CN115778336B - 脉象测量装置、脉象测量系统及脉象测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种脉象测量装置、脉象测量系统及脉象测量方法，该脉象测量装置包括：动压力传感器、静压力传感器和衬垫，所述静压力传感器设置于所述动压力传感器的上侧，所述衬垫设置于所述动压力传感器与所述静压力传感器之间，并且所述动压力传感器的受力能够经所述衬垫传递至所述静压力传感器；所述动压力传感器为阵列式的多点压电传感器，所述多点压电传感器包括多个传感器阵列点，多个所述传感器阵列点沿纵向至少设有2排，沿横向至少设有3列，解决了脉诊难以实现客观化测量的技术问题。

Description

脉象测量装置、脉象测量系统及脉象测量方法

技术领域

本发明涉及医疗器械的技术领域，尤其涉及一种脉象测量装置、脉象测量系统及脉象测量方法。

背景技术

中医脉诊是中医四诊的重要部分。脉诊过程中，中医师根据个人经验用三指指腹按压患者手腕处桡动脉，施加变化的按压力，感受其细微的尺度、位移、伸缩等物理量。为了记录并研究脉象机理，统一记录和诊断的标准与过程，科研工作者开发了多种压力传感器，并应用在了各式脉象仪中，以进行脉象测量，但是目前，依然难以实现脉诊客观化测量。

发明内容

本发明的目的是提供一种脉象测量装置、脉象测量系统及脉象测量方法，以解决脉诊难以实现客观化测量的技术问题。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

本发明提供一种脉象测量装置，包括：动压力传感器、静压力传感器和衬垫，所述静压力传感器设置于所述动压力传感器的上侧，所述衬垫设置于所述动压力传感器与所述静压力传感器之间，并且所述动压力传感器的受力能够经所述衬垫传递至所述静压力传感器；所述动压力传感器为阵列式的多点压电传感器，所述多点压电传感器包括多个传感器阵列点，多个所述传感器阵列点沿纵向至少设有2排，沿横向至少设有3列。

在优选的实施方式中，所述脉象测量装置包括脉象连接块，所述脉象连接块的下侧设有曲度面，所述衬垫固接于所述曲度面，所述静压力传感器固接于所述脉象连接块的上侧。

在优选的实施方式中，所述脉象连接块具有连接柱和连接平面，所述静压力传感器设有竖向螺纹孔，所述连接柱插接于所述竖向螺纹孔中并与所述竖向螺纹孔螺纹连接，所述静压力传感器抵接于所述连接平面。

在优选的实施方式中，所述动压力传感器包括第一电极、压电材料和第二电极，多个所述第一电极沿所述衬垫的面分布。

在优选的实施方式中，所述第二电极呈一体结构。

在优选的实施方式中，所述第二电极固接于所述衬垫的下表面。

在优选的实施方式中，所述动压力传感器包括覆盖所述第一电极的封装膜。

在优选的实施方式中，所述静压力传感器包括压阻传感器。

本发明提供一种脉象测量系统，包括：压力施加机构；上述的脉象测量装置；所述压力施加机构与所述静压力传感器的上侧连接以对所述静压力传感器施加向下的压力。

本发明提供一种脉象测量方法，采用上述的脉象测量装置，所述脉象测量方法包括：通过所述静压力传感器的测量值对所述动压力传感器的测量值进行标定。

本发明的特点及优点是：

在使用过程中，静压力传感器为压力施加机构提供力反馈信号，以提高按压力的控制精确；利用静压力传感器的测量值对动压力传感器的压力测量值变化进行标定，保证其重复性，有利于在动脉收缩舒张时对血管尺度、位置变化进行测量。该脉象测量装置结合了动压力传感器与静压力传感器，并且，动压力传感器的受力能够经衬垫传递至静压力传感器，提高了静压力传感器与动压力传感器的测量值的实时性，有利于通过静压力传感器的测量值对动压力传感器的测量值的压变一致性进行实时标定，可以实现脉诊客观化采集，为还原和记录中医脉诊过程提供全面的信号采集与记录。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的脉象测量装置的结构示意图；

图2为图1所示的脉象测量装置中脉象连接块的结构示意图；

图3为本发明提供的脉象测量装置中动压力传感器的局部剖视图；

图4为本发明提供的脉象测量装置中动压力传感器一实施方式的示意图；

图5为本发明提供的脉象测量装置中动压力传感器又一实施方式的示意图。

附图标号说明：

10、静压力传感器；11、竖向螺纹孔；

20、动压力传感器；21、第一电极；22、压电材料；23、第二电极；24、传感器阵列点；

30、衬垫；

40、脉象连接块；41、连接柱；42、连接平面；43、曲度面；

51、纵向；52、横向；

6、桡动脉。

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。

医生将指腹按压在桡动脉上，施加的是通过手指肌肉控制的按压力，多数中医文献中将此按压力描述为在50gf到250gf之间的压力绝对值，是单根手指整体控制的压力。发明人对传统中医脉诊的过程作了研究，发现：指腹作为感受器，能够感受到皮肤下动脉血管的收缩舒张产生的综合回弹力、桡动脉的直径及其收缩舒张的直径变化、桡动脉中心轴在径向方向上产生的位置变化，是一个综合的面感受单元，单一位置的压力传感无法准确描述其生理变化。

为此，发明人发明了一种脉象测量装置、脉象测量系统及脉象测量方法。

实施例1

本发明提供了一种脉象测量装置，如图1和图2所示，包括：动压力传感器20、静压力传感器10和衬垫30，静压力传感器10设置于动压力传感器20的上侧，衬垫30设置于动压力传感器20与静压力传感器10之间，并且动压力传感器20的受力能够经衬垫30传递至静压力传感器10。

在使用过程中，静压力传感器10为压力施加机构提供力反馈信号，以提高按压力的控制精确；利用静压力传感器10的测量值对动压力传感器20的压力测量值变化进行标定，保证其重复性，有利于在动脉收缩舒张时对血管尺度、位置变化进行测量。该脉象测量装置结合了动压力传感器20与静压力传感器10，并且，动压力传感器20的受力能够经衬垫30传递至静压力传感器10，提高了静压力传感器10与动压力传感器20的测量值的实时性，有利于通过静压力传感器10的测量值对动压力传感器20的测量值的压变一致性进行实时标定，可以实现脉诊客观化采集，为还原和记录中医脉诊过程提供全面的信号采集与记录。

在一实施方式中，该脉象测量装置包括脉象连接块40，脉象连接块40的下侧设有曲度面43，衬垫30固接于曲度面43，静压力传感器10固接于脉象连接块40的上侧，静压力传感器10与动压力传感器20通过脉象连接块40和衬垫30实现连接，并且便于衬垫30及其下侧的动压力传感器20与腕部皮肤形成贴附。如图2所示，曲度面43呈向下凸起的形状，曲度面43可以呈球面状。

脉象连接块40采用刚性材料。如图1和图2所示，脉象连接块40具有连接柱41和连接平面42，静压力传感器10设有竖向螺纹孔11，连接柱41插接于竖向螺纹孔11中并与竖向螺纹孔11螺纹连接，静压力传感器10抵接于连接平面42。保障静压力传感器10与动压力传感器20之间力传递的是实时性和一致度。

压力传感器的形式有很多种，例如：压电式、压阻式、电容式、电感式、光纤式或微机电式。在一实施方式中，动压力传感器20为阵列式的多点压电传感器，阵列式的多点压电传感器贴合在桡动脉上方，作为与皮肤接触最近的传感器件，利用阵列式的多点压电传感器高精度快响应的特点，可以获得覆盖范围内各个点的压力变化信号，分析得到每个点的压强变化曲线、桡动脉收缩舒张的直径变化、和桡动脉轴向位置变化等信息。进一步地，多点压电传感器包括多个传感器阵列点24，多个传感器阵列点24沿纵向51至少设有2排，沿横向52至少设有3列，如图4和图5所示，使用时，多点压电传感器的纵向51可以布置为沿桡动脉6的轴向，能够通过测量桡动脉6搏动判断其尺度信息。更进一步地，如图4所示，各排的传感器阵列点24相对齐；或者，如图5所示，各排的传感器阵列点24相交错分布。

动压力传感器20包括第一电极21、压电材料22和第二电极23，多个第一电极21沿衬垫30的面分布。压电材料22可制作成阵列排布，进一步提高在动脉收缩舒张时对血管尺度，位置变化的测量。优选地，第一电极21呈阵列式分布。一对第一电极21和压电材料22可以构成一个传感器阵列点24。

第二电极23可以呈一体结构，如图3所示，第二电极23为一个整体，第一电极可以更灵敏获得动压信号，并且有利于在小面积范围内布线。

进一步地，第二电极23固接于衬垫30的下表面，即第二电极23直接封装于衬垫30上，两者连为一体，呈单面衬底的结构形式，当该脉象测量装置被实施压力并测量时，将输出力垂直传导至阵列式压电传感器，衬垫30可以使阵列式的多点压电传感器的阵列对腕部皮肤形成完全贴附，有利于使采集面大小能够确保完全覆盖到桡动脉径向范围，获得脉象完整的脉象信号记录。衬垫30能变形，采用非刚性材料，且不必具有较好弹性，例如可以为硅胶、树脂或泡棉等，以更好地将动压力传感器20的受力传递至静压力传感器10。

考虑到人体表非平面，衬垫30制成与手指指腹曲度接近的形状，模拟手指按压在脉口的物理模型。阵列式的多点压电传感器经过衬垫30和脉象连接块40，通过机械连接到静压力传感器10，压阻式传感器实现整个压力感受绝对值的测量。

在一实施方式中，动压力传感器20包括覆盖第一电极21的封装膜，第一电极21通过一层封装膜直接与被测物接触，不经过其他基底材料传递，有利于更准确地采集脉象信息。阵列式压电传感器可以采用光刻工艺来进行封装，可以在手指尖大小的区域内放置较多的阵列点，提高采集密集度，有利于获得独立清晰的单点信号。

压力传感器的形式有很多种，例如：压电式、压阻式、电容式、电感式、光纤式或微机电式。在一实施方式中，静压力传感器10包括压阻传感器，压阻式传感器具有绝对值测量的特点，可作为压力施加机构的力反馈信号，阵列式的多点压电传感器与单点式的压阻式传感器之间通过脉象连接块40和衬垫30连接，在使用过程中，有利于精确控制按压力，提高了两者各自的测量者的实时性。

在进行脉诊的采集时，通过压力施加机构将传感组合模块按压在“寸、关、尺”的位置上。

动压力传感器20刚接触皮肤表面时，衬垫30尚未随皮肤表面接触变形，阵列式的压电传感器中接触到皮肤的点会呈现压力曲线变化，尚未接触的点压力曲线较迟发生变化；在按压压力逐渐增大过程中，动压力传感器20与皮肤表面充分接触至完全贴合，阵列式的压电传感器的变化曲线与静压力传感器10的压力变化曲线同样呈线性变化；待按压力稳定，动压力传感器20和静压力传感器10可同时获得脉象变化曲线，其中：动压力曲线为采集到的脉象信息，静压力曲线通过软件滤波可以提取按压的力度获得诸如“浮、中、沉”的脉位参数。

对人体脉象记录时，最佳压力曲线时的按压力（脉位）、桡动脉本身的直径和直径的变化量（脉宽/脉力）是重要指标之一。该脉象测量装置在使用过程中，利用静压力传感器10作为压力施加机构的力反馈信号，精确控制按压力；有利于通过静压力值对动压力传感器20的压变一致性进行实时标定，而静压力的变化可通过软件滤波转化为压力值，还可通过信号处理软件实现对动压力传感器20的实时压力变化标定，保证其重复性，能够发挥不同传感器的原理特点，为还原和记录中医脉诊过程提供全面的信号采集与记录。

实施例2

本发明提供了一种脉象测量系统，包括：压力施加机构和上述的脉象测量装置；压力施加机构与静压力传感器10的上侧连接以对静压力传感器10施加向下的压力。

该脉象测量系统在工作时，脉象测量装置中的动压力传感器20手贴附于待测者的手腕，压力施加机构施加按压力以进行脉诊。该脉象测量系统具有脉象测量装置的技术特征和有益效果，在此不再赘述。

在一实施方式中，压力施加机构设有缓冲结构，对按压力的实时闭环控制，并保证对人体手部姿态的跟随。如果人体手部发生抖动，动压力传感器20采集到的曲线将受到干扰，利用静压力传感器10的测量曲线，通过抖动的幅值判断是脉动还是人为抖动，并对动压力传感器20的动态压力曲线进行修正。在一实施方式中，压力施加机构可以采用机器人。

实施例3

本发明提供了一种脉象测量方法，采用上述的脉象测量装置，脉象测量方法包括：通过静压力传感器10的测量值对动压力传感器20的测量值进行标定。采用该脉象测量方法对静压力传感器10的测量数据和动压力传感器20的测量数据进行处理，利用静压力传感器10的测量值对动压力传感器20的压力测量值变化进行标定，保证其重复性，有利于在动脉收缩舒张时对血管尺度、位置变化进行测量，提高了静压力传感器10与动压力传感器20的测量值的实时性，可以实现脉诊客观化采集，为还原和记录中医脉诊过程提供全面的信号采集与记录。

进一步地，标定步骤包括：

（1）单位时间间隔下，静压的压力变化值反映了整个脉象测量装置受到的外力变化，记为δF；动压在每个阵列点上的模拟量变化值记为n1，n2，n3…。

（2）根据每个阵列点在接触面积上的位置，生成模拟量变化值的光滑曲面，该曲面可以认为是在接触面每个点的动压模拟值变化量组成的曲面，对这个曲面高度积分可以算得该单位时间内每个点的动压模拟量对应的压强值，由此可以实时标定每个阵列点的压强绝对值，且保证所有阵列点的一致性。

（3）某一时刻t1，静压力反映了整个传感器受到的整体外力，受力面积为s，变化量记为δF；因此我们求出此时的平均压强为：

（4）由于动压传感器使用的是一款i×j的阵列式点阵传感器，因此t1时刻，动压传感器收到的整体动压模拟量矩阵（AD值）为 Q_t1，每一个q代表t1时刻的该阵列点的动压模拟量：

（5）随后我们将大小为i×j的点阵值使用插值函数进行微分插值，从而形成m×n的（m>i且n>j）微分后动压模拟量矩阵 ：

（6）此时动压模拟量矩阵 构成表面凸起的三维模拟量空间体，凸起表面为模拟量变化值的光滑曲面，该曲面可以认为是在接触面每个点的动压模拟值变化量组成的曲面。此时动压模拟量的平均值在真实空间的映射即为平均压强δP，即：

其中，k为无意义的变换系数。

每一个阵列点附近的压强绝对值为：。

在一实施方式中，脉象测量装置接触皮肤开始，逐渐增大按压力，获取到稳定的脉象曲线信息。在中间阶段，静压力传感器10与动压力传感器20相对线性时，此时随按压力增大，动压力传感器20阵列与皮肤完全贴合，动压也线性增大，可据此来标定动压力传感器20的模拟值，使其在每次采集前保持阵列点的一致性，避免压电材料22发生的性变漂移。

在一实施方式中，脉象测量系统包括控制器，脉象测量装置与控制器电连接，控制器能够执行上述脉象测量方法。

以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (1)

1.一种脉象测量方法，其特征在于，采用脉象测量系统，

所述脉象测量系统包括：

压力施加机构；

脉象测量装置；

所述脉象测量装置包括：动压力传感器、静压力传感器和衬垫，所述静压力传感器设置于所述动压力传感器的上侧，所述衬垫设置于所述动压力传感器与所述静压力传感器之间，并且所述动压力传感器的受力能够经所述衬垫传递至所述静压力传感器；

所述动压力传感器为阵列式的多点压电传感器，所述多点压电传感器包括多个传感器阵列点，多个所述传感器阵列点沿纵向至少设有2排，沿横向至少设有3列；

所述脉象测量装置包括脉象连接块，所述脉象连接块的下侧设有曲度面，所述衬垫固接于所述曲度面，所述静压力传感器固接于所述脉象连接块的上侧；

所述脉象连接块采用刚性材料；

所述动压力传感器封装于所述衬垫上；

所述压力施加机构与所述静压力传感器的上侧连接，以对所述静压力传感器施加向下的压力；

所述压力施加机构、所述静压力传感器、所述脉象连接块、所述衬垫与所述动压力传感器依次直接相连；

所述脉象连接块具有连接柱和连接平面，所述静压力传感器设有竖向螺纹孔，所述连接柱插接于所述竖向螺纹孔中并与所述竖向螺纹孔螺纹连接，所述静压力传感器抵接于所述连接平面；

所述动压力传感器包括第一电极、压电材料和第二电极，多个所述第一电极沿所述衬垫的面分布；

所述第二电极呈一体结构；

所述第二电极固接于所述衬垫的下表面；

所述动压力传感器包括覆盖所述第一电极的封装膜；

所述静压力传感器包括压阻传感器；

所述脉象测量方法包括：

通过所述静压力传感器的测量值对所述动压力传感器的测量值进行标定；

标定步骤包括：

（1）单位时间间隔下，静压的压力变化值反映整个脉象测量装置受到的外力变化，记为δF；动压在每个阵列点上的模拟量变化值记为n1，n2，n3…；

（2）根据每个阵列点在接触面积上的位置，生成模拟量变化值的光滑曲面，该曲面认为是在接触面每个点的动压模拟值变化量组成的曲面，对这个曲面高度积分，算得该单位时间内每个点的动压模拟量对应的压强值，由此实时标定每个阵列点的压强绝对值，且保证所有阵列点的一致性；

（3）某一时刻t1，受力面积为s，变化量记为F；求出此时的平均压强为：

；

（4）动压力传感器是一款i×j的阵列式点阵传感器，t1时刻，动压力传感器收到的整体动压模拟量矩阵为Q_t1，每一个q代表t1时刻的该阵列点的动压模拟量：

；

（5）将大小为i×j的点阵值使用插值函数进行微分插值，从而形成m×n的微分后动压模拟量矩阵：

；

其中，m>i且n>j；

（6）动压模拟量矩阵构成表面凸起的三维模拟量空间体，凸起表面为模拟量变化值的光滑曲面，该曲面认为是在接触面每个点的动压模拟值变化量组成的曲面；此时动压模拟量的平均值在真实空间的映射即为平均压强/>P，即：

；

其中，k为无意义的变换系数；

每一个阵列点附近的压强绝对值为：。