CN202489940U - 一种脉象信息采集系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于传感技术领域，公开了一种脉象信息采集系统，主要由三路脉搏传感器、控制器、存储器、显示器、电源等组成，所述控制器包A/D转换电路，所述三路脉搏传感器通过传感器接口电路与所述控制器的A/D转换电路的模拟信号输入接口连接；所述控制器的显示信号输出接口连接所述显示器的信号输入接口。该系统基于压阻式传感器的脉搏信号采集系统，排除了传统中医切诊中的主观感觉判断因素；提出了自动调节取脉压力的方法，提高了脉搏信号采集的有效性。扩展了数据存储器可暂存大量数据。各个模块均考虑低功耗设计以保证较长时间使用。

Description

一种脉象信息采集系统

技术领域

本实用新型属于传感技术领域，涉及基于传统中医脉诊理论的脉象信息采集技术，具体的说是一种脉象信息采集系统。 

背景技术

脉象是脉学理论的根基。脉学作为中医理论的有机组成部分，是中医“四诊”之一——脉诊的理论基础，在中医药理论体系中占有非常重要的地位。以脉学理论为基础的中医脉诊是最具有中医特色的征象之一，三指脉诊几乎成为中医学的标识。脉学理论历史悠久，内容丰富。我国第一本脉学专著——《脉经》早在公元三世纪就已经问世，它是脉学发展史上重要的里程碑。到如今，经过一千多年的发展，脉学理论不断的得到充实和完善，在中外医学界都产生了很大的影响。 

中医通过“望、闻、问、切”手段对病人进行综合辩证和诊断。传统中医用脉诊方法诊断人体的疾病及其变化，首先要经过长期的临床实践和研究掌握各种脉象的特点，在头脑中形成各种脉象的判断标准。诊脉时通过运用手指感官获取病人的脉象信息，然后传输于大脑神经中枢，大脑根据所接收到的脉象信息对脉象进行分析、选择、比较、排列、分类等，最后做出判断。然而，脉诊在长期的实践中也暴露出许多缺点。由于切脉是靠医生手指感觉脉象特征的，难免会带有中医主观臆断的因素。另一方面，切脉技术很难掌握，往往需要5～8年，这使得脉诊的传承和推广受到了很大的限制和阻碍。因此，人们也迫切希望能将现代科技信息技术应用到中医脉诊中，实现中医脉诊的客观化、信息化、规范化发展。 

中医手指切脉是在手指对挠动脉管施加不同干扰力的条件下进行的，即在医生手指对挠动脉管施加“浮、中、沉”压力下，细心体会脉象特征，存在着“最佳取法压力”，在此压力下将会感受到最大的振幅和最清晰的形态特征。脉象的许多重要特征正是在这种状态下探测的。取法压力大于或小于最佳值，感受到的脉搏振幅或强度都要减小，形态特征也会变模糊。因此，如何合理选择取法压力对中医脉象仪器的研制有着至关重要的作用。 

发明内容

本实用新型的目的在于针对上述技术现状，提供一种比较完整的适用于家庭自诊的人体脉象信号采集，传输，储存和预诊断系统：采集一定数量的脉搏信号， 建立脉象信息数据库。并对脉象进行简要的处理和分类。 

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种脉象信息采集系统，其特征在于，包括： 

三路脉搏传感器，其设置于用于将脉搏传感器绑附在手腕处的腕带内侧，分别用于采样寸脉、关脉和尺脉的模拟脉搏信号； 

控制器，其用于执行系统控制程序，接收并处理三路脉搏传感器的模拟脉搏信号，生成采样脉象，将采样脉象与脉象信息数据库中预存的各种参照脉象进行对比计算，获得基于脉象的健康状况分析结果，并向显示器输出； 

存储器，其通过I/O接口与控制器连接，用于存储预先获得的各种脉象的标志性数据，以及暂存一定数量的脉搏信号数据； 

显示器，其通过显示接口与控制器连接，用于显示脉象波形图及系统界面； 

输入装置，其用于用户向系统输入控制信号或参数数据； 

电源，用于为各用电部件供电； 

所述主控芯片包含A/D转换电路，所述三路脉搏传感器通过传感器接口电路与所述控制器的A/D转换电路的模拟信号输入接口连接；所述控制器的显示信号输出接口连接所述显示器的信号输入接口。 

本实用新型的系统首先通过三路脉搏传感器采样获得寸脉、关脉或尺脉的模拟脉搏信号，模拟脉搏信号经传感器接口电路放大滤波后输出给A/D转换电路进行模数转换，经A/D转换电路处理后生成的数字脉搏信号(即采样脉象)经I/O接口输入控制器。控制器调取存储器中预存的脉象信息，与所采集的脉搏信号作对比，最后确定采样脉象类别，并输出预存的对应该脉象类别的健康状况分析结果。 

该系统排除了传统中医切诊中的主观感觉判断因素。产品化后，客户可以进行家庭式的(方便，随时随地)对自己和家人的健康状况进行监测和记录。若条件允许，还可以添加网络模块，将数据上传至医生处以实现远程治疗功能。 

在本发明的系统中，所述控制器至少应该包括脉搏采集处理控制单元、输入输出控制单元； 

其中，所述脉搏采集处理控制单元包括： 

根据预先设定、用户即时操作或其它模块返回的指令启动脉搏采集和控制脉搏采集方式、采集时间的脉搏采集控制模块， 

和在执行中与脉搏采集控制模块相关联，接收脉搏采集控制模块采集的脉搏信号，并对其进行识别、判断、对比、存储处理的脉搏处理控制模块； 

所述输入输出控制单元包括： 

接收输入装置传入的信号，并转发或经处理后将结果转发给相应模块的输入控制模块， 

和根据其它模块的指令将待显示信息转换为显示信号经显示接口输出给显示器的显示控制模块； 

作为一种改进，本发明的系统还包括一采样压力控制系统，其至少包括一个控制端与所述控制器电连接的电控压力调节部件和一个直接对三路脉搏传感器施压的压力作用部件，其中电控压力调节部件接收控制器的控制信号，并执行相应调节动作，以改变压力作用部件的状态，进而实现对三种脉搏传感器施加相应的压力。 

上述采样压力控制系统可以由气泵、气囊、电磁阀和取脉压力传感器组成，所述气泵由电机驱动，所述电机开关控制端接控制器，所述气囊设置于腕带内，其上的气体输入口与气泵的气体输出口通过胶管连通；所述电磁阀通过控制器的数字I/O经三极管电流放大口后进行控制；所述取脉压力传感器置于气囊与脉搏传感器之间，与控制器数字接口连接。 

系统工作时，当需要增大取脉压力时，系统启动电机，打开气泵进行充气，电磁阀处于关闭状态，气囊中气体量不断增加，使脉搏传感器压于人手腕脉搏的压力增大，当压力增大到所要求的值时，停止气泵，进行数据采集，当需要上升一个取脉压力时，打开气泵继续充气，进行数据采集，以此类推。当需要下降一个取脉压力时，电磁阀打开，实现慢速放气。 

系统优选设计检测浮、中、沉三个不同的取脉压力范围，当检测到有效的脉搏信号时，进行数据的存储。在整个采集过程中，脉搏信号实时显示。采集完毕，或者压力上升或者下降到某一值时，电磁阀打开，实现快速放气。 

为了实现控制器对上述采样压力控制系统的控制，所述控制器还应该包括取脉压力控制单元，其包括 

用于接收和处理取脉压力传感器信号的取脉压力采样模块； 

和根据脉搏处理控制模块的判断或对比的结果，或者根据取脉压力采样模块的处理结果，结合预先设定的参数或用户控制信号，向气泵或电磁阀发出控制信 号的取脉压力调节模块。所述控制器的主控芯片可以选用具有一定实时处理能力，较低功耗的微控制芯片，如TI公司的MSP430系列，PICOLO系列等。本发明优选TMS320F28035型微处理器。 

所述脉搏传感器应当选用能够感测低频微弱振动信号的传感器，某些触力传感器也适用于本系统。其中，HK-2000G型压阻式脉搏传感器最为适用，可以将该传感器接口电路设计为电桥结构并由恒流源供电，传感器输出差分信号经调理后输入至所述控制器的AD转换电路输入接口即可。 

所述存储器选用非易失性，可多次擦写，低功耗低成本，较大容量的存储器如FLASH或EEPROM等。本发明最适于选用外扩SPI接口的FLASH存储器。比如SST25VF032型存储芯片，该芯片可以通过SPI接口与主控芯片连接。 

所述电源可以采用干电池供电，也可以采用外接电源的方式。 

作为一种改进，为了便于取脉，可以将所述脉搏传感器设置在一条腕带上，使用时，将腕带套在手腕处，令脉搏传感器对正取脉空位即可。 

附图说明

图1为本实用新型脉象信息采集系统的系统结构框图； 

图2为本实用新型的电路端口连接图； 

图3为脉象信息采集系统的主要工作流程图； 

图4为传感器接口电路图； 

图5为气路系统示意图。 

具体实施方式

下面结合附图例举本实用新型的脉象信息无线采集系统的一种具体实施方式，以进一步说明本实用新型技术方案。 

图1是本实用新型的系统结构框图，如图1所示，本脉象采集系统由电源、传感器、传感器接口电路、主控芯片、气路系统、液晶、存储器以及数据上传接口构成。图2是本实用新型的电路端口连接图。 

电源电路由电池和电平转换芯片构成，以产生系统其它部分所需要的5V和3.3V电压。电池可以由2节干电池串联而成，提供大约3V的电压。电平转换芯片可以实现升压和降压的功能。 

脉搏传感器是采集脉象信号的关键部分，可以选用能够感测低频微弱振动信号的传感器，某些触力传感器也适用于本系统。本例中采用HK-2000G压阻式脉搏传感器，由电压或电流驱动，产生正比于输入压力的毫伏等级的电压输出信号。 

传感器接口电路由运算放大器或差动放大器构成，实现信号放大和滤波的功能。由于传感器输出的信号是直流信号和交流脉搏波信号的叠加，脉搏波信号的失真程度主要取决于放大电路的上限截止频率和时间常数电路，对于典型的脉搏波的频谱分析表明，脉搏波的信号主要分布在40Hz的频率范围之内。因此滤波电路的带宽可设定在40Hz左右。本例中传感器接口电路由运算放大器和电阻电容构成，如图4。传感器输出端连接至电阻R端，信号经放大滤波后在运算放大器输出端输出至AD转换输入接口。 

存储器存放预先获得的各种脉象的标志性数据，以及暂存一定数量的脉搏信号数据，选用非易失性，可多次擦写，低功耗低成本，较大容量的存储器。本例采用SST25VF032芯片，容量为4M字节，SPI工作模式，与主控芯片通过数字IO口相连。以每次脉搏信号占用2K字节计，可存储2000条记录。 

气路系统包括腕带、气囊、气泵、电磁阀、取脉压力传感器。所述腕带上嵌有脉搏传感器，绑于人手腕处。所述气囊设置于腕带内，其上的气体输入口与气泵输出口通过胶管连通。所述气泵由电机驱动，所述电机和所述电磁阀通过主控芯片的数字I/O经三极管电流放大口进行控制。所述取脉压力传感器置于气囊与脉搏传感器之间，与主控芯片数字接口连接。气路系统对取脉压力进行控制，实现信号采集的最优化。本例选用型号为MS5536的气压传感器作为取脉压力传感器，与主控芯片通过数字IO口相连。 

实施方式中显示器可根据主控芯片和仪器成本选用不同的型号，要求能够显示脉象信息分析结果，如果主控芯片实时处理能力较强，则可以在显示屏上实时输出脉搏波形。本例中显示器选用1.8英寸的彩色LCD屏，可同时显示脉象信息和脉搏波形，与主控芯片通过数字IO口相连。 

主控芯片对气路系统进行压力控制，同时采集脉搏信号并分析其有效性，另外还要对存储器进行读写操作。可以选用具有一定实时处理能力，较低功耗的微控制芯片。本例采用TI公司的TMS320F28035芯片，具有较强的实时处理能力，自带AD转换模块，接口功能满足系统要求。 

图3为脉象信息采集系统的主要工作流程图，功能实现的具体步骤如下：初 始化(S1)，初步充气加压(S2)，采集5秒脉象信号(S3)，提取特征值(S4)，脉象信号是否有效判断(S5)，采集30秒脉象信号(S6)，气路控制(S7)包括充气加压(S71)和放气减压(S72)，脉象分析(S8)，数据显示、保存、传输(S9)。 

步骤(S1)，初始化。该步骤主要完成主控芯片内部寄存器的设置，I/O端口的设置，AD转换参数的设置，外部存储器和气路系统的初始化。 

步骤(S2)，初步充气加压。该步骤中主控芯片控制关闭电磁阀，启动电机，按照程序向气囊充气至一定压力值。 

步骤(S3)，采集5秒脉象信号。该步骤采集5秒的脉象信号，包含约4～12周期的数据。 

步骤(S4)，提取特征值。该步骤对上一步骤(S3)所获得的数据进行处理，判断信号是否具有周期性，并获得其幅值。 

步骤(S5)，脉象是否有效判断。根据步骤(S4)，如果脉象信号具有周期性，且幅值处在预设区间，则继续执行下一步骤(S6)。否则若信号不具有周期性，或者具有周期性而幅值小于预设区间最小值，则执行步骤(S71)后回到步骤(S3)。若信号具有周期性而且幅值大于预设区间最大值，则执行步骤(S72)后回到步骤(S3)。 

步骤(S6)，采集30秒脉象信号。该步骤在30秒内按软件设定的采样速率采集一定数量的脉搏信号。 

步骤(S7)，气路控制。该步骤根据步骤(S5)的判断，分别对气囊进行充气加压(S71)或放气减压(S72)。 

步骤(S8)，脉象分析。该步骤将脉象与数据库中的预设信息进行比较分析，获得脉象的特征参数。 

步骤(S9)，数据显示、保存、传输。该步骤将脉象数据和分析结果保存至外接存储器中或上传至其它设备中进行进一步分析。 

Claims (9)

1.一种脉象信息采集系统，其特征在于，包括：

三路脉搏传感器，其设置于用于将脉搏传感器绑附在手腕处的腕带内侧，分别用于采样寸脉、关脉和尺脉的模拟脉搏信号；

控制器，其用于执行系统控制程序，接收并处理三路脉搏传感器的模拟脉搏信号，生成采样脉象，将采样脉象与脉象信息数据库中预存的各种参照脉象进行对比计算，获得基于脉象的健康状况分析结果，并向显示器输出；

存储器，其通过I/O接口与控制器连接，用于存储预先获得的各种脉象的标志性数据，以及暂存一定数量的脉搏信号数据；

显示器，其通过数字接口与控制器连接，用于显示脉象波形图及系统界面；

输入装置，其用于用户向系统输入控制信号或参数数据；

电源，用于为各用电部件供电；

所述控制器包A/D转换电路，所述三路脉搏传感器通过传感器接口电路与所述控制器的A/D转换电路的模拟信号输入接口连接；所述控制器的显示信号输出接口连接所述显示器的信号输入接口。

2.根据权利要求1所述的脉象信息采集系统，其特征在于，所述控制器包括脉搏采集处理控制单元、输入输出控制单元；

所述脉搏采集处理控制单元包括：

根据预先设定、用户即时操作或其它模块返回的指令启动脉搏采集和控制脉搏采集方式、采集时间的脉搏采集控制模块，

和在执行中与脉搏采集控制模块相关联，接收脉搏采集控制模块采集的脉搏信号，并对其进行识别、判断、对比、存储处理的脉搏处理控制模块；

所述输入输出控制单元包括

接收输入装置传入的信号，并转发或经处理后将结果转发给相应模块的输入控制模块，

和根据其它模块的指令将待显示信息转换为显示信号经显示接口输出给显示器的显示控制模块。

3.根据权利要求2所述的脉象信息采集系统，其特征在于，该系统还包括采样压力控制系统，其至少包括一个控制端与所述控制器电连接的电控压力调节部件和一个直接对三路脉搏传感器施压的压力作用部件，其中电控压力调节部件接收控制器的控制信号，并执行相应调节动作，以改变压力作用部件的状态，进而 实现对三种脉搏传感器施加相应的压力。

4.根据权利要求3所述的脉象信息采集系统，其特征在于，所述采样压力控制系统由气泵、气囊、电磁阀和取脉压力传感器组成，所述气泵由电机驱动，所述电机开关控制端接控制器，所述气囊设置于腕带内，其上的气体输入口与气泵的气体输出口通过胶管连通；所述电磁阀通过控制器的数字I/O经三极管电流放大口后进行控制；所述取脉压力传感器置于气囊与脉搏传感器之间，与控制器数字接口连接。

5.根据权利要求4所述的脉象信息采集系统，其特征在于，所述控制器还包括取脉压力控制单元，其包括

用于接收和处理取脉压力传感器信号的取脉压力采样模块；

和根据脉搏处理控制模块的判断或对比的结果，或者根据取脉压力采样模块的处理结果，结合预先设定的参数或用户控制信号，向气泵或电磁阀发出控制信号的取脉压力调节模块。

6.根据权利要求5所述的脉象信息采集系统，其特征在于，所述控制器选用TMS320F28035型微处理器作为主控芯片。

7.根据权利要求6所述的脉象信息采集系统，其特征在于，所述存储器为外扩SPI接口的FLASH存储器。

8.根据权利要求7所述的脉象信息采集系统，其特征在于，所述FLASH存储器选用SST25VF032型存储芯片，该芯片通过SPI接口与主控芯片连接。

9.根据权利要求1所述的脉象信息采集系统，其特征在于，所述脉搏传感器选用HK-2000G型压阻式脉搏传感器，所述传感器为电桥结构并由恒压源或恒流源供电，输出信号经调理后输入至所述控制器的AD转换电路输入接口。 

Images