王博 晉沅蓉 北方民族大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院

引言

目前醫(yī)學(xué)界在中醫(yī)脈診計(jì)算機(jī)輔助分析這一領(lǐng)域中認(rèn)可度較高的一種方法是通過傳感器進(jìn)行脈搏波的檢測，并在時(shí)域或頻域中提取出脈搏特征數(shù)據(jù)，根據(jù)這些脈搏特征對患者病情進(jìn)行判斷。脈圖特征提取的主要方法有時(shí)域分析法與頻域分析法。其中最為直觀也最為當(dāng)前傳統(tǒng)中醫(yī)界所認(rèn)可的方法為時(shí)域分析法。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

對脈搏進(jìn)行時(shí)域分析主要方法是對時(shí)域波形進(jìn)行對比。目前在脈搏檢測方面應(yīng)用最廣的主要為光電傳感器，其中又分為透射式與反射式兩種。使用這種傳感器顯然無法滿足傳統(tǒng)中醫(yī)要求的必須在手腕橈動脈處診脈以獲取脈搏的沉浮度和搏動力度的原則。本系統(tǒng)以薄膜壓力傳感器采集患者脈象，操作者使用傳統(tǒng)中醫(yī)提出的“三部九侯”切脈手法對受測者“寸、關(guān)、尺”三部進(jìn)行按壓測量，在上位機(jī)軟件中對脈象數(shù)據(jù)進(jìn)行處理最終以圖形化的方式將患者脈搏特征以圖形化的方式顯示。研究人員可以通過該特征波形對患者的脈象進(jìn)行判斷并有效地分析患者病情。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

硬件系統(tǒng)的核心控制芯片為stm32f103zet6，在嵌入式單片機(jī)內(nèi)將采集到的信息打包并通過2.4G 無線傳輸協(xié)議發(fā)送到PC 端。脈象數(shù)據(jù)在上位機(jī)中處理并進(jìn)行分解與圖形化顯示。系統(tǒng)框圖如圖1所示：

圖1 硬件系統(tǒng)框圖

脈象采集設(shè)備的程序主要用于控制芯片讀取傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，并在采集完成后將數(shù)據(jù)打包發(fā)送到上位機(jī)。

2.1 信號采集

原始的脈象數(shù)據(jù)使用一種柔性薄膜壓力傳感器采集，系統(tǒng)使用OPA353 運(yùn)放芯片組成一個(gè)同比例放大電路對信號進(jìn)行放大并輸入控制器。

壓力采集的傳感器使用rfp-602 超薄微型高靈敏薄膜壓力傳感器，該傳感器厚度僅為0.2 毫米，壓力測量的量程為0~100g。傳感器的敏感區(qū)為直徑8mm 圓形，略小于人手指腹面積，便于操作者按壓采集患者脈搏數(shù)據(jù)。

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

檢測方法為定時(shí)采樣，嵌入式單片機(jī)每隔20ms 發(fā)出一次數(shù)據(jù)采集指令并將本次的測量結(jié)果上傳，每一個(gè)離散點(diǎn)為本次檢測得到的脈搏壓力值，單位為N。

上位機(jī)檢測到有數(shù)據(jù)發(fā)送到后立即讀取，當(dāng)采集時(shí)間達(dá)到預(yù)設(shè)值后對數(shù)據(jù)進(jìn)行初步消噪，然后對脈搏數(shù)據(jù)進(jìn)行fft 變換濾波消噪。連接所有的離散點(diǎn)可以得到脈搏波形圖。

使用本系統(tǒng)采集受測者的脈搏數(shù)據(jù)得到的數(shù)據(jù)如下圖所示：

圖2 實(shí)測數(shù)據(jù)

4 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)了一套用于檢測脈象信號的設(shè)備。經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)證明使用此系統(tǒng)可以穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)對脈象信息的有效采集。通過本系統(tǒng)采集患者脈象信息并輸出的脈象時(shí)域特征特征圖可以幫助醫(yī)生有效地辨別患者脈象。