數(shù)據(jù)健康跟蹤系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及計算機量子醫(yī)學(xué)方面的一種數(shù)據(jù)健康跟蹤系統(tǒng)。由控制單元、集線器單元、采集器單元、傳感器單元、音頻單元組成。傳感器為耳麥的形式作為與人體接觸的采集器，用超聲波和紅外光波刺激耳膜，并接收反饋的波形，與數(shù)據(jù)庫中的標準樣本進行比對，從而計算出檢測樣本的波形與標準波形的差異。該系統(tǒng)定位更加精準，檢測結(jié)果更加準確。同時，由于只需佩戴好耳麥式傳感器就可以進行檢測，所以不需要操作人員具備相關(guān)專業(yè)技能?？梢詫θ梭w266個組織器官的12000多個點位進行詳細的檢測，無論是結(jié)果的準確性和豐富性都大大超越了已有的設(shè)備。
【專利說明】數(shù)據(jù)健康跟蹤系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)健康跟蹤系統(tǒng)，特別是一種以超聲波傳感器作為接觸人體采集的數(shù)據(jù)健康跟S示系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，有一種臺灣生產(chǎn)的“經(jīng)絡(luò)檢測儀”，可以通過直接接觸人體穴位，采集人體十二條正經(jīng)的細胞膜電位信息，通過每條經(jīng)絡(luò)所影響的臟器來判斷人體的健康狀況。但是，它采用的是手握式傳感器，由于不同受檢者的握力和持握方式的不同，會導(dǎo)致檢測結(jié)果產(chǎn)生一定影響；而且，這種設(shè)備檢測出來的結(jié)果過于籠統(tǒng)，沒有量化，測試項目數(shù)量有限，不夠詳細；另外，檢測的結(jié)果準確與否，還與檢測人員的操作水平相關(guān)，因此，這種“經(jīng)絡(luò)檢測儀”無論是檢測的過程，還是最終的結(jié)果生成都不夠嚴謹。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種利用耳麥形式的超聲波傳感器作為與人體接觸的采集器，將傳感器收集的結(jié)果經(jīng)過采集器硬件進行初步運算后，將結(jié)果通過USB端口送入計算機上的分析軟件進行分析和輸出結(jié)果。
[0004]為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，所采取的技術(shù)方案是:數(shù)據(jù)健康跟蹤系統(tǒng)，包括:控制單元、集線器單元、采集器單元、傳感器單元、音頻單元?？刂茊卧怯捎嬎銠C及其內(nèi)部裝有的數(shù)據(jù)分析軟件組成；傳感器單元是由超聲波發(fā)生傳感器和光度傳感器及揚聲器組成；采集器單元是由USB轉(zhuǎn)串口 TTL電路、中央處理器、時鐘芯片、外部存儲芯片、數(shù)字波形放大電路、數(shù)字門放大電路、比較器、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、頻率調(diào)制器和頻率解調(diào)器組成；由中央處理器發(fā)射指定檢測點位的頻率信號，經(jīng)過頻率調(diào)制器送至超聲波發(fā)生傳感器，超聲波發(fā)生傳感器采集到的波形，送至頻率解調(diào)器進行解調(diào)后，交由模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再送至比較器過濾掉過高或過低的異常數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)字波形放大電路放大后，送回中央處理器。中央處理器將分析的結(jié)果通過USB轉(zhuǎn)串口 TTL電路經(jīng)過集線器送至計算機，光度傳感器采集到的光度信號經(jīng)過數(shù)字門放大電路放大后，送至中央處理器，計算機產(chǎn)生的聲音信號，經(jīng)過USB集線器,送至USB聲卡轉(zhuǎn)換成音頻模擬信號,送至揚聲器。
[0005]本發(fā)明的有益效果是:由于采用了超聲波傳感器，并使用紅外線對佩戴方式和位置進行數(shù)據(jù)校正，所以定位更加精準，檢測結(jié)果更加準確。同時，由于只需佩戴好耳麥式傳感器就可以進行檢測，所以不需要操作人員具備相關(guān)專業(yè)技能。另外，我們的設(shè)備可以對人體266個組織器 官的12000多個點位進行詳細的檢測，無論是結(jié)果的準確性和豐富性都大大超越了已有的設(shè)備。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意框圖。
[0007]圖中所示:控制單元1、集線器單元2、采集器單元3、傳感器單元4、音頻單元5組成，計算機6、USB集線器7、USB轉(zhuǎn)串口 TTL電路8、中央處理器9、時鐘芯片10、外部存儲芯片11、數(shù)字波形放大電路12、數(shù)字門放大電路13、比較器14、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片15、頻率調(diào)制器16、頻率解調(diào)器17、超聲波發(fā)生傳感器18、光度傳感器19、揚聲器20、USB聲卡21。
【具體實施方式】
[0008]數(shù)據(jù)健康跟蹤系統(tǒng)，是由控制單元、集線器單元、采集器單元、傳感器單元、音頻單元組成。
[0009]控制單元:
數(shù)據(jù)健康跟蹤系統(tǒng)針對人體解剖圖像顯示的六級目標與背景對比度低、邊緣模糊、細節(jié)分辨能力差等特點以及通常情況下的實時性處理要求，用有效分割方法?；赗enyi熵原理，構(gòu)造了一種廣義模糊熵一模糊Renyi熵。為了較快獲得分割閾值，接著，基于混沌理論設(shè)計了一種混沌模擬退火算法用于最佳分割閾值的搜索。最后，把新提出的模糊熵與混沌模擬退火算法相結(jié)合用于人體圖像分割，并與圖像閾值分割方法進行了比較。得到較滿意的分割結(jié)果，對具有256級灰度的圖像進行分割其CPU耗時約為0.8秒，滿足解剖人體圖像分割的精確、實時性要求。不同的條件有不同的MSE曲線剖面，提出診斷用途。結(jié)果支持一般的“復(fù)雜性虧損”老齡化的理論和疾病。
[0010]集線器單元:
用于將不同設(shè)備組合成一路USB信號與計算機連接，節(jié)省計算機的接口，并降低使用難度。
[0011]采集器單元:
數(shù)據(jù)健康 跟蹤系統(tǒng)檢測側(cè)重于量化表達的信息由多個尺度的生理動態(tài)。采集后的數(shù)據(jù)傳輸給計算機用多尺度熵的MSE ( Mean Square Error均方的誤差)方法進行運算。相比傳統(tǒng)的復(fù)雜性計算，MSE具有的優(yōu)勢是適用于生理和物理信號有限長度。同時完全有序和完全隨機的信號因的相互連接熵，和具有數(shù)據(jù)規(guī)模的計算。原因是MSE分析采集的結(jié)果是全息的。多尺度化的基本尺度熵可以區(qū)分不同生理病理信號，包括健康人、亞健康人群、病理人群變異性信號，以及健康人白天黑夜的生理變異性信號。根據(jù)信息論的基本原理和方法，SDM數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運用最小互信息和最大熵原理對神經(jīng)編碼進行研究和分析。通過對這兩個原理的基本介紹，描述了采集的最小互信息和最大熵原理是如何用于評估神經(jīng)反應(yīng)中的信息量。SDM系統(tǒng)默認腦神經(jīng)元的生物電子活動(Bioelectrical activity)狀態(tài)為背景值(Background activity),將共振相應(yīng)的生理性或病理性的信息波，計算出神經(jīng)信息的表達和神經(jīng)能量的密切相關(guān)利用率。
[0012]傳感器單元:
多傳感器數(shù)據(jù)融合的定義可以概括為把分布在不同位置的多個同類或不同類傳感器所提供的局部數(shù)據(jù)資源加以綜合，采用計算機技術(shù)對其進行分析，消除多傳感器信息之間可能存在的冗余和矛盾，加以互補，降低其不確實性，獲得被測對象的一致性解釋與描述，從而提高系統(tǒng)決策、規(guī)劃、反應(yīng)的快速性和正確性，使系統(tǒng)獲得更充分的信息。其信息融合在不同信息層次上出現(xiàn)，包括數(shù)據(jù)層融合、特征層融合、決策層融合。由于多傳感器數(shù)據(jù)融合比單一傳感器信息有如下優(yōu)點，即容錯性、互補性、實時性、經(jīng)濟性，應(yīng)用領(lǐng)域除軍事外，已適用于自動化技術(shù)、機器人、海洋監(jiān)視、地震觀測、建筑、空中交通管制、醫(yī)學(xué)診斷、遙感技術(shù)等方面。
[0013]本發(fā)明是用耳麥形式的超聲波傳感器作為與人體接觸的采集器，將傳感器收集的結(jié)果經(jīng)過采集器硬件進行初步運算后，將結(jié)果通過USB端口送入計算機上的分析軟件進行分析和輸出結(jié)果。
[0014]音頻單元:
用于輸出聲音。 [0015]計算機6是與采集器連接的主要設(shè)備，安裝在計算機上的專用軟件對采集器進行控制，并將采集到的原始信號進行分析比對計算，并顯示最終結(jié)果。系統(tǒng)對計算機硬件的要求并不高，Intel平臺的品牌機、兼容機、筆記本均可,安裝Windows XP或更新版本的32位Windows操作系統(tǒng)，CPU主頻在IGHz以上，內(nèi)存IGB以上，空閑硬盤空間IGB以上，并包含至少一個空閑的USB 2.0端口即可。
[0016]USB集線器7，是一種常見的計算機外設(shè)，它可以將I個USB端口分解成4個，以便擴展計算機連接其它外設(shè)的數(shù)量，由于設(shè)備中有兩種需要使用USB接口的設(shè)備，為了降低使用難度，我們在設(shè)備內(nèi)部內(nèi)置一部USB集線器，這樣就可以只使用一條數(shù)據(jù)線連接到計算機了。
[0017]USB轉(zhuǎn)串口 TTL電路8是將一種USB接口的虛擬串口，由于現(xiàn)在生產(chǎn)的計算機主板大多不再保留串口(RS-232通訊端口)，所以，采用德國的FT232串口芯片(目前市面上最為定的串口芯片)將串口信號直接轉(zhuǎn)換為單片機可讀的TTL電平，從而省略了 MAX232等12V電路，傳輸更快捷更安全。
[0018]中央處理器9，是采集器中最重要的核心組件，采用了 Atmel公司的“AT89C2051”或“AT89C52RC”系列單片機，片內(nèi)燒錄有采集程序，負責控制超聲波傳感器、紅外傳感器、外圍設(shè)備以及整個采集器的所有其它設(shè)備，并將采集的結(jié)果返回到計算機。
[0019]時鐘芯片10，采用DS12C887，由于其內(nèi)置鋰電池，有著自動充電、脫機運行等強勢功能，用于對采集器的是用時限進行控制。
[0020]外部存儲芯片11，采用24C02芯片作為外部存儲芯片使用，配合時鐘芯片，用于對采集器的使用時限進行控制。
[0021]數(shù)字波形放大電路12和數(shù)字門放大電路13，都是數(shù)字放大電路，使用 S9014 NPN型三極管對數(shù)據(jù)進行放大。
[0022]模數(shù)轉(zhuǎn)換電路15，采用ADC0832，是一種8位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達256級，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。在系統(tǒng)中用于為采集回來的模擬信號進行數(shù)字編碼，雖然它的采集精度高達256級，但系統(tǒng)中僅將細胞膜電位的電壓(或稱細胞活躍程度等級)劃分成6種，所以足夠使用。經(jīng)過轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號被送入比較器14(LM393)進行數(shù)字比較，將過高和過低的值視為無效信號過濾掉，最終將有效信號送入中央處理器進行運算。
[0023]頻率調(diào)制器16的工作原理類似調(diào)頻對講機的發(fā)射單元，頻率解調(diào)器17類似接收單元，即把帶有信號的波形疊加到標準波形上進行發(fā)送，再把標準波形從接收到的波形中分離出來，得到數(shù)據(jù)。頻率調(diào)制器16將人體各組織細胞的標準波形傳送給超聲波發(fā)生傳感器，再通過超聲波發(fā)生傳感器接收會反饋信號，通過頻率解調(diào)器17解調(diào)后送回中央處理器做比對分析。[0024]超聲波發(fā)生傳感器18，是超聲波發(fā)生傳感一體機，它既可以發(fā)射超聲波也可以接收超聲波。
[0025]光度傳感器19，主要對傳入的紅外線和人體自身輻射的紅外線敏感，能將
紅外線的強度轉(zhuǎn)換成電阻阻值，它通過接收系統(tǒng)發(fā)射的紅外光波接觸人體后的反射波，檢測受檢者佩戴采集器的姿勢、距離以及是否正確佩戴等信息，作為對檢測數(shù)據(jù)的補償校正。
[0026]揚聲器20,用于播放從USB聲卡傳出的聲音信號。
[0027]USB聲卡21，可以將計算機內(nèi)部發(fā)出的音頻信號通過USB端口轉(zhuǎn)換為模擬信號，直接連接揚聲器發(fā)聲的設(shè)備，它用于向采集器內(nèi)部的揚聲器播放聲音(包括舒緩的音樂，檢測儀的信號音，或誘導(dǎo)受檢者的語音提示等)。[0028]計算機與USB集線器之間采用USB-A公對USB-B公數(shù)據(jù)線連接，集線器下分的4個USB端口中，兩個懸空，另外一個連接USB聲卡，一個連接USB轉(zhuǎn)換口 TTL電路。USB聲卡的音頻輸出端采用3.5毫米三段式音頻接頭，直接與左右揚聲器進行連接，即可正常發(fā)聲。USB轉(zhuǎn)串口 TTL電平電路的TXD與RXD端口分別連接中央處理器的RXD與TXD端口，實現(xiàn)雙工數(shù)據(jù)的收發(fā)。中央處理器的其它IO 口分別連接比較器(放大電路后端)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、頻率調(diào)制器、光度傳感器(放大電路后端)、時鐘芯片和外部存儲芯片。其中，時鐘芯片和外部存儲芯片相對獨立，并且不參與實際的數(shù)據(jù)采集工作，故不作重點敘述。
[0029]超聲波信號的采集過程是:中央處理器向頻率調(diào)制器發(fā)送控制信號，使之發(fā)射標準頻率波形，波形由超聲波發(fā)生傳感器形成超聲波發(fā)射出去，當超聲波發(fā)生傳感器接收到返回的超聲波時，再將這個超聲波轉(zhuǎn)換為波形，送入頻率解調(diào)器進行解調(diào)，解調(diào)后的信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并經(jīng)過比較器除去無效的信號后，送入中央處理器進行對比運算。
[0030]紅外線信號的采集過程是:光度傳感器收集到的信號經(jīng)過放大電路放大后傳入中央處理器，用于對之前采集到的人體細胞膜電位差信號進行補償校正。
[0031]本發(fā)明的原理:
每個器官和每個細胞有其獨特的振蕩方式，這是它們固有的特性，編寫在計算機內(nèi)存中，可在屏幕上顯示為某個反映器官(組織)與環(huán)境信息交換狀況的圖表。每個病理過程也有各自的圖表，僅為其所有。有關(guān)表達水平，年齡，性別和其它變量的病理過程數(shù)量編寫在計算機內(nèi)存中。離開器官的頻率特性后，診斷設(shè)備可通過標準過程(健康和病理變化組織，傳染性病原體)的光譜相似性數(shù)值進行比較，顯示最接近的病理過程或病原的傾向性。通過分析，您可以跟蹤輸入信號的狀態(tài)，以紅色顯示(S)，和輸出信號的狀態(tài)，以藍色顯示(N)，信號以圖表顯示于屏幕上方。根據(jù)其外觀顯示狀態(tài)，可以確定它們更接近于哪種標準過程，并可以跟蹤標準過程和從患者處獲取的圖表之間的關(guān)聯(lián)數(shù)值。
[0032]操作過程:
操作人員將計算機6開機，調(diào)出分析軟件，讓受檢者佩戴好耳麥式傳感器4，按照受檢者的要求，勾選指定檢測部位，當操作人員點擊開始檢測時，計算機6按照選擇的檢測部位的順序發(fā)出檢測指令，經(jīng)由USB集線器7送至USB轉(zhuǎn)串口 TTL電路8轉(zhuǎn)換成TTL信號后，發(fā)送給中央處理器9，中央處理器9在接到檢測指令后，發(fā)出與檢測部位相對應(yīng)的頻率信號，經(jīng)過頻率調(diào)制器16的調(diào)制，送至超聲波發(fā)生傳感器18。超聲波發(fā)生傳感器18發(fā)出的超聲波信號通過受檢者的耳膜傳導(dǎo)至全身，由于共振的原理，只有指定的臟器會接收到這種信號并給予反饋，超聲波發(fā)生傳感器18采集到這個反饋波形后，送至頻率解調(diào)器17解調(diào)后按照上述操 作過程處理。
【權(quán)利要求】
1.數(shù)據(jù)健康跟蹤系統(tǒng)，包括:控制單元(I)、集線器單元(2)、采集器單元(3)、傳感器單元(4)、音頻單元(5)，其特征在于:控制單元(I)是由計算機(6)及其內(nèi)部裝有的數(shù)據(jù)分析軟件組成；傳感器單元(4)是由超聲波發(fā)生傳感器(18)和光度傳感器(19)及揚聲器(20)組成；采集器單元是由USB轉(zhuǎn)串口 TTL電路(8)、中央處理器(9)、時鐘芯片(10)、外部存儲芯片(11)、數(shù)字波形放大電路(12 )、數(shù)字門放大電路(13 )、比較器(14 )、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片(15)、頻率調(diào)制器(16)和頻率解調(diào)器(17)組成；由中央處理器(9)發(fā)射指定檢測點位的頻率信號，經(jīng)過頻率調(diào)制器(16)送至超聲波發(fā)生傳感器(18)，超聲波發(fā)生傳感器(18)采集到的波形，送至頻率解調(diào)器(17)進行解調(diào)后，交由模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片(16)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再送至比較器(14 )過濾掉過高或過低的異常數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)字波形放大電路(12 )放大后，送回中央處理器(9)，中央處理器將分析的結(jié)果通過USB轉(zhuǎn)串口 TTL電路(8)經(jīng)過集線器(7)送至計算機(6)，光度傳感器(19)采集到的光度信號經(jīng)過數(shù)字門放大電路(13)放大后，送至中央處理器(9)，計算機(6)產(chǎn)生的聲音信號，經(jīng)過USB集線器(7)，送至USB聲卡(21)轉(zhuǎn)換成音頻模擬信號，送至揚聲器(20 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)健康跟蹤系統(tǒng)，其特征在于:傳感單元以耳麥形式，將超聲波發(fā)生傳感器(18)作 為與人體接觸的采集器。
【文檔編號】A61B8/00GK103735285SQ201410031705
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月23日
【發(fā)明者】李沈, 叢滋坤, 李安琪 申請人:遼寧映球產(chǎn)業(yè)投資有限公司