CN109717846A - 一种基于柔性传感器的自动脉象检测系统及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于柔性传感器的自动脉象检测系统，包括微处理器模块、脉象采集模块、信号处理模块和用于夹紧脉象检测部位的夹具；脉象采集模块包括用于检知脉搏压力的柔性传感器组件，信号处理模块接收来自柔性传感器组件的信号，处理后发送信号至微处理器模块；夹具包括上、下夹具体和紧固带，上夹具体下表面设有弧形的上凹槽，上凹槽表面安装柔性传感器组件；下夹具体的上表面设有弧形的下凹槽；上夹具体和下夹具体，两者的一侧铰接，两者的另一侧通过紧固带连接。本发明还公开了一种基于柔性传感器的自动脉象检测系统的检测方法。本发明可对脉象检测部位自动加减压，来获取最准确的脉象压力，在连续加压的过程中能采集更全面的脉象信息。
Description
技术领域
本发明涉及一种脉象检测系统及检测方法，特别涉及一种基于柔性传感器的自动脉象检测系统及检测方法。
背景技术
目前，几千年来，中华民族在与疾病做斗争的过程中诞生了属于中华民族自己的智慧——中医，它是中华民族引以为傲的文化遗产。中医不仅在中华大地上做出了贡献，同时也在不断向世界范围内传播，为全世界的健康事业做出了巨大的贡献。其中，脉象作为中医重要的诊断依据，最具有我国传统医学特色。脉搏波中蕴含着丰富的生理信息，近来愈发受到中外学者的重视。《医学集成》曰：“脉为气血之神”，也重点强调了脉象作为气血运行周身的表象，历来受到医家的重视。但是，中医的发展传承总是困难重重，就“切脉”来说，主要是通过中医师用手指在患者桡动脉寸、关、尺处施加不同的压力，感受患者浮、中、沉不同波动的操作过程，一方面，各学派在脉象的表述方法上存在分歧，使得脉象鉴别时同脉异名或者同名异脉的现象；另一方面，判断过程均为主观判断，富有经验的老中医稀缺，使得脉诊的传承也变得极为不易。
现阶段脉诊系统主要有两类，一类是用于医院及体检中心使用的大型设备，该设备配合计算机系统，显示系统及复杂的机械加压结构，用户须去指定的场所在专业医护人员的指导下才能采集到较好的脉象信号，这类大型设备对使用场所以及使用人员均有较高门槛，难以适应移动医疗的新发展，也不利于中医脉象的推广。
另一类是便携式家用脉象诊断设备，这类设备往往对用户的使用门槛很高，典型的有中国专利201520508284.5提供了一种家用便携式中医脉诊测量仪，该装置存在如下方面的不足：一是使用专门的液晶显示屏，增加了功耗，降低了便携性；二是传感器直接与人体手腕接触导致传感器表面容易损坏。中国专利201220531542.8设计了基于安卓的中医脉象自动诊断仪，该装置创新地运用了蓝牙无线传输将下位机采集到的脉象信号发送至对应手机，该装置的不足之处在于：一是没有对应的自动加减压模式，难以实现中医所提倡的“浮、中、沉”不同压力下脉象信息的获取；二是该种诊断方式仍然需要用户自己去寻找最佳的取脉位置以及取脉压力，可能会影响脉象信息的准确性以及该设备的推广。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种既可以便携又可以提高诊断准确性的基于柔性传感器的自动脉象检测系统及检测方法。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种基于柔性传感器的自动脉象检测系统，包括微处理器模块、脉象采集模块、信号处理模块和用于夹紧脉象检测部位的夹具；所述脉象采集模块包括用于检知脉搏压力的柔性传感器组件，所述信号处理模块接收来自所述柔性传感器组件的信号，处理后发送信号至所述微处理器模块；所述夹具包括上夹具体、下夹具体和紧固带，所述上夹具体下表面设有弧形的上凹槽，所述上凹槽表面安装所述柔性传感器组件；所述下夹具体的上表面设有弧形的下凹槽；所述上夹具体和所述下夹具体，两者的一侧铰接，两者的另一侧通过所述紧固带连接。
进一步地，所述柔性传感器组件包括硅胶气囊和气压传感器；所述硅胶气囊的输出口与所述气压传感器的输入口连接；所述硅胶气囊安装在所述上凹槽表面。
进一步地，还包括自动加减压模块；所述自动加减压模块包括电机及电机驱动电路，所述微处理器模块输出信号至所述电机驱动电路；所述电机安装在所述下夹具体上，所述紧固带卷绕在所述电机输出轴上。
进一步地，所述电机为步进电机，所述微处理器输出PWM信号至所述电机驱动电路。
进一步地，所述下夹具体开有紧固带通过的导向孔。
进一步地，所述上夹具体设有用于可拆卸地连接所述紧固带的紧固带连接装置，所述紧固带与所述紧固带连接装置卡接或扣接。
进一步地，所述上夹具体设有滑槽和弹簧，所述弹簧一端固接在所述上夹具体上，所述弹簧另一端与所述紧固带连接装置固接，所述紧固带连接装置与所述滑槽滑动连接。
进一步地，所述信号处理模块包括差分放大电路，以及分别与所述差分放大电路的输出端连接的低通滤波电路和高低通组合滤波电路；所述差分放大电路的输入端与所述脉象采集模块的输出端相连。
进一步地，还包括无线通信模块和手机客户端；所述微处理器模块通过所述无线通信模块发送信号至所述手机客户端。
本发明还提供一种基于柔性传感器的自动脉象检测系统的检测方法，该方法为：将脉象检测部位置于上夹具体和下夹具体之间，使上夹具体的柔性传感器组件与脉象检测部位紧密贴合，微处理器模块输出信号控制电机正向转动使紧固带收紧，从而使柔性传感器组件与脉象检测部位之间的压力逐渐增大，当柔性传感器组件检测的压力值达到预定值时，微处理器模块输出信号控制电机减速反转使紧固带松开，从而使柔性传感器组件与脉象检测部位之间的压力缓慢减小，并获取压力变化过程中的脉象信号。
本发明具有的优点和积极效果是：使用基于柔性传感器的脉象采集模块，告别了以往压阻式(或压电式)传感器采集位置不准确，与人体接触不舒适等缺点，可用柔性传感器组件能够方便地与腕部桡动脉等脉象检测部位接触，避免了脉象传感器与脉象检测部位定位不准的问题，用户不需要在专业人员的指导下就能独立完成脉象信息的采集；采用柔性传感器组件的脉象采集模块，使压力传感器与人体皮肤分离，提高了传感器的使用寿命，也便于后期对传感器的维护。使用步进电机与紧固带相结合，对脉象检测部位自动加减压，来获取最准确的脉象压力，在连续加压的过程中能采集更全面的脉象信息，更快更准确获取被测试者的脉象信息。微处理器模块采用低功耗、高集成的微处理器芯片，整个系统封装小，功耗更低，更加适合家用；微处理器模块通过无线通信模块发送脉象信号至手机客户端，基于智能手机平台，可实现脉象数据的分析和处理，并且实时存储，建立个人数据库为专家诊断提供参考，实现珍贵医疗资源的共享，同时大量脉象数据提供脉象训练集，将传统中医与移动互联网技术相结合，为中医脉诊客观化发展提供了一个全新的方向，在大数据与人工智能的背景下，为高质量的脉诊数据提供了更为廉价可行的方案，适用于智慧医疗领域。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2为本发明的下夹具体的盒体结构示意图；
图3为本发明的柔性传感器组件与上夹具体的装配主视图；
图4为图3的剖视图；
图5为本发明的信号传递结构示意图；
图6为本发明的信号处理模块工作原理示意图。
图中：1、紧固带连接装置；2、导向孔；3、上夹具体的盒体；4、上凹槽；5、转轴；6、下凹槽；7、下夹具体的盒体；8、电机输出轴；9、硅胶气囊的检测部；10、硅胶气囊的输出口；11、气压传感器。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹列举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参见图1至图6，一种基于柔性传感器的自动脉象检测系统，包括微处理器模块、脉象采集模块、信号处理模块和用于夹紧脉象检测部位的夹具；所述脉象采集模块包括用于检知脉搏压力的柔性传感器组件，所述信号处理模块接收来自所述柔性传感器组件的信号，处理后发送信号至所述微处理器模块；所述微处理器模块可分别输出信号至所述脉象采集模块和所述信号处理模块，控制两者的工作，所述夹具包括上夹具体、下夹具体和紧固带，所述上夹具体下表面设有弧形的上凹槽4，所述上凹槽4表面安装所述柔性传感器组件；所述下夹具体的上表面设有弧形的下凹槽6；所述上夹具体和所述下夹具体，两者的一侧铰接，两者的另一侧通过所述紧固带连接。上夹具体、下夹具体两者的一侧可通过转轴5等方式铰接，检测前，紧固带未与上夹具体连接，使得上夹具体、下夹具体在检测前两者的另一侧可以打开，手腕等脉象检测部位可以从打开的一侧放入下夹具体的下凹槽6内，然后将上夹具体向下扣合，使柔性传感器组件的检测部与手腕等脉象检测部位触接，将紧固带与上夹具体连接固定后可以开始检测，所述下夹具体底部可固接有硅胶，硅胶的固有弹性也可以滤除一些加压过程中产生的机械扰动，使得脉象采集过程平稳而准确。整个系统在开始采集脉象信息时只需要用户将手腕置于夹体内，使柔性传感器组件的检测部对准桡动脉处，调整至舒适位置即可开始检测。所述上夹具体可设有用于可拆卸地连接所述紧固带的紧固带连接装置1，所述紧固带可与所述紧固带连接装置1卡接或扣接。所述紧固带连接装置1可为皮带扣，所述紧固带连接装置1也可以为连接环，紧固带也可以采用魔术扣或按扣，紧固带头部穿过连接环后通过魔术扣或按扣等与紧固带本体连接。这种连接结构可以方便快捷地使上夹具体、下夹具体打开和闭合。
上夹具体、下夹具体与手腕等脉象检测部位接触的表面，根据人体工学设计出符合腕部的弧形结构，呈弧形结构较好地与人体手腕紧密贴合。上夹具体可安装脉象采集模块。所述脉象采集模块可包括用于检知脉搏压力的柔性传感器组件，采用柔性传感器组件可直接获取人体腕部脉象信息。上夹具体上部可设有盒体；在上夹具体的盒体3内可布设电路等。
下夹具体的上表面，与手腕贴合的一侧表面有一层弹性纤维布，其下填充一些棉絮物质，保证贴合处的舒适感。下夹具体在弹性纤维布下可设有盒体，在下夹具体的盒体7内可设有信号处理模块以及微处理器模块等电气元件。信号处理模块与微处理器模块也可封装为一体，也可单独布设。
所述柔性传感器组件可包括硅胶气囊和气压传感器11；所述硅胶气囊的输出口10与所述气压传感器11的输入口连接；柔性传感器组件可由一个小型硅胶气囊与小型气压传感器11组合而成，通过检测气囊内气体压力来间接获取脉象信息。所述硅胶气囊可安装在所述上凹槽4表面，所述硅胶气囊可与所述上凹槽4表面通过粘接剂连接，也可以采用其他方式连接。硅胶气囊的输入口和硅胶气囊的输出口10可为一个，将硅胶气囊的输出口10连接一个快接接头，气压传感器11输入口连接一个快接接头，硅胶气囊的快接接头与气压传感器11的快接接头连接。
因硅胶气囊的检测部9面积比较大且比较柔软，可以贴服桡动脉等脉动部位，便于收集桡动脉等脉动部位的脉象信号。硅胶气囊的检测部9的壁厚可小于气囊其他部位的壁厚，便于
气压传感器11可采用电阻性传感器，传感元件可以是一个对气压的强弱敏感的薄膜，薄膜上连接了一个柔性电阻器。当被测气体的压力降低或升高时，薄膜变形，同时该电阻器的阻值将会改变。阻值改变后转变为电压信号，直接输出电压信号或经过A/D转换输出数字信号，输出信号至信号处理模块中，由信号处理模块对信号做进一步处理；气压传感器11还可以采用电容性传感器，传感元件可以是变容式硅膜盒，当该变容硅膜盒外界大气压力发生变化时单晶硅膜盒随着发生弹性变形，从而引起硅膜盒平行板电容器电容量的变化，电容值改变后转变为电压信号，直接输出电压信号或经过A/D转换输出数字信号，至外部装置中，对信号做进一步处理。气压传感器11还可采用高精度气压传感器11，这种传感器利用MEMS技术在单晶硅片上加工出真空腔体和惠斯登电桥，惠斯登电桥桥臂两端的输出电压与施加的压力成正比，经过温度补偿和校准后具有体积小，精度高，响应速度快，不受温度变化影响的特点。输出方式一般为模拟电压输出和数字信号输出两种。
所述信号处理器可包括现有技术中的滤波器和模数转换器。所述信号处理器可将气压传感器11的信号进行滤波及模数转换后输出。在信号处理领域中，对于信号处理的实时性、快速性的要求越来越高。而在许多信息处理过程中，如对信号的过滤、检测、预测等，都要广泛地用到滤波器。现有技术中有许多成型的滤波器，包括模拟滤波器和数字滤波器，模拟滤波器有有源和无源的，有源滤波器主要包括运算放大器、电阻和电容。无源的滤波器主要是由电阻、电感和电容构成。数字滤波器可以是集成电路芯片来搭建，其将模拟信号x(t)进行采样(如A/D变换)得到数字信号x(n)，再将这些数字信号通过数字滤波器，此时滤波器输出的是数字信号y(n)，y(n)再进行一个D/A转换器就得到了y(t)。从x(t)到y(t)可以理解为模拟滤波。数字滤波器对外界环境不太敏感，具有更高的可靠性。数字滤波器可以实现精确的线性相位和多速率处理等模拟滤波器无法实现的功能。数字滤波器只要提高字长，可以实现任意精度的信号处理。数字滤波器实现更加灵活，并能同时进行信号的存储。可在现有技术中滤波器中进行选择与匹配，比如可选用模拟滤波器，也可选择数字滤波器，或者两者结合使用。模数转换器即A/D转换器，或简称ADC，通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号，可在现有技术中模数转换器中进行选择与匹配，比如可选AD公司生产的AD7705、AD7714、AD7888等。
微处理器模块可包括各种现有技术中的微处理器集成电路，微处理器集成电路内部可集成有ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、看门狗、I/O、串行口、脉宽调制输出(PWM)、A/D、D/A、Flash、EEPROM等各种功能模块和外设。微处理器集成电路的最大特点是单片化，功耗成本低，可靠性高。常用微处理器集成电路有8051、MCS系列、C540、MSP430系列等系列集成电路。
进一步地，本发明还可包括自动加减压模块；所述自动加减压模块可包括电机及电机驱动电路，所述微处理器模块输出信号至所述电机驱动电路；所述电机可安装在所述下夹具体上，所述紧固带可卷绕在所述电机输出轴8上。所述电机可为步进电机，所述微处理器可输出PWM信号至所述电机驱动电路。电机驱动电路可选配现有的电机驱动集成电路，比如：TRINAMIC公司产TMC246/TMC249/TMC260/TMC2660/TMC262；德州仪器(TI)公司产DRV8825；ALLEGRO公司产A4988等，或者选用电机厂家配套的电机驱动电路。电机可采用GM1024-10BY步进电机，该电机自带有500：1的减速齿轮组。为了保证足够的摩擦力，输出轴与紧固带上可配有配套的锯齿花纹，所述微处理器模块输出信号至所述电机驱动电路，所述电机驱动电路输出电压驱动电机正转或反转，正转使紧固带卷绕在输出轴，上夹具体、下夹具体在连接紧固带一侧的间距逐渐收缩，使上夹具体、下夹具体作用于脉象检测部位的力逐渐增加。微处理系统实时检测小型气压传感器11输出静压数值，当该值达到阈值后微处理系统控制电机立即停止正转并开始反转，通过控制PWM波的占空比来大幅度减慢控制转速，从而可以采集到整个压力范围下的脉象信息。
进一步地，所述下夹具体可开有紧固带通过的导向孔2。导向孔2与紧固带尺寸配合，一方面起到导向作用，同时也避免正转卷绕时或反转脱圈时紧固带本身产生扭结。
所述上夹具体可设有滑槽和弹簧，所述弹簧一端可固接在所述上夹具体上，所述弹簧另一端可与所述紧固带连接装置1固接，所述紧固带连接装置1可与所述滑槽滑动连接。这种结构在电机反转，紧固带脱圈时紧固带受弹簧力作用，可以逐渐上拉，既可以匀速减压，又避免反转脱圈时紧固带本身产生扭结。
进一步地，所述信号处理模块可包括差分放大电路，以及分别与所述差分放大电路的输出端连接的低通滤波电路和高低通组合滤波电路。差分放大电路、低通滤波电路和高低通组合滤波电路均可采用现有技术中的一些已有成型电路或集成电路，比如信号处理模块可采用基于AD620的差分放大电路，将差分放大电路的输入端与所述脉象采集模块的输出端相连，并将所获两路信号分别通过低通滤波获得静压信号，通过高通滤波器和低通滤波器的高低通组合滤波获得动压信号。差分放大电路对共模输入信号有很强的抑制能力，对差模信号却没有多大的影响，因此差分放大电路一般做集成运算的输入级和中间级，可以抑制由外界条件的变化带给电路的影响，如温度噪声等。
进一步地，还可包括无线通信模块和手机客户端；所述微处理器模块可通过所述无线通信模块发送信号至所述手机客户端。所述无线通信单元可包括无线蓝牙传输模块和/或无线WIFI传输模块。通过无线蓝牙等无线通信模块将脉象信号传送至手机客户端，由手机客户端或无线通信单元与云服务器等远程服务器，与外部医疗平台建立连接，实现脉象数据的深度处理，可由外部医疗平台中医疗系统的知名老中医根据采集的脉象信息进行分析，共同给出诊断建议，同时建立个人脉诊数据库，基于“每人一方”的原则，为用户提供远程精准诊断。
本发明还提供一种基于柔性传感器的自动脉象检测系统的检测方法的实施例，该方法具体为：将手腕等脉象检测部位置于上夹具体和下夹具体之间，使上夹具体的柔性传感器组件与手腕等脉象检测部位紧密贴合，可使手腕等脉象检测部位微微向左或右侧倾斜到一个相对舒服的位置，该位置可为最符合人体工程学的体位，也能采集到准确的信息。微处理器模块输出信号控制电机正向转动使紧固带收紧，从而使柔性传感器组件与脉象检测部位之间的压力逐渐增大，当柔性传感器组件检测的压力值达到预定值时，微处理器模块输出信号控制电机减速反转使紧固带松开，从而使柔性传感器组件与脉象检测部位之间的压力缓慢减小，并获取压力变化过程中的脉象信号。
本发明的工作原理：上夹具体的柔性传感器组件与用户手腕紧密贴合，微处理器模块控制电机正向转动来收缩紧固带，以此来控制取脉压力的变化，在压力达到阈值以后，电机开始减速反转使得取脉压力缓慢减小，在连续取脉压力下来获取不同压力下的脉象信号，并提取最佳取脉压力下的脉象信息，将采集到的脉象信号先在信号处理模块中进行初步滤波处理，再通过无线蓝牙等无线通信模块将数据传输至智能手机客户端做进一步处理，可在手机app界面显示出脉搏波、脉率、取脉压力等基本数据，实时存储用户脉象信息，建立个人数据库，然后由手机APP，或微处理器模块通过无线通信模块将用户脉象数据上传至外部的远程服务器，通过远程服务器与医疗服务平台建立连接，在远程服务器端对脉象信号进行小波变换、基线纠漂、提取特征参数等处理，基于每人一方的原则得出脉诊结果和调理方案下发至手机客户端，同时共享脉诊数据资源，最终为用户提供远程精准医疗。
以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。
Claims (10)
1.一种基于柔性传感器的自动脉象检测系统，其特征在于，包括微处理器模块、脉象采集模块、信号处理模块和用于夹紧脉象检测部位的夹具；所述脉象采集模块包括用于检知脉搏压力的柔性传感器组件，所述信号处理模块接收来自所述柔性传感器组件的信号，处理后发送信号至所述微处理器模块；所述夹具包括上夹具体、下夹具体和紧固带，所述上夹具体下表面设有弧形的上凹槽，所述上凹槽表面安装所述柔性传感器组件；所述下夹具体的上表面设有弧形的下凹槽；所述上夹具体和所述下夹具体，两者的一侧铰接，两者的另一侧通过所述紧固带连接。
2.根据权利要求1所述的基于柔性传感器的自动脉象检测系统，其特征在于，所述柔性传感器组件包括硅胶气囊和气压传感器；所述硅胶气囊的输出口与所述气压传感器的输入口连接；所述硅胶气囊安装在所述上凹槽表面。
3.根据权利要求1所述的基于柔性传感器的自动脉象检测系统，其特征在于，还包括自动加减压模块；所述自动加减压模块包括电机及电机驱动电路，所述微处理器模块输出信号至所述电机驱动电路；所述电机安装在所述下夹具体上，所述紧固带卷绕在所述电机输出轴上。
4.根据权利要求3所述的基于柔性传感器的自动脉象检测系统，其特征在于，所述电机为步进电机，所述微处理器输出PWM信号至所述电机驱动电路。
5.根据权利要求3所述的基于柔性传感器的自动脉象检测系统，其特征在于，所述下夹具体开有紧固带通过的导向孔。
6.根据权利要求1所述的基于柔性传感器的自动脉象检测系统，其特征在于，所述上夹具体设有用于可拆卸地连接所述紧固带的紧固带连接装置，所述紧固带与所述紧固带连接装置卡接或扣接。
7.根据权利要求6所述的基于柔性传感器的自动脉象检测系统，其特征在于，所述上夹具体设有滑槽和弹簧，所述弹簧一端固接在所述上夹具体上，所述弹簧另一端与所述紧固带连接装置固接，所述紧固带连接装置与所述滑槽滑动连接。
8.根据权利要求1所述的基于柔性传感器的自动脉象检测系统，其特征在于，所述信号处理模块包括差分放大电路，以及分别与所述差分放大电路的输出端连接的低通滤波电路和高低通组合滤波电路；所述差分放大电路的输入端与所述脉象采集模块的输出端相连。
9.根据权利要求1至8任一所述的基于柔性传感器的自动脉象检测系统，其特征在于，还包括无线通信模块和手机客户端；所述微处理器模块通过所述无线通信模块发送信号至所述手机客户端。
10.一种利用权利要求3所述的基于柔性传感器的自动脉象检测系统的检测方法，其特征在于，将脉象检测部位置于上夹具体和下夹具体之间，使上夹具体的柔性传感器组件与脉象检测部位紧密贴合，微处理器模块输出信号控制电机正向转动使紧固带收紧，从而使柔性传感器组件与脉象检测部位之间的压力逐渐增大，当柔性传感器组件检测的压力值达到预定值时，微处理器模块输出信号控制电机减速反转使紧固带松开，从而使柔性传感器组件与脉象检测部位之间的压力缓慢减小，并获取压力变化过程中的脉象信号。
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