CN113397478A - 一种用于脉诊装置的自动加压控制方法 - Google Patents

Abstract

一种用于脉诊装置的自动加压控制方法，属控制领域。采集手腕脉搏，获取取脉压力和脉搏波的模拟信号，经转换后分别得到取脉压力和脉搏波的数字信号；采用“先粗后精”的分步加压策略，控制加压装置进行加、减压，实现脉诊装置的自动加压；直至确定最佳取脉压力。本技术方案能够实现脉诊装置无需人为操控而进行自动加压，能够保证控制过程稳定，且较快获得加压结果，加压结果所得脉搏波信号好于手动调整取脉压力的结果，使得脉诊装置能够在最佳取脉压力下采集脉搏波信号。可广泛用于各种于脉诊装置控制系统的设计和制造领域。

Description

一种用于脉诊装置的自动加压控制方法

技术领域

本发明属于控制领域，尤其涉及一种用于脉诊装置的取脉压力控制方法。

背景技术

中医脉诊是中国传统医学诊察疾病的重要手段。

脉诊是医师通过所诊患者脉部(手腕的桡动脉)的搏动，来判断脉象。医师一般依靠手指把脉，利用手指的触觉，并综合患者其他状况，去推判病情，是中国传统医学中独具特色的诊断方法。

目前，已经有多种采用各种机电结构来实现中医脉诊的脉诊装置，例如，申请公布日为2019年12月17日，申请公布号为CN 110575151 A的中国发明专利申请中，公开了一种“脉诊测量装置”，包含有一传感器，用来感测一生物体的一血压波，以产生一脉波信号；一压脉装置，用以施加一压力于该生物体的脉搏，其中该压脉装置具有一弹性系数，该弹性系数对应于该血压波的一谐波的频率，该谐波为一整数谐波或一分数谐波；以及一处理器，用以依据该脉波信号，产生该谐波的脉诊信息。

目前的脉诊装置多采用手动加压的方式，手动加压即需要调试人员、用户对中医脉诊有一定的了解，能够辨别脉搏波形，根据显示的脉搏波形来调整加压压力。其缺点为：用户可能不了解中医脉诊，脉诊装置只能局限于实验室以及相关技术人员使用，无法推广。

传统中医对桡动脉施以浮中沉三个等级的取脉压力，脉搏波信号在不同等级下所反应的人体生理状态不尽相同，因此要求加压模块能够提供精确的加压压力，控制取脉压力等级。

在中医脉诊中，最佳取脉压力、脉搏幅值随取脉压力变化的趋势等基本脉象信息是判断脉象类型的关键因素。临床结果表明不同脉象的最佳取脉压不同，其数值和脉动压联系紧密，脉动压最大处为最佳取脉点，即最佳取脉压力为脉搏波幅值最大情况下的取脉压力。

所以，在脉诊设备的研发进程中，如何自动加压并获取最佳脉象信号是其中的关键技术之一。

同时，目前的脉诊设备采用自动加压的也多为半自动加压，即通过电机或者气泵进行加压，但电机或者气泵的运动需要人为操控，且无法获取到最佳取脉压力，采集到的脉搏波也不能很好地反应人体生理特征。

因此，找到一种适合脉诊装置自动加压，且能够获取最佳取脉压力的控制模式，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于脉诊装置的自动加压控制方法。其在采集被检测对象脉搏信号的同时，还采集取脉压力信号，采用“先粗后精”的加压策略，进行分级加压，以找到最佳取脉压力；能够实现脉诊装置无需人为操控而进行自动加压，能够保证控制过程稳定，且较快获得加压结果，加压结果所得脉搏波信号好于手动调整取脉压力的结果，使得脉诊装置能够在最佳取脉压力下采集脉搏波信号。

本发明的技术方案，提供了一种用于脉诊装置的自动加压控制方法，其特征是包括下列步骤：

1)脉诊装置采集手腕脉搏，得到取脉压力和脉搏波的模拟信号，将信号进行放大、滤波和A/D转换后，分别得到取脉压力和脉搏波的数字信号；

2)采用“先粗后精”的分步加压策略，实现脉诊装置的自动加压；

3)在“粗加压”阶段，根据中医脉诊取脉压力范围，将加压压力分为若干个等级，进行分级加压，确定脉搏波幅值最大处的加压等级P_b；

4)在“精加压”阶段，在加压等级P_b的数值附近，进一步细分为若干个微等级，进行分级加压，以找到最佳取脉压力；

5)判断标定后的取脉压力信号与压力等级的误差是否小于设定值：

6)若误差小于设定值，记录取脉压力数值并采集脉搏波信号，单级加压取脉任务结束；

7)若误差大于设定值，将取脉压力信号输入控制器；

8)通过控制器调整输出的加压装置的驱动信号，从而控制加压装置进行加、减压；循环上述步骤，直至确定最佳取脉压力。

具体的，所述的“先粗后精”的分步加压策略，在“粗加压”阶段按照一定的加压等级，逐步增加加压压力，并采集对应的脉搏波信号；在“精加压”阶段，在“粗加压”阶段的基础上，找到脉搏波幅值最大处对应的加压等级，并在该等级附近进行压力调整，以得到最佳取脉压力；所述的“先粗后精”的分步加压策略，在保证快速达到取脉压力设定值的前提下，减小实际取脉压力信号与设定值的误差。

进一步的，所述的“先粗后精”的分步控制策略，在“粗加压阶段”，以一定的压力等级顺序进行加压控制，并采集一定时间的脉搏波信号；对采集的各压力等级下的脉象信号进行滤波降噪、去基线漂移后提取平均周期，找到脉搏波幅值最大的脉象信号所对应的加压等级P_b；在“精加压”阶段，以对应的加压等级P_b附近的压力浮动值或浮动范围为微加压等级，以相同方法得到“精加压”阶段的最佳加压等级，并以此作为最佳取脉压力P_best。

进一步的，所述的单级加压取脉环节包括下列步骤：

A)采集取脉压力信号；

B)判断标定后的取脉压力信号与压力等级的误差是否小于设定值；

C)若误差小于设定值，单级取脉任务结束；

D)若误差大于设定值，将取脉压力信号输入控制器；

E)通过控制器调整输出的加压装置驱动信号，从而控制加驱动装置进行加、减压；循环上述步骤，直至确定最佳取脉压力。

具体的，所述的取脉压力信号与脉搏波信号由传感器采集所得，经过信号调理以后，分别得到取脉压力与脉搏波的数字信号；其中的取脉压力信号反映人体取脉时的外部压力。

进一步的，将取脉压力数字信号值转化为实际压力，采用最小二乘法对取脉压力信号进行拟合标定，用以判断取脉压力信号与设定压力的误差。

具体的，脉诊装置根据取脉压力信号与压力等级之间的误差是否小于设定值，通过改变加压驱动装置中电机的正/反转，或使气泵充/放气，从而实现脉诊装置的加/减压。

进一步的，所述的自动加压控制方法利用PID调节、增量PID、模糊PID或反步控制模式来实现自动加压控制。

所述的自动加压控制方法，在采集被检测对象脉搏信号的同时，还采集取脉压力信号，通过分级加压的控制模式，获取在脉搏波幅值最大时的最佳取脉压力，使得脉诊装置能够在最佳取脉压力下采集脉搏波信号。

与现有技术比较，本发明的优点是：

1.本技术方案，采用“先粗后精”的加压策略，进行分级加压，以找到最佳取脉压力；能够保证控制过程稳定，且较快获得加压结果，加压结果所得脉搏波信号好于手动调整取脉压力的结果；

2.本技术方案利用PID、模糊控制和神经网络等控制方式，来实现脉诊装置的自动加压；

3.本技术方案在保证脉诊装置自动加、减压以采集人体脉搏波信号前提条件下，使得采集过程尽量在最佳取脉压力下进行，提高了信号的准确度，能够为后续的脉搏波分析提供有力支持；

4.本技术方案通过传感器采集脉搏波信号和取脉压力信号；标定取脉压力信号；通过改变电机的前进、后退，或使气泵充气放气，从而实现加减压；

5.本技术方案在采集被检测对象脉搏信号的同时，还采集取脉压力信号，通过分级加压的控制模式，获取在脉搏波幅值最大时的最佳取脉压力，使得脉诊装置能够在最佳取脉压力下采集脉搏波信号。

附图说明

图1是本发明分级加压获取最佳取脉压力的方法流程示意图；

图2是本发明单级加压取脉的方法流程示意图；

图3是本发明自动加压时的取脉压力变化图；

图4是本发明粗加压阶段的脉搏波幅值变化图；

图5是本发明精加压阶段的脉搏波幅值变化图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

图1中，本发明的技术方案，提供了一种用于脉诊装置的自动加压控制方法，其至少包括下列步骤：

1)脉诊装置采集手腕脉搏，得到取脉压力和脉搏波的模拟信号，将信号进行放大、滤波和A/D转换后，分别得到取脉压力和脉搏的数字信号；

2)采用“先粗后精”的分步加压策略，实现脉诊装置的自动加压；

3)在“粗加压”阶段，根据中医脉诊取脉压力范围，将加压压力分为若干个等级，进行分级加压，确定脉搏波幅值最大处的加压等级P_b；

4)在精加压阶段，在加压等级P_b的数值附近，进一步细分为若干个微等级，进行分级加压，以找到最佳取脉压力；

5)判断标定后的取脉压力信号与压力等级的误差是否小于设定值：

6)若误差小于设定值，记录取脉压力数值并采集脉搏波信号，单级加压取脉任务结束；

7)若误差大于设定值，将取脉压力信号输入控制器；

8)通过控制算法调整输出的加压装置驱动信号，从而控制装置进行加、减压；循环上述步骤，直至确定最佳取脉压力。

由于自动加压需要使用加压压力，因此脉诊装置采集脉搏信号同时，还需要采集到取脉压力信号。传感器采集到脉搏波和取脉压力的模拟信号，通过放大、滤波和A/D转换后，分别得到脉搏波和取脉压力的数字信号。

为了判断取脉压力信号与设定压力的误差，采用最小二乘法对取脉压力信号进行拟合标定。

采用“先粗后精”的分步控制策略进行加压，粗加压阶段以一定的压力等级顺序进行加压控制，并采集一定时间的脉搏波信号；对采集的各压力等级下的脉象信号进行滤波降噪、去基线漂移后提取平均周期，找到脉搏幅值最大的脉象信号所对应的加压等级P_b；精加压阶段以对应的加压等级P_b附近的压力浮动值或浮动范围为微加压等级，以相同方法得到精加压阶段的最佳加压等级，并以此作为最佳取脉压力P_best。

图2为本发明单级加压取脉的方法流程示意图，在本发明技术方案中，单级加压取脉的过程至少包括下列步骤：

A)采集取脉压力信号；

B)判断标定后的取脉压力信号与压力等级的误差是否小于设定值；

C)若误差小于设定值，单级取脉任务结束；

D)若误差大于设定值，将取脉压力信号输入控制器；

E)通过控制器调整输出的加压装置的驱动信号，从而控制加压装置进行加、减压；循环上述步骤，直至确定最佳取脉压力。

具体的，本方法技术方案中，控制器利用PID调节、增量PID、模糊PID或反步控制模式来实现自动加压控制。

作为一个实施例，在本技术方案中，取脉压力的变化采用增量PID控制模式，其增量PID控制模式的离散形式如下：

Δu(k)＝u(k)-u(k-1)＝K_pΔe(k)+K_ie(k)+K_d[Δe(k)-Δe(k-1)]

其中，K_p为比例增益，u(k)为PID控制器输出信号；e(k)为给定值与测量值之差。

本技术方案脉诊装置自动加压的取脉压力变化如图3所示。

本技术方案在脉诊装置“粗加压”阶段的脉搏波幅值随加压压力变化如图4所示，由图可知，压力等级为100g时脉搏波幅值最大。

采用本技术方案后，在脉诊装置“精加压”阶段的脉搏波幅值随加压压力变化如图5所示，由图可知，在100g附近进行分级加压，得到92g加压压力下脉搏波幅值最大，此时即最佳取脉压力。

综上，本发明的技术方案，在采集被检测对象脉搏信号的同时，还采集取脉压力信号，通过分级加压的控制模式，获取在脉搏波幅值最大时的最佳取脉压力，实现脉诊装置无需人为操控而进行自动加压，能够保证控制过程稳定，且较快获得加压结果，加压结果所得脉搏波信号好于手动调整取脉压力的结果，使得脉诊装置能够在最佳取脉压力下采集脉搏波信号。

本发明的技术方案，通过传感器采集脉搏波信号和取脉压力信号；标定取脉压力信号；利用PID、模糊控制和神经网络等控制方法，采用“先粗后精”的分步加压策略，以保证控制过程稳定，且较快获得加压结果，实现脉诊装置的自动加压。提高了信号的准确度，能够为后续的脉搏波分析提供有力支持。

本发明可广泛用于各种于脉诊装置控制系统的设计和制造领域。

Claims (9)

1.一种用于脉诊装置的自动加压控制方法，其特征是包括下列步骤：

1)脉诊装置采集手腕脉搏，得到取脉压力和脉搏波的模拟信号，将信号进行放大、滤波和A/D转换后，分别得到取脉压力和脉搏波的数字信号；

2)采用“先粗后精”的分步加压策略，实现脉诊装置的自动加压；

3)在“粗加压”阶段，根据中医脉诊取脉压力范围，将加压压力分为若干个等级，进行分级加压，确定脉搏波幅值最大处的加压等级P_b；

4)在“精加压”阶段，在加压等级P_b的数值附近，进一步细分为若干个微等级，进行分级加压，以找到最佳取脉压力；

5)判断标定后的取脉压力信号与压力等级的误差是否小于设定值：

6)若误差小于设定值，记录取脉压力数值并采集脉搏波信号，单级加压取脉任务结束；

7)若误差大于设定值，将取脉压力信号输入控制器；

8)通过控制器调整输出的加压装置的驱动信号，从而控制加压装置进行加、减压；循环上述步骤，直至确定最佳取脉压力。

2.按照权利要求1所述的用于脉诊装置的自动加压控制方法，其特征是所述的“先粗后精”的分步加压策略，在“粗加压”阶段按照一定的加压等级，逐步增加加压压力，并采集对应的脉搏波信号；

在“精加压”阶段，在“粗加压”阶段的基础上，找到脉搏波幅值最大处对应的加压等级，并在该等级附近进行压力调整，以得到最佳取脉压力；

所述的“先粗后精”的分步加压策略，在保证快速达到取脉压力设定值的前提下，减小实际取脉压力信号与设定值的误差。

3.按照权利要求1所述的用于脉诊装置的自动加压控制方法，其特征是所述的“先粗后精”的分步控制策略，在“粗加压阶段”，以一定的压力等级顺序进行加压控制，并采集一定时间的脉搏波信号；对采集的各压力等级下的脉象信号进行滤波降噪、去基线漂移后提取平均周期，找到脉搏波幅值最大的脉象信号所对应的加压等级P_b；

在“精加压”阶段，以对应的加压等级P_b附近的压力浮动值或浮动范围为微加压等级，以相同方法得到“精加压”阶段的最佳加压等级，并以此作为最佳取脉压力P_best。

4.按照权利要求1所述的用于脉诊装置的自动加压控制方法，其特征是所述的单级加压取脉环节包括下列步骤：

A)采集取脉压力信号；

B)判断标定后的取脉压力信号与压力等级的误差是否小于设定值；

C)若误差小于设定值，单级取脉任务结束；

D)若误差大于设定值，将取脉压力信号输入控制器；

E)通过控制器调整输出的加压装置驱动信号，从而控制加驱动装置进行加、减压；循环上述步骤，直至确定最佳取脉压力。

5.按照权利要求1所述的用于脉诊装置的自动加压控制方法，其特征是所述的取脉压力信号与脉搏波信号由传感器采集所得，经过信号调理以后，分别得到取脉压力与脉搏波的数字信号；其中的取脉压力信号反映人体取脉时的外部压力。

6.按照权利要求1所述的用于脉诊装置的自动加压控制方法，其特征是将取脉压力数字信号值转化为实际压力，采用最小二乘法对取脉压力信号进行拟合标定，用以判断取脉压力信号与设定压力的误差。

7.按照权利要求1所述的用于脉诊装置的自动加压控制方法，其特征是脉诊装置根据取脉压力信号与压力等级之间的误差是否小于设定值，通过改变加压驱动装置中电机的正/反转，或使气泵充/放气，从而实现脉诊装置的加/减压。

8.按照权利要求1所述的用于脉诊装置的自动加压控制方法，其特征是所述的自动加压控制方法利用PID调节、增量PID、模糊PID或反步控制模式来实现自动加压控制。

9.按照权利要求1所述的用于脉诊装置的自动加压控制方法，其特征是所述的自动加压控制方法，在采集被检测对象脉搏信号的同时，还采集取脉压力信号，通过分级加压的控制模式，获取在脉搏波幅值最大时的最佳取脉压力，使得脉诊装置能够在最佳取脉压力下采集脉搏波信号。

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