差分闭环采样电路、脉诊仪及中医脉诊系统健康服务平台的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及中医诊疗设备技术领域，更具体地涉及一种差分闭环采样电路、脉诊仪及中医脉诊系统健康服务平台，特别是关于脉诊诊疗的电路系统以及物联网应用方案。
【背景技术】
[0002]PVDF传感器已经广泛应用在现代中医诊疗设备中，该传感器凭借自身材料与参数优势已经被人们在提取人体特征参数应用中作为优选方案。但是伴随越来越苛刻的应用环境，PVDF传感器应用产生的一些问题也随之暴露出来。
[0003 ]目前I Omm以上PVDF传感器良好的特性、大量的极化电荷、相对稳定参数特征以及屏蔽结构使后续信号调理电路可以在不考虑电荷分享，电荷耗散，噪声干扰，传感器个体参数差异的条件下，实现脉搏波检测的基本功能。但是，随着柔性材料的进一步缩小，其本身的电容参数也会变小，产生的极化电荷量也会相应减少，这就使电荷分享和电荷耗散现象变得极为明显，使得利用常规输入阻抗运放和模拟开关这种通用信号调理电路无法得到有效信号;其次，PVDF传感器尺寸的进一步减小还会带来的传感器个体参数一致性差的问题，因此，以阵列形式组成的小尺寸PVDF传感器组无法测量某一位置及其周围邻域位置几乎相同的信号。再次，PVDF传感器在小尺寸下无法做屏蔽，引入的噪声干扰极大。目前，没有一种信号调理电路解决方案针对上述情况。
[0004]另外，现有中医脉搏波检测及控制电路系统基本以腕带式加压和三点机械加压结构为背景的信号控制处理系统，其电路系统功能相对单一。没有一种基于小型PVDF阵列传感器脉搏波采集处理及其支撑复杂机械结构外设的电路系统。
【发明内容】
[0005]针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种差分闭环采样电路、脉诊仪及中医脉诊系统健康服务平台，主要解决中医脉诊诊疗有效性问题，从掌握的脉诊金标准为原点，通过精确的机械结构和电路采集系统使中医脉诊治疗标准化，提升诊疗有效性，减少中医医生由于长时间工作疲劳造成的诊断误差，为没有医疗条件的地方提供有效的中医诊疗服务支撑，推动中医科学发展。
[0006]为实现上述目的，作为本发明的一个方面，本发明提供了一种差分闭环采样电路，包括:
[0007]脉诊阵列传感器，用于采集测试者的脉搏信号，且根据寸上、寸、关、尺、尺下诊断金标准设计传感器阵列位置；以及
[0008]信号处理单元，用于对所述脉诊阵列传感器采集的脉搏信号进行数字处理。
[0009]其中，所述脉诊阵列传感器采用5X5的五行五列25点的柔性材料压力传感器结构，或者3X8的三行八列24点+离散I点的柔性材料压力传感器结构，其中所述离散I点的柔性材料压力传感器通过柔性导线接出，能够根据操作者需要而调整检测位置。
[0010]其中，所述脉诊阵列传感器的传感器点行间距为传感器点列间距的1.5倍至3倍。
[0011]其中，所述信号处理单元包括前置差分电荷放大电路、4阶巴特沃斯低通滤波器、闭环反馈系统和支持正负电压输出的ADC/DAC电路；以及
[0012]所述信号处理单元优选采用了总线技术。
[0013]其中，所述ADC/DAC电路的采样频率均在ΙΟΟ-ΙΟΟΟΚΗζ范围之间，对所述中医脉诊传感器装置检测到的脉搏信号实现过采样。
[0014]其中，所述前置差分电荷放大电路包括高输入阻抗的第一运算放大器、第二运算放大器，以及零漂移、低噪声轨至轨的第一输出运算放大器;其中第一运算放大器的反相输入端与第一插头的I端、第一电容的一端、第一电阻的一端相连，第一运算放大器的输出端与第一电容的另一端、第一电阻的另一端相连，第一运算放大器的同相输入端与第六电阻的一端、第二运算放大器的同相输入端相连，第六电阻的另一端与GND相连;第二运算放大器的反相输入端与第二插头的I端、第十二电容的一端、第十九电阻的一端相连，第二运算放大器的输出端与第十二电容的另一端、第十九电阻的另一端，第十五电阻的一端相连，第二插头的2端与GND相连;第一输出运算放大器的反相输入端与第二电阻的一端、第五电阻的一端相连，第一输出运算放大器的输出端与第二电阻的另一端相连，第一输出运算放大器的同相输入端与第十五电阻的另一端、第十八电阻的一端相连，第十八电阻的另一端与GND相连;第一运算放大器的4端与-5V、第二电容一端相连，第二电容的另一端与GND相连；第一运算放大器的8端与+5V、第六电容一端相连，第六电容的另一端与GND相连;第一输出运算放大器的11端与-5V、第三电容一端相连，第三电容的另一端与GND相连;第一输出运算放大器的4端与+5V、第八电容一端相连，第八电容的另一端与GND相连；
[0015]所述4阶巴特沃斯低通滤波器优选包括零漂移、低噪声轨至轨的第二输出运算放大器和第三输出运算放大器;第二输出运算放大器的同相输入端与第八电阻的一端、第四电容的一端相连，第四电容另一端与GND相连，第二输出运算放大器的反向输入端与第十二电阻的一端、第十六电阻的一端相连，第十六电阻的另一端与GND相连;第二输出运算放大器的输出端与第十二电阻的另一端、第十电容的另一端相连;第九电阻一端与第二输出运算放大器相连，第九电阻的另一端与第十电阻的一端、第i 电容的一端相连;第三输出运算放大器的同相输入端与第十电阻的另一端、第五电容的一端相连，第五电容另一端与GND相连;第三输出运算放大器的反向输入端与第十三电阻的一端、第十七电阻的一端相连，第十七电阻的另一端与GND相连;第三输出运算放大器的输出端与第十三电阻的另一端、第十一电容的另一端相连;其中第八电阻、第十二电阻、第十六电阻、第四电容、第十电容和第九电阻、第十电阻、第十三电阻、第十七电阻、第五电容、第十一电容组成两个二阶低通滤波器，通过改变第十二电阻、第十六电阻、第十三电阻、第十七电阻组成四阶巴特沃斯低通滤波器。
[0016]其中，所述信号处理单元包括前置差分电荷放大电路、4阶巴特沃斯低通滤波器、8路并行输入16位ADC电路、微处理控制单元、8路并行输入16位数模转换电位基准调整电路、8路跟随器和8路加法器；以及
[0017]所述信号处理单元执行如下的基值误差校正流程:
[0018]在某一时间内给定所述中医脉诊传感器装置的脉诊阵列传感器一个压力值，压力值通过前置差分电荷放大电路、4阶巴特沃斯低通滤波器进入8路并行输入16位ADC电路，该压力值转化为数字量进入微处理控制单元，微处理控制单元将处理过的信息送入8路并行输入16位数模转换电位基准调整电路，处理过的数字信号转化为模拟信号通过8路跟随器与原始信号在8路加法器中相加修正，8路加法器将修正值进一步送入8路并行输入16位ADC电路，该循环流程使所述脉诊阵列传感器中各传感器的电压值趋于一致。
[0019]作为本发明的另一个方面，本发明还提供了一种脉诊仪，所述脉诊仪包括如上所述的差分闭环采样电路。
[0020]其中，所述脉诊仪为家用便携式脉诊仪或医用脉诊仪。
[0021]作为本发明的再一个方面，本发明还提供了一种中医脉珍系统健康服务平台，包括:
[0022]如上所述的脉诊仪；以及
[0023]云存储和云处理平台，用于对所述脉诊仪/中医脉诊诊疗系统的检测结果进行云存储，并利用云计算进行后期病症匹配和治疗方案的选取。
[0024]本发明的差分闭环采样电路、诊疗仪和健康服务平台具有以下优点:
[0025](I)本发明首次将大型诊疗机械结构、差分闭环采样系统与物联网实施方案三者相结合，构建中医脉诊诊疗系统健康服务平台；该平台通过机械设计保障患者脉搏提取的稳定性和重复性，通过差分闭环采样系统更客观准确的采集患者脉搏数据，通过物联网实施方案使得中医资源得到优化配置，提升大众对中医医学的认知度；
[0026](2)本发明中脉搏波传感器测量结构摒弃了传统的基于腕带式固定和充气加压的阻断式测量结构，使传感器不依附于手腕表面，而是固定于外部支撑结构，其加压方式利用电机纵向推进的非阻断式结构;该结构一方面避免了传统附着于手腕的固定和加压方法给患者带来额外的压力感受，也避免了由于阻断压力过大带来的体征参数改变，影响脉搏波采集准确性，进而无法实现中医中“浮中沉”的思想；另一方面该结构可以通过电机局部对手腕加压实现“沉取”，而不腕带加气结构在一定压力下会对脉搏造成阻断，无法实现“沉取”；
[0027](3)本发明中25点阵列(不局限为25点)传感器可以大范围测量脉搏波波动，为构建大尺度脉搏波提供数据基础，也为自动识别“寸关尺”提供数据依据；
[0028](4)本发明中传感器支持结构运用弹簧触点方式，避免了由于传感器集成在同一介质上，导致脉搏波通过某一点传感器将波动传导给介质，进而干扰所有传感器的问题；
[0029](5)本发明中传感器固定采用机械夹持方式，解决PVDF不能焊接的问题，而且传感器引脚与电路板焊盘机械紧密接触优于传感器导电胶布连接方式；
[0030](6)本发明的传动结构引入了人体保护结构，防止由于电机失控造成对患者的伤害;
[0031](7)本发明引入万向臂结构，将脉诊阵列传感器装配在万向臂一端，方便医生牵引使用；
[0032](8)本发明中引入诊疗椅结构，在保证患者手腕与心脏平齐的基础上，提升患者诊疗舒适度，适于长时间脉搏检测采集;弥补现有商品在患者测试体位上的考虑缺失，该缺失导致病患不能保持同一姿势长时间的进行脉搏采集，极大地影响数据的重复性和稳定性；
[0033](9)本发明中引入附带温度可调恒温模块的手腕支架，一方面提升患者舒适度，提供稳定的检测环境，另一方面防止因为环境变化导致血管收缩进而造成测量误差;其金属结构便于清洗消毒；
[0034](10)本发明中阵列传感器采用正面25点结构和正面24点+离散I点结构，其25点结构依据寸上、寸、关、尺、尺下，建立25点阵列。其5 X 5的排列方式有效地将寸上、寸、关、尺、尺下大面积覆盖。正面24点+离散I点结构在寸上、寸、关、尺、尺下的思想指导下，改为3X8的排列方式，增加了寸上、寸、关、尺、尺下的横向长度，缩短了其纵向长度，适用于对某一细长区域进行精密采集；其离散I点结构游离于正面24点结构，用于检测反关脉这种特殊情况；
[0035](11)本发明引入换头结构可在正面25点结构和正面24点+离散I点结构之间切换，用于满足不同检测需要；
[0036](12)本发明引入一字线激光定位，便于对准腕横纹；
[0037](13)本发明中引入诊疗椅结构，在保证患者手腕与心脏平齐的基础上，提升患者诊疗舒适度，适于长时间脉搏检测；
[0038](14)该结构可配合差分闭环采样系统进行传感器阵列校正；
[0039 ] (15)前置差分电荷放大电路选用COMS高输入阻抗结构，极大地降低PVDF传感器电荷泄露问题;该电路通过差分结构有效地抑制工频干扰；
[0040](16)前置差分电荷放大电路在信号采集效果与电路复杂度进行折中，使该电路在结构相对简单的条件下，实现脉搏波检测效果优于现有的文献报道的阵列用前置电荷放大器电路；
[0041](17)由于要求脉搏信号在通带和阻带内增益平滑，因此差分闭环采样电路选用四阶巴特沃斯低通滤波器进行滤波，其四阶低通滤波可以提供24db/倍频的衰减，有效抑制30Hz以上的噪声，在PCB空间有限情况下，四阶滤波器能够清晰分离出脉搏波信号，极大降低软件滤波的压力，节省软件资源；
[0042](18)差分闭环采样电路中的闭环反馈结构实现PVDF多点阵列基值误差校正。即在某一时间内给定阵列传感器组一个压力值