CN103845043A - 一种快速脉象采集装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速脉象采集装置及控制方法，装置包括：上位机将控制命令下发到单片机控制模块，单片机控制模块驱动、控制自动加减压模块以“快速加压——连续缓慢减压”工作方式对脉搏压力传感器施加压力，脉搏压力传感器将采集到的脉象信息通过信号调理电路传输至上位机；方法包括：上位机通过小波变换、默认阈值法得到高频系数和低频系数；并对其分别进行重构，通过曲线拟合获取静压信号，且通过基线纠漂得到脉动压；提取静压力值，即可得到压力--主波峰值曲线，同时计算峰值最大值及其位置，得到最佳取脉压力值下的脉波图。本发明降低了回弹现象对脉象检测的影响，增强了脉象检测稳定性，缩短了脉象检测时间，减小了脉象判读误差。

Description

一种快速脉象采集装置及控制方法

技术领域

本发明涉及中医脉象采集领域，尤其涉及一种快速脉象采集装置及控制方法。

背景技术

中医师诊脉时，对脉管施加不同方向和大小的外力以感受脉管振动，指下感觉最明显脉动部位时的取脉压力即是最佳取脉压力。最佳取脉压力是医生判定脉象“浮、中、沉”的主要依据，是中医脉象仪准确区分脉位的重要参考指标。

现阶段临床上使用压力传感器，以正向加压或梯度减压的方式检测脉象，但人体皮肤软组织是一种可逆变的弹性体，当给皮肤施加压力时，皮肤组织会产生反作用力，取脉压力值时会发生“回弹现象”，即采集到的静压力（相当于中医师切脉所施加的力）处在动态回弹变化中，导致脉象判别不准确，脉象检测不稳定，同时，脉象采集时间较长。因此，在中医脉诊现代化研究及脉象仪产业化、推广应用过程中，减少压力传感器采集脉象时产生的“回弹现象”，改善脉象检测的不稳定性，缩短脉象检测时间，减小脉象判读的误差，具有较大的价值与意义。

发明内容

本发明提供了一种快速脉象采集装置及控制方法，本发明降低了回弹现象对脉象检测的影响，增强了脉象检测稳定性，缩短了脉象检测时间，减小了脉象判读误差，详见下文描述：

一种快速脉象采集装置，包括：电源、机械结构部分和硬件电路控制部分，所述机械结构部分包括：导气管、壳体、气囊和腕带；所述硬件电路控制部分包括：上位机、单片机控制模块、信号调理电路、自动加减压模块和脉搏压力传感器；

所述壳体内设置有所述气囊，在所述壳体上设置有所述腕带，所述气囊通过所述导气管与所述自动加减压模块中的缓冲气瓶连接；

所述上位机将控制命令下发到所述单片机控制模块，所述单片机控制模块驱动、控制所述自动加减压模块以“快速加压——连续缓慢减压”工作方式对所述脉搏压力传感器施加压力，所述脉搏压力传感器将采集到的脉象信息通过所述信号调理电路传输至上位机。

所述电源由市网电压、医用隔离电源和稳压电源组成，

所述市网电压经所述医用隔离电源隔离后，通过所述稳压电源提供+12V、+5V工作电压。

所述脉搏压力传感器设置在所述壳体的底部、所述气囊的下部。所述自动加减压模块由缓冲气瓶、微型气泵、快放气阀和慢放气阀组成。

一种快速脉象采集装置的控制方法，所述控制方法包括：

上位机通过小波分析对采集到的脉象信息进行预处理：采用默认阈值法对脉象数据进行去噪，选用Matlab小波分析对去噪后数据进行小波分解，得到高频系数和低频系数；

上位机对低频系数和高频系数分别进行小波重构，得到低频信号和高频信号；使用六次多项式函数对低频信号进行曲线拟合，拟合后归一化处理获取静压信号；计算高频信号每周期长度内数据点的最小值，用该周期内数据值减去最小值，即可去除基线偏移量，得到稳定的脉动压；

上位机计算脉动压每一周期的峰值及峰值位置，提取静压力值，即可得到压力--主波峰值曲线，同时计算峰值最大值及其位置，即可得到最佳取脉压力值下的脉波图。

本发明提供的技术方案的有益效果是：

1、采用气囊、缓冲气瓶、快慢放气阀和微型气泵组成的自动加减压模块能实现快速脉象采集过程中的均匀、自动加减压控制；

2、采用“快速加压--连续缓慢减压”的快速脉象信息采集方法能有效地减少压力传感器采集脉象时产生的“回弹现象”，改善脉象检测的不稳定性，缩短脉象检测时间，减小脉象判读的误差，实现脉象信息的准备、快速采集；

3、选用小波变换对采集到的脉象信息进行滤波消噪，在不损坏脉象信息的前提下，能有效地滤除信号噪声，使脉波图曲线更加平滑，有利于后期的信号处理；

4、采用小波分解、系数重构等算法得到的最佳取脉压力值及其下的脉波图准确、可靠。

附图说明

图1为一种快速脉象采集装置的电路原理图；

图2为一种快速脉象采集装置的机械结构图；

图3为快速采集方法的示意图；

图4为静压、脉动压分离算法的示意图；

图5a为静压的曲线图；图5b为脉动压的曲线图；

图6为压力–主波峰值曲线图；

图7为最佳取脉压力下的波形图。

附图中各部件的列表如下：

1：市网电压；                       2：医用隔离电源；

3：稳压电源；                       4：上位机；

5：单片机控制模块；                 6：信号调理电路；

7：自动加减压模块；                 8：脉搏压力传感器；

9：导气管；                         10：壳体

11：气囊；                          12：MH-1型脉搏压力传感器；

13：腕带；                          14：快放气阀；

15：微型气泵；                      16：缓冲气瓶；

17：慢放气阀。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。

为了降低回弹现象对脉象检测的影响，增强脉象检测稳定性，缩短脉象检测时间，减小脉象判读误差，本发明实施例提供了一种快速脉象采集装置及控制方法，详见下文描述：

参见图1，该快速脉象采集装置主要用于实现自动加减压控制、快速提取脉象信息以及如何充分利用上位机数据存储、数据处理功能实现上下位机通信、控制的问题。该快速脉象采集装置由电源、机械结构部分和硬件电路控制部分组成。

其中，电源由市网电压1、医用隔离电源2和稳压电源3组成，市网电压1经医用隔离电源2隔离后，通过稳压电源3为整个快速采集装置提供所需要的+12V、+5V工作电压。

参见图2，机械结构部分包括：导气管9、壳体10、气囊11、腕带13，壳体10内设置有气囊11，在壳体10上设置有腕带13上，气囊11通过导气管9与自动加减压模块7中的缓冲气瓶16连接。具体实现时，在壳体10的底部、气囊11的下部设置有硬件电路控制部分中的脉搏压力传感器8（图2中的脉搏压力传感器8为MH-1型脉搏压力传感器，用序号12表示）。

参见图3，硬件电路控制部分包括：上位机4、单片机控制模块5、信号调理电路6、自动加减压模块7和脉搏压力传感器8，上位机4将控制命令下发到单片机控制模块5，单片机控制模块5驱动、控制自动加减压模块7以“快速加压——连续缓慢减压”工作方式对脉搏压力传感器8施加压力，脉搏压力传感器8将采集到的脉象信息通过信号调理电路6传输至上位机4。

其中，自动加减压模块7由缓冲气瓶16、微型气泵15、快放气阀14和慢放气阀17组成。上述电源提供的+5V工作电压为单片机控制模块5供电，+12V工作电压为自动加减压模块7供电，市网电压1经医用隔离电源2隔离后的220V电压直接为上位机4供电。

该快速脉象采集装置的控制方法包括以下步骤：

（1）上位机4通过小波分析对采集到的脉象信息进行预处理：采用默认阈值法对脉象数据进行去噪，选用Matlab小波分析工具箱中“db6”小波函数对去噪后数据进行小波分解（分解层数为8），得到高频系数和低频系数；

（2）上位机4对低频系数和高频系数分别进行小波重构，得到低频信号和高频信号；使用六次多项式函数对低频信号进行曲线拟合，拟合后归一化处理获取静压信号；计算高频信号每周期长度内数据点的最小值，用该周期内数据值减去最小值，即可去除基线偏移量，得到稳定的脉动压；

（3）上位机4计算脉动压每一周期的峰值及峰值位置，提取静压力值，即可得到压力--主波峰值曲线，同时计算峰值最大值及其位置，即可得到最佳取脉压力值下的脉波图。

下面结合图3-图7详细描述本申请的操作过程：

为了有效地减低脉搏压力传感器8采集脉象时产生的“回弹现象”的影响，本发明实施例采用“快速加压——连续缓慢减压”的工作方式进行快速脉象信息采集，开始采集脉象信息时，微型气泵15工作，气囊11充气，相当于给脉搏压力传感器8施加压力；当快速加压至最大取脉压力时，微型气泵15停止工作，慢放气阀17开始工作；气囊11开始缓慢放气，取脉压力缓慢减小，相当于减小施加到脉搏压力传感器8上的压力，直至压力值不再减小。

采集过程中，脉搏压力传感器8采集到的脉象信息通过信号调理电路6传输至上位机4，上位机4依托强大的数据处理和存储功能对脉象信息进行处理：上位机4通过小波分析对快速采集到的脉象信息进行处理：采用默认阈值法对数据进行去噪后，进行8尺度的小波分解得到高频系数和低频系数；重构低频系数后通过六次多项式函数曲线拟合、归一化处理得到静压信号；重构高频系数后通过基线纠漂得到稳定的脉动压。得到的静压、脉动压信号参见图5。

通过计算脉动压每一周期的峰值及峰值位置，提取静压力值，即可得到压力--主波峰值曲线；计算脉动压幅值最大值，得到最大值所对应的数据点，提取出该最大值所在一个周期的脉波图；同时，从静压曲线中提取出该脉波图所对应的取脉压力值范围，求取平均即得到最佳取脉压力值，图7给出了最佳取脉压力下的脉波图。

本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

综上所述，由上位机、自动加减压模块和单片机控制模块组成的快速中医脉象采集装置和方法，主要应用于中医脉象信息的快速、全自动采集，具有采集时间段、采样精度高、准确性好、稳定性强、人机界面友好等特点。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种快速脉象采集装置，包括：电源、机械结构部分和硬件电路控制部分，其特征在于，所述机械结构部分包括：导气管、壳体、气囊和腕带；所述硬件电路控制部分包括：上位机、单片机控制模块、信号调理电路、自动加减压模块和脉搏压力传感器；

所述壳体内设置有所述气囊，在所述壳体上设置有所述腕带，所述气囊通过所述导气管与所述自动加减压模块中的缓冲气瓶连接；

所述上位机将控制命令下发到所述单片机控制模块，所述单片机控制模块驱动、控制所述自动加减压模块以“快速加压——连续缓慢减压”工作方式对所述脉搏压力传感器施加压力，所述脉搏压力传感器将采集到的脉象信息通过所述信号调理电路传输至上位机。

2.根据权利要求1所述的一种快速脉象采集装置，其特征在于，所述电源由市网电压、医用隔离电源和稳压电源组成，

所述市网电压经所述医用隔离电源隔离后，通过所述稳压电源提供+12V、+5V工作电压。

3.根据权利要求1所述的一种快速脉象采集装置，其特征在于，所述脉搏压力传感器设置在所述壳体的底部、所述气囊的下部。

4.根据权利要求1所述的一种快速脉象采集装置，其特征在于，所述自动加减压模块由缓冲气瓶、微型气泵、快放气阀和慢放气阀组成。

5.一种用于权利要求1-4中任一权利要求所述的快速脉象采集装置的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

上位机通过小波分析对采集到的脉象信息进行处理：采用默认阈值法对脉象数据进行去噪，选用Matlab小波分析对去噪后数据进行小波分解，得到高频系数和低频系数；

上位机对低频系数和高频系数分别进行小波重构，得到低频信号和高频信号；使用六次多项式函数对低频信号进行曲线拟合，拟合后归一化处理获取静压信号；计算高频信号每周期长度内数据点的最小值，用该周期内数据值减去最小值，即去除基线偏移量，得到稳定的脉动压；

上位机计算脉动压每一周期的峰值及峰值位置，提取静压力值，即可得到压力--主波峰值曲线，同时计算峰值最大值及其位置，即可得到最佳取脉压力值下的脉波图。

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