專利名稱：一種基于mems傳感器的脈象診斷分析儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及 一 種脈象診斷儀，更特別地說(shuō)，是指 一 種基于 MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems,微機(jī)電系統(tǒng))傳感器的脈象診斷儀。
背景技術(shù)：
中國(guó)傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)在其發(fā)展過(guò)程中，形成了獨(dú)特的診斷體系，即望、聞、問(wèn)、切，而其中 最重要的就是利用切脈來(lái)診治疾病，這也是中國(guó)古代傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)的精華之一。但自古以來(lái)傳 統(tǒng)中醫(yī)一直是靠把脈來(lái)獲取脈象信息，這不可避免地會(huì)存在許多主觀臆測(cè)，而手指下的感 覺(jué)也難以客觀記錄，不利于中醫(yī)現(xiàn)代化的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種基于MEMS傳感器的脈象診斷分析儀，其包括有MEMS脈 搏傳感器、液晶顯示模塊、語(yǔ)音輸出模塊和微處理器，MEMS脈搏傳感器與微處理器通過(guò)線纜 連接，微處理器將處理所得的脈象信息一方面通過(guò)液晶顯示模塊進(jìn)行直觀顯示，另一方面 通過(guò)語(yǔ)音輸出模塊進(jìn)行播放；MEMS脈搏傳感器置于人體橈動(dòng)脈處，用于采集人體的脈象信息。 微處理器首先對(duì)接收到的脈象信息進(jìn)行存儲(chǔ)，然后依據(jù)脈象辨識(shí)診斷關(guān)系
JO—尸
k= 二 / ，且& =丄f尸O)力進(jìn)行脈搏波波形特征量K值提??；最后將提取的脈搏
尸s —尸rf〃' r a
波波形特征量K表征的相關(guān)信息分別輸出給液晶顯示模塊、語(yǔ)音輸出模塊。 本發(fā)明還提出了另一種能夠組網(wǎng)、適于醫(yī)療機(jī)構(gòu)用的脈象診斷分析儀，其包括有
MEMS脈搏傳感器、液晶顯示模塊、語(yǔ)音輸出模塊、微處理器、無(wú)線發(fā)送模塊、無(wú)線接收模塊和
上位機(jī)，MEMS脈搏傳感器與微處理器通過(guò)線纜連接，微處理器將處理所得的脈象信息一方
面通過(guò)液晶顯示模塊進(jìn)行直觀顯示，另一方面通過(guò)語(yǔ)音輸出模塊進(jìn)行播放，第三方面將脈
象信息通過(guò)無(wú)線收發(fā)模塊傳輸至上位機(jī)中；上位機(jī)對(duì)脈象信息進(jìn)行時(shí)域關(guān)系的脈波波幅與
脈動(dòng)時(shí)間的分析，并輸出脈圖的波、峽的高度、相應(yīng)時(shí)值、脈圖面積等參數(shù)，通過(guò)對(duì)脈圖幅值
和時(shí)值的分析，可以了解脈動(dòng)的頻率、節(jié)律、脈力的強(qiáng)弱、脈勢(shì)的虛實(shí)和脈象形狀特征；MEMS
脈搏傳感器置于人體橈動(dòng)脈處，用于采集人體的脈象信息。 本發(fā)明設(shè)計(jì)的脈象診斷分析儀具有如下優(yōu)點(diǎn) ①便攜式，采用Megal62雙串口單片機(jī)與MEMS的PVDF傳感器相組合，使得整個(gè)分 析儀體積小、重量輕、便于攜帶，是您身邊的護(hù)理專家。 ②人性化設(shè)計(jì)，對(duì)于脈象結(jié)果輸出采用視頻與語(yǔ)音的方式，能夠方便不同人群的 使用。如語(yǔ)音方式輸出脈象結(jié)果方便了盲人了解自身的脈博情況。 ③通過(guò)上位機(jī)、無(wú)線收發(fā)模塊與終端用戶使用中的脈象診斷端進(jìn)行組網(wǎng)，方便 了醫(yī)療機(jī)構(gòu)不同部門醫(yī)生共享該病人的脈博資料。在上位機(jī)中依據(jù)中醫(yī)脈診理論，結(jié)合 Labview程序開發(fā)的脈波波幅與脈動(dòng)時(shí)間的時(shí)域關(guān)系，通過(guò)該時(shí)頻關(guān)系能夠?qū)⒔邮盏降拿}
3象結(jié)果直接進(jìn)行處理，方便地讀出脈圖的波、峽的高度、相應(yīng)時(shí)值、脈圖面積等參數(shù)，通過(guò)對(duì) 脈圖幅值和時(shí)值的分析，可以了解脈動(dòng)的頻率、節(jié)律、脈力的強(qiáng)弱、脈勢(shì)的虛實(shí)和脈象形狀 特征。
無(wú)創(chuàng)化，通過(guò)MEMS的PVDF傳感器與人體橈動(dòng)脈接觸，依靠中醫(yī)理論，采集脈象 信息進(jìn)行診斷，對(duì)人物任何副作用。


圖1是本發(fā)明脈象診斷分析儀的外部結(jié)構(gòu)圖。 圖2是本發(fā)明對(duì)脈象信息進(jìn)行處理的功能結(jié)構(gòu)框圖。 圖3是本發(fā)明另一種對(duì)脈象信息進(jìn)行處理的功能結(jié)構(gòu)框圖。 圖4是本發(fā)明微處理器中進(jìn)行辨識(shí)診斷的流程圖。 圖5是本發(fā)明上位機(jī)中表現(xiàn)出的脈波波幅與脈動(dòng)時(shí)間的時(shí)域關(guān)系等界面圖。 圖6是本發(fā)明上位機(jī)中表現(xiàn)出菜單圖。 圖7是本發(fā)明脈象診斷分析儀的電路原理圖。
具體實(shí)施例方式
下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。 參見(jiàn)圖1、圖2所示，本發(fā)明的一種基于MEMS傳感器的脈象診斷分析儀，其包括有 脈搏傳感器、液晶顯示模塊、語(yǔ)音輸出模塊和微處理器，脈搏傳感器與微處理器通過(guò)線纜連 接，微處理器將處理所得的脈象信息一方面通過(guò)液晶顯示模塊進(jìn)行直觀顯示，另一方面通 過(guò)語(yǔ)音輸出模塊進(jìn)行播放；微處理器采用Megal62雙串口單片機(jī)，辨識(shí)診斷算法分析程序 內(nèi)嵌在Megal62雙串口單片機(jī)中。 Megal62雙串口單片機(jī)、液晶顯示模塊的接口電路、語(yǔ)音輸出模塊的接口電路安裝 在箱體1內(nèi)，液晶顯示模塊的顯示屏安裝在箱體1的上蓋11背部，箱體1的上板面12上安 裝有多個(gè)按鍵、揚(yáng)聲器13等，或者在上板面12上貼上操作說(shuō)明14等提示性的警示。所述 的按鍵至少應(yīng)當(dāng)設(shè)有返回鍵1A、多功能鍵1B、電源開關(guān)鍵1C等。參見(jiàn)圖1A所示，多功能鍵 1B的中心設(shè)有"確定"按鍵、在"確定"的四周設(shè)有"向上"、"向下"、"向左"和"向右"按鍵。
本發(fā)明的一種基于MEMS傳感器的脈象診斷分析儀，是將MEMS脈搏傳感器置于人 體橈動(dòng)脈最強(qiáng)處，采集人體的脈象信息。采集到的信號(hào)為數(shù)字信號(hào)，然后送單片機(jī)處理，經(jīng) 辨識(shí)診斷算法分析后將脈象診斷結(jié)果送至LCD顯示和語(yǔ)音輸出。 參見(jiàn)圖3所示，本發(fā)明設(shè)計(jì)的另一種基于MEMS傳感器的脈象診斷分析儀，是將 MEMS脈搏傳感器置于人體橈動(dòng)脈最強(qiáng)處，采集人體的脈象信息。采集到的信號(hào)為數(shù)字信號(hào)， 然后送微處理器(Megal62雙串口單片機(jī))處理，經(jīng)辨識(shí)診斷算法分析，將脈象診斷結(jié)果送 至LCD顯示和語(yǔ)音輸出。同時(shí)單片機(jī)還將數(shù)據(jù)通過(guò)FC-211/AG無(wú)線數(shù)傳模塊送至上位機(jī) (如計(jì)算機(jī)、PC機(jī))，上位機(jī)對(duì)接收到的脈象診斷結(jié)果進(jìn)行脈象識(shí)別，并將識(shí)別出的脈象供 專家、醫(yī)生進(jìn)行病理分析。計(jì)算機(jī)是一種能夠按照事先存儲(chǔ)的程序，自動(dòng)、高速地進(jìn)行大量 數(shù)值計(jì)算和各種信息處理的現(xiàn)代化智能電子設(shè)備。最低配置為CPU 2GHz，內(nèi)存2GB，硬盤 180GB ;操作系統(tǒng)為windows 2000/2003/XP。 參見(jiàn)圖4所示，在本發(fā)明中，Megal62雙串口單片機(jī)中的辨識(shí)診斷算法分析過(guò)程為初始化后，脈搏傳感器開始采集脈象信息，并將該脈象信息輸出給單片機(jī)； Megal62雙串口單片機(jī)首先對(duì)接收的脈象信息進(jìn)行存儲(chǔ)，然后依據(jù)脈象辨識(shí)診斷
關(guān)系^= ;T一p ，且^ =丄〔尸0)&進(jìn)行脈搏波波形特征量K值提取。Pd表示舒張壓，<formula>formula see original document page 5</formula>
Ps表示收縮壓，T表示脈搏周期，t表示采集時(shí)刻，P(t)表示采集時(shí)刻下的脈搏壓力值，dt為微分單位。 醫(yī)學(xué)專家通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和數(shù)千例不同年齡健康人和心血管疾病患者的臨床檢測(cè)，已經(jīng)證實(shí)由心血管生理和病理上的變化將會(huì)引起脈搏波波形特征和面積的相應(yīng)變化，它可反映在特征量K值的變化上，不僅很有規(guī)律，而且相當(dāng)敏感，是心血管臨床檢查的一個(gè)重要生理指標(biāo)。在本發(fā)明中，通過(guò)數(shù)字信息表征特征量K值，K = 0. 25 0. 33范圍則屬于血管彈性好、血流阻力小。語(yǔ)音輸出模塊則會(huì)播放相應(yīng)的語(yǔ)音，如"脈象好"、"注意保健"等。
在本發(fā)明中，脈搏傳感器采用MEMS的PVDF (壓電薄膜)，壓電薄膜材料(PVDF)具有很好的時(shí)間和溫度穩(wěn)定性及很高的強(qiáng)度和很寬的頻響，并且PVDF與人體及人體軟組織的聲阻抗匹配良好，保證了脈搏信號(hào)采集的準(zhǔn)確可靠。該傳感器采用5V供電，數(shù)字輸出。使用時(shí)將MEMS脈搏傳感器置于人體橈動(dòng)脈最強(qiáng)處，扎緊腕帶，手臂放于臺(tái)上，與心臟齊平，心情放松，呼吸平穩(wěn)，開始采集人體的脈象信息。 在本發(fā)明中，微處理器(參見(jiàn)圖7所示)需要考慮到以下幾個(gè)功能模塊USART雙串口通信，液晶通信，10接口電路，以及供電要求等。在AVR系列的微處理器中，Mega162是一款高性能、低功耗的8位AVR微處理器，具有先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu)，非易失性的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，面向字節(jié)的兩線接口，兩個(gè)可編程的串行USART，而且結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單。故在本方案中選擇了使用Megal62作為微處理器。AVR內(nèi)核具有豐富的指令集和32個(gè)通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與算數(shù)邏輯單元(ALU)相連接，這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率。
微處理器與語(yǔ)音輸出、視頻、無(wú)線收發(fā)的電路連接如圖7 : Megal62芯片的10端、11端分別與MAX232芯片的11端、12端連接；MAX232芯片的14端、13端與MEMS脈搏傳感器的4端、3端連接； Megal62芯片的15端、16端、24端、17端、1端分別與PM_50100芯片的4端 9端連接； Megal62芯片的4端與FC211/AG芯片的4端連接； Megal62芯片的39端 32端、23端、22端、21端分別與1602C芯片的14端 7端、4端、5端、6端連接。 在本發(fā)明中，語(yǔ)音輸出模塊選取PM—50系列(PM_50100芯片)智能語(yǔ)音芯片，它既是語(yǔ)音播放電路，也是智能單片機(jī)。其音質(zhì)水平、價(jià)格都優(yōu)于著名的ISD電路，開發(fā)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單度、智能控制的簡(jiǎn)單度、整體性價(jià)比等指標(biāo)要遠(yuǎn)勝過(guò)ISD。 該芯片由專用的語(yǔ)音單片機(jī)和FLASHRAM存儲(chǔ)器集合構(gòu)成，有幾秒到100秒的多段語(yǔ)音播放功能，也有單片機(jī)可編程的智能特征。其主要特點(diǎn)有
(1)使用簡(jiǎn)單方便。 (2)FLASHRAM結(jié)構(gòu)，可以反復(fù)擦寫錄入，壽命在1萬(wàn)次以上。
(3)直接驅(qū)動(dòng)8歐姆0. 5瓦的喇叭。
(4) —系列多規(guī)格可呼喚，開發(fā)系統(tǒng)共用。
在本發(fā)明中，LCD顯示模塊選用的是1602C型字符型液晶顯示模塊，主要用來(lái)顯示脈搏特征量K值(K = 0. 25 0. 33范圍則屬于血管彈性好、血流阻力小)。
在本發(fā)明中，無(wú)線收發(fā)模塊用于與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)信息交互。采用FC211/AG微功率無(wú)線數(shù)傳模塊。FC211/AG芯片是新一代多通道高速率嵌入式微功率無(wú)線數(shù)傳模塊，可設(shè)置眾多頻道，發(fā)射功率20mW?？梢郧度朐O(shè)備中使用，產(chǎn)品兼容性強(qiáng)，用戶使用方便。在本產(chǎn)品中，波特率設(shè)為9600bps。 上位機(jī)中采用Labview程序開發(fā)了脈象識(shí)別分析程序，其界面如圖5、圖6所示。在本發(fā)明中，主要是分析脈波波幅與脈動(dòng)時(shí)間的時(shí)域關(guān)系(頻域分析方法是近代物理學(xué)一種常用的對(duì)周期性波動(dòng)信息做數(shù)值分析的方法。它通過(guò)離散傅里葉變換，將時(shí)域的脈搏波曲線變換到頻域，將一個(gè)復(fù)雜的、周期性變化的脈波分解成不同頻率的諧波，從脈搏波譜中提取與人體生理病理相應(yīng)的信息。)，通過(guò)該時(shí)頻關(guān)系能夠?qū)⒔邮盏降拿}象結(jié)果直接進(jìn)行處理，方便地讀出脈圖的波、峽的高度、相應(yīng)時(shí)值、脈圖面積等參數(shù)，通過(guò)對(duì)脈圖幅值和時(shí)值的分析，可以了解脈動(dòng)的頻率、節(jié)律、脈力的強(qiáng)弱、脈勢(shì)的虛實(shí)和脈象形狀特征。時(shí)域分析通過(guò)提取脈圖曲線中一些有明顯生理意義的點(diǎn)作為評(píng)價(jià)脈搏波的特征點(diǎn)，直觀，較易為臨床醫(yī)師所接受。使用者能夠根據(jù)提供的如圖5和圖6的界面進(jìn)行一步一步的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器采集信息的分析。 本發(fā)明的一種基于MEMS傳感器的脈象診斷分析儀，用戶打開儀器啟動(dòng)按鈕，顯示開機(jī)界面，"健康從這里開始！"然后選擇工作模式(本地還是無(wú)線傳輸)，和語(yǔ)言種類(中文還是英文)，接著錄入用戶信息，(姓名，性別，年齡等)以便以后調(diào)出歷史目錄使用。點(diǎn)"確定"按鈕可以開始檢測(cè)，工作指示燈亮，如用戶未將儀器放置在撓動(dòng)脈的最強(qiáng)處，則給出警報(bào)且報(bào)警指示燈亮。測(cè)量一定時(shí)間后，點(diǎn)"停止"，數(shù)據(jù)和曲線自動(dòng)保存。存入歷史目錄。主要的功能測(cè)試是心率和脈象。測(cè)試的波形圖如5所示。
權(quán)利要求
一種基于MEMS傳感器的脈象診斷分析儀，其特征在于包括有MEMS脈搏傳感器、液晶顯示模塊、語(yǔ)音輸出模塊和微處理器，MEMS脈搏傳感器與微處理器通過(guò)線纜連接，微處理器將處理所得的脈象信息一方面通過(guò)液晶顯示模塊進(jìn)行直觀顯示，另一方面通過(guò)語(yǔ)音輸出模塊進(jìn)行播放；MEMS脈搏傳感器置于人體橈動(dòng)脈處，用于采集人體的脈象信息。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于MEMS傳感器的脈象診斷分析儀，其特征在于還包括有無(wú)線發(fā)送模塊、無(wú)線接收模塊和上位機(jī)；無(wú)線發(fā)送模塊和無(wú)線接收模塊用于實(shí)現(xiàn)將微處理器處理的脈象結(jié)果傳輸至上位機(jī)中；無(wú)線發(fā)送模塊與微處理器連接，無(wú)線接收模塊與上位機(jī)連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于MEMS傳感器的脈象診斷分析儀，其特征在于所述的微處理器采用Megal62雙串口單片機(jī)，脈象分析處理程序內(nèi)嵌在Megal62雙串口單片機(jī)中。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于MEMS傳感器的脈象診斷分析儀，其特征在于微P —i3處理器首先對(duì)接收到的脈象信息進(jìn)行存儲(chǔ)，然后依據(jù)脈象辨識(shí)診斷關(guān)系K-"^f3^，且1 ^尸附=一 [Wy鵬亍鵬船皮斜寺隨Kft艦凍劇娥則勺鵬船皮賺隨 r *°征的相關(guān)信息分別輸出給液晶顯示模塊、語(yǔ)音輸出模塊；Pd表示舒張壓，Ps表示收縮壓，T表示脈搏周期，t表示采集時(shí)刻，P(t)表示采集時(shí)刻下的脈搏壓力值，dt為微分單位。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于MEMS傳感器的脈象診斷分析儀，其特征在于所述的脈搏傳感器采用MEMS的PVDF傳感器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于MEMS傳感器的脈象診斷分析儀，其特征在于上位機(jī)中采用Labview程序開發(fā)了脈象識(shí)別分析程序，是用來(lái)分析脈波波幅與脈動(dòng)時(shí)間的時(shí)域關(guān)系，通過(guò)該時(shí)頻關(guān)系能夠?qū)⒔邮盏降拿}象結(jié)果直接進(jìn)行處理，方便地讀出脈圖的波、峽的高度、相應(yīng)時(shí)值、脈圖面積等參數(shù)，通過(guò)對(duì)脈圖幅值和時(shí)值的分析，可以了解脈動(dòng)的頻率、節(jié)律、脈力的強(qiáng)弱、脈勢(shì)的虛實(shí)和脈象形狀特征。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于MEMS傳感器的脈象診斷分析儀，采用MEMS的PVDF壓電膜力敏傳感器，置于人體橈動(dòng)脈上，作為獲取脈象信息的傳感單元。采集到的脈搏信號(hào)為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)單片機(jī)處理分析脈搏波波形特征向量值，得出診斷結(jié)果，后送LCD顯示和語(yǔ)音模塊播放。本發(fā)明的脈象診斷分析儀也可通過(guò)無(wú)線收發(fā)模塊將脈搏信息傳送給上位機(jī)，通過(guò)脈象分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行保存、處理，為用戶或醫(yī)生提供更為詳細(xì)的脈象診斷結(jié)果。本發(fā)明的脈象診斷分析儀便于攜帶，成本低廉，適合各類人群使用，是現(xiàn)代科技與脈診理論相結(jié)合，弘揚(yáng)了祖國(guó)傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)。
文檔編號(hào)A61B5/02GK101785665SQ20101012711
公開日2010年7月28日 申請(qǐng)日期2010年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月18日
發(fā)明者姚保寅, 焦志超, 馬志強(qiáng) 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)