CN111150375B - 一种基于力学脉冲信号测量的多模态诊脉仪及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医学与力学交叉技术领域，针对现有技术中存在的诊脉仪不能灵活适应不同粗细的手腕，对于手腕过细的人，压力传感器不能完全贴附在测量处的技术问题，本发明公开了一种基于力学脉冲信号测量的多模态诊脉仪及方法，所述诊脉仪包括：气囊袖带模块，用于提供测量所需的恒定背压；凸起气囊模块，用于对手腕部拇指侧骨骼内侧的寸、关、尺处脉搏施加压力；测控集成模块，用于测量并显示柔性弯曲传感器的实时信号，对所述气囊袖带模块以及所述凸起气囊模块进行可控的充气加压。本发明将多触点力学脉冲信号测量和多模态信号分析结合，能更好地对脉搏信号做出诊断。

Description

一种基于力学脉冲信号测量的多模态诊脉仪及方法

技术领域

本发明实施例涉及医学与力学交叉技术领域，尤其涉及一种基于力学脉冲信号测量的多模态诊脉仪及方法。

背景技术

诊脉，是一种利用食指、中指和无名指，按压手腕部拇指侧骨骼内侧的脉搏来进行诊察的方法。现代中医理论中将脉分为“寸、关、尺”三部位，从鱼际线沿手臂往臂弯，每隔大概一个指尖的位置为一部，依次为“寸、关、尺”，每一部有浮、中、沉三种取脉压力，轻按为浮，中按为中，重按为沉。

为了实现中医诊脉客观化，科学者运用各种技术和方法研制出多种性能各异的诊脉仪。其中，压力传感器是中医诊脉客观化经常使用的探测手段，同时也是最符合中医师诊脉习惯的重要诊脉方式。诊脉仪通常在其壳体内设置一个气囊，气囊上设置传感器，通过对气囊进行充气或放气产生变形来控制压力传感器与手腕的接触或脱离，进而通过压力传感器输出的信号采集脉象信息。

但是这种诊脉仪往往不能灵活适应不同粗细的手腕，对于手腕过细的人，压力传感器不能完全贴附在测量处。同时，现有的诊脉仪常在一个气囊上设置多个压力传感器进行测量，气囊充气后产生一定的曲率也使传感器不能完全贴合在测量处。

发明内容

鉴于此，为解决现有技术中的技术问题，本发明实施例提供了一种基于力学脉冲信号测量的多模态诊脉仪及方法。

第一方面，本发明实施例提供了一种基于力学脉冲信号测量的多模态诊脉仪，所述诊脉仪包括：

气囊袖带模块，用于提供测量所需的恒定背压；

凸起气囊模块，用于对手腕部拇指侧骨骼内侧的寸、关、尺处脉搏施加压力；

测控集成模块，用于测量并显示柔性弯曲传感器的实时信号，对所述气囊袖带模块以及所述凸起气囊模块进行可控的充气加压。

在一个可能的实施方式中，所述气囊袖带模块为长方形扁平橡胶气囊，包括保护布套、袖带气囊以及充气导管。

在一个可能的实施方式中，所述凸起气囊模块为半球形，位于所述气囊袖带模块内侧。

在一个可能的实施方式中，所述凸起气囊模块的数量为三个，分别对应于手腕部拇指侧骨骼内侧的寸、关、尺处；

三个所述凸起气囊模块，用于根据设置的把脉力度分别对寸、关、尺三部位施加大小不同的力，模拟中医对三部位进行浮、中、沉三种取脉压力。

在一个可能的实施方式中，所述凸起气囊模块顶端贴合有柔性弯曲传感器，所述柔性弯曲传感器用于测量所述凸起气囊模块顶端的弯曲变形程度。

在一个可能的实施方式中，所述测控集成模块包括测控显示子模块，与所述凸起气囊模块顶端的所述柔性弯曲传感器相连，用于显示测量所述凸起气囊模块顶端的弯曲变形程度的数值。

在一个可能的实施方式中，所述测控集成模块还包括两个气泵控制集成子模块，均由微型气泵和气压传感器组成，用于通过充气导管分别对所述袖带气囊模块和所述凸起气囊模块进行可控的充气加压。

在一个可能的实施方式中，所述气压传感器用于反馈实时充气的气压，与所述微型气泵之间反馈调节，控制充气压力。

在一个可能的实施方式中，所述柔性弯曲传感器包括薄膜弯曲传感器，将传感器薄膜区域的角度变化转换成电阻值的变化，从而获得弯曲变形信息。

第二方面，本发明实施例提供了一种基于力学脉冲信号测量的的脉象信息测量分析方法，所述方法包括：

将气囊袖带模块捆绑在患者手腕处，调节所述气囊袖带模块的松紧程度；

开启测控集成模块，检查测控显示子模块与气泵控制集成子模块是否正常工作；

通过所述测控显示子模块调节充气压力，控制微型气泵对所述气囊袖带模块进行充气；

通过所述测控显示子模块调节充气压力，控制微型气泵对凸起气囊模块进行充气，以使“寸、关、尺”三部的凸起气囊模块充气至最佳取脉压力；

最佳取脉压力需根据中医脉诊中三指相同指力和三指不同指力进行设置。三指不同指力时寸、关、尺的最佳取脉压力需进行排列组合。

假设取脉压力为R，X、Y、Z分别代表寸、关、尺三个部位，则：

R₁X+R₂Y+R₃Z→一组脉搏数据

其中，R₁、R₂、R₃为浮、中、沉最佳取脉压力的排列组合，当模拟三指相同指力取脉时，R₁＝R₂＝R₃。

通过所述测控显示子模块测量并读取三个所述凸起气囊模块上的柔性压力传感器测得的脉冲信号；

根据所述脉冲信号，分别处理三个所述凸起气囊模块相同气压、不同气压时得到的脉搏搏动压力，得到脉象信息。

本发明实施例提供的基于力学脉冲信号测量的多模态诊脉仪及方法，可以更好适应不同粗细手腕，柔性弯曲传感器更好贴合测量处。本发明将多触点力学脉冲信号测量和多模态信号分析结合，能更好地对脉搏信号做出诊断。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的一种基于力学脉冲信号测量的多模态诊脉仪的结构示意图；

图2为本发明实施例的一种基于力学脉冲信号测量的脉象信息测量分析方法的实施流程示意图；

图3为本发明实施例的一种在浮、中、沉三种诊脉压力情况下的测量示意图；

图4为本发明实施例的一种控制方式下凸起气囊的时间-压力变化示意图；

图5为本发明实施例的一种寸部在不同取脉压力下的脉冲信号示意图；

图6为本发明实施例的一种相同取脉压力下寸、关、尺三部位的脉冲信号示意图；

图7为本发明实施例的一种同一诊脉压力下不同脉搏搏动压力测量示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例做进一步的解释说明，实施例并不构成对本发明实施例的限定。

如图1所示，为本发明实施例提供的一种基于力学脉冲信号测量的多模态诊脉仪的结构示意图，该诊脉仪包括：气囊袖带模块、凸起气囊模块、测控集成模块；

气囊袖带模块，用于提供测量所需的恒定背压；

凸起气囊模块，用于对手腕部拇指侧骨骼内侧的寸、关、尺处脉搏施加压力；

测控集成模块，用于测量并显示柔性弯曲传感器的实时信号，对所述气囊袖带模块以及所述凸起气囊模块进行可控的充气加压。

对于测控集成模块以及气囊部分相对独立且可拆分，便于诊脉仪的原件的维修。测控集成模块，有用于充电的开口。

在一具体实施例中，所述气囊袖带模块包括：保护布套1、袖带气囊2、充气导管7，另外气囊袖带模块内存在用于安装充气导管6、7与导线5的凹槽。

在一具体实施例中，所述气囊袖带模块包括：长方形扁平橡胶气囊，所述长方形扁平橡胶气囊材质可以是橡胶材质，所述长方形扁平橡胶气囊外层是保护布套，可调节松紧程度。为保证测试过程中气囊袖带模块内部压力稳定，气囊袖带模块的体积相比于充气导管6、7要大很多，在测试中可视为气压不变。

在一具体实施例中，所述凸起气囊模块4包括半球形密封气囊(具有良好的柔性)，位于所述气囊袖带模块内侧，所述半球形密封气囊材质可以是高分子乳胶薄膜材质。

在一具体实施例中，所述凸起气囊模块4的数量为三个，分别对应于手腕部拇指侧骨骼内侧的寸、关、尺处；三个所述凸起气囊模块4，用于根据设置的把脉力度分别对寸、关、尺三部位施加大小不同的力，模拟中医对三部位施加浮、中、沉三种取脉压力。

在一具体实施例中，所述凸起气囊模块4顶端贴合所述柔性弯曲传感器3，所述柔性弯曲传感器3用于测量所述凸起气囊模块4前端的弯曲变形程度，具体可以是：柔性弯曲传感器3安装贴合在上述凸起气囊模块4的半圆形内壁上，其与凸起气囊模块4的半圆形端的变形同步一致，用于测量凸起气囊模块4的半圆形端的变形弯曲程度。

所述柔性弯曲传感器3为一种薄膜弯曲传感器，用于将传感器薄膜区域的角度变化转换成电阻值的变化，从而获得弯曲变形信息。其中，柔性弯曲传感器3为多层压电电阻的复合结构。

另外，柔性弯曲传感器3呈放射状排列安装在凸起气囊模块4的半圆形内壁上。其中，多个柔性弯曲传感器以半圆形内壁顶点为中心相交排列安装，可同时测量半圆内壁多个方向上的弯曲变形程度，有助于减小脉搏搏动压力在方向上的变化所导致的测量误差。

所述导管6为柔性导管，其作为连接凸起气囊模块4、微型气泵13与气压传感器10的通道，用于对凸起气囊模块4进行充气，以及气压传感器10的测量。

所述导管7为柔性导管，其作为连接气囊袖带模块2、微型气泵12与气压传感器9的通道，用于对气囊袖带模块2进行充气，以及气压传感器9的测量。

在一具体实施例中，所述测控集成模块，包括：测控显示子模块8、导线5、导线11、微型气泵12和13，气压传感器9和10；

测控显示子模块8，通过导线5与所述凸起气囊模块顶端的柔性弯曲传感器3相连，用于测量所述凸起气囊模块顶端的弯曲变形程度，并实时显示测量数值，即测量柔性弯曲传感器3的信号。另外，测控显示子模块8，也通过导线11与微型气泵12、13和气压传感器9、10相连接，其包含提供电源的充电电池与用于显示测量数据的显示屏。

所述微型气泵13，用于对凸起气囊模块4进行充气，其受测控显示子模块8控制，根据气压传感器10的测量信号进行反馈调节，实现可控的充气过程。

所述微型气泵12，用于对袖带气囊2进行充气，其受测控显示子模块8控制，根据气压传感器9的测量信号进行反馈调节，实现可控的充气过程。

所述气压传感器9、10，为薄膜压力传感器，用于通过薄膜对压力的变形反馈测得气压值。

如图2所示，为本发明实施例提供的一种脉象信息的测量方法，该方法具体可以包括以下步骤：

S101，将气囊袖带模块捆绑在患者手腕处，调节所述气囊袖带模块的松紧程度；

S102，开启测控集成模块，检查测控显示子模块与气泵控制集成子模块是否正常工作；

检查测控显示子模块与气泵控制集成子模块是否正常工作，具体步骤如下：

打开诊脉仪电源，观察测控显示子模块8的气压读数是否正常，柔性弯曲传感器3的信号读数是否正常，微型气泵12、13是否工作正常。

S103，通过所述测控显示子模块调节充气压力，控制微型气泵对所述气囊袖带模块进行充气；

S104，通过所述测控显示子模块调节充气压力，控制微型气泵对凸起气囊模块进行充气，以使“寸、关、尺”三部位的凸起气囊模块充气至最佳取脉压力；

最佳取脉压力需根据中医脉诊中三指相同指力和三指不同指力进行设置，不同取脉压力下的测量如图3所示。三指不同指力时寸、关、尺的最佳取脉压力需进行排列组合。

假设取脉压力为R，X、Y、Z分别代表寸、关、尺三个部位，则：

R₁X+R₂Y+R₃Z→一组脉搏数据

其中，R₁、R₂、R₃为浮、中、沉最佳取脉压力的排列组合，当模拟三指相同指力取脉时，R₁＝R₂＝R₃。一种控制方式下寸、关、尺处凸起气囊模块的时间-压力变化如图4所示：0时刻三处气囊同时各自充气加压，t1时刻至其浮脉所需最佳取脉压力Px1、Py1、Pz1，稳定后测量脉搏信息反馈至测控系统；t2时刻三处气囊同时各自充气加压，t3时刻至其中脉所需最佳取脉压力Px2、Py2、Pz2，稳定后测量脉搏信息反馈至测控系统；t4时刻三处气囊同时各自充气加压，t5时刻至其沉脉所需最佳取脉压力Px3、Py3、Pz3，稳定后测量脉搏信息反馈至测控系统；t6时刻一组脉搏数据测试完毕。

S105，通过所述测控显示子模块测量并读取三个所述凸起气囊模块上的柔性压力传感器测得的脉冲信号；

S106，根据所述脉冲信号，分别处理三个所述凸起气囊模块相同气压、不同气压时得到的脉搏搏动压力，得到脉象信息。

在一具体操作中，对寸部依次施以浮、中、沉三种取脉压力，得到如图5所示三个不同的脉搏脉冲信号，其中中取时脉冲信号的幅度最大，重取次之，浮取最小；对寸、关、尺三部位施以相同的取脉压力，得到如图6所示三种脉搏脉冲信号，其中关部脉冲信号的幅度最大，尺部次之，寸部最小。图5及图6均为正常健康的被测者的部分脉搏信号。

其中升支A-B是由心脏收缩时，左心室向主动脉射血，引起主动脉血压迅速上升，主动脉管被扩张而成；降支B-C在左心室射血后期，由于射血速度减慢，主动脉根部流入血量低于向外周流出的血量时，压力随之下降，主动脉管弹性回缩形成；潮波即重搏前波D是出现在降支上的一个波，其形成是由主动脉根部的初始波向外周传播时，受到外周因素的影响而产生返折波的多次叠加所致；降中峡E出现在主动脉瓣关闭的瞬间，反映心脏舒张期起点的主动脉压力；重搏波F是降中峡后的一个小波，重搏波的产生是由心舒期开始时，主动脉瓣突然关闭，外周返流的血液使主动脉根部容积增大，并冲击主动脉瓣而产生的振荡所形成。图5仅描述了寸部的脉象，对于关部、尺部的脉象信号原理与寸部相同。

本发明中，袖带气囊2充气后保持气压不变，为测量提供稳定不变的背压。由于不同个体的脉搏搏动压力不同，当凸起气囊模块4充气到某最佳取脉压力，如图7所示，若接触的脉搏搏动压力较大，引起的凸起气囊模块4的变形程度就较大；若接触的脉搏搏动压力较小，引起的凸起气囊变形程度就会较小。根据弯曲变形量的测量，我们可以量化三个凸起气囊的脉搏搏动压力，并根据分析得到患者的脉象信息。

本发明可以解决对患者脉搏信息的量化测量问题。本发明需结合中医诊脉建立完善的诊脉加压程序和脉象处理系统。实际应用过程中，可根据不同身高、体重设计三个气囊之间的间距。使用气囊变形压头进行接触测量，气压可控、稳定、有溯源性。气囊的变形压头对接触压力有分散效果，测量时对患者皮肤有保护作用。本发明能适应不同粗细手腕、压力传感器能更好贴合测量处。使用过程方便快捷，测量数据更加准确，能更好的反映脉象信息。

专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于力学脉冲信号测量的多模态诊脉仪，其特征在于，所述诊脉仪包括：

气囊袖带模块，用于提供测量所需的恒定背压；

凸起气囊模块，用于对手腕部拇指侧骨骼内侧的寸、关、尺处脉搏施加压力；所述凸起气囊模块的数量为三个，分别对应于手腕部拇指侧骨骼内侧的寸、关、尺处；

测控集成模块，用于测量并显示柔性弯曲传感器的实时信号，对所述气囊袖带模块以及所述凸起气囊模块进行可控的充气加压。

2.根据权利要求1所述的诊脉仪，其特征在于，所述气囊袖带模块为长方形扁平橡胶气囊，包括保护布套、袖带气囊以及充气导管。

3.根据权利要求1所述的诊脉仪，其特征在于，所述凸起气囊模块为半球形，位于所述气囊袖带模块内侧。

4.根据权利要求3所述的诊脉仪，其特征在于，三个所述凸起气囊模块，用于根据设置的把脉力度分别对寸、关、尺三部位施加大小不同的力，模拟中医对三部位施加浮、中、沉三种取脉压力。

5.根据权利要求3所述的诊脉仪，其特征在于，所述凸起气囊模块顶端贴合有柔性弯曲传感器，所述柔性弯曲传感器用于测量所述凸起气囊模块顶端的弯曲变形程度。

6.根据权利要求1所述的诊脉仪，其特征在于，所述测控集成模块包括测控显示子模块，与所述凸起气囊模块顶端的所述柔性弯曲传感器相连，用于显示测量所述凸起气囊模块顶端的弯曲变形程度的数值。

7.根据权利要求1所述的诊脉仪，其特征在于，所述测控集成模块还包括两个气泵控制集成子模块，均由微型气泵和气压传感器组成，用于通过充气导管分别对所述气囊袖带模块和所述三个凸起气囊模块进行可控的充气加压。

8.根据权利要求7所述的诊脉仪，其特征在于，所述气压传感器用于反馈实时充气的气压，与所述微型气泵之间反馈调节，控制充气压力。

9.根据权利要求5至6任一项所述的诊脉仪，其特征在于，所述柔性弯曲传感器包括薄膜弯曲传感器，将传感器薄膜区域的角度变化转换成电阻值的变化，从而获得弯曲变形信息。

10.一种基于力学脉冲信号的脉象信息测量方法，其特征在于，所述方法包括：

将气囊袖带模块捆绑在患者手腕处，调节所述气囊袖带模块的松紧程度；

开启测控集成模块，检查测控显示子模块与气泵控制集成子模块是否正常工作；

通过所述测控显示子模块调节充气压力，控制微型气泵对所述气囊袖带模块进行充气；

通过所述测控显示子模块调节充气压力，控制微型气泵对凸起气囊模块进行充气，以使“寸、关、尺”三部位的凸起气囊模块充气至最佳取脉压力；

通过所述测控显示子模块测量并读取三个所述凸起气囊模块上的柔性压力传感器测得的脉冲信号；

根据所述脉冲信号，分别处理三个所述凸起气囊模块相同气压、不同气压时得到的脉搏搏动压力，得到脉象信息。

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