专利名称：一种基于mems传感器的脉象诊断分析仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及 一 种脉象诊断仪，更特别地说，是指 一 种基于 MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems,微机电系统)传感器的脉象诊断仪。
背景技术：
中国传统医学在其发展过程中，形成了独特的诊断体系，即望、闻、问、切，而其中 最重要的就是利用切脉来诊治疾病，这也是中国古代传统医学的精华之一。但自古以来传 统中医一直是靠把脉来获取脉象信息，这不可避免地会存在许多主观臆测，而手指下的感 觉也难以客观记录，不利于中医现代化的发展。
发明内容
本发明的目的是提出一种基于MEMS传感器的脉象诊断分析仪，其包括有MEMS脉 搏传感器、液晶显示模块、语音输出模块和微处理器，MEMS脉搏传感器与微处理器通过线缆 连接，微处理器将处理所得的脉象信息一方面通过液晶显示模块进行直观显示，另一方面 通过语音输出模块进行播放；MEMS脉搏传感器置于人体桡动脉处，用于采集人体的脉象信息。 微处理器首先对接收到的脉象信息进行存储，然后依据脉象辨识诊断关系
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k= 二 / ，且& =丄f尸O)力进行脉搏波波形特征量K值提取；最后将提取的脉搏
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波波形特征量K表征的相关信息分别输出给液晶显示模块、语音输出模块。 本发明还提出了另一种能够组网、适于医疗机构用的脉象诊断分析仪，其包括有
MEMS脉搏传感器、液晶显示模块、语音输出模块、微处理器、无线发送模块、无线接收模块和
上位机，MEMS脉搏传感器与微处理器通过线缆连接，微处理器将处理所得的脉象信息一方
面通过液晶显示模块进行直观显示，另一方面通过语音输出模块进行播放，第三方面将脉
象信息通过无线收发模块传输至上位机中；上位机对脉象信息进行时域关系的脉波波幅与
脉动时间的分析，并输出脉图的波、峡的高度、相应时值、脉图面积等参数，通过对脉图幅值
和时值的分析，可以了解脉动的频率、节律、脉力的强弱、脉势的虚实和脉象形状特征；MEMS
脉搏传感器置于人体桡动脉处，用于采集人体的脉象信息。 本发明设计的脉象诊断分析仪具有如下优点 ①便携式，采用Megal62双串口单片机与MEMS的PVDF传感器相组合，使得整个分 析仪体积小、重量轻、便于携带，是您身边的护理专家。 ②人性化设计，对于脉象结果输出采用视频与语音的方式，能够方便不同人群的 使用。如语音方式输出脉象结果方便了盲人了解自身的脉博情况。 ③通过上位机、无线收发模块与终端用户使用中的脉象诊断端进行组网，方便 了医疗机构不同部门医生共享该病人的脉博资料。在上位机中依据中医脉诊理论，结合 Labview程序开发的脉波波幅与脉动时间的时域关系，通过该时频关系能够将接收到的脉
3象结果直接进行处理，方便地读出脉图的波、峡的高度、相应时值、脉图面积等参数，通过对 脉图幅值和时值的分析，可以了解脉动的频率、节律、脉力的强弱、脉势的虚实和脉象形状 特征。
无创化，通过MEMS的PVDF传感器与人体桡动脉接触，依靠中医理论，采集脉象 信息进行诊断，对人物任何副作用。
图1是本发明脉象诊断分析仪的外部结构图。 图2是本发明对脉象信息进行处理的功能结构框图。 图3是本发明另一种对脉象信息进行处理的功能结构框图。 图4是本发明微处理器中进行辨识诊断的流程图。 图5是本发明上位机中表现出的脉波波幅与脉动时间的时域关系等界面图。 图6是本发明上位机中表现出菜单图。 图7是本发明脉象诊断分析仪的电路原理图。
具体实施例方式
下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。 参见图1、图2所示，本发明的一种基于MEMS传感器的脉象诊断分析仪，其包括有 脉搏传感器、液晶显示模块、语音输出模块和微处理器，脉搏传感器与微处理器通过线缆连 接，微处理器将处理所得的脉象信息一方面通过液晶显示模块进行直观显示，另一方面通 过语音输出模块进行播放；微处理器采用Megal62双串口单片机，辨识诊断算法分析程序 内嵌在Megal62双串口单片机中。 Megal62双串口单片机、液晶显示模块的接口电路、语音输出模块的接口电路安装 在箱体1内，液晶显示模块的显示屏安装在箱体1的上盖11背部，箱体1的上板面12上安 装有多个按键、扬声器13等，或者在上板面12上贴上操作说明14等提示性的警示。所述 的按键至少应当设有返回键1A、多功能键1B、电源开关键1C等。参见图1A所示，多功能键 1B的中心设有"确定"按键、在"确定"的四周设有"向上"、"向下"、"向左"和"向右"按键。
本发明的一种基于MEMS传感器的脉象诊断分析仪，是将MEMS脉搏传感器置于人 体桡动脉最强处，采集人体的脉象信息。采集到的信号为数字信号，然后送单片机处理，经 辨识诊断算法分析后将脉象诊断结果送至LCD显示和语音输出。 参见图3所示，本发明设计的另一种基于MEMS传感器的脉象诊断分析仪，是将 MEMS脉搏传感器置于人体桡动脉最强处，采集人体的脉象信息。采集到的信号为数字信号， 然后送微处理器(Megal62双串口单片机)处理，经辨识诊断算法分析，将脉象诊断结果送 至LCD显示和语音输出。同时单片机还将数据通过FC-211/AG无线数传模块送至上位机 (如计算机、PC机)，上位机对接收到的脉象诊断结果进行脉象识别，并将识别出的脉象供 专家、医生进行病理分析。计算机是一种能够按照事先存储的程序，自动、高速地进行大量 数值计算和各种信息处理的现代化智能电子设备。最低配置为CPU 2GHz，内存2GB，硬盘 180GB ;操作系统为windows 2000/2003/XP。 参见图4所示，在本发明中，Megal62双串口单片机中的辨识诊断算法分析过程为初始化后，脉搏传感器开始采集脉象信息，并将该脉象信息输出给单片机； Megal62双串口单片机首先对接收的脉象信息进行存储，然后依据脉象辨识诊断
关系^= ;T一p ，且^ =丄〔尸0)&进行脉搏波波形特征量K值提取。Pd表示舒张压，<formula>formula see original document page 5</formula>
Ps表示收縮压，T表示脉搏周期，t表示采集时刻，P(t)表示采集时刻下的脉搏压力值，dt为微分单位。 医学专家通过动物实验和数千例不同年龄健康人和心血管疾病患者的临床检测，已经证实由心血管生理和病理上的变化将会引起脉搏波波形特征和面积的相应变化，它可反映在特征量K值的变化上，不仅很有规律，而且相当敏感，是心血管临床检查的一个重要生理指标。在本发明中，通过数字信息表征特征量K值，K = 0. 25 0. 33范围则属于血管弹性好、血流阻力小。语音输出模块则会播放相应的语音，如"脉象好"、"注意保健"等。
在本发明中，脉搏传感器采用MEMS的PVDF (压电薄膜)，压电薄膜材料(PVDF)具有很好的时间和温度稳定性及很高的强度和很宽的频响，并且PVDF与人体及人体软组织的声阻抗匹配良好，保证了脉搏信号采集的准确可靠。该传感器采用5V供电，数字输出。使用时将MEMS脉搏传感器置于人体桡动脉最强处，扎紧腕带，手臂放于台上，与心脏齐平，心情放松，呼吸平稳，开始采集人体的脉象信息。 在本发明中，微处理器(参见图7所示)需要考虑到以下几个功能模块USART双串口通信，液晶通信，10接口电路，以及供电要求等。在AVR系列的微处理器中，Mega162是一款高性能、低功耗的8位AVR微处理器，具有先进的RISC结构，非易失性的程序和数据存储器，面向字节的两线接口，两个可编程的串行USART，而且结构较为简单。故在本方案中选择了使用Megal62作为微处理器。AVR内核具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器。所有的寄存器都直接与算数逻辑单元(ALU)相连接，这种结构大大提高了代码效率。
微处理器与语音输出、视频、无线收发的电路连接如图7 : Megal62芯片的10端、11端分别与MAX232芯片的11端、12端连接；MAX232芯片的14端、13端与MEMS脉搏传感器的4端、3端连接； Megal62芯片的15端、16端、24端、17端、1端分别与PM_50100芯片的4端 9端连接； Megal62芯片的4端与FC211/AG芯片的4端连接； Megal62芯片的39端 32端、23端、22端、21端分别与1602C芯片的14端 7端、4端、5端、6端连接。 在本发明中，语音输出模块选取PM—50系列(PM_50100芯片)智能语音芯片，它既是语音播放电路，也是智能单片机。其音质水平、价格都优于著名的ISD电路，开发设计简单度、智能控制的简单度、整体性价比等指标要远胜过ISD。 该芯片由专用的语音单片机和FLASHRAM存储器集合构成，有几秒到100秒的多段语音播放功能，也有单片机可编程的智能特征。其主要特点有
(1)使用简单方便。 (2)FLASHRAM结构，可以反复擦写录入，寿命在1万次以上。
(3)直接驱动8欧姆0. 5瓦的喇叭。
(4) —系列多规格可呼唤，开发系统共用。
在本发明中，LCD显示模块选用的是1602C型字符型液晶显示模块，主要用来显示脉搏特征量K值(K = 0. 25 0. 33范围则属于血管弹性好、血流阻力小)。
在本发明中，无线收发模块用于与上位机实现信息交互。采用FC211/AG微功率无线数传模块。FC211/AG芯片是新一代多通道高速率嵌入式微功率无线数传模块，可设置众多频道，发射功率20mW。可以嵌入设备中使用，产品兼容性强，用户使用方便。在本产品中，波特率设为9600bps。 上位机中采用Labview程序开发了脉象识别分析程序，其界面如图5、图6所示。在本发明中，主要是分析脉波波幅与脉动时间的时域关系(频域分析方法是近代物理学一种常用的对周期性波动信息做数值分析的方法。它通过离散傅里叶变换，将时域的脉搏波曲线变换到频域，将一个复杂的、周期性变化的脉波分解成不同频率的谐波，从脉搏波谱中提取与人体生理病理相应的信息。)，通过该时频关系能够将接收到的脉象结果直接进行处理，方便地读出脉图的波、峡的高度、相应时值、脉图面积等参数，通过对脉图幅值和时值的分析，可以了解脉动的频率、节律、脉力的强弱、脉势的虚实和脉象形状特征。时域分析通过提取脉图曲线中一些有明显生理意义的点作为评价脉搏波的特征点，直观，较易为临床医师所接受。使用者能够根据提供的如图5和图6的界面进行一步一步的操作来实现对传感器采集信息的分析。 本发明的一种基于MEMS传感器的脉象诊断分析仪，用户打开仪器启动按钮，显示开机界面，"健康从这里开始！"然后选择工作模式(本地还是无线传输)，和语言种类(中文还是英文)，接着录入用户信息，(姓名，性别，年龄等)以便以后调出历史目录使用。点"确定"按钮可以开始检测，工作指示灯亮，如用户未将仪器放置在挠动脉的最强处，则给出警报且报警指示灯亮。测量一定时间后，点"停止"，数据和曲线自动保存。存入历史目录。主要的功能测试是心率和脉象。测试的波形图如5所示。
权利要求
一种基于MEMS传感器的脉象诊断分析仪，其特征在于包括有MEMS脉搏传感器、液晶显示模块、语音输出模块和微处理器，MEMS脉搏传感器与微处理器通过线缆连接，微处理器将处理所得的脉象信息一方面通过液晶显示模块进行直观显示，另一方面通过语音输出模块进行播放；MEMS脉搏传感器置于人体桡动脉处，用于采集人体的脉象信息。
2. 根据权利要求1所述的基于MEMS传感器的脉象诊断分析仪，其特征在于还包括有无线发送模块、无线接收模块和上位机；无线发送模块和无线接收模块用于实现将微处理器处理的脉象结果传输至上位机中；无线发送模块与微处理器连接，无线接收模块与上位机连接。
3. 根据权利要求1或2所述的基于MEMS传感器的脉象诊断分析仪，其特征在于所述的微处理器采用Megal62双串口单片机，脉象分析处理程序内嵌在Megal62双串口单片机中。
4. 根据权利要求1或2所述的基于MEMS传感器的脉象诊断分析仪，其特征在于微P —i3处理器首先对接收到的脉象信息进行存储，然后依据脉象辨识诊断关系K-"^f3^，且1 ^尸附=一 [Wy鹏亍鹏船皮斜寺隨Kft舰凍剧娥则勺鹏船皮赚隨 r *°征的相关信息分别输出给液晶显示模块、语音输出模块；Pd表示舒张压，Ps表示收縮压，T表示脉搏周期，t表示采集时刻，P(t)表示采集时刻下的脉搏压力值，dt为微分单位。
5. 根据权利要求1或2所述的基于MEMS传感器的脉象诊断分析仪，其特征在于所述的脉搏传感器采用MEMS的PVDF传感器。
6. 根据权利要求2所述的基于MEMS传感器的脉象诊断分析仪，其特征在于上位机中采用Labview程序开发了脉象识别分析程序，是用来分析脉波波幅与脉动时间的时域关系，通过该时频关系能够将接收到的脉象结果直接进行处理，方便地读出脉图的波、峡的高度、相应时值、脉图面积等参数，通过对脉图幅值和时值的分析，可以了解脉动的频率、节律、脉力的强弱、脉势的虚实和脉象形状特征。
全文摘要
本发明公开了一种基于MEMS传感器的脉象诊断分析仪，采用MEMS的PVDF压电膜力敏传感器，置于人体桡动脉上，作为获取脉象信息的传感单元。采集到的脉搏信号为数字信号，经单片机处理分析脉搏波波形特征向量值，得出诊断结果，后送LCD显示和语音模块播放。本发明的脉象诊断分析仪也可通过无线收发模块将脉搏信息传送给上位机，通过脉象分析软件对数据进行保存、处理，为用户或医生提供更为详细的脉象诊断结果。本发明的脉象诊断分析仪便于携带，成本低廉，适合各类人群使用，是现代科技与脉诊理论相结合，弘扬了祖国传统医学。
文档编号A61B5/02GK101785665SQ20101012711
公开日2010年7月28日 申请日期2010年3月18日 优先权日2010年3月18日
发明者姚保寅, 焦志超, 马志强 申请人:北京航空航天大学