CN104157199A - 一种脉象信号仿真模拟发生器的使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种脉象信号仿真模拟发生器的使用方法，具体指一种在仿生手上模拟出与真实人体基本一致的各种脉象信号的装置的使用方法，涉及信号仿真模拟发生器使用技术领域。所述的信号仿真模拟发生器包括液压系统、稳压系统、流量分配器、波形合成器、仿生手系统和储油罐它们以管路和电路方式连接。使用方法包括整体运行过程步骤：电机调速控制器发出驱动指令，液压系统启动，稳压系统启动，流量分配器启动，波形合成器合成脉搏波，脉象再现，完成及脉象合成的定义和模拟步骤：开启，电磁阀开启，脉象合成，脉象再现等。本发明通过一种脉象信号仿真模拟发生器的使用方法，为中医的教学、科研、临床、产业提供可靠的、稳定的标准化定量指标实践依据。

Description

一种脉象信号仿真模拟发生器的使用方法

技术领域

本发明涉及模拟发生器使用方法技术领域，具体指一种在仿生手上模拟出与真实人体基本一致的各种脉象信号的使用方法。

背景技术

中医利用整体宏观的辨证思路，通过对人体特征信息的收集和综合分析，做出辨证论治的结论。其中，脉象信息是人体的一个重要生理、病理表达形式，是传统中医辨证论治的重要依据之一。传统的脉象获取方法是中医师通过手指感知各种脉象。这种方法虽然简单可行，但由于不能客观再现和定量描述，并受医生水平、经验等主观因素的制约，从而在一定程度上影响了中医脉诊医术的广泛传播和发展。

由于客观条件的限制，人们很难在有限的时间内、有限的人群样本中获取中医所描述的20多种脉象信息。因此，在中医脉象的传承教学、中医脉象的形成机理研究、中医脉象类仪器产业化研究、中医脉象的标准化研究等领域中均受到了一定的限制，阻碍了中医事业的现代化发展。

利用现代科学技术和方法对中医脉象进行客观定量的仿真模拟研究早在上世纪80年代就已经开始。有学者利用气动压力的原理，通过针筒活塞来回抽缩的频率与幅度的不同，来模拟各种不同的脉象信号。但这样的方法只是一种简单的搏动模拟，因为缺少流体（血液）的流动感，与实际的中医脉象指端感觉相差甚远，因此，未能被中医界认可应用。

发明内容

为了解决上述这些问题，本发明的主要目的旨在提供一种不但能在脉象波形上模拟，还在脉象的指感上也能完全模拟的（诸如：浮中沉、脉管软硬、血液流利度、粗细类脉、长短类脉等指感特征）脉象信号仿真模拟发生器的使用方法。

利用一种脉象信号仿真模拟发生器，包括采用小流量液压系统来模拟人体心脏的血液输出功能，采用智能控制的电磁阀组结合分流装置器模拟人体心脏的瓣膜功能，采用波形合成器合成各种脉象信号，采用外周阻力调节阀模拟人体的血管外周阻力，采用不同粘度的硅油液体模拟人体的血液，采用高分子材料的物理特性或质感模拟人体的手臂和血管，最终能在脉象信号仿真模拟发生器上模拟出和人体基本一致的各种中医脉象的基础上的使用方法。

本发明的有益效果是：通过使用该脉象信号仿真模拟发生器利用小流量液压系统来模拟人体心脏的血液输出量；利用时序控制下的电磁阀组的开关动作模拟人体心脏瓣膜的开闭；利用不同的液体粘度来模拟人体不同粘度的血液；利用外周阻力调节阀来调节模拟手臂外周阻力；利用乳胶高分子材料的不同配方来模拟人体血管的软硬；利用仿生手桡动脉处的0.5-6毫米不同厚度的乳胶高分子材料来模拟中医浮中沉切脉的指感。最终可以在仿生手的桡动脉部位得到与人体基本一致的各种脉象信号和与人体基本一致的中医切脉的各种脉象指感，实现了中医各种脉象的再生模拟。可广泛应用于中医实验教学；实现脉象的可视化和定量分析以及为脉象现代研究和产业化过程中提供标准的脉象信号；也可以进行各种脉象形成机理的体外研究；为中医的教学、科研、临床、产业提供可靠的、稳定的标准化定量指标。

附图说明

图1为一种脉象信号仿真模拟发生器结构框图；

图2为一种脉象信号仿真模拟发生器的使用方法流程框图；

图3为《中医诊断学》的标准脉搏图。

标号说明：

100—液压系统；

200—稳压系统；

300—流量分配器；

400—波形合成器；

500—仿生手系统；

600—储油罐；

101—电机调速控制器；

102—调速电机；

103—联轴器；

104—液压泵；

105—液压系统输出管路接口；

106—吸油管路；

201—稳压器输入管路接口；

202—稳压器外壳；

203—稳压器输出管路接口；

204—溢流出口；

205—浮动稳压阀；

206—恒压弹簧；

207—稳压器回流管；

301—流量分配器输入管路接口；

302—分流器；

303—电磁阀组；

304—电磁阀组控制器；

401—波形合成器输入管路接口；

402—金属密封腔；

403—液体输出管路接口；

404—节流阀；

405—波形合成器节流阀回流管

501—仿生手输入管路接口；

502—仿生手；

503—模拟血管；

504—外周阻力调节阀；

505—桡骨骨架；

506—仿生手模拟血流回流管

601—储油罐外壳；

602—大气压平衡管；

603—模拟血液。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步描述

请参阅附图1，由液压系统、稳压系统、流量分配器、波形合成器、仿生手系统、储油罐等部件组成，由各种连接接口和流体压力调节机构组合成一整体的结构，包括：液压系统100、稳压系统200、流量分配器300、波形合成器400、仿生手系统500和储油罐600；所述液压系统100、稳压系统200、流量分配器300、波形合成器400、仿生手系统500与储油罐600之间均为有机的管路和电路连接关系。

本发明一种脉象信号仿真模拟发生器的使用方法（如附图2所示），具体步骤（以模拟中医平脉脉搏波为例，其它脉搏波形模拟方法雷同）是：

A)整体运行过程步骤:

步骤1.电机调速控制器101发出驱动指令

电源接通，由电机调速控制器101发出驱动指令使调速电机102按照平脉要求的转速转动，调速电机102带动连接在一起的联轴器103；

步骤2.液压系统启动

联轴器103带动液压泵104运转，液压泵运转后通过吸油管路106从储油罐600中吸取模拟血液，液压系统输出管路接口105开始输出模拟血液给稳压系统200；

步骤3.稳压系统启动

当液压系统输出管路接口105输出的液体经过稳压器输入管路接口201进入稳压器内部后，稳压器密封体内的压力逐步升高，当内部压力升高至恒压弹簧206的压力时，浮动稳压阀205开启，稳压器密封体内超出恒压弹簧206以外的压力流体经稳压器溢流出口204及稳压器回流管207回流至储油罐600，而恒压部分的液体经稳压器输出管路接口203、输向流量分配器300；

步骤4.流量分配器启动

当稳压器输出管路接口203输出的液体从流量分配器输入口301进入分流器302时，电磁阀组控制器304自动启动工作，并按照平脉脉搏波（其它脉象雷同）的要求通过电磁阀组303的开启时间控制电磁阀C1、电磁阀C2、电磁阀C3，电磁阀组303通过电磁阀C1的输出口1、电磁阀C2的输出口2、电磁阀C3的输出口3将液体输向波形合成器400；

步骤5.波形合成器合成脉搏波

当电磁阀组303通过电磁阀C1的输出口1、电磁阀C2的输出口2、电磁阀C3的输出口3将输出液体输向通过波形合成器输入接口401进入波形合成器金属密封腔402后，混合成了有三个波峰组成的波动的液体，这个合成的波动液体主峰波的幅度由节流阀404根据平脉脉搏波的要求设定（其它脉象雷同），超出波幅部分由节流阀404出口经波形合成器节流阀回流管405回流至储油罐600，合成后的波动液体通过合成器液体输出管路接口403输向仿生手系统500；

步骤6.脉象再现

由合成器液体输出管路接口403输出的波动液体经仿生手输入接口501进入模拟血管503，最后经外周阻力调节阀504回流到储油罐600，外周阻力调节阀504可以调节各类脉搏波下降支的形态，模拟血管503按照生理解剖位置安放在桡骨骨架505和仿生手502夹层内。由此在仿生手502的桡动脉腕部表面感受到与人体仿真的各种脉搏波。

步骤7.完成

当电源接通后，系统会持续运行，并在仿生手桡动脉腕部处完成了再现持续的各种仿真人体脉搏波，直至电源关闭。

进一步的脉象合成的具体步骤（以平脉为例，其余雷同）是：

首先定义：

从《中医诊断学》教科书上获取的标准脉搏图及参数表达（如附图3所示）：

其中：t_n为时间参数、单位为s（秒）；h_n为幅值参数、单位为mm（毫米）。其中t₁为脉图起点到主波峰点的时值；t₂为脉图起点到主波峰点的时值；t₃为脉图起点到重搏前波点的时值；t₄为脉图起始点到降中峡之间的时值；t₅为降中峡到脉图终止点之间的时值；t为一个脉动周期；h₁为主波幅度；h₂为主波峡幅度；h₃为重搏前波幅度；h₄为降中峡幅度；h₅为重搏波幅度。

不同的脉搏波其具体t_n、h_n的参数不同，如果是平脉，则具体参数为：

h₁=20mm,h₂=15mm,h₃=16mm,h₄=9mm,h₅=1mm,

t=0.82s,t₁=0.15s,t₂=0.25s,t₃=0.28s,t₄=0.38s,t₅=0.44s

其次，模拟步骤是：

步骤1.开启

当打开系统电源，液压控制系统100启动、稳压系统200启动，流量分配器300启动；

步骤2.电磁阀开启

当稳压器输出管路接口203输出的恒压液体从流量分配器输入口301进入分流器302时，电磁阀组控制器304开始工作；按照平脉脉搏波的参数要求，电磁阀组控制器304先开启电磁阀组中的电磁阀C1，开启时间为t₁=0.15s,此时，从电磁阀C1的输出口1端产生了一个时间为0.82s的上升波（如附图3中第一个波峰所示）；当电磁阀C1关闭后，这个输出波自然回落；当电磁阀C1关闭时间为t₂-t₁=0.1s后，电磁阀组控制器304再开启电磁阀C2，开启时间为t₃-t₂=0.03s，这样在电磁阀C2的输出口2端输出了一个时间为0.03的波形（如附图3中第二个波峰所示）；当电磁阀C2关闭t₄-t₃=0.1s时，电磁阀组控制器304再开启电磁阀C3，由于目前认可的脉搏波参数对第三个波峰的时间宽度没有设定，所以电磁阀C3的开启时间按照一般要求和习惯设置为0.04s～0.06s之间即可，这样在电磁阀C3的输出口3端输出了一个时间为0.04s～0.06s之间的波（如附图3中的第三个波峰所示）；此时，电磁阀C3也已关闭；当从C1开启为计算起点，时间达到0.82s时，一个完整周期的脉搏波即产生；此时，电磁阀组控制器304再次开启电磁阀C1，重复上述步骤，开始第二个脉搏波周期，这样就得到了连续不断的脉搏波，直到电源关闭；

步骤3.脉象合成

当电磁阀组303通过电磁阀C1的输出口1、电磁阀C2的输出口2、电磁阀C3的输出口3，将输出液体输向波形合成器输入接口401并进入波形合成器金属密封腔402内后，混合成了有三个波峰组成波形（如附图3所示），这个合成的波动液体主峰波的幅度（h₁）由节流阀404根据平脉脉搏波的要求设定（其它脉搏波雷同），超出波幅部分由节流阀出口回流至储油罐600，合成后的波动液体通过合成器液体输出管路接口403输向仿生手系统500；

步骤4.脉象再现

由波形合成器液体输出管路接口403输出的波动液体经仿生手输入接口501进入模拟血管503，最后经外周阻力调节阀504回流到储油罐600，由此在仿生手502的桡动脉腕部表面感受到与人体仿真的平脉脉搏指感。

综上所述，通过一种脉象信号仿真模拟发生器的使用方法，在仿生手的桡动脉部位得到与人体基本一致的各种脉象信号和与人体基本一致的中医切脉的各种脉象指感，实现了中医各种脉象的再生模拟。可广泛应用于中医实验教学；实现脉象的可视化和定量分析以及为脉象现代研究和产业化过程中提供标准的脉象信号；也可以进行各种脉象形成机理的体外研究；为中医的教学、科研、临床、产业提供可靠的、稳定的标准化定量指标。

Claims (2)

1.一种脉象信号仿真模拟发生器的使用方法，其特征在于，包括，整体运行过程步骤:

步骤1.电机调速控制器（101）发出驱动指令

电源接通，由电机调速控制器（101）发出驱动指令使调速电机（102）按照平脉要求的转速转动，调速电机（102）带动连接的联轴器（103）；

步骤2.液压系统启动

联轴器（103）带动液压泵（104）运转，液压泵运转后通过吸油管路（106）从储油罐（600）中吸取模拟血液，液压系统输出管路接口（105）开始输出模拟血液给稳压系统（200）；

步骤3.稳压系统启动

当液压系统输出管路接口（105）输出的液体经过稳压器输入管路接口（201）进入稳压器内部后，稳压器密封体内的压力逐步升高，当内部压力升高至恒压弹簧（206）的压力时，浮动稳压阀（205）开启，稳压器密封体内超出恒压弹簧（206）压力以外的液体经稳压器溢流出口（204）及稳压器回流管（207）回流至储油罐（600），而恒压部分的液体经稳压器输出管路接口（203）输向流量分配器（301）；

步骤4.流量分配器启动

当稳压器输出管路接口（203）输出的液体从流量分配器输入口（301）进入分流器（302）时，电磁阀组控制器（304）自动启动工作，并按照平脉脉搏波要求通过电磁阀组（303）的开启时间控制电磁阀C1、电磁阀C2、电磁阀C3，电磁阀组（303）通过电磁阀C1的输出口1、电磁阀C2的输出口2、电磁阀C3的输出口3将液体输向波形合成器（400）；

步骤5.波形合成器合成脉搏波

当电磁阀组（303）通过电磁阀C1的输出口1、电磁阀C2的输出口2、电磁阀C3的输出口3将输出液体输向通过波形合成器输入管路接口（401）进入波形合成器金属密封腔（402）后，混合成了有三个波峰组成的波动的液体，这个合成的波动液体主峰波的幅度由节流阀（404）根据平脉脉搏波的要求设定，超出波幅部分由节流阀（404）出口经波形合成器节流阀回流管（405）回流至储油罐（600），合成后的波动液体通过合成器液体输出管路接口（403）输向仿生手系统（500）；

步骤6.脉象再现

由合成器液体输出管路接口（403）输出的波动液体经仿生手输入管路接口（501）进入模拟血管（503），最后经外周阻力调节阀（504）回流到储油罐（600），外周阻力调节阀（504）可以调节各类脉搏波下降支的形态，模拟血管（503）按照生理解剖位置安放在桡骨骨架（505）和仿生手（502）夹层内，由此可在仿生手（502）的桡动脉腕部表面感受到与人体仿真的各种脉搏波；

步骤7.完成

当电源接通后，系统持续运行，并在仿生手桡动脉腕部处完成再现持续的各种仿真人体脉搏波，直至电源关闭。

2.如权利要求1所述的一种脉象信号仿真模拟发生器的使用方法，其特征在于，包括，以平脉为例脉象合成的具体步骤：

首先，定义：

从《中医诊断学》教科书上获取的标准脉搏图及参数，其中：

t_n为时间参数、单位为s；h_n为幅值参数、单位为mm，

其中t₁为脉图起点到主波峰点的时值；t₂为脉图起点到主波峰点的时值；t₃为脉图起点到重搏前波点的时值；t₄为脉图起始点到降中峡之间的时值；t₅为降中峡到脉图终止点之间的时值；t为一个脉动周期；h₁为主波幅度；h₂为主波峡幅度；h₃为重搏前波幅度；h₄为降中峡幅度；h₅为重搏波幅度；

不同的脉搏波其具体t_n、h_n的参数不同，如果是平脉，则具体参数为：

h₁=20mm,h₂=15mm,h₃=16mm,h₄=9mm,h₅=1mm,

t=0.82s,t₁=0.15s,t₂=0.25s,t₃=0.28s,t₄=0.38s,t₅=0.44s；

其次，模拟步骤是：

步骤1.开启

当打开系统电源，液压控制系统（100）启动、稳压系统（200）启动，流量分配器（300）启动；

步骤2.电磁阀开启当稳压器输出管路接口（203）输出的恒压液体从流量分配器输入管路接口（301）进入分流器（302）时，电磁阀组控制器（304）开始工作；按照平脉脉搏波的参数要求，电磁阀组控制器（304）先开启电磁阀组中的电磁阀C1，开启时间为t₁=0.15s,此时，从电磁阀C1的输出口1端产生了一个时间为0.82s的上升波；当电磁阀C1关闭后，这个输出波自然回落；当电磁阀C1关闭时间为t₂-t₁=0.1s后，电磁阀组控制器（304）开启电磁阀C2，开启时间为t₃-t₂=0.03s，这样在电磁阀C2的输出口2端输出了一个时间为0.03的波形；当电磁阀C2关闭t₄-t₃=0.1s时，电磁阀组控制器（304）开启电磁阀C3，由于目前认可的脉搏波参数对第三个波峰的时间宽度没有设定，所以电磁阀C3的开启时间按照一般要求和习惯设置为0.04s～0.06s之间即可，这样在电磁阀C3的输出口3端输出了一个时间为0.04s～0.06s之间的波；此时，电磁阀C3也已关闭；当从C1开启为计算起点，时间达到0.82s时，一个完整周期的脉搏波即产生；此时，电磁阀组控制器（304）再次开启电磁阀C1，重复上述步骤，开始第二个脉搏波周期，这样就得到了连续不断的脉搏波，直到电源关闭；

步骤3.脉象合成

当电磁阀组（303）通过电磁阀C1的输出口1、电磁阀C2的输出口2、电磁阀C3的输出口3，将输出液体输向波形合成器管路输入管路接口（401）并进入波形合成器金属密封腔（402）内后，混合成有三个波峰组成波形，这个合成的波动液体主峰波的幅度h₁由节流阀（404）根据平脉脉搏波的要求设定，超出波幅部分由节流阀出口回流至储油罐（600），合成后的波动液体通过合成器液体输出管路接口（403）输向仿生手；

步骤4.脉象再现

由波形合成器液体输出管路接口（403）输出的波动液体经仿生手输入管路接口（501）进入模拟血管（503），最后经外周阻力调节阀（504）回流到储油罐（600），由此在仿生手（502）的桡动脉腕部表面感受到与人体仿真的平脉脉搏指感。