用于在传统中医中感测人脉搏的方法和设备

摘要

本发明涉及用于在传统中医中感测人脉搏的方法和设备，公开了一种用于脉搏感测的脉搏感测设备和方法。在一个实施例中，该设备包括机器人手指，该机器人手指包括人形手指结构以及致动力传递部件，该致动力传递部件用于将致动力沿着致动方向传递给其上致动点处的该结构。该结构的一端可枢转安装到支点并且另一端具有感测区。该机器人手指这样进行构造，当感测区接触人手腕时，从该支点到第一线路的第一垂直距离基本大于从该支点到第二线路的第二垂直距离，其中该第一线路是穿过感测区的感测点并基本垂直于该感测区的直线，并且该第二线路是穿过该致动点并且沿着该致动方向定位的直线。

说明书

技术领域

本发明总的来说涉及传统中医实践中基于机器对人脉搏的感测。尤其 是，本发明涉及通过一种机械结构来进行的这种基于机器的感测，其具有 消除了人脉搏感测过程中致动力的干扰的至少一种优点。

背景技术

近些年来，可以通过设备来进行脉搏感测。基于机器的人脉搏感测相 对于由CMP进行的脉搏感测具有一定的优点。这些优点包括效率以及可 重复性。此外，可使用信号处理器来处理由脉搏感测设备感测的信号，因 而可以实现自动医疗诊断系统。

在脉搏感测设备中，通常采用致动器来移动和定位脉搏感测传感器到 人手腕上。典型地，如CN101049247，TW20113233以及TW200727865 中公开的那样，致动器是直线移动型，这样将致动力直接施加到传感器上， 用于进行直线运动。当传感器按压到手腕上时，特定水平的致动力仍然维 持，以便确保传感器在手腕上用于脉搏感测。总的来说，致动器产生承受 任意噪声波动的致动力。该噪声波动直接叠加到传感器上，这样，所感测 的人脉搏信号受致动力的噪声波动显著不可靠（corrupt），其中该传感器 通常是用于脉搏感测的压力传感器。尽管，通过采用液压致动器（其可构 造成在所产生的致动力中实现高度稳定），一个人可以相当大一部分地减 小该噪声波动，但是该液压致动器体积大，维护困难，并且价格昂贵。有 利的是，希望具有重量轻、成本低的脉搏感测设备。

本领域对脉搏感测设备的要求是：不需要采用高稳定致动器，所感测 的脉搏信号受致动力的噪声干扰影响不明显。

发明内容

在本发明的第一方面，提供了一种脉搏感测设备，其具有至少一个优 点，该优点是在感测人脉搏过程中消除了致动力的干扰所得到的合成干 扰。

该脉搏感测设备包括一个或多个人形手指（homanoid finger），其中 至少一个是机器人手指（robotic finger）。该机器人手指包括人形手指结 构，其具有指尖端部以及后端。该后端可转动地安装到该脉搏感测设备上 的支点，这样该结构可绕着该支点转动。指尖端部具有感测区，该感测区 构造成当人手腕与该感测区接触时用于感测人的脉搏信号。该机器人手指 还包括致动力传递部件，用于将致动力传递到该人形手指结构上，这样将 致动力施加到位于该结构上的致动点上，并且沿着致动方向导引到该结 构。特别是，该机器人手指这样进行构造，当人手腕与用于感测人脉搏信 号的感测区接触时，从该支点到第一线路的第一垂直距离基本比从该支点 到第二线路的第二垂直距离长，其中第一线路是穿过该感测区的感测点并 且基本上垂直于该感测区的直线，第二线路是穿过该致动点并沿着该致动 力方向定位的直线。

该人形手指结构包括感测区上的第一传感器，用于获取并测量人脉搏 信号。该第一传感器可以是脉搏感测传感器阵列，用于检测感测区上多个 位置处的人脉搏信号，其中该脉搏感测传感器阵列具有用于模仿人指尖的 预定曲率，并且构造成提供接近人皮肤硬度的硬度水平（hardness level）。 该脉搏感测传感器阵列可以是电容型的。

优选的是，该机器人手指还包括第二传感器，用于测量致动点处出现 的合成力。当人手腕与感测区接触时，感测区上由人手腕机械特性和血压 脉搏产生的反应力被该人形手指结构放大，然后由第二传感器捕获。

该机器人手指可这样进行构造：当人手腕与感测区接触时，人手腕上 的人形手指结构产生的压力是可控的。根据从Fu，Zhong和Chen在TCM 原理中选择的脉搏感测期（stage）来确定施加到人手腕上的该压力的期望 值。此外，气动致动器可使用在该脉搏感测设备中，用于产生由致动力传 递部件接收的致动力，并且该压力可控，从而通过将该气压传动装置进行 导引而实现期望值，以根据连续调压原理（pressure regulating principle） 来产生致动力。

优选的是，该人形手指结构包括多个依次排列并且端-端可枢转连接 的部分，其将人形手指结构构造成可折叠的。

此外，该机器人手指还可包括恢复元件，用于绕着该支点施加一个再 处理力矩，该再处理力矩与从该致动力得到的前力矩相反。这样，使得致 动力的致动方向在人形手指结构从啮合位置切换到未啮合位置时可以保 持单向，反之亦可，其中，该啮合位置使得感测区接触人手腕，该未啮合 位置使得感测区与人手腕分离。该恢复元件可以是一端固定到该人形手指 结构的弹簧。

该脉搏感测设备可采用气动致动器，用于产生由该致动力传递部件接 收的致动力。该设备还包括定位人手腕的光学定位设备，以便将该人形手 指结构进行导引，从而精确定位该感测区在人手腕上。

该指尖端部可包括感测区位于其上的指尖，其中该指尖是可分离的。 可选的是，该一个或多个人形手指可单独进行控制。该一个或多个人形手 指中任何相邻两个之间的指间距离可调。

在该脉搏感测设备中，优选的是该一个或多个人形手指的每一个都可 以像机器人手指那样构造。

本发明的第二方面提供了用于通过人形手指结构来感测人脉搏信号 的第一方法。该人形手指结构具有指尖端部和后端。该后端可枢转地安装 到支点上，该指尖端部具有构造成感测该信号的感测区。

该第一方法包括施加致动力，沿着致动方向导引位于该结构上的致动 点处的人形手指结构，以便这样定位人形手指结构，使得感测区与人手腕 接触。该致动点和该致动方向可以这样进行选择，当人手腕与用于感测人 脉搏信号的感测区相接触时，从该支点到第一线路的第一垂直距离基本上 大于从该支点到第二线路的第二垂直距离，其中，该第二线路是穿过该致 动点并沿着该致动方向定位的直线；并且该第一线路是穿过该感测区的感 测点并基本垂直于该感测区的直线。接下来，基本消除了致动力中对感测 区处感测的信号的干扰所导致的不期望的干扰，放大了致动点上的信号。

优选的是，该第一方法还包括由感测区上的第一传感器获取以及测量 人脉搏信号，以及由第二传感器测量致动点上出现的合力，这样由感测区 处的人手腕机械特性和血压脉搏所产生的反应力被该人形手指结构放大， 然后由该第二传感器捕获。

该第一方法还包括通过将从第一传感器得到的第一组测量数据与从 第二传感器得到的第二组测量数据进行组合而感测人脉搏信号。可替换的 是，在该信号被感测之后，该信号可根据第一和第二组测量数据进行分析。

在本发明的第三方面，提供了用于感测人脉搏信号的第二方法。

该第二方法包括由机械结构感测该信号，该机械结构具有感测区，在 人手腕接触该感测区时在感测区上用于获取和测量该信号的第一传感器， 以及用于测量在该机械结构的致动点处出现的合力的第二传感器。在第二 方法中，在该致动点处施加致动力，用于定位接触人手腕的感测区。此外， 该机械结构由机械构造来构造，这样可以接下来得到两个期望的结果。第 一，致动力中的干扰由感测区处的第一因子成比例缩小，以便使得对第一 传感器获得和测量的信号的不期望干扰消失，其中，第一因子大于1并且 由该机械构造来决定。第二，由感测区处人脉搏所产生的反应力由当在产 生致动点处的合力时与第一因子基本类似的第二因子成比例增加。

附图说明

图1是根据本发明实施例的脉搏感测设备。

图2示出该脉搏感测设备如何在人手腕上进行脉搏感测。

图3示出根据本发明示意性实施例的脉搏感测设备的机器人手指。

图4示出根据本发明实施例的机器人手指处于：（1）构造成用于定 位该机器人手指以接触人手腕的啮合位置；以及（2）未啮合位置。

具体实施方式

本发明的第一方面是提供了一种脉搏感测设备，其具有至少一个优 点，该优点是消除了致动力中施加到人脉搏信号的干扰所导致的合成干 扰。

在TCM实践中，CMP将他或她的手指放置在人手腕上以感测人脉搏。 以类似的方式，一种脉搏感测装置可构造为具有多个“机械手指”，用于 脉搏感测。有利的是，每个机械手指可采用人形手指结构，以便在脉搏感 测中模仿CMP手指。

本发明在此公开的一种脉搏感测设备包括一个或多个人形手指。图1 示出了根据本发明实施例的脉搏感测设备。脉搏感测设备100包括一个或 多个人形手指110，每个人形手指构造成可定位到人手腕的一个位置上用 于感测该人脉搏。如图2所示的使用脉搏感测设备100的实施例所示，该 一个或多个人形手指110定位在人的上肢210的区域215上并按压到该区 域上，其中区域215在人手腕周围，这样人脉搏可由该一个或多个人形手 指110进行感测。根据TCM实践，CMP通常采用三个手指进行脉搏感测。 因此，优选的是在脉搏感测设备100中采用三个人形手指110a，110b和 110c。为了将该一个或多个人形手指110定位到该手腕上，采用致动器120 来提供移动每个人形手指110的致动力，其中该致动器可以是单个致动器 或者可以由多个致动器组成。为了实现脉搏感测设备100的低重量低成 本，该致动器120优选的是气动致动器。此外，该脉搏感测设备100可包 括光学定位元件130，这样可实现在手腕上的该一个或多个人形手指110 的精确定位。该脉搏感测设备100还可包括数据获取和处理单元140，用 于分析由该一个或多个人形手指110获取和感测的、一维或多维的脉搏信 号。

根据本发明，该脉搏感测设备100有利地采用了用于实现人形手指 110的机械构造，以便实质上消除致动力中施加到脉搏信号上的噪声干扰 所导致的不期望的干扰，其中该脉搏信号由该一个或多个人形手指110感 测。图3示出了根据本发明示意性实施例的具有前述机械构造的机器人手 指300。在脉搏感测设备100中，该一个或多个人形手指110中的至少一 个采用机器人手指300实现。优选的是，该一个或多个人形手指110中的 每个采用该机器人手指300进行构造。

该机器人手指300包括具有指尖端部312a和后端312b的人形手指结 构310。该指尖端部312a具有感测区315，该感测区315构造成用于在人 手腕接触该感测区315时感测人脉搏信号。后端312b可枢转地安装到支 点330，这样该结构310可绕着该支点330转动。注意，该支点330位于 脉搏感测设备100的除了人形手指结构310之外的部分上。机器人手指 300还包括致动力传递部件320，用于将致动力传递到该人形手指结构310 上，使得该致动力施加到位于该结构310上的致动点325上，并且沿着致 动方向326导引到该结构310。该致动力传递部件320可以采用机械组件 的一部分来实现，其中该机械组件从致动器120接收该致动力，然后将该 致动力沿着致动方向326传递到致动点325处的人形手指结构310。

让D1成为从支点330到第一线路L1的第一垂直距离，其中该第一 线路L1是穿过感测区315的感测点并基本垂直于该感测区315的直线。 如本文所用，该感测点是感测区315上当人手腕接触感测区315时的代表 性接触点。由于该感测区315可以不是平的，例如由于模仿CMP指尖所 导致的曲率，那么将基本垂直于该感测区315的第一线路L1限定为第一 线路L1基本垂直于与该感测点正切的平面。让D2成为从支点330到第 二线路L2的第二垂直距离，其中该第二线路L2是穿过致动点325并且 沿着致动方向326定位的直线。机器人手指300这样进行构造，使得在人 手腕接触感测区315用于感测人脉搏信号时，D1基本大于D2。该机械结 构使得致动力施加到感测区315处感测的信号中所产生的干扰所导致的 不期望的干扰由于接下来的发现而基本消除。将△Fa表示为致动力中的 干扰，△Fs表示为感测区315处感测的信号不期望的合成干扰。当绕着支 点330的网络运动在静态情况下为零，其接下来是：△Fa×D2=△Fs×D1。 由于机械构造要求D2/D1的比基本上要小于1，因此△Fs/△Fa也基本上 要小于1，这样致动力中的干扰所导致的不期望的合成干扰基本上消除。 主要，不期望的合成干扰通过因子D1/D2消除。

在机器人手指300中，人形手指结构310包括感测区315上的第一传 感器，用于获得并测量人脉搏信号。有利的是，该第一传感器可以是脉搏 感测传感器阵列，用于在感测区315上的多个位置检测人脉搏信号，其中 该脉搏感测传感器阵列具有用于模仿人类指尖的预定曲率，并且构造成提 供接近人皮肤硬度的硬度水平，以便，例如，重新产生由人类指尖触摸人 手腕的感觉。可以提供这种硬度水平的构造是将一层柔软材料设置在该传 感器阵列之下，其中该柔软材料层具有接近人皮肤硬度的硬度水平。可用 于实现该层的材料的一个实施例是硅合成橡胶。该脉搏感测传感器阵列可 以采用压电阵列、压阻阵列、或者电容阵列来实现。该电容阵列由于相对 高的灵敏度而优选于在其他两种阵列之上。

优选的是，该机器人手指300还包括用于测量致动点325上的合力的 第二传感器。该第二传感器可有利地使用，其中感测区315处由人手腕的 机械特性以及血压脉搏所产生的反应力在致动点325处由人形手指结构 310放大，如下所示。将△Fsp表示为感测区315处由人手腕机械特性以 及血压脉搏所产生的反应力，△Fap表示为在致动点325处产生的相应的 力。在静态情况下，绕着支点330的网络运动为零，这样，△Fsp×D1= △Fap×D2。由于D1/D2基本上大于1，那么接下来△Fap/△Fsp也基本上 大于1。因此，感测区315处由人手腕机械特性和血压脉搏产生的反应力 在致动点325处放大。该放大的信号然后由第二传感器捕获。注意放大比 是D1/D2。

值得注意的是，消除在致动力中的干扰所产生的不可期望的组合干扰 的因子与放大由人手腕机械特性和血压脉搏所产生的反应力的因子之间 存在一种相互联系。致动力中的干扰由于感测区315处的第一因子而成比 例缩小，其中第一因子大于1。前述反应力在产生致动点325处的合力时 由与第一因子基本类似的第二因子成比例增大。

有利的是，该机器人手指可这样进行构造，使得当人手腕接触该感测 区时人手腕上的人形手指结构31所产生的压力是可控的。用于施加到人 手腕上的压力的期望值可根据Fu，Zhong和Chen在TCM原理中所选择 的脉搏感测期来确定。如果采用气动致动器来作为致动器120，用于产生 由致动力传递部件320接收的致动力，那么该压力可进行控制，以便通过 导引该气动致动器来实现期望值，从而根据连续调压原理来产生致动力。

优选的是，人形手指结构310是包括依次排列并且端对端枢转连接的 多个部分的组件，这样该人形手指结构310构造成可折叠的。该多个部分 可进行标记为用于显示的图3中的附图标记310a，310b和310c，然而， 该多个部分的数量在本发明中并不仅仅局限于3。图4示出该人形手指结 构310如果是可折叠的，那么其具有两个构造：（a）其中感测区315接 触人手腕的啮合位置以及（b）其中该人形手指结构310不展开的未啮合 位置。在啮合位置处，该人形手指结构310构造成基本全部伸展。在未啮 合位置，该人形手指结构310折叠。

优选的是，该机器人手指300还包括恢复元件340，该恢复元件340 用于绕着支点330致动再处理力矩（在方向341上转动），该再处理力矩 与从致动力（在致动方向326上转动）得到的前力矩相反。在存在恢复元 件340时，该致动力的致动方向326可以在该人形手指结构310从啮合位 置切换到未啮合位置时保持单向，反之亦可。保持致动方向326单向而且 没有从一个方向切换到另一个方向在简单实现致动器120和致动力传递 部件320上是非常有利的。该恢复元件340可以是弹簧，其一端固定到该 人形手指结构310，另一端粘结到任何其他地方，以便得到在方向341上 转动的再处理力矩。

在一个实施例中，该人形手指结构310的指尖端部312a包括感测区 315位于其上的指尖314。可选地，该指尖314可分离，其好处在于例如 传感器维护上的便利性、对于不同的病人容易提供模仿人皮肤硬度的不同 的指尖曲率以及程度。

还可以选择的是该一个或多个人形手指110可以单独进行控制。多个 人形手指110的单独控制使得由该多个人形手指110施加的压力可以根据 TCM中之前的实践来单独进行客户化，这样可以得到人脉搏的更多信息 化感测。

有利的是，指间距离可以是可调整的。该指间距离是该一个或多个人 形手指110中的任意相邻两个之间的距离。由于人们可能在年龄、体型等 上不同，因此指间距离可调能够使得该一个或多个人形手指110可以根据 不同人群的单个考虑来任意进行脉搏感测定位。

本发明的第二方面在于提供用于通过人形手指结构感测人脉搏信号 的第一方法。该人形手指结构具有指尖端部以及后端。该后端可枢转地安 装到支点。该指尖端部具有构造成感测该信号的感测区。本文中公开的该 第一方法直接从上述关于本发明第一方面的公开内容中得到。

在第一方法的示意性实施例中，沿着致动方向的致动力施加到人形手 指结构上，这样使得感测区与人手腕接触。这样选择致动点以及致动方向： 当人手腕与用于感测人脉搏信号的感测区接触时，从该支点到第一线路的 第一垂直距离基本大于从该支点到第二线路的第二垂直距离。该第一线路 是穿过感测区的感测点并基本与该感测区垂直的直线。该第二线路是穿过 该致动点并沿该致动方向定位的直线。如上所述，由致动力中对感测区处 感测的信号的干扰所导致的不期望的干扰基本消除。

优选的是，该第一方法还包括由感测区上的第一传感器获取并测量人 脉搏信号，以及由第二传感器测量致动点处出现的合力，这样感测区上人 脉搏产生的反应力由该人形手指结构放大，然后由该第二传感器捕获。生 产出从第一传感器得到的第一组测量数据以及从第二传感器得到的第二 组测量数据。在一个方案中，感测人脉搏信号可以通过将第一和第二组测 量数据组合来实现。在另一方案中，该信号可根据第一和第二组测量数据 进行分析。

本发明的第三方面在于提供一种用于感测人脉搏信号的第二方法。该 第二方法直接从关于本发明第一方面的上述公开内容中得到。

在第二方法的示意性实施例中，该信号由机械结构感测。该机械结构 具有感测区，该感测区上用于在人手腕与该感测区接触时获取并测量信号 的第一传感器，以及用于测量在机械结构致动点处出现的合力的第二传感 器。将致动力施加到用于定位该感测区的致动点上，以接触人手腕。根据 该第二方法的示意性实施例，该机械结构通过机械构造进行构造，使得（a） 致动力中的干扰由感测区出的第一因子成比例缩小，以便使得消失的、不 期望的干扰施加到第一传感器获取并测量的信号上，该第一因子大于1， 并且由该机械构造决定，以及（b）由感测区处的人脉搏产生的反应力由 在产生致动点处所承受的合力时与第一因子基本类似的第二因子成比例 增加。

与第一方法类似，第一组测量数据从第一传感器得到，第二组测量数 据从第二传感器得到。在一个方案中，感测人脉搏的信号可通过组合该第 一和第二组测量数据来实现。在另一方案中，该信号根据第一和第二组测 量数据进行分析。

本发明可不脱离其精神和主要特性而在其他特定形式中实施。当前实 施例因此考虑了所示出的以及未限制的全部方面。本发明的范围由所附权 利要求而不是前述说明书来进行显示，并且位于权利要求等效物意思和范 围内的所有改变因此旨在包括到其中。