低频电磁振动调制的红外肝藏气机血流调理仪的制作方法

低频电磁振动调制的红外肝藏气机血流调理仪的制作方法
【专利摘要】本装置为低频电磁振动调制的远红外加热肝藏气机血流调理仪，它采用肝区最适频率进行脉冲加热，加热媒介为红外光。它具有调理肝脏疏泄功能，条畅肝区气机，同时对肝区的生理信息进行实时诊断与监控的功能。它能够对肝区血流阻抗，肝主动脉压力值进行加热与测量同步进行，动态监测与反馈调控肝部三维温度值，血流阻抗值以及肝动脉脉搏波信号。信息同时配合胸导联心电图进行脉搏波的传播速度，动脉压力，以及心输出量等参数的测量。温度检测模块能够对肝区三维温度信息进行梯度构建，实时测量运算每一点的温度值。如果肝血流出现异常，装置能够进行健康预警。装置的信号接收与处理模块运用MEMS技术，同时处理多路信号。
【专利说明】低频电磁振动调制的红外肝藏气机血流调理仪
【技术领域】
[0001]本设计属于中医类医疗设备类发明，涉及到低频电磁振动调制、红外加热和三维温度梯度检测反馈控制技术、动态血流阻抗检测、MEMS嵌入式技术、无线信息发射接收技术、动态血压和血氧、标准II导心电图、脉搏波传导速度(PWV)等参数数字化检测和量化识别研究技术。
【背景技术】:
[0002]目前的人体信息检测设备有几个特点:
[0003]一，检测的是直观的生理状况，通常就是血压血氧体温和心电，没有对这些数据进行中医证候的辩证分析，得到适合作为中医辨证能够采用的数据。
[0004]二、前端检测设备的数据没有得到后期综合处理，通常多路信号同时检测出来，而读图人员很难在较短时间内全面顾及到所有信号波形代表的意义，更考虑不到信号之间时间差和相对频率幅度的不同反应的机体状态。
[0005]三、只是作为对使用者的一种被动检测，虽说他们也是在测量动态的信号，但是通常在一段时间里佩戴者所处的环境并不会有很大的变化，也就是说，他们得到的动态数据实质上也是佩戴者当前的一种生理状态，并没有真正得到机体的动态的变化。也就是说这些装置并没有实现主动添加一个环境变量然后观察在这个过程中机体的应对与变化，而针对变化的环境机体所作出的反应以及其快慢恰恰反映出大量的人体生理病理信息。
[0006]四、目前的设备很多都是单独作为信息检测使用，也有一些专门作为治疗产品，没有能够将两者集成。
[0007]阻抗血流图测量人体血流灌注量等电生理信号，是一项较为便捷的检测技术，它无创，无害，可以连续监测，测量数据有较好的实时性。但是由于对其输出的检测信号的生理意义非常模糊，所以长期以来并没有得到比较广泛的发展。目前多数血流阻抗图仪研究缺乏针对性，往往仿真研究效果较好，但实际应用效果不佳。

【发明内容】
:
[0008]一、理论思路
[0009]中医里讲肝藏主疏泄，喜条达，恶抑郁。作为人体中最大的实体性器官，肝脏担负着全身大量的能量转换与新陈代谢，是全身脏器温度最高的器官，也是少数可以再生的器官，肝脏的血液循环的好坏是保证所有机体代谢过程的基础，是肝疏泄功能的表现。人的正常衰老与肝脏改变关联明显，肝血流量会随着年龄的增加而减少。男过25岁，女过20岁以后，肝脏循环血流量平均每年下降0.3%~1.5%。60岁时的肝内血流量约比20岁时减少40%~50%。在病理状态下，肝血流的减少量会更多。因此，无论是调节人体的整体气血运行，还是对疾病尤其是肝脏疾病的调养，保持肝脏疏泄功能的正常是非常关键的一步。
[0010]本设计目的是为了通过利用低频调制的红外技术对肝脏的进行温度调节，并利用温度传感器组对肝脏的表面温度进行实时监测，并利用反馈调节加热功率。同时实现肝部血流信息的同步实时监测，这种动态测量比单纯的静态测量获得的关于人体功能方面的信息要多很多。在检测的过程中，通过对红外脉冲进行低频调制作为可控热辐射加热装置对肝区部位进行加热，并利用血流阻抗以及心电图检测同步动态的描记机体的状态变化，并从中反映出机体自我调节的能力。本装置可以在加热的环境下同步测量，按照程序设定好的程序，可以得到加热和冷却情况下的肝脏血流调节情况和相关联的心血管生理信息。通过提供长时间段的监测数据，让病人的身体信息能够得到充分有效的采集，如果再加热的过程中出现温升异常或者加热血流变化异常，仪器能够自动报警。如果配合医生使用，便可以很便捷的提供很多具有诊断价值的信息，并且通过与中医中讲的肝藏的生理功能相结合，可以作为对肝藏疏泄功能，藏血功能的一种量化的调理手段与检测方式.[0011]本产品面向的用户既可以是肝部疾病或者脾胃病的患病人群，也可以是需要长期监护的慢性病患者，比如高血压,糖尿病，心脏病患者，当然也可以作为亚健康人群的体质监测仪。[0012]二、设计结构与方案
[0013]肝血流调理仪为利用红外脉冲加热配合血流阻抗与心电检测的具有诊断功能的调理肝血流设备。它的具体原理与规格陈列如下:
[0014]本设计分为传感器检测外束带部分和信号接收与处理模块两部分。
[0015]1.传感器部分
[0016]传感器部分集成有:
[0017](1)血流阻抗检测模块
[0018]血流阻抗检测模块、在检测带内层装设的血流阻抗信息检测电极为四导检测模式。外侧供电电极为与肝脏在胸前体表的投影相对应的环状电极，供电电压小于IV，供电电流小于2mA。供电频率为可调频率。
[0019]内侧检测电极与外侧供电电极形状相似，均为肝区在体表投影的边界形状，且由外向里等比例缩小，具体数据参见说明书附图1。最内侧供电电极为圆形，这种设计方式可以最大限度的检测到肝脏的血流变化情况，电极采用Ag-AgCl电极，导体在设计上采用网状柔性加工手段，并置于弹性莱卡材料衬垫上，保证它在使用时有高出调理仪内侧表面Icm的距离，可以实现在肢体适度运动的情况下与身体保持良好的接触。
[0020](2)心电图检测模块
[0021]心电为标准II导联心电图，分别利用导电织物无粘性的与皮肤接触，分别贴在右胸前上锁骨下位置，左下腹，和右下腹三个位置。其中右下腹电极为右腿驱动电极。电极外侧有高分子SAP材料汗液吸附装置，覆盖在心电贴片周围区域。可以防止在加热过程中机体为了散热而出汗，或者是使用者在运动的过程中出汗而导致测量数据失真。
[0022](3)可控频加热模块及其附属的温度检测模块
[0023]其温控模块采用远红外脉冲加热垫作为加热元件，加热方式为电加热，电源设计为可充电式高能锂电池，在使用的过程中只需要将开关打开，就可以实现可调功率加热。充电方式为220V市电充电法，充电插销后端有电隔离器，作为充电变压器的同时，保持装置的电器隔离。远红外脉冲加热垫的加热脉冲频率为7-13Hz，红外波长为500-1000 μ m。属于经过检测的肝脏最适加热频率，加热器功率为20-100kj/h，
[0024]本装置附有温度检测的热电偶传感器组，用来综合测量计算体表温度，并在信号分析与辩证模块中根据年龄，性别，身高与体重计算得出的体表面积获取体表产热量和基础代谢率。有一个肝区皮肤温度检测传感器，用来检测加热部位的体表温度。
[0025]血流阻抗供电与检测导体电极两侧同样有高分子SAP材料的体液采集带作为汗液吸附装置，既可以及时吸收汗液，防治汗液以及其他体液影响皮肤电阻。又可以采集体表分泌物，用来分析分泌物成分，判断机体的酸碱平衡以及气血津液的整体状况，
[0026](4)肝动脉压力检测模块
[0027]通过在肝动脉的体表波动处，约在心窝下2_4cm偏右l_2cm，依据个人情况不同，脉搏波动的最明显位置有所差异，但是均在本传感器的覆盖范围之内。传感器采用的是压力传感器，利用的原理是压电半导体的压电效应。波动传入信号接收装置，经过以及放大之后，在波形medlab软件中滤掉呼吸波以及其他干扰，获得肝动脉压力波波形图。
[0028]2.信号接收与处理部分
[0029]首先将传感器传来的信息输入集成MEMS芯片技术的信号接收处理器，然后将信号数字化并进行滤波与运算。
[0030]对于血流阻抗信号,采用直接数字合成技术(Direct Digital Synthesis, DDS),再经过阻抗波滤波放大等电路模块，将信号变换为输出波形信号。然后针对波形信号进行的特征值提取，上升支斜率最大值，每周期波形积分面积均值运算，并结合心电图的特征值，计算脉搏波传导速度以及血压值。并将计算值与肝动脉压力波的波形图进行等换算率比较，比较的结果作为压力波的矫正因素进行再次处理并最终得出动脉血压的校正值。
[0031]对于心电信号，由于心电信号对象比较微弱，仅为毫伏(mV)级,极易受环境及检测设备的干扰。分别设计高通滤波器、低通滤波器和工频滤波器，利用IIR和FIR的陷波器设计，消除心电信号中的工频干扰。
[0032]对预处理后的信号进行波形检测和特征点定位，本设计分别从时域和变换域两方面，进行QRS波群、P波和T波的检测算法研究。时域峰值定位算法和小波变换模极值对算法的QRS波群检测，并以已检测的QRS特征点为基准，结合P、T波的幅值斜率特征和小波分解所对应模极值对的特征，分别采用差分阈值算法和小波模极值对算法，对Ρ、Τ波的检测。
[0033]温度信号和加热频率信号作为不易受干扰的变量，直接可以将信号传入发射终端。
[0034]当信号采集并数字化滤波分析之后，在手持显示屏上会显示出加热前的各项指标，加热时这些指标的漂移幅度，加热后冷却过程中这些值的变化情况，并从这些动态的数据中得出诊断信息报告。报告能够对这些信息与设值的标准范围进行对照，如果对照发现超标项，则能够发出报警并对超标项进行显示。
[0035]将所有的信号通过频选装置采样并编码为数据包的形式，通过微功率无线电发射装置发射到终端设备上。
[0036]另外，根据采集到的心电信号联合计算血流速度的大小，再根据肝区体表温度的变化导致的血流量与血流速度的变化，推算肝脏的调节血量的能力，反应肝区血管的低热恢复能力以及其他生理功能 。
【专利附图】

【附图说明】:
[0037]图1.整体结构示意图[0038]图2.肝血流阻抗检测电极示意图
[0039]图3.设计实物图
[0040]图4.使用示意图
[0041]图4(1).叠合方式说明
[0042]图4 (2).肝血流调理仪穿戴样式图
[0043]图5.初始加热状态下的联合波形图
[0044]图5 (I).停止加热后温度下降过程的肝血流阻抗联合波形图
[0045]图5 (2).肝动脉血流图与心电图比较分析
[0046]图6.加热十分钟后的稳态波形
[0047]图7.数据关系
[0048]图8.信号流程 附图中序号说明
I为肝血流调理仪的外层束带，靠左边起50cm的区域附着有尼龙搭扣，与右侧外束带的外侧相互黏连。 2为热电偶传感器组位置，集合有多个传感器。
3为肝血流阻抗检测导体。其中:在图2上3、11为供电电极，9、10为检测电极。
4为标准II导联心电贴片。
5为信号接收辩证显示器。
6为信号接收与预处理模块。
7为远红外脉冲加热垫。
8为脉冲、功率调节器，内附高能锂电池。
14为导线，实物以一条集成线传导信号，本信号在调理仪外层布料的夹层中，不与人体直接接触。
15为SAP材料的体液采集带，覆盖了血流阻抗导体的内部区域。
16为充电电源插销。
17为电耦合器，保证充电电源电流不与设备直接接触，但是使用时依然注意，不要在充电的时候使用。
18为肝动脉脉搏波传感器探头。
具体实施方案:
[0049]一.肝血流调理仪理论背景
[0050]肝血流调理仪的加热面积为250cm2，加热部位包括肝脏以及外侧的皮肤脂肪组织。按照170±5cm的标准，可以测得总共加热部位的重量为2公斤左右，其中分部的血液为600ml，血液灌流量为16cm3/s，加热频率为10Hz，利用远红外线加热，红外波长为500-1000 μ m。加热的方式为脉冲加热法，频率为2-20Hz，
[0051]红外加热会引起反射性血管扩张，有下面几个个途径:
[0052](I)热-皮肤内热感受器【户菲尼(Ruffini)小体】_丘脑下部前侧-交感神经-血管平滑肌松弛-血管扩张-血液循环加强。
[0053](2)热-血管-血液温度升高-血管周围神经丛兴奋-轴突反射-血管扩张。
[0054](3)较强烈的热-组织-组织蛋白微量变性-形成组胺或血管活肤-血管扩张。[0055]加热元件覆盖的的面积操过了肝脏在体表的投影面积。加热的部位不仅包括了整个肝脏，而且包括了部分的脾脏，十二指肠与大部分胃，部分食道和一小部分肺脏。在加上所包含的区域的表皮，真皮与皮下组织，所以测量到得血流阻抗值不全是肝脏部位的血流灌注量的变化，但是在非进食期间，消化系统的血流量比较少，在提升机体温度的时候，激发交感神经，副交感神经受到抑制，使得消化系统血液循环阻力进一步升高，血流量进一步减少，肺脏与消化系统都是空腔器官，比热相对较小，允许算在系统误差以内。所以在测量期间的血流阻抗值可以认为代表着肝区部位的血液灌注量。呼吸会导致肝脏位置在一个呼吸周期里面上下运动，幅度可以达到2-3cm，但是由于我们采用了带式加热方法，覆盖了肝脏移动的范围，所以产生的误差极小，可以忽略。
[0056]在人保持安静的状态下，肝区体表平均散热率经测定为1.14J/s，增加的血流量带走的温度为，整个肝区的平均比热值为C = 3.35J/gt，正常情况下散热量为5J/s。得到整个区域要是想要升温一度需要6700J的能量。当需要加热的时候，每升高一度，肝区新陈代谢的速率就上升15%，也就意味着血流量增加15%。我们按照计算值2000ml/min来计算，当肝区表面在将热升温到50.5度的时候，稳定的散热量为llj/s，温度梯度可以延伸至肝脏内部，成梯度分布。高于体核温度I度的纵向梯度距离可以达到3cm以上。如果我们的加热装置功率设定为30J/s，(肝血流调理仪的功率范围为20-100W)，远红外脉冲加热频率10Hz，那么将肝脏部位5cm深度的部位加热到38.5度需要10分钟。关于本仪器加热在肝区形成的从外向内的温度梯度中任意一点的温度计算公式如下:
【权利要求】
1.本专利为低频电磁振动调制的红外加热肝藏气机血流调理仪，由6-13HZ的最适频率调制红外波加热，形成红外发射功率在20-100W范围的对人体肝区所在的体表部分的直接的辐射；加热的过程会形成由体表指向内部肝脏的一个温度梯度，经计算肝脏深部组织可获得热增益Δ t~1.5°C的温度变化范围。加热过程全程由肝阻抗血流，配合肝动脉脉搏波以及标准II导联心电图联合监测。
2.根据权利要求1:调制红外加热的过程中，热电偶温度传感器组进行温度的实时三维梯度检测。运用安放在指定部位的热电偶温度传感器组，对特定的几个身体部位进行测量，结合加热部位的比热与生理结构，测算出从表皮指向内脏的任意一点的温度值。肝区部位的血流阻抗在加热的过程中实时监控加热部位血流灌流量的变化并通过反馈机制进行功率调节。
3.根据权利要求1:本装置的肝血流阻抗测量电极与供电电极均为仿肝脏体表投影边界的形状制成，既能够最大限度的获取肝区部位的血流灌流量的变化信息。又可以根据测量需求改变位置，平移至肋下或者后背的肝脏投影位置。
4.根据权利要求1同时匹配肝动脉压力传感器对肝动脉压力脉搏波进行测量，从获得的脉搏波波动信号获得肝动脉的压力变化，获得肝动脉的血压。
5.根据权利要求1肝血流阻抗与配合测量的标准II导联心电模块计算心血管生理参数如血压，脉搏波传导速度等，然后在加热的过程中，运用针对本装置推导的公式得出随温度变化的情况下肝部生理指标的变化。
6.根据权利要求1肝血流阻抗导体材料采用网状柔性银-氯化银材料，宽度为0.6厘米，并且与下面的导电织物一同置于高约I厘米的弹性海绵垫下。电极外侧有汗液吸附装置，为高分子SAP材料的体液采集带，覆盖了血流阻抗导体的内部区域。心电为标准II导联心电图也有类似的高分子SAP材料的体液采集带，防止汗液对测量数据的影响。
7.根据权利要求1、本装置硬件部分应用MEMS芯片进行包括信号的采集、滤波、转换与发射等信息的处理。软件运用medlab软件编写信号采样点获取,并利用Microsoft visualbasic6.0作为软件开发平台编写信号的特征点提取以及时域分析等后期信号处理程序。
8.根据权利要求1:信号采集辩证模块将信号依次处理并最终变换为数据包的形式发送到接收端，也可以直接输出到配备的显示器上。当检测到测量信号不再正常值范围内时，会有健康预警提示。
9.根据权利要求1、测量过程为，加热前，对肝区血流阻抗和心电图进行测量，得到正常状态下的肝血流曲线和心电图，并通过信号分析与辩证模块计算出诸如肝区血流灌注量，心率，心每搏输出量，心指数，舒张压与收缩压，脉搏波传导速度，血管顺应度等生理信息的一般值。然后在加热的过程中，连续测量肝区阻抗血流曲线及其心电图，同时拟合温度曲线，实时观测二者的变化，并通过阻抗血流曲线和心电图在加热过程中的变化得到诸如肝区血流灌注量，心率，心每搏输出量，心指数，舒张压与收缩压，脉搏波传导速度，血管顺应度等生理信息的变化情况，推算出肝脏的血液系统调节能力以及肝区部位血氧信息以及酶的活性变化。然后停止加热，测量肝区体表投影温度的下降幅度对应的血流阻抗值变化和心电图的变化，推算肝脏的自我调节能力。
10.根据权利要求1:本装置设置有自动、手动两种调节模式，可以根据需求进行选择。
【文档编号】A61B5/026GK103830844SQ201310073634
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2013年3月8日 优先权日:2013年3月8日
【发明者】牛欣, 杨学智, 牛婷立, 芦煜 申请人:牛欣, 杨学智, 芦煜