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(cè)，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(duì)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(duì)脈搏進(jìn)行時(shí)域分析主要方法是對(duì)時(shí)域波形進(jìn)行對(duì)比。目前在脈搏檢測(cè)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(dòng)脈處診脈以獲取脈搏的沉浮度和搏動(dòng)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(duì)受測(cè)者“寸、關(guān)、尺”三部進(jìn)行按壓測(cè)量，在上位機(jī)軟件中對(duì)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(duì)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(hào)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(duì)信號(hào)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(cè)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(cè)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(cè)量結(jié)果上傳，每一個(gè)離散點(diǎn)為本次檢測(cè)得到的脈搏壓力值，單位為N。

上位機(jī)檢測(cè)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步消噪，然后對(duì)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(cè)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(cè)數(shù)據(jù)

4 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)了一套用于檢測(cè)脈象信號(hào)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(duì)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。