【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 搏波形的不同變化， II 型傳感器用于測(cè)量脈搏波沿血管橫截面方向各個(gè)點(diǎn)的不同，以得到脈圖沿血管橫向的變化規(guī)律。系統(tǒng)軟件可顯示各種脈圖，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)測(cè)量，并能對(duì)脈圖進(jìn)行頻譜分析和數(shù)字濾波。上海中醫(yī)藥大學(xué)湯偉昌在單探頭ZMH1 工型中醫(yī)脈象傳感器基礎(chǔ)上又研究設(shè)計(jì)了一種雙探頭復(fù)合式脈象傳感器 (其物理模型如圖 16 所示 )。該傳感器有別于單探頭脈象傳感器，它能測(cè)取 中醫(yī)脈象信號(hào)中有關(guān)力學(xué)參數(shù)指標(biāo)。傳感器的靈敏度定為 50mV/N。線性范圍為 03N：固有諧振頻率大于 1kHa。選用被青銅作為彈性梁材料 (彈性模量 E=? 103 kg/mm)。應(yīng)變一電壓轉(zhuǎn)換元件選用美國(guó) Entran 公司生產(chǎn)的半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)，報(bào)道其性能穩(wěn)定、靈敏 [2]。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 圖 15 光纖脈象傳感器機(jī)構(gòu)示意圖 圖 16 雙探頭脈象檢測(cè)系統(tǒng)物理模型 1 傳光光纖 2 反射膜片 3 上壓膜 1 外圍傳感器 2 中心傳感器 4 傳輸連桿 5 下支撐膜 6 外殼 3 皮膚軟組織 4 血管 2020 年信息產(chǎn)業(yè)部電子第四十九研究所的張東青報(bào)道在傳統(tǒng)傳感器基礎(chǔ)上研制出一種新型自檢脈搏傳感器，其采用弧面接觸圓形敏感頭仿人手指探觸狀態(tài)，可盡量減少周邊支撐所帶來(lái)的干擾，確保準(zhǔn)確測(cè)量到脈搏波。傳感器性能指標(biāo)為：靈敏度 lmv/KPe；頻響： 300Hz；線性度： 0. 0596FS。所謂自檢功能就是整形驅(qū)動(dòng)顯示電路將輸入脈搏波波形整形后驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管閃亮與 撓動(dòng)脈博波同步。當(dāng)發(fā)光二極管與脈搏波同步時(shí)，是正確位置；否則不是正確位置。 隨著電子計(jì)算機(jī)在脈診客觀化研究中的應(yīng)用，脈象儀的研究得到了充足的發(fā)展。徐黎明等運(yùn)用現(xiàn)代壓力電壓轉(zhuǎn)換原理和電子計(jì)算機(jī)相聯(lián)體，經(jīng)五單元傳感探頭對(duì)脈象進(jìn)行三維認(rèn)證，以脈搏波峰的有無(wú)、峰距的遠(yuǎn)近、波峰的高低、峰底的寬窄準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)了中醫(yī)脈象研究中的客觀化量化。張鏡人等應(yīng)用脈象計(jì)算機(jī)增齡變化測(cè)報(bào)系統(tǒng)自動(dòng)診斷中醫(yī)脈象 106 例，并進(jìn)行分析，認(rèn)為切診定脈和圖診定脈兩者應(yīng)結(jié)合進(jìn)行，并認(rèn)為計(jì)算機(jī)定脈與換能器有關(guān)。 1991 年 9 月始，北京中醫(yī)藥大學(xué)的 李宇航等人創(chuàng)意研制適用于中醫(yī)臨床及輔助教學(xué)的計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)。他們?cè)谏钊胩角竺}診位數(shù)形勢(shì)形成機(jī)理及其內(nèi)在規(guī)律的基礎(chǔ)上進(jìn)行應(yīng)用性研究，完成了“脈診客觀診斷系統(tǒng)”的研制。該系統(tǒng)壓力信號(hào)探頭芯片采用新微壓晶體，觸頭設(shè)計(jì)模擬指形與小型阻抗血流探頭以及心電電極合為一體。配有時(shí)鐘信號(hào)。集成多路探頭置于腕部寸口處，一次打壓即可采集四路信號(hào)。軟件部分采用時(shí)域分析、頻域分析以及二次信號(hào)處理，其結(jié)果可多圖像輸出顯示，打印。也可按位數(shù)形勢(shì)四屬性歸類后參與 TCMCADS 的自動(dòng)辨證。 在前人工作的基礎(chǔ)上，本文提出一種集傳感技術(shù)、模擬電 子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)于一身的脈象儀。該脈象儀不但可檢測(cè)脈象信息，還可以存儲(chǔ)、打印、再現(xiàn)脈象波形。并可對(duì)臨床檢測(cè)到的信息進(jìn)行綜合分析處理，體積小，便于攜帶。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 關(guān)于脈象檢測(cè)技術(shù)中存在的問(wèn)題 中醫(yī)脈診的客觀化是歷數(shù)代人為之努力的目標(biāo)，迄今雖然能用儀器描述多種脈象，然而仍然難以被中醫(yī)臨床所接受。其主要原因是： 1．在中醫(yī)脈象研究領(lǐng)域中，由于探頭種類很多，儀器不統(tǒng)一，各種脈象儀所記錄的脈搏波之間只在低頻部分存在可比性，預(yù)計(jì)在不遠(yuǎn)的將來(lái)，為了便于學(xué)術(shù)交流，統(tǒng)一探頭的工作將會(huì)提到議事 日程上。 2．脈象研究中另一個(gè)引人注目的問(wèn)題，即可重復(fù)性，其涉及原因很多，例如探頭的靈敏度、測(cè)量位置、所加的壓力、周圍環(huán)境、被測(cè)者的飲食、精神狀態(tài)等均可影響測(cè)試的重復(fù)性。實(shí)踐證明只要在脈象檢測(cè)過(guò)程中，注意了上述問(wèn)題，可重復(fù)性是容易達(dá)到的。 3．現(xiàn)代科學(xué)中的鑒別與診斷是建筑在定量的基礎(chǔ)上的，用脈象儀記錄下來(lái)的有關(guān)浮沉、虛實(shí)、遲數(shù)、洪細(xì)、長(zhǎng)短、弦滑等的脈象信息是一種連續(xù)信號(hào)，而中醫(yī)脈診的一個(gè)很重要的特點(diǎn)是定性分析，把這些信息轉(zhuǎn)變?yōu)橹嗅t(yī)脈診的定性概念，即離散信息，這中間存在著許多模糊的邊界。為了確立多種因素影響下 的模糊邊界的閉值限，應(yīng)建立有經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)生的脈診信息的數(shù)據(jù)庫(kù)。中醫(yī)脈象研究必須進(jìn)入從定量到定性，進(jìn)而結(jié)合四診合參，與中醫(yī)辨證掛鉤的軌道，否則無(wú)法跳出心血管系統(tǒng)的圈子。 4．為避免因操作探頭的位置差異而造成所采集的脈象信息間的誤差，必須研制一種能自動(dòng)調(diào)節(jié)最佳脈象信息采集位置的探頭。 總之隨著儀器研制、臨床實(shí)驗(yàn)、參數(shù)分析等工作的深入，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不斷地滲入，預(yù)計(jì)不久的將來(lái)，中醫(yī)脈診客觀化、現(xiàn)代化問(wèn)題必將獲得解決，對(duì)中醫(yī)脈象的形成機(jī)理，也將獲得一個(gè)令人滿意的解釋 [3]。 本章小結(jié) 在本章中，主要論述了脈診客觀 化的重要意義以及國(guó)內(nèi)外脈診儀研制的進(jìn)展情況，從中我們知道國(guó)內(nèi)外對(duì)脈搏圖的研究經(jīng)歷了從示意圖到波示圖，再?gòu)牟ㄊ緢D到聲像圖的階段。在儀器研制方面，己將計(jì)算機(jī)引入，促進(jìn)了脈診客觀化。在此基礎(chǔ)上，本文提出一種集傳感技術(shù)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)于一身的脈象檢測(cè)系統(tǒng)。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 第 2 章 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)系統(tǒng)之前，必須要對(duì)解決的問(wèn)題進(jìn)行調(diào)查研究和分析論證，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中的問(wèn)題提出具體的要求。另外，還要注意在滿足性能指標(biāo)的前提下，盡可能地降低價(jià)格。 系統(tǒng)的總體 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 脈搏檢測(cè)系統(tǒng)不僅是一種醫(yī)用輔助診療設(shè)備，同時(shí)也是以微型計(jì)算機(jī)為核心的應(yīng)用電子儀器，它的最終 目 的是面向市場(chǎng)和面向用戶。因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、研發(fā)的各個(gè)階段必須要考慮兼顧各方面應(yīng)用的特點(diǎn)和技術(shù)要求，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程中始終要遵循以下幾條原則： 1．安全性原則設(shè)計(jì)和制作要完全依據(jù) 《醫(yī)用電氣設(shè)備安全通用要求》規(guī)定的內(nèi)容進(jìn)行，保證系統(tǒng)的電氣性能安全； 2．準(zhǔn)確性原則人體的生物信號(hào)都是極其微弱的信號(hào)，非常容易受到人體靜電和環(huán)境感應(yīng)電的 干 擾，因此在設(shè)計(jì)、制作中要采取一切手段保證信號(hào)的不失真 ； 3．可靠性原則必須保證能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的工作，性能可靠不出故障； 4．通用性和可移植性原則要求通用性盡可能好，能靈活的進(jìn)行功能擴(kuò)充，盡可能采用通用的系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)，以便在需要時(shí)進(jìn)行擴(kuò)充； 5．先進(jìn)性和可發(fā)展性原則考慮到計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，設(shè)計(jì)必須要為以后系統(tǒng)的升級(jí)、改造留有手段，同時(shí)在技術(shù)上要做到適度超前。 國(guó)內(nèi)外已有的設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介 三部脈象檢測(cè)系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì) 傳感器核心部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)借鑒于 ZMH1型單探頭脈象換能器中帶副梁的復(fù)式懸臂梁結(jié)構(gòu)，較好地解決了換能器的重復(fù)性、穩(wěn)定性等技術(shù)難 點(diǎn)。為了仿真模擬中醫(yī)寸、關(guān)、尺三部手指靈活的按脈手法，三部脈象傳感器整體結(jié)構(gòu)在 X, Y, Z 方向二維可調(diào)的基礎(chǔ)上，還增加了寸、關(guān)、尺探頭相對(duì)距離和寸、關(guān)、尺探頭整體沿血管軸向任意移動(dòng)的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。圖 21 是用數(shù)碼相機(jī)拍攝的傳感器實(shí)物圖片。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 圖 21 三部脈象傳感器整體結(jié)構(gòu)實(shí)物示意圖 由圖 21 可以看出，三部脈象傳感器可以通過(guò)各個(gè)不同部位的旋鈕，不但在 X， Y， Z 三維方向進(jìn)行枯體的自由調(diào)節(jié)，還可以通過(guò)側(cè)面的旋鈕對(duì)寸、關(guān)、尺三個(gè)傳感器之間相對(duì)位置進(jìn)行調(diào)節(jié)。 三部脈象傳感器采用測(cè)力法的基本原理。三部脈象傳感器由 三個(gè)獨(dú)立的、設(shè)計(jì)參數(shù)相同的壓力傳感器組成，每個(gè)傳感器的物理模型如圖 22 所示[4]。 圖 22 傳感器物理模型 1 固定架 2 應(yīng)變片 3 彈性梁 4 觸頭 5 皮膚 6 血管 ZN1H1 型中醫(yī)脈象傳感器的研究設(shè)計(jì) 中醫(yī)手指切脈是在浮、中、沉不同的取脈壓力下細(xì)心探測(cè)其脈象特征。在脈象客觀化研究工作中，我們所面臨的任務(wù)是把中醫(yī)指下的感覺(jué)運(yùn)用特定的 測(cè) 試手段記錄下來(lái)，然后進(jìn)行定性、定量分析。測(cè)脈象的所有信息是有一定困難的。我們研制的脈象傳感器主要反映二個(gè)方面的內(nèi)容，其一是檢測(cè)脈象 指感的主要成分 (即脈的搏動(dòng)力 )，所測(cè)得的信息 是脈搏各種力的綜合作用，其中包括血管內(nèi)壓、血管張力，以及 血 管總體 位移運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的力等 。其二是檢測(cè)中醫(yī)切脈時(shí)手指對(duì)脈道施加的壓力。這是脈象傳感器設(shè)計(jì)制作的最基本的三個(gè)要術(shù)。據(jù)此，我們可作出如圖 23 所示的傳感器檢測(cè)系統(tǒng)物理模型和圖 24 傳感器整體結(jié)構(gòu)示意圖。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 圖 23 傳感器檢測(cè)系統(tǒng)物理模型 1復(fù)式懸臂梁 2,3半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì) 4剛體探 頭 5皮膚及軟組織 6毛細(xì)動(dòng)脈血管 圖 24 傳感器整體結(jié)構(gòu)示意圖 1旋帽 2精密軸承 3外殼 4螺桿 5傳感器核心 6表架 無(wú)創(chuàng)脈搏血氧飽和度測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì) 無(wú)創(chuàng)脈搏血氧飽和度測(cè)量?jī)x采用 ATMEL 公司生產(chǎn)的 AT89C55WD 型號(hào)單片機(jī)作為控制和數(shù)據(jù)處理與傳輸?shù)暮诵摹Ｕ麄€(gè)系統(tǒng)主要包括血氧探頭驅(qū)動(dòng)模塊、脈搏波檢測(cè)模塊、 A/D 轉(zhuǎn)換模塊、電源管理模塊、存儲(chǔ)模塊、時(shí)鐘模塊、串口通訊模塊、液晶顯示模塊和按鍵控制模塊。硬件系統(tǒng)框圖如圖 25 所示。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 11 圖 25 硬件系統(tǒng)框圖 圖 26 透射式血氧探頭 圖 27 血 氧探頭驅(qū)動(dòng)電路 AT89C55WD 單片機(jī) 時(shí)鐘模塊 存儲(chǔ)模塊 液晶顯示 鍵盤 串口通信 光電傳感器 血氧探頭驅(qū)動(dòng) 電源管理 脈 搏 波 檢 測(cè) A/D 轉(zhuǎn) 換 器 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 圖 28 脈搏波檢測(cè)模塊系統(tǒng)框圖 BioME 中醫(yī)脈診儀 產(chǎn)品特色 :整合現(xiàn)代科學(xué)結(jié)晶 ,BioME 中醫(yī)脈診計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)是中醫(yī)脈學(xué)理論與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù) 成功整合的結(jié)晶，使脈診能運(yùn)用科學(xué)化的方法深入五臟六腑，了解病情，讓中醫(yī)辨證更客觀、數(shù)據(jù)化。 克服傳統(tǒng)把脈的困難 :高敏度的取脈感測(cè)裝置，排除傳統(tǒng)中醫(yī)把脈時(shí)經(jīng)驗(yàn)及主觀判斷的困擾，使診斷更準(zhǔn)確。 客觀模擬中醫(yī)師 “ 舉按尋 ” 運(yùn)指手法和脈搏回饋信息 :使用先進(jìn)的傳感技術(shù)，同步獲取中醫(yī)師指下的運(yùn)力（ “ 舉按尋 ” 運(yùn)指手法）和患者脈力回饋信息。動(dòng)態(tài)反饋式模擬指感施力技術(shù)準(zhǔn)確獲取脈搏 “ 浮、中、沉 ” 屬性。 三維可調(diào)、方便快捷、高精度、實(shí)時(shí)監(jiān)控的脈診調(diào)節(jié)系統(tǒng) :在垂直方向運(yùn)用兩級(jí)調(diào)控系統(tǒng)，在快速調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié)，保證脈診儀的施力 精度；同時(shí)可以在水平平面上自由調(diào)控，便于準(zhǔn)確尋找不同患者的橈動(dòng)脈位置。調(diào)節(jié)結(jié)果同步反映到脈診系統(tǒng)中，動(dòng)態(tài)指示醫(yī)師操作。 多路信號(hào)復(fù)合采集，綜合分析 動(dòng)壓力信號(hào) 反映中醫(yī)脈動(dòng)信息； 光 電 傳 感 器 前 置 放 大 第 二 級(jí) 放 大 二階 巴特 沃茲 低通 濾波 第 三 級(jí) 放 大 陷 波 器 電 壓 抬 高 多 路 開 關(guān) 脈 搏 波 信 號(hào) 高 通 濾 波 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 靜壓力信號(hào) 反映中醫(yī)師 “ 舉按尋 ” 運(yùn)指手法； 心電圖 反映心臟運(yùn)動(dòng)，間接計(jì)算出脈搏波的傳導(dǎo)速度，表征血管信息； 光電脈圖 反映微循環(huán)和反射脈搏波。 脈波與心電圖訊號(hào)、光電脈圖實(shí)時(shí)偵測(cè)，偵測(cè)精確度高，同步偵測(cè)、記錄完整的脈波圖形與心電圖訊號(hào)。結(jié)合心臟健康狀況，提供相關(guān)圖形與參數(shù)，作進(jìn)一步診斷辨證，是中西醫(yī)結(jié)合的一大創(chuàng)新 。 采集時(shí)實(shí)時(shí)自動(dòng)分析和采集后人機(jī)交互輔助分析相結(jié)合 :BioME 中醫(yī)脈診計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)一邊采集一邊自動(dòng)分析和自動(dòng)切分脈搏周期，計(jì)算中醫(yī)經(jīng)典脈學(xué)所稱之 “ 數(shù)脈 ” 、 “ 遲脈 ” 、 “ 平脈 ” 、 “ 結(jié)促代脈 ” 的脈搏信號(hào)屬性，及時(shí)反饋到人機(jī)界面中。采集后的數(shù)據(jù)通過(guò)人機(jī)交互輔助分析，提供更多的中醫(yī)經(jīng)典脈學(xué)資訊。通過(guò)對(duì)心電圖、壓力脈圖、光電脈圖、患者基本信息的綜合分析，得出 “ 浮沉 ” 、 “ 遲數(shù) ” 、 “ 滑澀 ” 、 “ 弦緊 ” 、“ 虛實(shí) ” 等多種脈象信息。 仿生柔性壓力傳感器 :仔細(xì)分析中醫(yī)師的診脈過(guò)程：人的手指指面是觸覺(jué)最敏感的部位之一，切脈是采用柔性傳感器（醫(yī)生的手指）通過(guò)阻尼系統(tǒng)（病人的表皮及皮下組織）提取彈性管路（橈動(dòng)脈）中脈動(dòng)流體（血流）的復(fù)雜動(dòng)力學(xué)與流變學(xué)狀態(tài)信息。 BioME 中醫(yī)脈診計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)模擬人類觸覺(jué)小體的柔性壓力傳感哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 器，用于實(shí)現(xiàn)指感下多維脈診觸覺(jué)信息的提取， 較之硬性、剛性脈波擷取系統(tǒng)有本質(zhì)的不同，極大地提高本系統(tǒng)的仿生性和可靠性。 廣適性系統(tǒng) :使用目前最廣泛的 USB 接口，無(wú)須外接電源。只要您的計(jì)算機(jī)提供標(biāo)準(zhǔn)的 USB 接口，安裝驅(qū)動(dòng)即可使用。方便攜帶，使用便捷，是現(xiàn)代科學(xué)中醫(yī)師必備之輔助診斷工具。 本系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 基于單片機(jī)作為控制和數(shù)據(jù)處理與傳輸?shù)暮诵牡拿}搏檢測(cè)系統(tǒng)用于