CN103040448A - 一种脉象仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种脉象仪，包括机架、以及三个相同且相互独立的测量头，每一个测量头都包括测力传感器、预压力调整机构和测量压头，测力传感器的固定端固定在机架上，预压力调整机构联接在测力传感器的测量端；预压力调整机构包括支架、可正反向旋转的电机、丝杠和螺母，电机安装在支架上，丝杠与电机的电机轴同步转动，丝杠的一端通过滚动轴承支撑在支架上；测量压头固定在螺母上，螺母与丝杠构成螺旋运动配合，丝杠的旋转运动转换为螺母沿丝杠的直线运动，驱动测量压头在直线方向上移动。本发明中，手臂对测量压头的作用力能被测力传感器精确地测出，脉象仪具有更好的重复测量精度、以及更高的系统测量精度。

Description

一种脉象仪

技术领域

本发明属于医学诊断仪器的技术领域，具体涉及一种脉象仪。

背景技术

脉象是中医诊断学名词。依靠手指对患者的桡动脉进行脉诊，即俗称的号脉，是传统中医实施疾病诊断的重要手段之一。中医通过手指对患者桡动脉施以不同的压触力，并分别在这些不同的压力状态下感知患者的脉搏搏动情况。获得中医所称的脉象。包括频率、节律、充盈度、通畅的情况、动势的和缓、波动的幅度等。根据传统中医理论，脉象的形成，与脏腑气血关系密切。如心主血脉，肺朝百脉，脾统血，肝藏血，肾精化血等功能变化，均可导致脉象的改变，故不同的脉象可反映出脏腑气血的生理及病理变化。

目前，关于中医脉诊仪器化的研究开发已经有不少成果，并且已经有不少类型的专利和产品问世，中国专利200920074537.7发明了一种腕式脉诊仪，通过尼龙绑带将包括一个传感器组件的定位组件对准脉搏位置固定在手腕上，进行脉象检测。中国专利200710181321.6发明了一种可以进行频谱分析的脉诊仪，一个用于拾取脉象的片式脉动感测传感器置于一个推力计的推杆底端，推力计置于一个调整支架上，通过调整推杆的位置可以将脉动感测传感器相对于待测部位准确定位，并调整作用于待测部位的压力，测取脉象数据，对所获得的脉象数据通过计算机进行频谱分析，获取诊断结果。

中国上海中医药大学研制生产的ZM-III型脉象仪，采用单压头脉象换能器、能自动采集脉象信号，用于无创性脉象检测。换能器可根据需要安放在桡动脉寸、关、尺任何一部检测脉象信息。

已有脉象仪技术中用于测量脉搏搏动力的力传感器主要有两种，压电薄膜动态力传感器和应变式测力传感器，压电薄膜测力传感器主要用于测动态作用力，对于脉搏波动响应比较好，但是力的测量准确度水平比较低；应变式测力传感器可以实现非常高的力测量准确度，但是其准确度水平跟所采用的弹性梁尺寸和结构形式有密切关系。

中国专利申请号为201110264635.9的发明申请公开了快速定位的三部多点压力脉象仪，通过一些复杂的机械传动机构调整测量压头与桡动脉测量点的位置对应，实现把脉点的快速定位。

但是，申请号为201110264635.9的发明申请的快速定位的三部多点压力脉象仪所用的测力传感器置于测量探头的端部，由于中医诊脉的寸关尺三个部位间距仅有两个厘米左右，为了保证三部探头之间不发生触碰，实现彼此独立测量，其所用的传感器的尺寸和结构形式都受到局限。所述专利中的实施例中所采用的测力传感器的主梁是一个尺寸仅有14毫米长，6毫米宽，0.8毫米厚的薄片式弹性梁，这种结构的应变式测力传感器的线性度比较低，而且对力作用点的位置敏感度比较高，一方面测力的准确度难以达到较高的水平，另一方面，当进行多次重复测量时，由于前后两次加载时的细微位置偏差会可能导致传感器输出明显变化，会导致前后两次测量的结果出现差异，测量结果的重复性较低。

发明内容

为了克服前述现有技术的不足，进一步提升脉象提取的准确度水平，本发明提供了一种脉象仪，采用了新的系统架构和高精度的测力传感器，以提高测量压头对桡动脉施加的预压力的控制、测量精度和脉搏力的测量精度。

一种脉象仪，包括机架、以及三个相同且相互独立的测量头，每一个测量头都包括测力传感器、预压力调整机构和测量压头，测力传感器的固定端固定在机架上，预压力调整机构联接在测力传感器的测量端；所述预压力调整机构包括支架、可正反向旋转的电机、丝杠和螺母，所述电机安装在所述支架上，所述丝杠与电机的电机轴同步转动，所述丝杠的一端通过滚动轴承支撑在支架上；所述测量压头固定在所述螺母上，所述螺母与丝杠构成螺旋运动配合，所述丝杠的旋转运动转换为螺母沿所述丝杠的直线运动，驱动测量压头在所述直线方向上移动。

所述微型电极可以是步进电机、伺服电机或是符合控制要求和尺寸要求的其它类型的电机。

三个相同且相互独立的测量头分别对应中医诊脉时所接触的寸关尺三个部位，预压力调整机构联接到测力传感器的测量端的方式为：通过螺钉或其它联接方式；测量时压头压触在相关穴位，脉搏压力作用于测量压头，再经过预压力调整机构的传递作用到传感器的测量端，提供后续仪表测量。

在可选方案中，所述预压力调整机构还包括光轴、滑块和拨叉，所述光轴的两端固定在所述支架上，所述光轴的轴线与所述丝杠的轴线平行，所述滑块可在所述光轴上滑动，所述测量压头固定在所述滑块上；所述滑块上设有与拨叉的叉指配合的槽，所述拨叉的叉指插入所述滑块的配合槽内，所述拨叉的固定端固定在所述螺母上、或者所述拨叉的固定端与所述螺母做成一体。

在可选方案中，所述预压力调整机构还包括光轴、滑块和拨叉，所述光轴的两端固定在所述支架上，所述光轴的轴线与所述丝杠的轴线平行，所述滑块可在所述光轴上滑动，所述测量压头固定在所述滑块上；所述螺母上设有与拨叉的叉指配合的槽，所述拨叉的叉指插入所述螺母的配合槽内，所述拨叉的固定端固定在所述滑块上、或者所述拨叉的固定端与所述滑块做成一体，实现预压力的调整。

在可选方案中，所述丝杠通过联轴器与所述电机的电机轴联接，或者所述电机轴和丝杠做成一体。

在更优的方案中，所述预压力调整机构还包括一个预紧弹簧，所述预紧弹簧的一端固定在支架上，另一端固定在所述测量压头上，所述预紧弹簧的预紧力方向与脉搏力对测量压头的作用力的方向一致，以使所述预压力调整机构中的相互配合部件之间在所述作用力的方向上保持相互压紧，消除零件间的运动间隙对测量结果的影响，保证脉搏压力通过测量压头达到测力传感器的测量端的可靠传递。

 

本发明的脉象仪具备测量压头预压力测量、调整和脉搏力检测两个功能，其中预压力调整功能模仿医师的把脉手法，通过电机和螺旋传动机构的运动控制，调整测量压头相对于被测者的脉位的相对位置，实现预压力的调整和控制。测量压头下压过程所受到手臂对其的反作用力即对应医师诊脉时的指压力，通过一个高精度的弹性适中的双孔梁式测力传感器来检测，实现预压力（把脉力）的定量化、数字化；与此同时，脉搏的搏动信息也通过同一个测力传感器检测记录下来。

模拟指压力控制的预压力调整机构的运动控制和脉搏搏动信息的测量记录可以由操作员通过一台计算机或是其他独立仪表实现，也可以通过编制相应的软件按一定的流程和判断标准实现自动化。

测量压头作用于被测试者手腕处的预压力信号和脉搏搏动信号本质上是同一个测试点的作用力，但是包含了不同的信息，因此分属于两个信息范畴，计算机将两个信息做融合处理，模拟医师用手诊脉时会不断调整指压力以获取更清晰和更丰富的脉象信息的过程。

当预压力由零逐渐增大至阻断桡动脉血流时，相应部位的脉搏波信号的幅值也将经历一个从零逐渐增大直至达到最大值然后逐渐降低至接近零。这个区间一定存在一个相对适宜的预压力水平，使得采集到的脉象信息更清晰、更准确。

本发明提供的脉象仪将包含三个完全相同且相互独立的测量系统，分别用于寸、关、尺三个测脉部位的独立检测；每个单元都具有独立的预压力调整和压力检测功能，三个单元的预压力信息和预压力调整机构的控制都可以汇聚到一台计算机或仪表上实施运动的控制和信号检测。计算机实时监测测量压头所感受的脉搏压力，通过脉象曲线特征的提取并结合人工智能判断，选择最佳的取脉的预压力，以获得最佳的信号提取效果。

上述检测控制过程采用了一个闭环智能反馈控制，可以实现对预压力的精确控制，且有良好的可重复性。

系统中的测力传感器可以采用高精度、高稳定性的双孔梁式测力传感器，具有良好的测量准确度和可重复性，结合预压力调整机构的精确控制，可以精确再现不同预压力水平下的脉象信息，以供医师诊断。

本发明的有益效果是：由于预压力调整机构作为一个整体固定在测力传感器的测量端，手臂对测量压头的作用力能够完全传递到测力传感器的测量端，从而能被测力传感器精确地测出；所采用的系统布置方式给测力传感器提供了足够大的空间，可以选用高精度的测力传感器，特别是具有良好抗偏载性能的双孔梁式测力传感器，因而能够获得更好的重复测量精度；通过预紧弹簧的作用，消除拨叉与滑块之间的间隙，进一步减小了测力失真的可能，也进一步提高了系统测量精度。

附图说明

图1是本发明一种实施例的脉象仪包含局部剖视的正视结构示意图；

图2是图1所示的脉象仪的侧视结构示意图；

图3是图1所示的脉象仪的一个测量头的局部剖视示意图；

图4是本发明一种实施例的控制系统框图；

图5是本发明一种实施例的硬件连接示意图。

附图中的标记说明：

测量压头1（包括测量压头1a，测量压头1b，测量压头1c），滑块3，光轴4，拨叉5，螺母6，丝杠7，联轴器8，步进电机9（包括步进电机9a，步进电机9b，步进电机9c），电机轴91，支架10（包括上支架101、下支架102，以及连接上支架101和下支架102的连接支架103），预紧弹簧11，测力传感器12，机架13，底板14，底壳15。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的具体实施例作进一步详细说明。

如图1至3所示，一种实施例的脉象仪，包括机架13、以及三个结构都相同且相互独立的测量头，其中一个测量头包括步进电机9a和测量压头1a，另一个测量头包括步进电机9b和测量压头1b，还有一个测量头包括步进电机9c和测量压头1c，为了简洁起见，以下只对其中一个测量头进行详细描述：测量头包括测力传感器12、预压力调整机构A和测量压头1a，测力传感器12的固定端121固定在机架13上，预压力调整机构A联接在测力传感器12的测量端122；预压力调整机构A包括支架10、可正反向旋转的步进电机9a、丝杠7和螺母6，步进电机9a安装在支架10上，支架10固定在测力传感器12的测量端122，丝杠7与步进电机9a的电机轴91保持同步转动，丝杠7的一端通过联轴器8与电机轴91联接，或者电机轴91与丝杠7做成一体而形成联接，丝杠7的另一端通过滚动轴承支撑在支架10上；测量压头1a与螺母6在丝杠7的轴线方向上保持相对固定，螺母6与丝杠7构成螺旋运动配合；当步进电机9a的轴转动时，带动丝杠7同步转动，而丝杠7的旋转运动则转换为螺母6沿丝杠7的直线运动，从而丝杠7驱动测量压头1a在所述直线方向上移动，调整测量压头1a相对被测量人体手臂的趋近程度，以实现诊脉预压力的调整。由于预压力调整机构A作为一个整体固定在测力传感器12的测量端122，作用于测量压头1a的脉搏压力F能够完全传递到测力传感器12的测量端122，从而能被测力传感器12精确地测出。选用高精度的测力传感器12，可实现对脉搏压力F的精确测量。

测力传感器12可以采用双孔梁式测力传感器，这种结构类型的测力传感器的一个突出优点是对偏载的敏感性很低，力作用点的小范围变化不影响测量结果。用于本发明的实施例，可以消除重复测量时测量压头1a作用点位置变化的影响，因而可获得很好的重复测量精度。原因是，第一次测量后，测量压头1a退出并与手臂脱离接触，再做第二次测量时，测量压头1a重新下压，第二次下压的在手臂上的测量点位置是很难做到与前一次的测量点完全一致，也就是说在重复测量过程中，测量点的移位是不可避免的，但由于本发明实施例所用的测力传感器12对测量点的移位不敏感，前后测量的结果具有更高的一致性，而申请号为201110264635.9的发明申请的脉象仪中的测力传感器主梁采用的是薄板，这种结构对于作用于该传感器的加力点位置比较敏感，也就是说即使同样的力，当有细微的偏位，前后的测量结果也会有明显变化，因此，该专利申请的测量结果的重复性精度较差。

测量压头1a作为在诊脉过程中取代医师手指的部件，宜采用非金属材料，若采用金属材料，则在接触人体时测量压头1a的金属材料的快速导热会给测试者带来不适。测量压头1a宜采用直径10mm左右的圆柱体，其与测试者接触的端部为球面或者圆柱面。

在一个可选的方案中，在测量压头1a直接固定在螺母6的情况下，当丝杠7转动时，为了防止螺母6和测量压头1a旋转，可以在丝杠7的两侧设置限位件以防止螺母6转动，也可以在测量压头1a的两侧设置限位件防止测量压头1a的转动。

在另一个可选的方案中，脉象仪的预压力调整机构A还包括滑块3、光轴4和拨叉5，光轴4的两端分别固定在支架10上，光轴4的轴线与丝杠7的轴线平行，滑块3可在光轴4上滑动，测量压头1a固定在滑块3上，滑块3上设有与拨叉5的叉指配合的槽，拨叉5的叉指插入滑块3的配合槽内，拨叉5的固定端固定在螺母6上，当然，拨叉5的固定端与螺母6也可以做成一体。拨叉5、以及滑块3上的槽是平行于丝杠7的径向的，拨叉5可以在槽内运动，这样，即可以保证滑块3能与螺母6在丝杠7的轴线方向上同步运动，还可以防止螺母6的转动，否则，若螺母6和滑块3固定在一起，当丝杠7和光轴4的轴线不平行时，或者由于两者公差的存在，螺母6和滑块3将无法分别在丝杠7和光轴4上同步运动。拨叉5可以有两个叉指，对应的，滑块3上有两个与叉指配合的槽。

当然，拨叉5的固定端也可以与滑块3固定，相应地，在螺母6上设置与拨叉5的叉指相配合的槽，拨叉5的叉指插入螺母6的槽内。同样，拨叉5、以及螺母6上槽是平行于丝杠7的直径方向的。

当步进电机9a的驱动轴91转过一定角度时，同步转动的丝杠7驱动螺母6沿丝杠7的轴线方向移动一定的距离，由于滑块3和螺母6在丝杠7的方向上相对固定，滑块3也随着螺母6移动相应的距离，从而测量压头1a也沿着相同的方向运动相应的距离。步进电机9a的驱动轴91沿一定方向的单位转角对应的螺母6移动方向和距离由螺旋副（螺母6和丝杠7）的螺纹旋向和导程决定。

在另一个更优的方案中，预压力调整机构A还包括预紧弹簧11，支架10包括上支架101、下支架102和连接支架103，上支架101和下支架102通过连接支架103固定，整个支架10呈U型，步进电机9a固定在上支架101上，丝杠7的一端与联轴器8连接，另一端固定在下支架102的滚动轴承上，以减小丝杠7的晃动进而影响压力测量的精度，光轴4的两端分别固定在上支架101和下支架102，以防止光轴4的晃动，预紧弹簧11一端固定在上支架101上，预紧弹簧11的另一端固定在滑块3上，预紧弹簧11处于拉伸状态对滑块3施加朝向上支架101的预紧力（此时表现为拉力），该预紧力的方向与脉搏力对测量压头1a的作用力的方向是一致的，以使整个预压力调整机构A的配合部件之间在预紧力的方向上保持相互压紧，例如使滑块3与拨叉5之间相互压紧等，该预紧力要足够大以防止在变化的脉搏力作用下配合部件之间出现松动。

预紧弹簧11还可以如下设置：一端固定在滑块3上，另一端固定在下支架102，预紧弹簧11处于压缩状态以对对滑块3施加朝向上支架101的预紧力（此时表现为压力）。

三个独立的测量头可以封装在外壳16内。

如图4所示，传感器12接入测控电路，作用在测量压头1上的作用力F（包含脉搏压力和预压力信息）经过预压力调整机构传递到传感器上，被测控电路精确测量得到，测控电路通过相应的通讯接口与PC机连接，测量结果可以在PC机的屏幕上显示。

从PC机发出控制指令，驱动电机9a的驱动轴91转动一个角度，经过运动转换单元最后落实到测量压头1a的直线移动，当测量压头1a接触到被测试人员的手臂时，由于人体组织的弹性形变，测量压头1a的细微移动会导致预压力F的相应变化，通过传感器12和测控电路的测量得到相应的力的数据反馈到PC机，形成闭环控制。预压力F增量和电机转角可以精确对应，从而可以实现预压力F的精确控制。

在脉象检测过程中，通过调整测量压头对诊脉部位预压力的大小，可以获得不同预压力F条件下的脉搏波信息，再引入有经验的医师的经验判断，可以确定最适宜的预压力F，获得信息量最佳的脉象检测结果。

利用计算机的智能化分析判断和智能控制，加入高水平医师的专家评判条件，可以实现上述诊脉过程的自动化。

附图5是本发明的一个实施例的硬件逻辑图，三个步进电机由各自的驱动器控制，三个驱动器又接入测量控制模块接受控制；根据控制目标，测量控制模块发出相应的控制脉冲和控制电平通过驱动器驱动步进电机沿设定方向做一定角度的转动。步进电机的工作电源可以由直流24V电源提供。

三个测力传感器的信号经过放大和模数转换等前级处理变成数字信号进入测量控制模块进行分析计算。测量控制模块可以通过USB通讯线与PC机连接，并获得测量控制模块所需要的电源。

三个独立运行的测量头分别模拟了医师的三个手指，三个测量压头1a、1b、1c，用于同时探测被测对象的寸、关、尺三个部位，从而可以完全再现传统中医方法的脉象诊断。

可以选取脉象曲线的某个特征参数作为优化目标，通过调整脉搏压力的大小观察所获得的脉象曲线的特征值与优化目标的趋近程度，据此可以实现自适应检测，可以模拟再现医师的诊脉过程。而且可记录、可重复、可再现，从而可以提升中医诊脉的客观化水平。

Claims (5)

1.一种脉象仪，包括机架、以及三个相同且相互独立的测量头，每一个测量头都包括测力传感器、预压力调整机构和测量压头，其特征是：测力传感器的固定端固定在机架上，预压力调整机构联接在测力传感器的测量端；所述预压力调整机构包括支架、可正反向旋转的电机、丝杠和螺母，所述电机安装在所述支架上，所述丝杠与电机的电机轴同步转动，所述丝杠的一端通过滚动轴承支撑在支架上；所述测量压头固定在所述螺母上，所述螺母与丝杠构成螺旋运动配合，所述丝杠的旋转运动转换为螺母沿所述丝杠的直线运动，驱动测量压头在所述直线方向上移动。

2.如权利要求1所述的脉象仪，其特征是：

所述预压力调整机构还包括光轴、滑块和拨叉，所述光轴的两端固定在所述支架上，所述光轴的轴线与所述丝杠的轴线平行，所述滑块可在所述光轴上滑动，所述测量压头固定在所述滑块上；所述滑块上设有与拨叉的叉指配合的槽，所述拨叉的叉指插入所述滑块的配合槽内，所述拨叉的固定端固定在所述螺母上、或者所述拨叉的固定端与所述螺母做成一体。

3.如权利要求1所述的脉象仪，其特征是：

所述预压力调整机构还包括光轴、滑块和拨叉，所述光轴的两端固定在所述支架上，所述光轴的轴线与所述丝杠的轴线平行，所述滑块可在所述光轴上滑动，所述测量压头固定在所述滑块上；所述螺母上设有与拨叉的叉指配合的槽，所述拨叉的叉指插入所述螺母的配合槽内，所述拨叉的固定端固定在所述滑块上、或者所述拨叉的固定端与所述滑块做成一体。

4.如权利要求1所述的脉象仪，其特征是：所述丝杠通过联轴器与所述电机的电机轴联接，或者所述电机轴和丝杠做成一体。

5.如权利要求2至4任一所述的脉象仪，其特征是：所述预压力调整机构还包括一个预紧弹簧，所述预紧弹簧的一端固定在支架上，另一端固定在所述测量压头上，所述预紧弹簧的预紧力方向与脉搏力对测量压头的作用力的方向一致，以使所述预压力调整机构中的配合部件之间在所述作用力的方向上保持相互压紧。

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