěn)壓電源提供+12V、+5V工作電壓。
[0010]所述脈搏壓力傳感器設(shè)置在所述殼體的底部、所述氣囊的下部。所述自動(dòng)加減壓模塊由緩沖氣瓶、微型氣泵、快放氣閥和慢放氣閥組成。
[0011]一種快速脈象采集裝置的控制方法，所述控制方法包括:
[0012]上位機(jī)通過(guò)小波分析對(duì)采集到的脈象信息進(jìn)行預(yù)處理:采用默認(rèn)閾值法對(duì)脈象數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪，選用Matlab小波分析對(duì)去噪后數(shù)據(jù)進(jìn)行小波分解，得到高頻系數(shù)和低頻系數(shù)；
[0013]上位機(jī)對(duì)低頻系數(shù)和高頻系數(shù)分別進(jìn)行小波重構(gòu)，得到低頻信號(hào)和高頻信號(hào)；使用六次多項(xiàng)式函數(shù)對(duì)低頻信號(hào)進(jìn)行曲線擬合，擬合后歸一化處理獲取靜壓信號(hào)；計(jì)算高頻信號(hào)每周期長(zhǎng)度內(nèi)數(shù)據(jù)點(diǎn)的最小值，用該周期內(nèi)數(shù)據(jù)值減去最小值，即可去除基線偏移量，得到穩(wěn)定的脈動(dòng)壓；
[0014]上位機(jī)計(jì)算脈動(dòng)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(shí)計(jì)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(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是:
[0016]1、采用氣囊、緩沖氣瓶、快慢放氣閥和微型氣泵組成的自動(dòng)加減壓模塊能實(shí)現(xiàn)快速脈象采集過(guò)程中的均勻、自動(dòng)加減壓控制；
[0017]2、采用“快速加壓一連續(xù)緩慢減壓”的快速脈象信息采集方法能有效地減少壓力傳感器采集脈象時(shí)產(chǎn)生的“回彈現(xiàn)象”，改善脈象檢測(cè)的不穩(wěn)定性，縮短脈象檢測(cè)時(shí)間，減小脈象判讀的誤差，實(shí)現(xiàn)脈象信息的準(zhǔn)備、快速采集；
[0018]3、選用小波變換對(duì)采集到的脈象信息進(jìn)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(hào)噪聲，使脈波圖曲線更加平滑，有利于后期的信號(hào)處理；
[0019]4、采用小波 分解、系數(shù)重構(gòu)等算法得到的最佳取脈壓力值及其下的脈波圖準(zhǔn)確、可靠。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為一種快速脈象采集裝置的電路原理圖；
[0021]圖2為一種快速脈象采集裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖；
[0022]圖3為快速采集方法的示意圖；
[0023]圖4為靜壓、脈動(dòng)壓分離算法的示意圖；
[0024]圖5a為靜壓的曲線圖；圖5b為脈動(dòng)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(wǎng)電壓；2:醫(yī)用隔離電源；
[0029]3:穩(wěn)壓電源；4:上位機(jī)；
[0030]5:單片機(jī)控制模塊；6:信號(hào)調(diào)理電路；
[0031]7:自動(dòng)加減壓模塊；8:脈搏壓力傳感器；
[0032]9:導(dǎo)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:緩沖氣瓶；
[0036]17:慢放氣閥。
【具體實(shí)施方式】[0037]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0038]為了降低回彈現(xiàn)象對(duì)脈象檢測(cè)的影響，增強(qiáng)脈象檢測(cè)穩(wěn)定性，縮短脈象檢測(cè)時(shí)間，減小脈象判讀誤差，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種快速脈象采集裝置及控制方法，詳見(jiàn)下文描述:
[0039]參見(jiàn)圖1，該快速脈象采集裝置主要用于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加減壓控制、快速提取脈象信息以及如何充分利用上位機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理功能實(shí)現(xiàn)上下位機(jī)通信、控制的問(wèn)題。該快速脈象采集裝置由電源、機(jī)械結(jié)構(gòu)部分和硬件電路控制部分組成。
[0040]其中，電源由市網(wǎng)電壓1、醫(yī)用隔離電源2和穩(wěn)壓電源3組成，市網(wǎng)電壓I經(jīng)醫(yī)用隔離電源2隔離后，通過(guò)穩(wěn)壓電源3為整個(gè)快速采集裝置提供所需要的+12V、+5V工作電壓。
[0041]參見(jiàn)圖2，機(jī)械結(jié)構(gòu)部分包括:導(dǎo)氣管9、殼體10、氣囊11、腕帶13，殼體10內(nèi)設(shè)置有氣囊11，在殼體10上設(shè)置有腕帶13上，氣囊11通過(guò)導(dǎo)氣管9與自動(dòng)加減壓模塊7中的緩沖氣瓶16連接。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，在殼體10的底部、氣囊11的下部設(shè)置有硬件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(hào)12表示)。
[0042]參見(jiàn)圖3，硬件電路控制部分包括:上位機(jī)4、單片機(jī)控制模塊5、信號(hào)調(diào)理電路6、自動(dòng)加減壓模塊7和脈搏壓力傳感器8，上位機(jī)4將控制命令下發(fā)到單片機(jī)控制模塊5，單片機(jī)控制模塊5驅(qū)動(dòng)、控制自動(dòng)加減壓模塊7以“快速加壓一連續(xù)緩慢減壓”工作方式對(duì)脈搏壓力傳感器8施加壓力，脈搏壓力傳感器8將采集到的脈象信息通過(guò)信號(hào)調(diào)理電路6傳輸至上位機(jī)4。
[0043]其中，自動(dòng)加減壓模塊7由緩沖氣瓶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(jī)控制模塊5供電，+12V工作電壓為自動(dòng)加減壓模塊7供電，市網(wǎng)電壓I經(jīng)醫(yī)用隔離電源2隔離后的220V電壓直接為上位機(jī)4供電。
[0044]該快速脈象采集裝置的控制方法包括以下步驟:
[0045](I)上位機(jī)4通過(guò)小波分析對(duì)采集到的脈象信息進(jìn)行預(yù)處理:采用默認(rèn)閾值法對(duì)脈象數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪，選用Matlab小波分析工具箱中“db6”小波函數(shù)對(duì)去噪后數(shù)據(jù)進(jìn)行小波分解(分解層數(shù)為8)，得到高頻系數(shù)和低頻系數(shù)；
[0046](2)上位機(jī)4對(duì)低頻系數(shù)和高頻系數(shù)分別進(jìn)行小波重構(gòu)，得到低頻信號(hào)和高頻信號(hào)；使用六次多項(xiàng)式函數(shù)對(duì)低頻信號(hào)進(jìn)行曲線擬合，擬合后歸一化處理獲取靜壓信號(hào)；計(jì)算高頻信號(hào)每周期長(zhǎng)度內(nèi)數(shù)據(jù)點(diǎn)的最小值，用該周期內(nèi)數(shù)據(jù)值減去最小值，即可去除基線偏移量，得到穩(wěn)定的脈動(dòng)壓；
[0047](3)上位機(jī)4計(jì)算脈動(dòng)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(shí)計(jì)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(jié)合圖3-圖7詳細(xì)描述本申請(qǐng)的操作過(guò)程:
[0049]為了有效地減低脈搏壓力傳感器8采集脈象時(shí)產(chǎn)生的“回彈現(xiàn)象”的影響，本發(fā)明實(shí)施例采用“快速加壓——連續(xù)緩慢減壓”的工作方式進(jìn)行快速脈象信息采集，開(kāi)始采集脈象信息時(shí)，微型氣泵15工作，氣囊11充氣，相當(dāng)于給脈搏壓力傳感器8施加壓力；當(dāng)快速加壓至最大取脈壓力時(shí)，微型氣泵15停止工作，慢放氣閥17開(kāi)始工作；氣囊11開(kāi)始緩慢放氣，取脈壓力緩慢減小，相當(dāng)于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]采集過(guò)程中，脈搏壓力傳感器8采集到的脈象信息通過(guò)信號(hào)調(diào)理電路6傳輸至上位機(jī)4，上位機(jī)4依托強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)功能對(duì)脈象信息進(jìn)行處理:上位機(jī)4通過(guò)小波分析對(duì)快速采集到的脈象信息進(jìn)行處理:采用默認(rèn)閾值法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪后，進(jìn)行8尺度的小波分解得到高頻系數(shù)和低頻系數(shù)；重構(gòu)低頻系數(shù)后通過(guò)六次多項(xiàng)式函數(shù)曲線擬合、歸一化處理得到靜壓信號(hào)；重構(gòu)高頻系數(shù)后通過(guò)基線糾漂得到穩(wěn)定的脈動(dòng)壓。得到的靜壓、脈動(dòng)壓信號(hào)參見(jiàn)圖5。
[0051]通過(guò)計(jì)算脈動(dòng)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(jì)算脈動(dòng)壓幅值最大值，得到最大值所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)，提取出該最大值所在一個(gè)周期的脈波圖；同時(shí)，從靜壓曲線中提取出該脈波圖所對(duì)應(yīng)的取脈壓力值范圍，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(fā)明實(shí)施例對(duì)各器件的型號(hào)除做特殊說(shuō)明的以外，其他器件的型號(hào)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(jī)、自動(dòng)加減壓模塊和單片機(jī)控制模塊組成的快速中醫(yī)脈象采集裝置和方法，主要應(yīng)用于中醫(yī)脈象信息的快速、全自動(dòng)采集，具有采集時(shí)間段、采樣精度高、準(zhǔn)確性好、穩(wěn)定性強(qiáng)、人機(jī)界面友好等特點(diǎn)。
[0054]本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解附圖只是一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的示意圖，上述本發(fā)明實(shí)施例序號(hào)僅僅為了描述，不代表實(shí)施例的優(yōu)劣。
[0055]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所 作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種快速脈象采集裝置，包括:電源、機(jī)械結(jié)構(gòu)部分和硬件電路控制部分，其特征在于，所述機(jī)械結(jié)構(gòu)部分包括:導(dǎo)氣管、殼體、氣囊和腕帶；所述硬件電路控制部分包括:上位機(jī)、單片機(jī)控制模塊、信號(hào)調(diào)理電路、自動(dòng)加減壓模塊和脈搏壓力傳感器； 所述殼體內(nèi)設(shè)置有所述氣囊，在所述殼體上設(shè)置有所述腕帶，所述氣囊通過(guò)所述導(dǎo)氣管與所述自動(dòng)加減壓模塊中的緩沖氣瓶連接； 所述上位機(jī)將控制命令下發(fā)到所述單片機(jī)控制模塊，所述單片機(jī)控制模塊驅(qū)動(dòng)、控制所述自動(dòng)加減壓模塊以“快速加壓一連續(xù)緩慢減壓”工作方式對(duì)所述脈搏壓力傳感器施加壓力，所述脈搏壓力傳感器將采集到的脈象信息通過(guò)所述信號(hào)調(diào)理電路傳輸至上位機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速脈象采集裝置，其特征在于，所述電源由市網(wǎng)電壓、醫(yī)用隔離電源和穩(wěn)壓電源組成， 所述市網(wǎng)電壓經(jīng)所述醫(yī)用隔離電源隔離后，通過(guò)所述穩(wěn)壓電源提供+12V、+5V工作電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速脈象采集裝置，其特征在于，所述脈搏壓力傳感器設(shè)置在所述殼體的底部、所述氣囊的下部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速脈象采集裝置，其特征在于，所述自動(dòng)加減壓模塊由緩沖氣瓶、微型氣泵、快放氣閥和慢放氣閥組成。
5.一種用于權(quán)利要求1-4中任一權(quán)利要求所述的快速脈象采集裝置的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括: 上位機(jī)通過(guò)小波分析對(duì)采集到的脈象信息進(jìn)行處理:采用默認(rèn)閾值法對(duì)脈象數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪，選用Matlab小波分析對(duì)去噪后數(shù)據(jù)進(jìn)行小波分解，得到高頻系數(shù)和低頻系數(shù)； 上位機(jī)對(duì)低頻系數(shù)和高頻系數(shù)分別進(jìn)行小波重構(gòu)，得到低頻信號(hào)和高頻信號(hào)；使用六次多項(xiàng)式函數(shù)對(duì)低頻信號(hào)進(jìn)行曲線擬合，擬合后歸一化處理獲取靜壓信號(hào)；計(jì)算高頻信號(hào)每周期長(zhǎng)度內(nèi)數(shù)據(jù)點(diǎn)的最小值，用該周期內(nèi)數(shù)據(jù)值減去最小值，即去除基線偏移量，得到穩(wěn)定的脈動(dòng)壓； 上位機(jī)計(jì)算脈動(dòng)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(shí)計(jì)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(hào)】A61B5/02GK103845043SQ201410089786
【公開(kāi)日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2014年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月12日
【發(fā)明者】王學(xué)民, 宋鵬, 周鵬, 王玥, 陸小左 申請(qǐng)人:天津大學(xué)