柔性压力传感器组件及三部脉象检知诊断系统的制作方法

本发明涉及脉象测量诊断领域，特别涉及柔性压力传感器组件及三部脉象检知诊断系统。

背景技术：

目前，中医学是中华民族数千年智慧的结晶，中医诊断是中医理论的重要组成部分，中医不仅在中华大地上做出了卓越的贡献，同时也在不断地向世界范围内传播，为全世界的医疗事业做出了巨大的贡献。其中，脉诊尤其是中医学和相关东方医学系统中的重要诊断工具。

《素问-三部九候论》中说：“人有三部，部有三候，以决死生，以处百病，以调虚实，而除邪疾。”血液在血管中流经五脏六腑，携带生理病理信息，通过寸口处诊脉，即可对人体进行全面而准确的无创诊断。历代医家尊《内经》之旨，将寸口分候脏腑，即：右手偏旺于气，左手偏旺于血，肺主气，气旺于右，气为肺所统，故以右寸配肺：心主血，血旺于左，故以左寸配心；脾居由州，体偏左而行气于右，故脾以候右关；肝藏血，体虽在右，而气化作用实行于左，故肝以候左关；肾在腰旁，位居最下，故候于两尺。

脉象作为气血运行周身的表象，历来受到医家的重视，但是中医的发展与传承总是充满了困难险阻。一方面在中医的传承过程中，因地理位置差异以及学派表述上的分歧，导致时常出现同脉异名或者同名异脉的现象；另一方面一名富有经验的老中医往往是根据多年的诊断经验积累起来的，老中医的稀少也使得优质的中医资源总是处于短缺的现状，年轻的中医师没法通过大量的病例来积累经验。

国内外从上世纪初便开始便对中医客观化进行探索性的研究，现阶段，最主要的脉象仪还是以单个探头检测关部为主的单部脉象仪，这种检测方法虽然有一定的适应性，但是检测的信息单一，不符合传统中医三部九候诊脉理论，不能检测到更加全面的脉象信息。其次，采集到的信息越多，对用户的要求也就越高，当前的脉诊设备，均要求用户有一定的中医知识，可以自己独立地找到寸、关、尺三部的位置，或是得在专业医务人员的帮助下才能采集到比较准确的脉象信息。这也进一步地限制了脉诊仪的应用推广。

那么在中医客观化尤其是脉诊客观化的过程中，如何获取更加全面的，准确的，包括“寸、关、尺”三部信息，具有“浮、中、沉”不同取脉压力的采集系统就成为了关键，也只有这样客观化，规范化的采集系统才可以帮助中医更好的传承与发展。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明旨在推进中医客观化尤其是脉诊客观化的大前提下，提供一种体积更小、成本更低、采集数据更加全面精准、方便用户操作使用的柔性压力传感器组件及三部脉象检知诊断系统。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种柔性压力传感器组件，包括硅胶气囊以及与其连通并检知其内气体压力的压力传感器；所述硅胶气囊为柱形体，所述柱形体的侧面设有褶皱，其底面为弧形凸面。

进一步地，所述硅胶气囊为圆柱形体。

进一步地，还包括固定座，所述固定座的下表面为弧形凹面，所述硅胶气囊的顶面与所述固定座的下表面固接。

进一步地，所述固定座的左右两侧连接有腕带。

本发明还提供一种三部脉象检知诊断系统，该三部脉象检知诊断系统包括脉象采集模块；所述脉象采集模块包括：用于采集寸部脉象信息的寸部脉象检知单元，用于采集关部脉象信息的关部脉象检知单元，以及用于采集尺部脉象信息的尺部脉象检知单元；所述寸部脉象检知单元、所述关部脉象检知单元及所述尺部脉象检知单元均包括上述的柔性压力传感器组件。

进一步地，该三部脉象检知诊断系统还包括依次电连接的信号预处理模块、微处理器模块以及压力控制模块；所述信号预处理模块用于对所述脉象采集模块的检测信号进行滤波处理；所述压力控制模块用于对所述硅胶气囊充放气；所述微处理器模块输出信号控制所述压力控制模块的工作。

进一步地，所述压力控制模块包括分别对应与所述寸部脉象检知单元、所述关部脉象检知单元及所述尺部脉象检知单元连通的三组气囊充放气单元；每组所述气囊充放气单元包括一个蠕动泵和一个慢减电磁阀；所述硅胶气囊的进气口与所述蠕动泵的输出口连通；所述硅胶气囊的出气口与所述慢减电磁阀连通。

进一步地，每组所述气囊充放气单元还包括一个储气仓；所述储气仓与所述硅胶气囊连通；所述储气仓的进气口与所述蠕动泵的输出口连通；所述储气仓的出气口与所述慢减电磁阀连通。

进一步地，所述信号预处理模块包括差分放大电路；所述差分放大电路输入端分别对应与所述压力传感器的正负输出端电连接，所述差分放大电路的输出端并接有低通滤波电路及高低通组合滤波电路。

进一步地，还包括通信模块和上位机，所述微处理器模块通过所述通信模块发送脉象数据至所述上位机；所述上位机将脉象数据进行数字滤波后提取时域特征，并将三部脉象信息实时显示。

本发明具有的优点和积极效果是：将传统中医与工程技术结合起来，对于中医客观化具有积极作用。相对于市面上的单部脉象仪，本发明可采集寸、关、尺三部脉象信息，采集信息更加丰富；采用互联网技术来传输脉象信息，可以共享优质医疗资源，同时为脉象的复放技术以及远程医疗提供更加精确可靠的数据支持；脉象采集模块的每个采集端均采用与皮肤柔性接触的气囊形式，改进了以往压阻式(或压电式)硬质传感器采集位置不准确，与人体接触不舒适等缺点，所述柔性传感器与腕部桡动脉接触，能够遍历腕部横向位置，改进了定位不准的问题，两层褶的设计使得气囊与皮肤不容易产生相对位移，定位更准确,操作更简便，大大降低了用户的使用门槛，更有利于推动中医脉诊的推广；该脉象采集设备将用户与传感器直接分离，大大提高了压力传感器的使用寿命，为脉诊仪提供了一种新型的脉象采集方式；采用蠕动泵与电磁阀相结合的气体加减压结构简单，压力传感器采集信息能够遍历整个加压过程，快速获取最佳取脉压力，在连续减压的过程中采集更加全面的脉象信息；本发明采用互联网技术来传递数字脉象信息，建立个人数据库来为专家诊断提供参考，可以实现优质医疗资源的共享，同时采集到寸、关、尺三部脉象信息，为脉象复放技术以及远程医疗提供了数据保证，大量的脉象数据也可以为智能医疗提供丰富的训练集。

附图说明

图1是本发明的一种柔性压力传感器组件结构示意图；

图2是本发明的一种三部脉象检知诊断系统结构示意图；

图3是本发明的一种三部脉象检知诊断系统信号传递示意图；

图4是本发明的一种信号预处理模块工作原理框图；

图5是本发明的一种微处理器模块工作原理图；

图6是本发明的一种信号预处理模块工作原理图；

图7是本发明的一种蠕动泵的驱动电路工作原理图；

图8是本发明的一种慢减电磁阀的线圈驱动电路工作原理图；

图9是本发明的一种通信模块工作原理图。

图中：1、通气口；2、固定座；3、腕带扣；4、硅胶气囊；5、腕带；6、关部脉象检知单元；7、硅胶管；8、压力传感器；9、慢减电磁阀；10、蠕动泵；11、储气仓；12、电路板。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹列举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参见图1，一种柔性压力传感器组件，包括硅胶气囊4以及与其连通并检知其内气体压力的压力传感器8；所述硅胶气囊4为柱形体，所述柱形体的侧面设有褶皱，其底面为弧形凸面。所述硅胶气囊4可为圆柱形体。压力传感器8为可检测气体压力的市售产品，选用检测压力范围与脉搏压力范围相匹配。压力传感器8可采用p-300c型压力传感器8，灵敏度为0.2mv/mmhg,与硅胶气囊4相连，通过采用压力传感器8检测气囊内气体压力变化来获取脉象信号，该压力传感器8压力极限可为300mmhg，远大于气囊内压力值变化范围。

为便于固定硅胶气囊4，还可包括固定座2，所述固定座2的下表面可为弧形凹面，所述硅胶气囊4的顶面可与所述固定座2的下表面固接。所述固定座2和所述硅胶气囊4可用粘接剂等粘接在一起；所述固定座2的左右两侧可连接有腕带5。

固定座2用于固定硅胶气囊4等元器件，固定座2与腕部接触的一侧表面设计为弧形凹面，符合人体生理特征。硅胶气囊4壁厚度宜为0.5～1mm，可选用为0.8mm厚度硅胶气囊，硅胶气囊4侧面可设有两层褶，硅胶气囊4充放气时，褶皱随着伸缩，可防止在加压过程中，硅胶气囊4触接腕部的表面与腕部之间出现相对位移。固定座2两侧可设有腕带扣3，腕带扣3可连接环状腕带5，这样固定座2由环状腕带5约束并固定于腕部，使硅胶气囊4贴合于腕部脉象采集处。固定座2及环状腕带5的宽度可为1-2cm，三个固定座2及环状腕带5并排放置时，总宽度可不超过6cm，满足腕部寸、关、口三部尺寸要求。

请参见图2，本发明还提供一种三部脉象检知诊断系统实施例，该三部脉象检知诊断系统包括脉象采集模块；所述脉象采集模块包括：用于采集寸部脉象信息的寸部脉象检知单元，用于采集关部脉象信息的关部脉象检知单元，以及用于采集尺部脉象信息的尺部脉象检知单元；所述寸部脉象检知单元、所述关部脉象检知单元6及所述尺部脉象检知单元均包括上述的柔性压力传感器组件。

请参见图3，该三部脉象检知诊断系统还可包括依次电连接的信号预处理模块、模数转换模块、微处理器模块以及压力控制模块；所述模数转换模块将来自所述信号预处理模块的模拟信号转换成数字信号并输出至所述微处理器模块；也可以采用自带模数转换功能的微处理器模块。则该三部脉象检知诊断系统还可包括依次电连接的信号预处理模块、微处理器模块以及压力控制模块。所述寸部脉象检知单元、所述关部脉象检知单元6及所述尺部脉象检知单元分别对应将采集的采集腕部寸、关、尺部脉象信息输出至信号预处理模块。

所述信号预处理模块可用于对所述脉象采集模块的检测信号进行滤波处理；所述压力控制模块可用于对所述硅胶气囊4充放气；所述微处理器模块可输出信号控制所述压力控制模块的工作。

请参见图4，信号预处理模块主要对脉象采集模块采集的信号进行初步滤波与放大，使其信号范围达到微处理模块或模数转换模块的输入信号电压范围内。所述信号预处理模块可包括差分放大电路；所述差分放大电路输入端可分别对应与所述压力传感器8的正负输出端电连接，所述差分放大电路的输出端可并接有低通滤波电路及高低通组合滤波电路；所述低通滤波电路及所述高低通组合滤波电路可分别与微处理模块或模数转换模块电连接。考虑到人体脉搏波主要频率成分集中在0.08hz-20hz之间，信号预处理模块，可采用0.08hz的低通滤波器提取静压信号，同时可采用0.08hz的高通滤波器和23.4hz的低通滤波器相结合，组成带通滤波器提取脉搏搏动信号(动压信号)。

请参见图6，图6是本发明的一种信号预处理模块工作原理图，所述压力传感器8的正负输出端输出采集的脉象信号；其中，其正输出端输出信号至ad620的差分放大电路vin+引脚端,其负输出端输出信号至ad620的差分放大电路vin-引脚端。这样所述压力传感器8的正负输出端输出的脉象信号通过基于ad620的差分放大电路放大，将毫伏级信号初步放大至模数转换模块输入电压范围内，ad620采用单电源供电，经过变压器进行阻抗变换输出2.5v电位作为ad620的参考电位使得负压信号不会丢失。ad620的输出端并接两路，一路为低通滤波电路，其输出脉象的静压信号；一路为由高通滤波电路和低通滤波电路串接组合的高低通组合滤波电路，其输出脉象的动压信号。

信号预处理模块输出的静压信号和动压信号可经过模数转换模块进行模数转换后输入至微处理器模块；也可以直接输入至自带模数转换器的微处理器模块中。

模数转换模块可采用ads1256芯片等模数转换集成电路及其周边电路构成，所述寸部脉象检知单元、所述关部脉象检知单元6及所述尺部脉象检知单元，其采集的脉象信号，经信号预处理模块处理后，输出脉象的静压及动压信号，均可各自通过模数转换模块将脉象的静压及动压信号的模拟信号分别转化为数字信号后输出至微处理器模块中。

脉象采集模块可同时采集腕部桡动脉寸、关、尺三部动压与静压。信号预处理模块对应分别处理所述寸部脉象检知单元、所述关部脉象检知单元6及所述尺部脉象检知单元的采集信号，且不相互影响。信号预处理模块可包括三个相同的信号处理电路，对寸、关、尺三部采集信息同时进行滤波与放大处理；也可以采用一个信号处理电路，在微处理器的控制下，分时处理。对应地模数转换模块的a/d转换电路与信号预处理模块的信号处理电路相匹配。

图5是本发明的一种微处理器模块工作原理图；其引脚pc0～pc3，pa1～pa7等可作为脉象信号的输入端使用，可选取其中的六个输入端作为三部脉象的动压及静压信号输入端；其引脚pc4至pc9等可作为输出信号端，输出信号控制所述压力控制模块的工作。其引脚rxd与txd等可作为与上位机信号通信的发送接收端。

请参见图2，所述压力控制模块可包括分别对应与所述寸部脉象检知单元、所述关部脉象检知单元6及所述尺部脉象检知单元连通的三组气囊充放气单元；每组所述气囊充放气单元可包括一个蠕动泵10和一个慢减电磁阀9；所述硅胶气囊4的进气口可与所述蠕动泵10的输出口连通；所述硅胶气囊4的出气口可与所述慢减电磁阀9连通。进一步地，每组所述气囊充放气单元还可包括一个储气仓11；所述储气仓11可与所述硅胶气囊4连通；储气仓11与所述硅胶气囊4通过硅胶管7连通。所述储气仓11的进气口可与所述蠕动泵10的输出口连通；所述储气仓11的出气口可与所述慢减电磁阀9连通。储气仓11定制为200ml的容积，既可以与硅胶气囊4进行容积匹配，保证信号传输精度，又可以进行气压缓冲，提高整个减压过程中的稳定性。储气仓11与所述硅胶气囊4以及压力传感器8还可通过三通接头相连，三通接头中第一端口连储气仓11，第二端口连硅胶气囊4，第三端口头连压力传感器8，三路是互通，可将蠕动泵和电磁阀分别与储气仓连通，直接对储气仓进行充放气，实现加压减压的操作。

蠕动泵10可采用6v微型蠕动泵10，工作时可以向储气仓11或硅胶气囊4内充气，增加硅胶气囊4与腕部压强，停止工作时可以稳定储气仓11或硅胶气囊4内气压。慢减电磁阀9可选用常闭式低压电磁阀，当需要减压时，慢减电磁阀9缓慢向外放气，硅胶气囊4内压力逐渐降低，硅胶气囊4与腕部压力也随之降低。

请参见图7和图8，需要加压时，微处理器模块输出信号至蠕动泵10的驱动电路，对蠕动泵10发出指令，蠕动泵10的驱动电路输出电压启动蠕动泵10，蠕动泵10在3-6秒内将柔性传感器与皮肤之间压力提升至200g力，然后微处理器模块输出信号至慢减电磁阀9的线圈驱动电路，慢减电磁阀9线圈得电，慢减电磁阀9随即开始工作，缓慢减少柔性传感器内部压力直至柔性传感器与皮肤之间压力小于20g力。

请参见图3和图9，该三部脉象检知诊断系统还还可包括通信模块和上位机，所述微处理器模块可通过所述通信模块发送脉象数据至所述上位机；所述上位机可将脉象数据进行数字滤波后提取时域特征，并可将三部脉象信息实时显示。

脉象采集模块、压力控制模块、信号预处理模块、模数转换模块、微处理器模块、通讯模块、上位机以及电源模块等模块组件及电路可封装在电路板12上，电路板12可设有外接插接端口，与输入或输出导线连接。

下面进一步详细说明本发明的优选实施例的结构及其工作原理。

一种三部脉象检知诊断系统，包括脉象采集模块、压力控制模块、信号预处理模块、模数转换模块、微处理器模块、通讯模块、上位机以及电源模块等模块组件。微处理器模块可采用stm32f系列微处理器，通讯模块可采用串口通讯模块，脉象采集模块在微处理器模块的控制下采集脉象信息，经过串口通讯将脉象数据传输至上位机，上位机将接收到的脉象数据进行数字滤波后提取时域特征，并将三部脉象信息实时显示出来，同时将更加全面的三部脉象信息上传至服务器端，由服务器端做出更加全面的诊断报告返回给用户。信号预处理模块、模数转换模块、微处理器模块、通讯模块等模块及电路可封装在一起。

所述脉象采集模块包括寸部脉象检知单元、关部脉象检知单元6及尺部脉象检知单元；所述寸部脉象检知单元、所述关部脉象检知单元6及所述尺部脉象检知单元均包括一个柔性压力传感器组件。

三部脉象检知诊断系统中的柔性压力传感器组件，其包括硅胶气囊4以及与其连通并检知其内气体压力的压力传感器8；所述硅胶气囊4优选圆柱形体硅胶气囊4，硅胶气囊4的侧面设有两层褶皱，其底面为弧形凸面。压力传感器8采用p—300c型压力传感器8。硅胶气囊4的固定座2，其与硅胶气囊4固定连接的底面优选弧形凹面，两侧设有腕带扣3，腕带扣3连接环状腕带5，这样固定座2由环状腕带5约束并固定于腕部，使硅胶气囊4贴合于腕部脉象采集处，固定座2及环状腕带5的宽度可为2cm，三个固定座2及环状腕带5并排放置时，总宽度为6cm，满足腕部寸、关、口三部尺寸要求。

所述信号预处理模块可包括差分放大电路；所述差分放大电路输入端可分别对应与所述压力传感器8的正负输出端电连接，压力传感器8的输出信号通过基于ad620的差分放大电路放大，将毫伏级信号初步放大至模数转换模块输入电压范围内，ad620采用单电源供电，经过变压器进行阻抗变换输出2.5v电位作为ad620的参考电位使得负压信号不会丢失。

差分放大电路的输出端可并接有低通滤波电路及高低通组合滤波电路；所述低通滤波电路及所述高低通组合滤波电路可分别与所述模数转换模块电连接。考虑到人体脉搏波主要频率成分集中在0.08hz-20hz之间，信号预处理模块，可采用0.08hz的低通滤波器提取静压信号，同时可采用0.08hz的高通滤波器和23.4hz的低通滤波器相结合，组成带通滤波器提取脉搏搏动信号(动压信号)。

模数转换模块可采用ads1256芯片及其周边电路构成，ads1256芯片的采样精度为24位，采样频率设定为150hz，远远满足脉象信号频带范围。

压力控制模块可包括分别对应与所述寸部脉象检知单元、所述关部脉象检知单元6及所述尺部脉象检知单元连通的三组气囊充放气单元；每组所述气囊充放气单元可包括一个蠕动泵10、一个储气仓11和一个慢减电磁阀9；所述硅胶气囊4的通气口1可与所述储气仓11连通；所述储气仓11的进气口可与所述蠕动泵10的输出口连通；所述储气仓11的出气口可与所述慢减电磁阀9连通。

储气仓11与所述硅胶气囊4通过硅胶管7连通。蠕动泵10采用6v微型蠕动泵10，慢减电磁阀9选用常闭式低压电磁阀，慢减电磁阀9缓慢向外放气，储气仓11内压力逐渐降低，硅胶气囊4与腕部压力也随之降低。

微处理器模块由stm32f373单片机及其相关组合电路构成，需要加压时，微处理器模块对蠕动泵10发出指令，蠕动泵10在五秒内将柔性传感器与皮肤之间压力提升至200g力，慢减电磁阀9随即开始工作，缓慢减少柔性传感器内部压力直至柔性传感器与皮肤之间压力小于20g力，压力传感器8得以采集到整个减压过程的脉象信号，三部信号独立采集各不干扰。经过ad转换的数字脉象信号通过max232串口通讯芯片上传至上位机软件进行进一步数字滤波。

本发明的工作原理：

寸部脉象、关部脉象及尺部脉象分别由三路相同的柔性压力传感器组件进行采集，信号的处理电路也相同；使用本发明时，将脉象采集端固定于手腕桡动脉处寸、关、尺三部对应位置，柔性传感器与皮肤紧密贴合，接触面间初始压力小于20克力，硅胶气囊4处于压缩状态。以关部脉象采集过程为例，柔性压力传感器组件的固定座2固定于用户桡动脉关部，在采集状态下，硅胶气囊4与皮肤接触接收脉搏搏动信号，压力传感器8通过感知硅胶气囊4内部压力波动来获取脉象信息。开始加压时，微处理器模块输出信号至蠕动泵10的驱动电路，蠕动泵10的驱动电路输出电压驱动蠕动泵10工作，蠕动泵10开始工作，当压力传感器8检测硅胶气囊4内压力达到设定值后，此时硅胶气囊44与皮肤间压力略大于200克力，蠕动泵10停止工作，慢减电磁阀9开始工作，通过缓慢放气降低储气仓11内气压值，使得硅胶气囊4与皮肤间压力遍历200g-20g压力范围，获取浮中沉不同压力范围内更加全面的脉象信息，在减压过程中，压力传感器8获取整个减压过程的脉象搏动信息。在整个采集过程中压力传感器8既能获取静压数据，又可以获取动压数据。信号预处理模块可以对压力传感器8输出的信号做初步处理，基于ad620的差分放大电路将毫伏级信号初步放大至模数转换模块输入电压工作范围内，由模数转换模块将模拟信号转换为数字信号，经串口通信模块传输至上位机做进一步处理，上位机对接收到的数字信号通过小波变换、基线纠漂、特征提取等方式进行数字滤波，一方面实时显示脉搏波、脉率，取脉压力、时域特征参数等基本数据，另一方面将用户个人脉象数据上传至服务器建立个人数据库，由服务器给出用户诊断结果以及最佳调理方案。

上述的脉象采集模块、压力控制模块、信号预处理模块、模数转换模块、微处理器模块、通讯模块、上位机以及电源模块等模块组件及电气元件、压力传感器等元器件均可采用市售的产品，电路也可采用公知常识或本领域常规技术方案以及其他公开的现有电路，具体的电路连接和控制方法可根据产品说明书，采用常规技术手段的电路连接及常规控制方法即可。

以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。