CN111513752A - 一种基于脉搏声信号的脉诊仪 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于脉搏声信号的脉诊仪，包括袖带和拾音腔，所述拾音腔安装在袖带靠近下侧前端外壁上，所述袖带下侧设置有信号软件系统处理装置和压强控制装置，所述信号软件系统处理装置位于压强控制装置的右侧，本发明通过改变被测量位置处的压强变化，利用低频麦克风测量脉搏波声信号，可以得到更为微观的、更加复杂的、富含更多信息的脉搏波波形数据，以此波形为依据进行疾病诊断，另外，由于不同外压下脉搏跳动存在明显的强度差异，所以本发明依据脉搏波波形还能够进行对被测量者的血压范围测量，因此，该设备可利用脉搏声信号进行疾病诊断，同时该设备还可以替代现有的血压测量设备。

Description

一种基于脉搏声信号的脉诊仪
技术领域
本发明属于脉诊仪相关技术领域，具体涉及一种基于脉搏声信号的脉诊仪。
背景技术
随着社会的进步，人们越来越关注自身的健康状况，希望找到一种安全、无创、便捷的方法来诊断病情，因此，来自中医当中的脉诊逐渐受到重视，脉诊的传统方法是中医医生用指端对患者桡动脉管施加不同的压力，依靠指端感受到的触觉、压觉和振动觉等信息来确定患者脉象，进而进行病情诊断，脉诊就是依靠脉搏微弱的搏动差异来感知人的身体状况变化，因此脉诊这种方法对诊断医生提出了很高的要求，不仅是要对采集到的脉搏非常敏感，同时也需要有大量的临床经验去判断不同的脉搏对应与不同的患病区域，如何准确、便捷、完整的将医生所摸到的脉搏信号可视化，进而利用这种信号去诊断病情是一个亟待解决的问题，根据采集传感器的类型不同，可以将采集脉搏信号的方式分为以下几类：(1)压力式，将压阻式传感器与皮肤直接接触，通过测量血管的压力变化来获取脉搏信号；(2)光电式，使用光电传感器发射激光，然后通过检测接收到反射光来检测脉搏信号；(3)超声式，使用超声波传感器在浅层动脉处发射超声波，利用多普勒效应来采集信号；(4)心电式，在人体各个部位安放传感触点，测定生命特征参数，然后转化为脉搏信号参数。
现有的脉诊仪技术存在以下问题：目前主流的测量脉搏波的方法依旧是压力传感器测量，单纯的依靠压力传感器直接接触皮肤，接收压力信号，往往对压力器的定位能力和接收灵敏度要求很高，必须十分准确的贴合到动脉位置，还要具有较高的接收灵敏度才能准确地接收到十分微弱的压力信号。虽然现有的脉诊仪对脉搏波信号进行了不同程度的测量，但是需要准确确定测量位置，同是需要高灵敏度的压力传感器，这些不足给脉诊仪的推广和应用造成困难，同时也限制了远程医疗的发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于脉搏声信号的脉诊仪，以解决上述背景技术中提出的现有的脉诊仪对脉搏波信号进行测量时，需要准确确定测量位置，同时需要高灵敏度的压力传感器，当测量位置不准确时，传感器灵敏度再高也不会有好效果，或需要对不同位置的脉搏信号进行测量，导致操作过程复杂多变的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于脉搏声信号的脉诊仪，包括袖带和拾音腔，所述拾音腔安装在袖带靠近下侧前端外壁上，所述袖带下侧设置有信号软件系统处理装置和压强控制装置，所述信号软件系统处理装置位于压强控制装置的右侧，所述信号软件系统处理装置与压强控制装置通过电线电性连接，所述拾音腔与信号软件系统处理装置通过橡胶软管连接，所述橡胶软管内部设置有低频麦克风，所述低频麦克风与信号软件处理装置电性连接，所述压强控制装置与袖带内部的气囊通过送气管连通连接，所述袖带左侧前端外壁和右侧后端外壁上均设置有魔术贴，所述魔术贴和袖带通过粘接剂固定连接，所述压强控制装置是由MCU控制模块、压强控制模块、采集模块和信号处理模块四大部分构成。
优选的，所述压强控制模块包含气阀控制电路、充气气囊、放气气阀、袖带、气压表以及相关的连接软管组成，所述压强控制模块的作用是接收控制指令并控制肱动脉处袖带内的压强变化，且压强控制模块实时观测袖带内的压强变化情况并将压强变化数据传输给信号处理模块。
优选的，所述袖带能够适应不同人群的测量，所述袖带具有弹性可伸缩的特点并起到加压的作用，所述袖带同时也能够固定采集模块的拾音腔并起到固定支持的作用。
优选的，所述压强控制装置中还设置有气压监测软件，所述气压监测软件主要是观测袖带内部的气囊压强的变化，所述气压监测软件与袖带内部的气囊连接后将气压变化情况实时地反馈给压强控制模块，且记录气压变化数据传输给信号处理模块。
优选的，所述采集模块包含拾音腔、橡胶软管、低频麦克风和前置放大、滤波和AD转换电路以及相关的连接线，所述采集模块的作用是将脉搏波信号实时的记录下来并将信号传输到信号处理模块，所述拾音腔通过橡胶软管与采集模块中的低频麦克风连接。
优选的，所述信号处理模块可以采用TI公司的TMS320F28027芯片，所述信号处理模块也可以采用TI的MSP430低功耗MCU或者ARM系列芯片，所述信号处理模块的主要作用是处理数据并传输结果。
优选的，所述信号软件系统处理装置主要实现功能包括脉搏声数字信号的低通滤波、时域脉搏声信号峰值的提取和时域脉搏声信号波形数据处理。
与现有技术相比，本发明提供了一种基于脉搏声信号的脉诊仪，具备以下有益效果：
1、本发明对现有市面上的脉诊仪进行研究发现，现有的脉诊仪对脉搏波信号进行了不同程度的测量，但是需要准确地确定测量位置，或需要高灵敏度的传感器，或需要对不同位置的脉搏信号进行测量，导致操作过程复杂多变，本发明为了克服上述限制，而设计出一种发明的利用脉搏声信号进行疾病诊断的脉诊仪，本发明对接收位置进行加压，得到了不同压强下的脉搏声信号，利用脉搏声信号的波形进行疾病诊断，同时还可以测量被测量者的血压信息，该发明的一种基于脉搏声信号的脉诊仪与之前设备的最大不同之处在于诊断疾病的判据上，本发明通过改变被测量位置处的压强变化，利用低频麦克风测量脉搏波声信号，可以得到更为微观的、更加复杂的、富含更多信息的脉搏波波形数据，以此波形为依据进行疾病诊断，另外，由于不同压强下脉搏跳动存在明显的强度差异，所以本发明依据脉搏波波形还能够进行对被测量者的血压范围测量，因此，利用脉搏波波形进行疾病诊断是更加重要的，同时该设备还可以替代现有的血压测量设备；
2、本发明给出的脉搏诊断器与传统的脉诊仪有本质的区别，传统的脉搏仪主要是测量脉搏搏动的频率，即通过测量单位时间内脉搏搏动的次数来推算脉搏频率，或者是通过测量身体不同部位的脉搏波来确定脉搏时间差，通过脉搏时间差进行诊断，总体上来说都是只需要确定脉搏的个数或到达时间，本发明则是通过低频麦克风采集了不同压强下的脉搏声信号，利用脉搏声信号波形的变化进行疾病诊断，综上所述：本发明的一种基于脉搏声信号的脉诊仪相比于现有市面上的脉诊仪具有操作简单，方便实现等优点，其可以作为专业医生的辅助诊断设备，也可以作为家庭医疗健康的日常设备，这种方式充分利用了人体脉搏波幅度随外界压强变化的特征，不会对被测量者造成生理创伤，能够短时间内确定诊断结果，另外，在疾病诊断的同时也实现了血压范围的测量。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制，在附图中：
图1为本发明提出的一种基于脉搏声信号的脉诊仪结构示意图；
图2为本发明提出的一种基于脉搏声信号的脉诊仪原理结构示意图；
图3为本发明提出的压强控制装置原理结构示意图；
图4为本发明提出的采集模块原理结构示意图；
图中：1、信号软件系统处理装置；2、压强控制装置；3、送气管；4、袖带；5、拾音腔；6、魔术贴；7、橡胶软管。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种基于脉搏声信号的脉诊仪，包括袖带4和拾音腔5，拾音腔5安装在袖带4靠近下侧前端外壁上，袖带4下侧设置有信号软件系统处理装置1和压强控制装置2，信号软件系统处理装置1位于压强控制装置2的右侧，信号软件系统处理装置1与压强控制装置2通过电线电性连接，压强控制装置2中还设置有气压监测软件，气压监测软件主要是观测袖带4内部的气囊压强的变化，气压监测软件与袖带4内部的气囊连接后将气压变化情况实时地反馈给压强控制模块，且记录气压变化数据传输给信号处理模块，袖带4能够适应不同人群的测量，袖带4具有弹性可伸缩的特点并起到加压的作用，袖带4同时也能够固定采集模块的拾音腔5并起到固定支持的作用，拾音腔5与信号软件系统处理装置1通过橡胶软管7连接，橡胶软管7内部设置有低频麦克风，低频麦克风与信号软件处理装置电性连接，压强控制装置2与袖带4内部的气囊通过送气管3连通连接，袖带4左侧前端外壁和右侧后端外壁上均设置有魔术贴6，魔术贴6和袖带4通过粘接剂固定连接，压强控制装置2是由MCU控制模块、压强控制模块、采集模块和信号处理模块四大部分构成，其中MCU控制模块最终集成在处理器中，它的作用是给其他装置发布指令，协调各个部件完成采集过程和信号处理过程，当然，控制模块可以通过单片机来实现，也可以通过智能手机等移动设备来实现，还可以通过手动控制按钮进行操作者的手动实现，通过WiFi或者蓝牙方式将压强控制模块和采集模块与移动设备连接，移动端应用软件可以实现控制和信号处理的功能，压强控制模块包含气阀控制电路、充气气囊、放气气阀、袖带4、气压监测软件以及相关的连接软管组成，压强控制模块的作用是接收控制指令并控制肱动脉处袖带4内的压强变化，且压强控制模块实时观测袖带4内的压强变化情况并将压强变化数据传输给信号处理模块。
一种基于脉搏声信号的脉诊仪，采集模块包含拾音腔5、橡胶软管7、低频麦克风和前置放大、滤波和AD转换电路以及相关的连接线，采集模块的作用是将脉搏波信号实时地记录下来并将信号传输到信号处理模块，拾音腔5通过橡胶软管7与采集模块中的低频麦克风连接，通过橡胶软管7将拾音腔5和低频麦克风连接，这样就形成了一个密闭的空气腔，当脉搏跳动时，拾音腔5表面的振膜也跟着发生振动，从而压缩空气腔内的空气一块振动，麦克风就将这些信号记录下来，作为脉搏波的波形数据，在传输数据之前，还要利用前置放大和滤波电路对信号进行放大和滤波，提高对噪声的鲁棒性，使用橡胶软管7的好处是它不是刚性连接，能够适应不同的设备固定情形，同时，橡胶软管7对外界高频噪声也有一定的吸收降噪作用，提高脉搏信号的信噪比。
一种基于脉搏声信号的脉诊仪，信号处理模块可以采用TI公司的TMS320F28027芯片，信号处理模块也可以采用TI的MSP430低功耗MCU或者ARM系列芯片，信号处理模块的主要作用是处理数据并传输结果，采集完成之后，控制电路给信号处理模块指令，数据处理开始，通过分析压强控制模块传输的压强数据和采集模块传输的脉搏波数据，得到不同压强下的脉搏波波形数据，根据这个波形数据可以求得被测量者的血压范围，即收缩压和舒张压，更重要的，利用波形数据可以进行疾病诊断，信号处理模块也可以通过单片机实现，也可以通过移动设备实现。
一种基于脉搏声信号的脉诊仪，信号软件系统处理装置1主要实现功能包括脉搏声数字信号的低通滤波、时域脉搏声信号峰值的提取和时域脉搏声信号波形数据处理，脉搏数字信号的低通滤波主要是滤除高频噪声的干扰，提高信噪比，人体的脉搏搏动大约在每分钟60-100次，相应的基频频率范围大约在1-2Hz，因此，高频的外界干扰、电路干扰都是噪声，而且比较容易滤除，时域脉搏声信号峰值提取是在时域信号上面寻找峰值，也就是脉搏搏动的时间位置，同时要将这些峰值同压强信号对应起来，确定脉搏搏动幅度随压强变化的曲线，根据脉搏幅度的变化测量被测量者的血压范围，时域脉搏声信号波形数据处理是将得到的脉搏声信号进行波形对比，主要包含一、对比不同压强下得到的每一次脉搏跳动声信号的波形变化，二、找出不同压强下脉搏声信号的波形差异性，三、观察不同压强下的脉搏声信号的波形重复率，通过上述三步时域波形数据处理，能够确定被测量者的健康情况。
本发明的工作原理及使用流程：本发明安装好过后，本发明的一种基于脉搏声信号的脉诊仪在开始工作准备阶段，拾音腔5贴附到被测量者的肱动脉处，用袖带4固定拾音腔5，连接好压强控制装置2和采集装置之后，选定信号处理设备的连接，是单片机工作还是移动设备连接，设备连接完成之后控制模块发送加压指令，首先充气气囊根据指令对袖带4加压，同时监测气压监测软件示数，当袖带4内的气压加到固定压强时停止加压，考虑到正常人的血压范围，一般加到150mmHg柱即可，如果被测量者有高血压情况，要调整加压值，至少要高于预知的血压上限，加压完成之后进行放气降压，同时麦克风开始记录脉搏波声信号，放气过程是一个均匀缓慢的过程，从最高压开始到最低压共经历一分钟，最低压设置为30mmHg柱，加压和降压过程都需要程序进行严格的程序控制，加压时要准确稳定到最高压，降压时则需要匀速缓慢放到最低压。在缓慢放气的同时要打开记录装置，开始记录气压监测软件示数变化，与此同时开始记录麦克风接收到的脉搏声信号，两路信号要实现准确的同步，保证准确地确定脉搏信号幅度随压强的变化规律，信号处理阶段中，气压监测软件示数的压强数据直接传输到信号处理模块，麦克风接收到的脉搏声信号经过放大、滤波和AD转换后发送到信号处理模块，其中低通滤波主要是滤除高频噪声干扰，然后对时域脉搏声信号做峰值提取，提取的目的是找脉搏每次搏动的幅度，同时将每次的幅度同压强数据对应起来，绘制脉搏幅度随外界压强的变化曲线，确定被测量者的血压范围，最后进行时域脉搏声信号波形数据处理，得到波形的特征参数，目的是根据脉搏声信号时域波形进行疾病诊断，具体做法是根据脉搏声信号时域波形，对比不同压强下得到的每一次脉搏跳动声信号的波形变化，找出不同压强下脉搏声信号的波形差异性，观察不同压强下的脉搏声信号的波形重复率，通过上述三步时域波形数据处理，判断被测量者的健康情况，输出显示诊断结果中，把测量次数、测量时间、血压范围、诊断情况等详细信息作为显示输出，让测量者选择下一步操作。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种基于脉搏声信号的脉诊仪，包括袖带(4)和拾音腔(5)，其特征在于：所述拾音腔(5)安装在袖带(4)靠近下侧前端外壁上，所述袖带(4)下侧设置有信号软件系统处理装置(1)和压强控制装置(2)，所述信号软件系统处理装置(1)位于压强控制装置(2)的右侧，所述信号软件系统处理装置(1)与压强控制装置(2)通过电线电性连接，所述拾音腔(5)与信号软件系统处理装置(1)通过橡胶软管(7)连接，所述橡胶软管(7)内部设置有低频麦克风，所述低频麦克风与信号软件处理装置电性连接，所述压强控制装置(2)与袖带(4)内部的气囊通过送气管(3)连通连接，所述袖带(4)左侧前端外壁和右侧后端外壁上均设置有魔术贴(6)，所述魔术贴(6)和袖带(4)通过粘接剂固定连接，所述压强控制装置(2)是由MCU控制模块、压强控制模块、采集模块和信号处理模块四大部分构成。
2.根据权利要求1所述的一种基于脉搏声信号的脉诊仪，其特征在于：所述压强控制模块包含气阀控制电路、充气气囊、放气气阀、袖带(4)、气压表以及相关的连接软管组成，所述压强控制模块的作用是接收控制指令并控制肱动脉处袖带(4)内的压强变化，且压强控制模块实时观测袖带(4)内的压强变化情况并将压强变化数据传输给信号处理模块。
3.根据权利要求1所述的一种基于脉搏声信号的脉诊仪，其特征在于：所述袖带(4)能够适应不同人群的测量，所述袖带(4)具有弹性可伸缩的特点并起到改变压强的作用，所述袖带(4)同时也能够固定采集模块的拾音腔(5)并起到固定支持的作用。
4.根据权利要求1所述的一种基于脉搏声信号的脉诊仪，其特征在于：所述压强控制装置(2)中还设置有气压监测软件，所述气压监测软件主要是观测袖带(4)内部的气囊压强的变化，所述气压监测软件与袖带(4)内部的气囊连接后将气压变化情况实时地反馈给压强控制模块，且记录气压变化数据传输给信号处理模块。
5.根据权利要求1所述的一种基于脉搏声信号的脉诊仪，其特征在于：所述采集模块包含拾音腔(5)、橡胶软管(7)、低频麦克风和前置放大、滤波和AD转换电路以及相关的连接线，所述采集模块的作用是将脉搏波信号实时地记录下来并将信号传输到信号处理模块，所述拾音腔(5)通过橡胶软管(7)与采集模块中的低频麦克风连接。
6.根据权利要求1所述的一种基于脉搏声信号的脉诊仪，其特征在于：所述信号处理模块可以采用TI公司的TMS320F28027芯片，所述信号处理模块也可以采用TI的MSP430低功耗MCU或者ARM系列芯片，所述信号处理模块的主要作用是处理数据并传输结果。
7.根据权利要求1所述的一种基于脉搏声信号的脉诊仪，其特征在于：所述信号软件系统处理装置(1)主要实现功能包括脉搏声数字信号的低通滤波、时域脉搏声信号峰值的提取和时域脉搏声信号波形数据处理。
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