基于多傳感器的可自動調壓的脈象信號采集裝置及方法

基于多傳感器的可自動調壓的脈象信號采集裝置及方法
【專利摘要】本發明涉及基于多傳感器的可自動調壓的脈象信號采集裝置及方法，其中，所述采集裝置包括底座、手腕托、滑動調整機構、傳感器固定機構支柱、傳感器固定機構、步進電機驅動器、步進電機、脈象傳感器、信號預處理電路、單片機和計算機，手腕托和滑動調整機構均設在底座上；傳感器固定機構通過傳感器固定機構支柱設在滑動調整機構上；脈象傳感器包括寸位脈象傳感器、關位脈象傳感器和尺位脈象傳感器，分別獨立連接在傳感器固定機構上；信號預處理電路、單片機、計算機依次連接，單片機、步進電機驅動器、步進電機和傳感器固定機構依次連接。與現有技術相比，本發明具有測量信號精確、實現自動搜索最佳切脈力等優點。
【專利說明】基于多傳感器的可自動調壓的脈象信號采集裝置及方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及中醫脈象信息采集【技術領域】，尤其是涉及一種基于多傳感器的可自動 調壓的脈象信號采集裝置及方法。

【背景技術】
[0002] 在中醫理論中，之所W對疾病的診斷與治療絕大多數是W脈診為依據是因為脈象 是多方面生理功能協調、平衡的綜合結果，攜帶著豐富的人體健康狀況信息。但是傳統脈診 單憑醫者手指感覺辨別脈象的特征，受到感覺、經驗和表述的限制，并且難免存在許多主觀 臆斷因素，對脈象判斷的規范化存在很大影響。因此，利用現代科學技術，客觀地再現脈搏 波形并對其進行相應的信號處理、分析，提高中醫脈診的客觀性，對于推動中醫脈診客觀化 研究和發揚中國傳統醫學具有非常深遠的現實意義。
[0003] 在中醫脈診客觀化、定量化的研究方面，前人也做了大量的工作，早在上世紀50 年代初開始，人們就開始研制各式各樣的脈象儀，并且對檢測到的脈象信號進行了相應的 分析。近年來，隨著傳感器技術的發展，國內外研究人員目前已經研制出一系列種類繁多的 用于采集和分析脈搏信號的脈象儀，如南昌無線電儀器廠研制的MX-811型脈象儀、北京醫 療總廠研制的BYS-14型脈象也電儀、上海醫療器械研究所研制的MX-3型脈象儀、天津醫療 器械研究所研制的MTY-A型脈象儀、上海中醫藥大學研制的ZM-III型脈象儀和日本Colin 公司研制的CMB-3000/2000型脈象檢測儀等。
[0004] 盡管上述脈象儀對脈象信號進行了不同程度的描述和分析，但是該些脈象采集儀 器大多是W單探頭壓力式傳感器為主，只能檢測寸、關、尺中某一部的脈象信息，并主要W 檢測"關部"脈象穩為主，其將醫生指面的多維信息精細感受器簡化、點化后用一個觸頭來 代替，不能全面反映表達中醫脈象的信息特征，與中醫實際臨床部九侯"的切脈方法尚 有一定差距。此外，雖然有關于多探頭多部脈象儀的報道，但其傳感器固定方式大多是表帶 式，容易引起采樣點周圍軟組織過量變形而產生測量誤差，在真正臨床中還未見應用。無論 使用哪種上述的脈象儀對脈象信號進行采集，均不能模擬中醫實際的部九侯"的切脈方 法，確保在最佳切脈力下進行脈象的提取。
[0005] 常用于脈象信號濾波的方法有傅立葉變換、小波變換、時頻分析等，都包含了基函 數固定的積分運算，且受到測不準原理的限制。


【發明內容】

[0006] 本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種測量信號精確、 可實現自動搜索最佳切脈力的基于多傳感器的可自動調壓的脈象信號采集裝置及方法，可 W準確模擬中醫實際的部九候"的切脈方法，能在最佳切脈力下進行脈象的提取來全面 反映中醫脈象信息特征。
[0007] 本發明的目的可W通過W下技術方案來實現：
[0008] -種基于多傳感器的可自動調壓的脈象信號采集裝置，包括底座、手腕巧、滑動調 整機構、傳感器固定機構支柱、傳感器固定機構、步進電機驅動器、步進電機、脈象傳感器、 信號預處理電路、單片機和計算機，其中，
[0009] 所述的手腕巧和滑動調整機構均設在底座上；
[0010] 所述的傳感器固定機構通過傳感器固定機構支柱設在滑動調整機構上；
[0011] 所述的脈象傳感器包括寸位脈象傳感器、關位脈象傳感器和尺位脈象傳感器，分 別獨立連接在傳感器固定機構上；
[0012] 所述的寸位脈象傳感器、關位脈象傳感器和尺位脈象傳感器分別連接一信號預處 理電路，所述的信號預處理電路、單片機和計算機依次連接，所述的單片機、步進電機驅動 器、步進電機和傳感器固定機構依次連接。
[0013] 所述的滑動調整機構包括滑動導軌臺支撐住、滑動導軌臺、連接背板和精密手動 調整平臺，所述的滑動導軌臺通過滑動導軌臺支撐住設在底座上，所述的精密手動調整平 臺通過連接背板設在滑動導軌臺上，所述的傳感器固定機構支柱連接在精密手動調整平臺 上。
[0014] 所述的傳感器固定機構包括固定框架、寸位脈象傳感器固定及調壓模塊、關位脈 象傳感器固定及調壓模塊和尺位脈象傳感器固定及調壓模塊，所述的寸位脈象傳感器固定 及調壓模塊、關位脈象傳感器固定及調壓模塊和尺位脈象傳感器固定及調壓模塊依次間隔 連接在固定框架上，所述的寸位脈象傳感器固定及調壓模塊和尺位脈象傳感器固定及調壓 模塊W關位脈象傳感器固定及調壓模塊為對稱軸設置，其中，
[0015] 所述的固定框架包括背板、底板、左邊板、右邊板、左支架和右支架，所述的底板、 左邊板、右邊板分別與背板連接，形成半封閉矩形框架，所述的左支架和右支架分別與左邊 板、右邊板對應連接；
[0016] 所述的寸位脈象傳感器固定及調壓模塊通過水平光軸、水平螺紋軸與左邊板或右 邊板連接，并通過垂直光軸、垂直螺紋軸分別連接背板和左支架或右支架；
[0017] 所述的尺位脈象傳感器固定及調壓模塊通過水平光軸、水平螺紋軸與左邊板或右 邊板連接，并通過垂直光軸、垂直螺紋軸分別連接背板和左支架或右支架；
[0018] 所述的關位脈象傳感器固定及調壓模塊通過螺栓連接在背板和底板上。
[0019] 所述的寸位脈象傳感器固定及調壓模塊和尺位脈象傳感器固定及調壓模塊的結 構相同，均包括步進電機安裝支座、軸承座、滾珠絲杠副、上軸承端蓋、下軸承端蓋、導軌、導 軌固定支座、寸/尺傳感器支座、水平方向移動平臺、短光軸和光軸固定件，其中，
[0020] 所述的步進電機安裝支座用于安裝步進電機，呈U形；所述的滾珠絲杠副通過聯 軸器與步進電機連接，滾珠絲杠副上連接有絲杠滾動軸承，絲杠滾動軸承通過軸承座與步 進電機安裝支座連接，所述的軸承座設有兩個，所述的上軸承端蓋、下軸承端蓋分別與連接 一個軸承座；所述的導軌與滾珠絲杠副連接，并通過導軌固定支座與步進電機安裝支座連 接；所述的寸/尺傳感器支座一端與連接滾珠絲杠副，另一端設有用于連接寸位脈象傳感 器或尺位脈象傳感器的傳感器支座擋板；所述的水平方向移動平臺、短光軸和光軸固定件 兩兩分別連接，短光軸與步進電機安裝支座連接。
[0021] 所述的關位脈象傳感器固定及調節模塊包括關位步進電機安裝支座、滾珠絲杠 畐IJ、軸承座、上軸承端蓋、下軸承端蓋、導軌、導軌固定支座和關位傳感器支座，其中，
[0022] 所述的關位步進電機安裝支座里倒L型，與背板連接；所述的滾珠絲杠副一端通 過聯軸器與步進電機連接，另一端與底板連接，滾珠絲杠副上連接有絲杠滾動軸承，絲杠滾 動軸承通過軸承座與關位步進電機安裝支座連接，所述的軸承座設有一個；所述的上軸承 端蓋與軸承座連接，下軸承端蓋與底板連接；所述的導軌與滾珠絲杠副連接，并通過導軌固 定支座與分別連接關位步進電機安裝支座和背板；所述的關位傳感器支座分別連接滾珠絲 杠副和關位脈象傳感器，關位傳感器支座與關位脈象傳感器連接處設有關位傳感器擋板。
[0023] 所述的信號預處理電路包括一級放大電路、直流放大電路、交流放大電路和信號 混合電路，所述的直流放大電路和交流放大電路分別與一級放大電路連接，所述的信號混 合電路分別與直流放大電路和交流放大電路連接。
[0024] 一種基于多傳感器的可自動調壓的脈象信號采集方法，包括W下步驟：
[0025] 1)手腕置于手腕巧上，調節滑動調整機構及傳感器固定機構，使寸位脈象傳感器、 關位脈象傳感器和尺位脈象傳感器位于正確位置；
[0026] 2)各脈象傳感器分別采集連續增大壓力下的脈象信號并發送給信號調理電路；
[0027] 3)信號調理電路將處理后的脈搏信號傳送給單片機，并儲存于單片機中；
[0028] 4)單片機通過串口將信號發送給計算機，計算機顯示實時脈象信號曲線和實時取 脈壓力值；
[0029] 5)計算機根據接收到的信號實時計算取脈壓力值和脈象峰峰值，搜索得到寸位脈 象傳感器、關位脈象傳感器和尺位脈象傳感器對應的最佳取脈壓力；
[0030] 6)各脈象傳感器工作于最佳取脈壓力下，采集最佳脈象后發送給信號調理電路；
[003。 7)依次執行步驟扣和步驟4)后，固齡至步驟8);
[0032] 8)計算機存儲接收到的最佳脈象信號曲線和取脈壓力，完成脈象信號的采集，并 對脈象信號進行濾波處理，獲得最終的脈象信號。
[0033] 所述的步驟2)中的采集連續增大壓力下的脈象信號和步驟6)中的各脈象傳感器 工作于最佳取脈壓力下需要對取脈壓力進行控制，具體包括W下步驟：
[0034] a)單片機接收計算機的設定壓力值X ;
[00巧]b)單片機接收采集到的實際壓力值Y ;
[003引 C)判斷Y與X是否相等，若是，則執行步驟d)，若否，則執行步驟e);
[0037] d)維持原有狀態；
[0038] e)判斷Y是否小于X，若是，則執行步驟f)，若否，則執行步驟g);
[0039] f)單片機通過步進電機驅動器驅動步進電機加壓并返回步驟b);
[0040] g)單片機通過步進電機驅動器驅動步進電機減壓并返回步驟b)。
[0041] 所述的步驟5)中最佳取脈壓力的搜索具體為：
[0042] 5a)啟動步進電機；
[0043] 5b)單片機通過步進電機驅動器驅動步進電機正向加壓，此處最大允許壓力為 250克力；
[0044] 5c)實時計算當前取脈壓力值和脈象信號峰峰值并存儲；
[0045] 5d)判斷相鄰兩次存儲的脈象信號峰峰值是否減小，若是，則執行步驟5e)，若否， 則執行步驟化）；
[0046] Se)取出上一次的取脈壓力值即為最佳取脈壓力值。
[0047] 所述的步驟8)中，對脈象信號進行濾波處理具體為：
[0048] 8a)采用基于聚合經驗模態分解算法將采集到的脈象信號分解成一系列頻率由高 到低分布的IMF分量；
[0049] 8b)根據皮爾遜相關性定義，對各IMF分量進行初步篩選，將相關系數A滿足 入I > 3的IMF分量作為目標IMF分量，對其余IMF分量進行相應的闊值去噪處理：
[0050] 對于高尺度IMF分量，根據白噪聲的能量估計對IMF進行闊值選取，并采用硬闊值 或軟函數對其進行去噪處理；
[005。 對于低尺度IMF分量，基于噪聲均方誤差最大原則對其進行闊值網格優化后，采 用軟闊值函數進行闊值去噪；
[0052] 8c)信號重構；將步驟8b)中篩選出的目標IMF分量與經闊值去噪后的其它IMF分 量進行線性疊加，完成脈象信號的去噪處理。
[0053] 與現有技術相比，本發明具有W下優點：
[0054] 1、測量信號更精確，由于采用了手腕巧固定患者的手腕，而非表帶式固定方式，因 此可W避免采樣點周圍軟組織過量變形而產生測量誤差，得到精確脈象信號且更符合臨床 實際采脈的方式；
[0055] 2、可實現自動搜索最佳切脈力，由于采用了步進電機與滾珠絲杠的自動調壓結 構，因此可W通過緩慢加壓采集脈象并搜索脈象最大峰峰值來自動確定最佳切脈力。
[0056] 3、可模擬中醫"H部九候"的取脈方式，由于采用了寸、關、尺H個獨立的傳感器， 因此在每個單獨的脈位能夠進行單獨的不同采集壓力采集，從而實現"H部九候"的取脈方 式
[0057] 4、濾波的真實性強，由于采用ffiMD對信號進行處理，擺脫了對基函數的依賴，不 需要再對信號作任何平穩性假設，保留了信號的內在性質；
[0058] 5、濾波的去噪性能好，由于采用EEMD方法與闊值去噪相結合的方法，在IMF分量 的基礎上，對其進行闊值去噪處理，有效去除了 IMF分量上的噪聲污染；
[0059] 6、濾波的自動性能好，在闊值去噪的基礎上，采用網格搜索對其進行闊值優化，因 此，不需要對闊值進行手動設定，提高了整個分析過程的自動性能；
[0060] 7、濾波的針對性強，由于針對脈搏信號的干擾源的特點，采用時空濾波器根據IMF 分量的尺度分別進行闊值去噪處理，有效濾除高頻噪聲的同時，對相應的低頻干擾源進行 了針對性處理

【專利附圖】

【附圖說明】
[0061] 圖1為本發明的結構示意圖；
[0062] 圖2為傳感器固定機構的結構示意圖；
[0063] 圖3為圖2中A-A剖面圖；
[0064] 圖4為傳感器固定機構的俯視圖；
[0065] 圖5為寸、尺位脈象傳感器結構示意圖；
[0066] 圖6為圖5中B-B剖面圖；
[0067] 圖7為關位脈象傳感器結構示意圖；
[006引 圖8為圖7中C-C剖面圖；
[0069] 圖9為一級放大電路示意圖；
[0070] 圖10為直流放大電路示意圖；
[0071] 圖11為交流放大電路示意圖；
[0072] 圖12為信號混合電路示意圖；
[0073] 圖13為最佳取脈壓力下采集脈象信號流程圖；
[0074] 圖14為壓力控制流程圖；
[0075] 圖15為脈象信號濾波算法流程圖；
[0076] 圖16為脈象信號濾波結果圖。

【具體實施方式】
[0077] 下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。本實施例W本發明技術方案 為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于 下述的實施例。
[0078] 如圖1所示，一種基于多傳感器的可自動調壓的脈象信號采集裝置，包括底座2、 手腕巧1、滑動調整機構、傳感器固定機構支柱7、傳感器固定機構8、步進電機驅動器16、步 進電機17、脈象傳感器9、信號預處理電路、單片機14和計算機15,其中，手腕巧1和滑動調 整機構均設在底座2上；傳感器固定機構8通過傳感器固定機構支柱7設在滑動調整機構 上；脈象傳感器9包括寸位脈象傳感器、關位脈象傳感器和尺位脈象傳感器，分別獨立連接 在傳感器固定機構上；寸位脈象傳感器、關位脈象傳感器和尺位脈象傳感器分別連接一信 號預處理電路，信號預處理電路、單片機14和計算機15依次連接，單片機14、步進電機驅動 器16、步進電機17和傳感器固定機構8依次連接。
[0079] 滑動調整機構包括滑動導軌臺支撐住3、滑動導軌臺4、連接背板5和精密手動調 整平臺6,滑動導軌臺4通過滑動導軌臺支撐住3設在底座2上，精密手動調整平臺6通過 連接背板5設在滑動導軌臺4上，傳感器固定機構支柱7連接在精密手動調整平臺6上。精 密手動調整平臺6采用LY90-CM型XY軸交叉導軌高精度千分尺手動調整平臺，其負載可達 93. IN,約合9. 5千克力，行程±12. 5mm，精度0. Olmm,最小刻度0. 01mm。
[0080] 手腕巧1、底座2、滑動導軌臺支撐住3、連接背板5、滑動導軌臺4、傳感器固定機構 支柱7、傳感器固定機構8所用的材料均為7075T6鉛合金，表面均經過陽極氧化處理。寸位 脈象傳感器、關位脈象傳感器和尺位脈象傳感器均采用GE NPI-12系列固態介質隔離壓力 傳感器，該傳感器包含了最先進的IsoSensor技術，即使在惡劣的環境下也能提供卓越的 靈敏度、線性度和遲滯效應。該傳感器的靈敏度為0. 20mV/V/psi、精確度為±0. 1%、工作 溫度為10?40攝氏度，工作電壓在5V，同時，其線性度、壓力遲滯效應、重復性和溫度的綜 合誤差不超過±4% FS0,電氣連接使用標準的0. 025平方英寸的4芯接插件。
[0081] 步進電機17采用20BYGH28-0204A型兩項步進電機，該步進電機額定電壓4. 8V，額 定電流0. 2A，最大靜力矩0. 16千克厘米，步進角為1. 8度，在450克力負載情況下，轉軸徑 向跳動最大0. 02mm，轉軸軸向跳動最大0. 08mm，工作環境溫度在-10?50攝氏度，最大溫 升為80設置度。步進電機驅動器16采用SH-215B步進電機驅動器，該驅動器采用美國高 性能專用微步距電腦控制芯片，可提供步進角細分功能，細分數可達到64細分，由于采用 新型的雙極性恒流斬波技術，使電機運行精度高，振動小，噪聲低，運行平穩。
[0082] 信號預處理電路包括一級放大電路10、直流放大電路11、交流放大電路12和信號 混合電路13,直流放大電路11和交流放大電路12分別與一級放大電路10連接，信號混合 電路13分別與直流放大電路11和交流放大電路12連接，各電路的結構如圖9-圖12所示。 本發明一級放大電路10將傳感器輸出的脈象信號進行前置放大，W便后續處理，放大器選 用高輸入阻抗、低功耗、低噪聲的AD系列儀表運算放大器，放大倍數在50倍左右，直流放大 電路11將脈象信號中的低頻部分取出進行二級放大，該電路由低通濾波和通用運算放大 器組成，放大倍數為4倍，交流放大電路12將脈象信號中的交流部分取出進行二級放大，該 電路由帶通濾波和通用運算放大器組成，根據脈象信號的特點，帶通濾波的通帶為0. 1? 34. 8化之間，放大倍數為50倍，混合電路13將經過放大的脈象信號低頻部分和交流部分進 行混合，通過通用放大器來實現。
[0083] 單片機14采用STM32F107VCT6,該控制器W ARM Coi~tex-M32作為核也控制器，內 置了高性能的RISC內核，工作頻率達到了 72Mhz，本發明中使用了該控制器A/D轉換、DMA、 定時中斷、串行中斷、串行通信等資源。
[0084] 如圖2-圖4所示，傳感器固定機構8包括固定框架、寸位脈象傳感器固定及調壓 模塊、關位脈象傳感器固定及調壓模塊和尺位脈象傳感器固定及調壓模塊，寸位脈象傳感 器固定及調壓模塊、關位脈象傳感器固定及調壓模塊和尺位脈象傳感器固定及調壓模塊依 次間隔連接在固定框架上，寸位脈象傳感器固定及調壓模塊和尺位脈象傳感器固定及調壓 模塊W關位脈象傳感器固定及調壓模塊為對稱軸設置，其中，固定框架包括背板18、底板 23、左邊板19、右邊板25、左支架20和右支架24,底板23、左邊板19、右邊板25分別與背板 18連接，形成半封閉矩形框架，左支架20和右支架24分別與左邊板19、右邊板25對應連 接；寸位脈象傳感器固定及調壓模塊通過水平光軸29、水平螺紋軸27與左邊板19或右邊 板25連接，并通過垂直光軸34、垂直螺紋軸33分別連接背板18和左支架20或右支架24 ; 尺位脈象傳感器固定及調壓模塊通過水平光軸29、水平螺紋軸27與左邊板19或右邊板25 連接，并通過垂直光軸34、垂直螺紋軸33分別連接背板18和左支架20或右支架24 ;關位 脈象傳感器固定及調壓模塊通過螺栓連接在背板18和底板23上。水平螺紋軸27上連接 有滾動軸承26和水平調節旋鈕28,垂直光軸34與背板18的連接處設有背板上滑塊30,與 左支架20或右支架24的連接處設有支架上滑塊32,垂直螺紋軸33與背板18的連接處設 有背板下滑塊35,與左支架20或右支架24的連接處設有支架下滑塊31。垂直螺紋軸33 上連接有垂直調節旋鈕22,所述支架上滑塊32上連接有固定旋鈕21。
[0085] 如圖5-圖6所示，寸位脈象傳感器固定及調壓模塊和尺位脈象傳感器固定及調壓 模塊的結構相同，均包括步進電機安裝支座36、軸承座38、滾珠絲杠副39、上軸承端蓋49、 下軸承端蓋47、導軌43、導軌固定支座42、寸/尺傳感器支座40、水平方向移動平臺41、短 光軸45和光軸固定件44,其中，步進電機安裝支座36用于安裝步進電機17連接，呈U形； 滾珠絲杠副39通過聯軸器37與步進電機17連接，滾珠絲杠副39上連接有絲杠滾動軸承 48,絲杠滾動軸承48通過軸承座38與步進電機安裝支座36連接，軸承座38設有兩個，上 軸承端蓋49、下軸承端蓋47分別與連接一個軸承座38 ;導軌43與滾珠絲杠副39連接，并 通過導軌固定支座42與步進電機安裝支座36連接；寸/尺傳感器支座40 -端與連接滾珠 絲杠副39,另一端設有用于連接寸位脈象傳感器或尺位脈象傳感器的傳感器支座擋板46 ; 水平方向移動平臺41、短光軸45和光軸固定件44兩兩分別連接，短光軸45與步進電機安 裝支座36連接。
[0086] 如圖7-圖8所示，關位脈象傳感器固定及調節模塊包括關位步進電機安裝支座 50、滾珠絲杠副39、軸承座38、上軸承端蓋49、下軸承端蓋47、導軌43、導軌固定支座42和 關位傳感器支座52,其中，關位步進電機安裝支座50呈倒L型，與背板18連接；滾珠絲杠副 39 -端通過聯軸器37與步進電機17連接，另一端與底板23連接，滾珠絲杠副39上連接有 絲杠滾動軸承48,絲杠滾動軸承48通過軸承座38與關位步進電機安裝支座50連接，軸承 座38設有一個；上軸承端蓋49與軸承座38連接，下軸承端蓋47與底板23連接；導軌43 與滾珠絲杠副39連接，并通過導軌固定支座42與分別連接關位步進電機安裝支座50和背 板18 ;關位傳感器支座52分別連接滾珠絲杠副39和關位脈象傳感器，關位傳感器支座52 與關位脈象傳感器連接處設有關位傳感器擋板51。
[0087] 上述基于多傳感器的可自動調壓的脈象信號采集裝置的采集方法，包括W下步 驟：
[0088] 1)手腕置于手腕巧上，調節滑動調整機構及傳感器固定機構，使寸位脈象傳感器、 關位脈象傳感器和尺位脈象傳感器位于正確位置；
[0089] 2)各脈象傳感器分別采集連續增大壓力下的脈象信號并發送給信號調理電路；
[0090] 3)信號調理電路將處理后的脈搏信號傳送給單片機，并儲存于單片機中；
[0091] 4)單片機通過串口將信號發送給計算機，計算機顯示實時脈象信號曲線和實時取 脈壓力值；
[0092] 5)計算機根據接收到的信號實時計算取脈壓力值和脈象峰峰值，搜索得到寸位脈 象傳感器、關位脈象傳感器和尺位脈象傳感器對應的最佳取脈壓力；
[0093] 6)各脈象傳感器工作于最佳取脈壓力下，采集最佳脈象后發送給信號調理電路；
[0094] 7)依次執行步驟扣和步驟4)后，固齡至步驟8);
[0095] 8)計算機存儲接收到的最佳脈象信號曲線和取脈壓力，完成脈象信號的采集，并 對脈象信號進行濾波處理，獲得最終的脈象信號。
[0096] 步驟2)中的采集連續增大壓力下的脈象信號和步驟6)中的各脈象傳感器工作于 最佳取脈壓力下需要對取脈壓力進行控制，如圖14所示，具體包括W下步驟：
[0097] S201 ;單片機接收計算機的設定壓力值X ;
[0098] S202 ;單片機接收采集到的實際壓力值Y ;
[0099] S203 ;判斷Y與X是否相等，若是，則執行步驟S204,若否，則執行步驟S205 ;
[0100] S204 ;維持原有狀態；
[010。 S205 ;判斷Y是否小于X，若是，則執行步驟S206,若否，則執行步驟S207 ;
[0102] s206 ;單片機通過步進電機驅動器控制步進電機加壓并返回步驟s202 ;
[0103] s207 ;單片機通過步進電機驅動器控制步進電機減壓并返回步驟s202。
[0104] 步驟3)中單片機采集H路脈象信號通過STM32F107VCT6的A/D轉換模塊、DMA 模塊及定時器模塊實現，采集使用了 A/D模塊ADCO的通道8、通道9和通道10,同時開啟 ADCO的DM功能，即在每個數據轉換完成后隨即將數據存儲至單片機內，ADCO的采樣頻率 為8000化，每采集一組H通道數據便存儲至一個3*8的矩陣中，當采集滿24個數據后，對矩 陣數組進行均值濾波。
[0105] 如圖13所示，步驟5)中的搜索得到寸、關、尺最佳取脈壓力包括W下步驟；Sioi, 啟動步進電機；S102,緩慢加壓，單片機通過步進電機驅動器驅動步進電機正向加壓，此 處最大允許壓力為250克力；sl03,實時計算當前取脈壓力值和脈象信號峰峰值并存儲； S104,判斷相鄰兩次存儲的脈象信號峰峰值是否減小，是則執行步驟S105,否則執行步驟 S102 ;sl05,取出上一次的取脈壓力值即為最佳取脈壓力值。
[0106] 在脈搏信號的采集過程中，會引入肌電高頻干擾、工頻干擾、基線漂移等，在后續 的客觀化研究之前，必須要對脈搏信號進行去噪處理，將脈搏信號真實的從噪聲污染的采 集信號中提取出來。脈搏信號的去噪處理就是把脈搏信號從采集到的信號中還原出來。在 步驟Sios的去噪處理過程中，結合EEMD方法，把脈搏信號分解成多個IMF分量，再對各IMF 層進行分析處理，W達到理想的去噪效果，如圖15所示，具體為；
[0107] S301 ;采用基于聚合經驗模態分解算法巧EMD方法）將采集到的脈象信號分解成 一系列頻率由高到低分布的IMF分量；
[010引S302 ;根據皮爾遜相關性定義，獲得相關系數入；
[010引 S303 ;對各IMF分量進行初步篩選，判斷相關系數A是否滿足I A I > 3,若是，則 將對應的IMF分量作為目標IMF分量，執行步驟307,若否，則執行步驟s304 ;
[0110] s304 ;判斷IMF分量的尺度；
[01川 S305 ;對于高尺度IMF分量，根據白噪聲的能量估計對IMF進行闊值選取，并采用 硬闊值或軟函數對其進行去噪處理；
[0112] S306 ;對于低尺度IMF分量，基于噪聲均方誤差最大原則對其進行闊值網格優化 后，其優化基于噪聲均方誤差最大原則：
[0 …]Wws =括否(x;(")-x,(n))2
[0114] 式中，Ni*表示經過闊值去噪后信號噪聲部分的RMS值，其值越大，濾波效果越好。 X' i(n)為濾波后的信號，Xi(n)為含有噪聲的原始信號。
[0115] 網格搜索出r,i和thif值的范圍根據IMF分量的中值進行調整： |；〇11 引 thr/ =化6泌伽~ max(地s(x,。
[0117] thr,2 = 0 ~ median(站s(x,片
[0118] 直到搜索完成，選取噪聲均方誤差最大時的值作為闊值，再根據經驗定義闊值函 數，采用軟闊值函數對低尺度IMF分量進行相應的闊值去噪處理，其闊值函數如下：
[0119] . sgn(x,(w))(|x,(;〇|，伽 IS |x,(卻 S 斬）
[0120] S307 ;信號重構，將步驟S302中篩選出的目標IMF分量與經闊值去噪后的其它 IMF分量進行線性疊加，完成脈象信號的去噪處理，結果如圖16所示。
【權利要求】
1. 一種基于多傳感器的可自動調壓的脈象信號采集裝置，其特征在于，包括底座（2)、 手腕托（1)、滑動調整機構、傳感器固定機構支柱（7)、傳感器固定機構（8)、步進電機驅動 器（16)、步進電機（17)、脈象傳感器（9)、信號預處理電路、單片機（14)和計算機（15)，其 中， 所述的手腕托（1)和滑動調整機構均設在底座（2)上； 所述的傳感器固定機構（8)通過傳感器固定機構支柱（7)設在滑動調整機構上； 所述的脈象傳感器（9)包括寸位脈象傳感器、關位脈象傳感器和尺位脈象傳感器，分 別獨立連接在傳感器固定機構上； 所述的寸位脈象傳感器、關位脈象傳感器和尺位脈象傳感器分別連接一信號預處理電 路，所述的信號預處理電路、單片機（14)和計算機（15)依次連接，所述的單片機（14)、步進 電機驅動器（16)、步進電機（17)和傳感器固定機構（8)依次連接。
2. 根據權利要求1所述的一種基于多傳感器的可自動調壓的脈象信號采集裝置，其特 征在于，所述的滑動調整機構包括滑動導軌臺支撐住（3)、滑動導軌臺（4)、連接背板（5)和 精密手動調整平臺￠)，所述的滑動導軌臺（4)通過滑動導軌臺支撐住（3)設在底座（2) 上，所述的精密手動調整平臺（6)通過連接背板（5)設在滑動導軌臺（4)上，所述的傳感器 固定機構支柱（7)連接在精密手動調整平臺（6)上。
3. 根據權利要求1所述的一種基于多傳感器的可自動調壓的脈象信號采集裝置，其特 征在于，所述的傳感器固定機構（8)包括固定框架、寸位脈象傳感器固定及調壓模塊、關位 脈象傳感器固定及調壓模塊和尺位脈象傳感器固定及調壓模塊，所述的寸位脈象傳感器固 定及調壓模塊、關位脈象傳感器固定及調壓模塊和尺位脈象傳感器固定及調壓模塊依次間 隔連接在固定框架上，所述的寸位脈象傳感器固定及調壓模塊和尺位脈象傳感器固定及調 壓模塊以關位脈象傳感器固定及調壓模塊為對稱軸設置，其中， 所述的固定框架包括背板（18)、底板（23)、左邊板（19)、右邊板（25)、左支架（20)和 右支架（24)，所述的底板（23)、左邊板（19)、右邊板（25)分別與背板（18)連接，形成半封 閉矩形框架，所述的左支架（20)和右支架（24)分別與左邊板（19)、右邊板（25)對應連接； 所述的寸位脈象傳感器固定及調壓模塊通過水平光軸（29)、水平螺紋軸（27)與左邊 板（19)或右邊板（25)連接，并通過垂直光軸（34)、垂直螺紋軸（33)分別連接背板（18)和 左支架（20)或右支架（24); 所述的尺位脈象傳感器固定及調壓模塊通過水平光軸（29)、水平螺紋軸（27)與左邊 板（19)或右邊板（25)連接，并通過垂直光軸（34)、垂直螺紋軸（33)分別連接背板（18)和 左支架（20)或右支架（24); 所述的關位脈象傳感器固定及調壓模塊通過螺栓連接在背板（18)和底板（23)上。
4. 根據權利要求3所述的一種基于多傳感器的可自動調壓的脈象信號采集裝置，其特 征在于，所述的寸位脈象傳感器固定及調壓模塊和尺位脈象傳感器固定及調壓模塊的結構 相同，均包括步進電機安裝支座（36)、軸承座（38)、滾珠絲杠副（39)、上軸承端蓋（49)、下 軸承端蓋（47)、導軌（43)、導軌固定支座（42)、寸/尺傳感器支座（40)、水平方向移動平臺 (41)、短光軸（45)和光軸固定件（44)，其中， 所述的步進電機安裝支座（36)用于安裝步進電機（17)，呈U形；所述的滾珠絲杠副 (39)通過聯軸器（37)與步進電機（17)連接，滾珠絲杠副（39)上連接有絲杠滾動軸承 (48)，絲杠滾動軸承（48)通過軸承座（38)與步進電機安裝支座（36)連接，所述的軸承座 (38) 設有兩個，所述的上軸承端蓋（49)、下軸承端蓋（47)分別與連接一個軸承座（38);所 述的導軌（43)與滾珠絲杠副（39)連接，并通過導軌固定支座（42)與步進電機安裝支座 (36)連接；所述的寸/尺傳感器支座（40) -端與連接滾珠絲杠副（39)，另一端設有用于 連接寸位脈象傳感器或尺位脈象傳感器的傳感器支座擋板（46);所述的水平方向移動平 臺（41)、短光軸（45)和光軸固定件（44)兩兩分別連接，短光軸（45)與步進電機安裝支座 (36)連接。
5. 根據權利要求3所述的一種基于多傳感器的可自動調壓的脈象信號采集裝置，其特 征在于，所述的關位脈象傳感器固定及調節模塊包括關位步進電機安裝支座（50)、滾珠絲 杠副（39)、軸承座（38)、上軸承端蓋（49)、下軸承端蓋（47)、導軌（43)、導軌固定支座（42) 和關位傳感器支座（52)，其中， 所述的關位步進電機安裝支座（50)呈倒L型，與背板（18)連接；所述的滾珠絲杠副 (39) -端通過聯軸器（37)與步進電機（17)連接，另一端與底板（23)連接，滾珠絲杠副 (39)上連接有絲杠滾動軸承（48)，絲杠滾動軸承（48)通過軸承座（38)與關位步進電機安 裝支座（50)連接，所述的軸承座（38)設有一個；所述的上軸承端蓋（49)與軸承座（38)連 接，下軸承端蓋（47)與底板（23)連接；所述的導軌（43)與滾珠絲杠副（39)連接，并通過 導軌固定支座（42)與分別連接關位步進電機安裝支座（50)和背板（18);所述的關位傳感 器支座（52)分別連接滾珠絲杠副（39)和關位脈象傳感器，關位傳感器支座（52)與關位脈 象傳感器連接處設有關位傳感器擋板（51)。
6. 根據權利要求1所述的一種基于多傳感器的可自動調壓的脈象信號采集裝置，其特 征在于，所述的信號預處理電路包括一級放大電路（10)、直流放大電路（11)、交流放大電 路（12)和信號混合電路（13)，所述的直流放大電路（11)和交流放大電路（12)分別與一級 放大電路（10)連接，所述的信號混合電路（13)分別與直流放大電路（11)和交流放大電路 (12)連接。
7. -種如權利要求1所述的基于多傳感器的可自動調壓的脈象信號采集裝置的采集 方法，其特征在于，包括以下步驟： 1) 手腕置于手腕托上，調節滑動調整機構及傳感器固定機構，使寸位脈象傳感器、關位 脈象傳感器和尺位脈象傳感器位于正確位置； 2) 各脈象傳感器分別采集連續增大壓力下的脈象信號并發送給信號調理電路； 3) 信號調理電路將處理后的脈搏信號傳送給單片機，并儲存于單片機中； 4) 單片機通過串口將信號發送給計算機，計算機顯示實時脈象信號曲線和實時取脈壓 力值； 5) 計算機根據接收到的信號實時計算取脈壓力值和脈象峰峰值，搜索得到寸位脈象傳 感器、關位脈象傳感器和尺位脈象傳感器對應的最佳取脈壓力； 6) 各脈象傳感器工作于最佳取脈壓力下，采集最佳脈象后發送給信號調理電路； 7) 依次執行步驟3)和步驟4)后，跳轉至步驟8); 8) 計算機存儲接收到的最佳脈象信號曲線和取脈壓力，完成脈象信號的采集，并對脈 象信號進行濾波處理，獲得最終的脈象信號。
8. 根據權利要求7所述的一種基于多傳感器的可自動調壓的脈象信號采集方法，其特 征在于，所述的步驟2)中的采集連續增大壓力下的脈象信號和步驟6)中的各脈象傳感器 工作于最佳取脈壓力下需要對取脈壓力進行控制，具體包括以下步驟： a) 單片機接收計算機的設定壓力值X ; b) 單片機接收采集到的實際壓力值Y ; c) 判斷Y與X是否相等，若是，則執行步驟d)，若否，則執行步驟e); d) 維持原有狀態； e) 判斷Y是否小于X，若是，則執行步驟f)，若否，則執行步驟g); f) 單片機通過步進電機驅動器驅動步進電機加壓并返回步驟b); g) 單片機通過步進電機驅動器驅動步進電機減壓并返回步驟b)。
9. 根據權利要求7所述的一種基于多傳感器的可自動調壓的脈象信號采集方法，其特 征在于，所述的步驟5)中最佳取脈壓力的搜索具體為： 5a)啟動步進電機； 5b)單片機通過步進電機驅動器驅動步進電機正向加壓，此處最大允許壓力為250克 力； 5c)實時計算當前取脈壓力值和脈象信號峰峰值并存儲； 5d)判斷相鄰兩次存儲的脈象信號峰峰值是否減小，若是，則執行步驟5e)，若否，則執 行步驟5b); 5e)取出上一次的取脈壓力值即為最佳取脈壓力值。
10. 根據權利要求7所述的一種基于多傳感器的可自動調壓的脈象信號采集方法，其 特征在于，所述的步驟8)中，對脈象信號進行濾波處理具體為： 8a)采用基于聚合經驗模態分解算法將采集到的脈象信號分解成一系列頻率由高到低 分布的IMF分量； 8b)根據皮爾遜相關性定義，對各IMF分量進行初步篩選，將相關系數λ滿足| λ | > 3的MF分量作為目標MF分量，對其余MF分量進行相應的閾值去噪處理： 對于高尺度IMF分量，根據白噪聲的能量估計對IMF進行閾值選取，并采用硬閾值或軟 函數對其進行去噪處理； 對于低尺度MF分量，基于噪聲均方誤差最大原則對其進行閾值網格優化后，采用軟 閾值函數進行閾值去噪； 8c)信號重構：將步驟8b)中篩選出的目標MF分量與經閾值去噪后的其它MF分量 進行線性疊加，完成脈象信號的去噪處理。
【文檔編號】A61B5/02GK104224138SQ201410376708
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年8月1日 優先權日:2014年8月1日
【發明者】錢鵬, 夏春明, 王憶勤, 周侃恒, 劉攀, 燕海霞 申請人:上海中醫藥大學