一种仿中医脉诊手法的脉搏信号采集装置及方法

摘要

本发明公开了一种仿中医脉诊手法的脉搏信号采集装置及方法，采集装置包括手腕托、位置调节机构、贯通轴电机、传动机构、脉搏传感器、信号预处理电路、单片机和计算机；本发明采用了先定位关位脉搏传感器，再定位寸位和尺位传感器的方法，完全模仿了中医脉诊的布指方法，更容易准确的同时定位出寸关尺三部位的脉搏传感器；本发明通过脉搏信号幅值判断脉搏信号采集的有效性，从而可以实现自动开始和结束脉搏信号采集，无需人为干预。本发明在准确定位的基础上，通过控制算法逐一对贯通轴电机进行控制，顺序调节寸关尺三部位脉搏传感器的按压深度，实现了“指指交替”的脉诊手法，完全模拟中医脉诊“三部九侯”的切脉手法。

说明书

技术领域

本发明涉及中医脉象信息采集技术领域，尤其涉及一种仿中医脉诊手法的脉搏信号采集 装置及方法。

背景技术

中医理论认为，人体脏腑气血发生病变，血脉运行就会受到影响，脉象就有变化。传统 切脉指法以“三指并齐”的下指切脉方法为基础，主要是了解三部同时下指时，脉象的特征 和随施加压力变化而出现脉象的变化情况；观察三部在同等加压的条件下脉象图的相似性或 差异性；必要时还以“指指交替”的变换方法，调正指压，分别在“浮中沉”三种按压力度 下分别诊脉，进一步比对和确认各部的特异性。三部九候的测脉方法，能采集更为丰富的脉 象信息，充分发扬传统脉学的理论特色，为临床提供识病、辨证、治疗的重要依据。

近年来，一系列脉诊仪被用来采集和分析脉搏波信号，如北京医疗总厂研制的BYS-14 型脉象心电仪、上海医疗器械研究所研制的MX-3型脉象仪、上海中医药大学研制的ZM-III 型脉象仪和日本Colin公司研制的CMB-3000/2000型脉象检测仪等。但是上述脉象仪大 多只能测量一个部位的脉搏信号，且仅能在一个按压力度下测量。上述测量过程，与中医脉 诊“三部九侯”的切脉方法存在较大差距，因此测量结果也很难用于疾病诊断。

中国专利104224138A于2014-12-24公开了一种基于多传感器的可自动调压的脉象 信号采集装置及方法，采取了三路传感器同时测量寸关尺三部位脉象信号的方法。它包括步 进电机驱动器、步进电机、单片机和计算机等控制机构，可以实现自动搜索最佳切脉力度的 有点。但是该装置及方法仅能获得单一按压力度下的脉搏信号，与中医“三部九侯”的脉诊 方法还存在一定差距。

以上脉象仪和专利都初步实现了脉搏信号采集，但是其采集方法与中医脉诊的“三部九 侯”切脉手法还存在较大差距，因此所采集的脉搏信号，无法与中医脉象进行对应。尤其是 缺少多按压力度下的脉搏信号，损失了重要的脉搏波信息，不能完整的反映人体生理机能的 变化情况，从而很难实现疾病的准确诊断。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是设计一种可以同时在寸关尺三个部位采集脉搏波信息的装 置，并提出一种采集控制方法，从而模拟“三部九侯”的脉诊手法，对多个按压力度下的脉 搏信号进行采集、显示及分析，最终用于临床疾病诊断。

为达到上述发明目的，一种仿中医脉诊手法的脉搏信号采集装置，包括手腕托、位置调 节机构、贯通轴电机、传动机构、脉搏传感器、信号预处理电路、单片机和计算机。

所述的位置调节机构安装在手腕托上，包括支架、横向滑动导轨和电机托架。支架安装 于手腕托两侧，用于支撑横向滑动导轨；电机托架安装于横向滑动导轨上，可用于调节电机 相对于手腕的横向位置；电机托架下方留有纵向滑槽，可安装传动机构。

所述的贯通轴电机分为寸位电机、关位电机和尺位电机，分别独立安装于位置调节机构 的电机托架上。

所述的传动机构，安装在电机托架下方的纵向滑槽内，一端与贯通轴电机成螺纹配合， 一端与脉搏传感器成过盈配合。电机旋转可带动传动机构沿纵向滑槽运动，从而推动传动机 构与脉搏传感器对手腕进行按压运动。

所述的脉搏传感器包括寸位脉搏传感器、关位脉搏传感器、尺位脉搏传感器，分别独立 连接在传动机构上，可采集寸关尺三部位的脉搏波信号，并将信号传送至信号预处理电路。

所述的信号预处理电路，对脉搏波信号进行去基线、去噪滤波等预处理，并将处理后的 信号传送至单片机。

所述的单片机，对预处理后的信号进行模数转换，并通过串口发送给计算机；同时接受 计算机的指令，控制贯通轴电机突出或缩回脉搏传感器。

所述的计算机对单片机发送来的脉搏波信号进行存储、显示及分析；同时根据脉搏波信 号幅值，判断脉搏采集进程，对单片机发送贯通轴电机的控制指令。

一种仿中医脉诊手法的脉搏信号采集方法，包括以下步骤：

1)设备初始化，使关位传感器突出，寸位和尺位脉搏传感器缩回；

2)手腕至于手腕托上，调节位置调节机构，使关位脉搏传感器置于正确位置；

3)脉搏传感器根据采集到的脉搏信号幅值进行准确定位；

4)寸位脉搏传感器和尺位脉搏传感器突出，按压于正确位置，并重复步骤3)，然后跳 转至步骤5)；

5)若定位不成功，则回到步骤2)；若成功，则从寸位脉搏传感器开始采集；

6)脉搏传感器按按压力度从轻到重的顺序依次采集脉搏波信号；

7)寸位脉搏传感器缩回，关位脉搏传感器突出，重复步骤6)，然后跳转至步骤8)；

8)关位脉搏传感器缩回，尺位脉搏传感器突出，重复步骤6)然后跳转至步骤9)；

9)计算机存储各脉搏传感器信号，完成脉搏波信号采集。

所述的步骤3)中脉搏传感器准确定位，可有计算机控制贯通轴电机实现，其具体步骤 如下：

3a)调整位置调节机构和手腕的相对位置；

3b)单片机控制脉搏传感器突出，记录突出深度Q；

3c)单片机记录脉搏传感器采集到的信号幅值Y；

3d)若Y大于计算机预设脉搏波幅度阈值X，执行步骤3f)；否则执行步骤3e)。

3e)若Q大于传感器按压深度保险值P，则回到步骤3a)；否则回到步骤3b)；

3f)脉搏传感器复位值Y等于X的突出深度Q，脉搏传感器定位成功。

所述的步骤6)中脉搏传感器按按压力度从轻到重的顺序依次采集脉搏波信号，可由计 算机控制贯通轴电机实现，其具体步骤如下：

6a)单片机接收计算机的设定脉搏波信号幅度阈值X；

6b)单片机接收采集到的实际脉搏波信号幅度值Y；

6c)单片机控制贯通轴电机旋转推进脉搏传感器，计算机不记录信号；

6d)判断Y是否大于X，若是，则采集开始，计算机记录脉搏波信号，并执行步骤6e)； 若否，则执行步骤6c)；

6e)单片机控制贯通轴电机每推进0.5毫米，停顿10秒钟，计算机记录脉搏波信号， 单片机记录信号幅度值Y；

6f)重复步骤6e)，直至获得信号幅度的最大值Y_m，执行步骤6f)；

6g)重复步骤6e)，直至Y小于Y_m的75％时，采集停止。

本发明的优点在于：

(1)脉搏采集定位更准确。由于采用了先定位关位脉搏传感器，再定位寸位和尺位传感 器的方法，完全模仿了中医脉诊的布指方法，更容易准确的同时定位出寸关尺三部位的脉搏 传感器；

(2)可实现自动开始和结束脉搏信号采集。通过脉搏信号幅值判断脉搏信号采集的有效 性，从而可以实现自动开始和结束脉搏信号采集，无需人为干预；

(3)可完全模拟中医脉诊“三部九侯”的切脉手法。在准确定位的基础上，通过控制算 法逐一对贯通轴电机进行控制，顺序调节寸关尺三部位脉搏传感器的按压深度，实现了“指 指交替”的脉诊手法；

(4)脉诊过程中按压深度精确可调。由于使用了贯通轴电机，可以实现按压深度的精确 调节。其输出推力大，可在按压力度较大的情况下保持步进精度，并不影响电机使用寿命；

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中A-A剖面图；

图3为使用本发明进行脉诊的流程图；

图4为脉搏传感器定位流程图；

图5为脉搏传感器按按压力度从轻到重采集脉搏波的流程图；

图6为脉搏信号幅度随脉搏传感器按压深度变化的趋势图。

图中：

1-手腕托2-支架3-横向滑动导轨

4-电机托架5-寸位电机6-关位电机

7-尺位电机8-寸位电机贯通轴9-关位电机贯通轴

10-尺位电机贯通轴11-寸位传动机构12-关位传动机构

13-尺位传动机构14-寸位脉搏传感器15-关位脉搏传感器

16-尺位脉搏传感器

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐述本发明。

如图1所示，本发明的一种仿中医脉诊手法的脉搏信号采集装置，包括手腕托1、位置 调节机构、贯通轴电机、传动机构、脉搏传感器、信号预处理电路、单片机和计算机。

位置调节机构包括支架2、横向滑动导轨3、电机托架4。

手腕托1的两侧分别固定连接一个支架2，横向滑动导轨3的两端分别固定连接两个支 架2，电机托架4位于横向滑动导轨3上，电机托架4能够沿横向滑动导轨3做横向滑动。

如图2所示，电机托架4设有3层，分别错位安装三台贯通轴电机，三台贯通轴电机分 别为寸位电机5、关位电机6、尺位电机7，寸位电机5设有寸位电机贯通轴8，关位电机6 设有关位电机贯通轴9，尺位电机7设有尺位电机贯通轴10，寸位电机贯通轴8、关位电机 贯通轴9和尺位电机贯通轴10排列在同一直线上，且分别间隔15毫米。贯通轴电机选用 21000系列电机，尺寸边长仅21毫米，电机步进精度最大可达0.0015毫米，输出推力可 达46公斤，可保证在较大按压力度下精确控制，并不影响电机寿命。

电机托架4底部设有三个方形纵向滑槽，分别安装寸位传动机构11、关位传动机构12 和尺位传动机构13，寸位传动机构11、关位传动机构12和尺位传动机构13构成传动机构， 脉搏传感器包括寸位脉搏传感器14、关位脉搏传感器15、尺位脉搏传感器16，寸位传动机 构11的一端与寸位电机贯通轴8螺纹配合，另一端与寸位脉搏传感器14过盈配合，关位传 动机构12的一端与关位电机贯通轴9螺纹配合，另一端与关位脉搏传感器15过盈配合，尺 位传动机构13的一端与尺位电机贯通轴10螺纹配合，另一端与尺位脉搏传感器16过盈配 合，电机旋转可带动传动机构沿纵向滑槽运动，从而推动传动机构与脉搏传感器对手腕进行 按压运动，脉搏传感器采集寸关尺三部位的脉搏波信号，并将信号传送至信号预处理电路。 脉搏传感器选用SC0073脉搏传感器，它是一种高性能的压电式小型压力。

信号预处理电路对脉搏波信号进行去基线、去噪滤波预处理，并将处理后的信号传送至 单片机，信号预处理电路内设有去基线电路和去噪滤波电路，分别对脉搏信号进行去基线和 去噪滤波处理，然后输送至单片机。

单片机对预处理后的信号进行模数转换，并通过串口发送给计算机，计算机对单片机发 送来的脉搏波信号进行存储、显示及分析，同时根据脉搏波信号幅值，判断脉搏采集进程， 对单片机发送贯通轴电机的控制指令，通过贯通轴电机控制脉搏传感器的突出和缩回。

如图3所示，一种仿中医脉诊手法的脉搏信号采集方法，具体步骤如下：

1)设备初始化，使关位脉搏传感器突出，寸位脉搏传感器和尺位脉搏传感器缩回；

2)手腕置于手腕托上，调节位置调节机构，使关位脉搏传感器位于正确位置，脉诊开始；

3)关位脉搏传感器突出，采集关位脉搏信号，达到计算机预设的脉搏信号幅值时，则认 为关位脉搏传感器定位完成；

4)寸位脉搏传感器、尺位脉搏传感器分别突出，采集脉搏信号，达到计算机预设的脉搏 信号幅值时，则认为寸位脉搏传感器和尺位脉搏传感器定位完成；

5)若定位不成功，则回到步骤2)；若成功，则从寸位脉搏传感器开始采集；

6)寸位脉搏传感器开始按压手腕，力度从轻到重，在此过程中采集脉搏波信号，计算机 对脉搏波信号进行记录和显示；寸位采集完成后，寸位脉搏传感器缩回。

7)关位脉搏传感器按步骤5)所述方法进行按压并采集脉搏信号。

8)尺位脉搏传感器按步骤5)所述方法进行按压并采集脉搏信号。

9)完成上述步骤后，计算机保存采集数据，脉诊结束。

步骤3)和4)所述的脉搏传感器定位方法，如图4所示，具体包括以下步骤：

3a)计算机预设脉搏波幅度阈值X，以及脉搏传感器按压深度保险值P；

3b)调整位置调节机构和手腕的相对位置；

3c)单片机控制脉搏传感器突出0.5毫米，记录突出深度Q；

3d)单片机记录脉搏传感器采集到的信号幅值Y；

3e)若Y大于X，执行步骤2g)；否则执行步骤2f)。

3f)若Q大于P，则回到步骤2b)；否则回到步骤2c)；

3g)脉搏传感器复位值Y等于X的突出深度Q，脉搏传感器定位成功。

步骤6)、7)和8)所述的传感器信号采集方法，如图5所示，具体包括以下步骤：

6a)单片机控制传感器突出0.5毫米；

6b)脉搏传感器静止10秒，计算机采集脉搏信号达到稳定的10的周期；

6c)单片机记录信号幅值Y，并计算幅值最大值Y_m；

6d)若Y小于Y_m的75％，则执行步骤4e)；否则，回到步骤4a)；

6e)单片机控制脉搏传感器缩回至初始位置，脉搏采集结束。

如图6所示，脉搏信号幅度Y随传感器按压手腕的突出深度Q的变化呈现先上升后下降 的趋势，当Y上升至计算机预设幅度阈值X是，则采集开始；随按压深大增大，Y上升至最 大值Y_m后，开始下降；当Y下降到Y_m的75％以下时，采集结束。

综上所述，本发明申请的一种仿中医脉诊手法的脉搏信号采集装置及方法，设计了一种 脉搏信号采集装置，可模仿中医寻脉定位的手法，准确的进行寸关尺三部位脉搏传感器的定 位；可按按压力度从轻到重的顺序逐步采集脉搏，完全模拟了中医“举按寻”的脉诊手法， 能够收集全面的脉搏波信号，从而为脉象分析提供基础。