一種橈動脈脈搏搏動模擬裝置及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種橈動脈脈搏搏動模擬裝置及控制方法，裝置包括：上位機將脈搏搏動數(shù)據(jù)信息源傳送到主控單片機模塊，驅動控制脈搏搏動發(fā)生器在仿生手臂的橈動脈人造脈管產(chǎn)生脈搏搏動；第一壓力檢測反饋部件檢測管道內(nèi)的液體壓力，第二壓力檢測反饋部件檢測使用者的手感壓力，位置檢測反饋部件檢測步進電機的運行位置，并分別將檢測數(shù)據(jù)反饋至主控單片機模塊，并傳送到上位機?？刂品椒òǎ焊鶕?jù)波紋管的直徑、步進電機在t時間內(nèi)的行走步數(shù)及絲杠的螺距獲取波紋管的體積流量；根據(jù)人造脈管膨脹時直徑變化量、波紋管體積流量獲取受力面積下的人造脈管內(nèi)平均壓強變化；根據(jù)平均壓強變化獲取人造脈管對手指肚的壓力與步進電機的行走步數(shù)之間的關系。
【專利說明】一種橈動脈脈搏搏動模擬裝置及控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及中醫(yī)脈象采集領域，尤其涉及一種橈動脈脈搏搏動模擬裝置及控制方法。
【背景技術】
[0002]中醫(yī)四診中的“切”即為脈診，是指中醫(yī)師通過手指指腹按壓患者腕部橈動脈，感知橈動脈脈搏搏動的頻率、形狀、強弱、節(jié)律及深淺等變化來診斷疾病。由于橈動脈脈搏波在一定程度上能反映人體的各種生理和病理情況，是觀察體內(nèi)功能變化的一個重要窗口，因而脈診對識別病癥、判斷病情、分辨病機和推斷預后，都具有重要意義。
[0003]然而幾千年來，中醫(yī)師一直依靠手指感覺和經(jīng)驗來體會患者橈動脈脈搏搏動時所提供的生理信息，缺乏客觀標準；課堂教學大多只詳其理未見其形，脈搏搏動表現(xiàn)與病理特征全靠教師“黑板+粉筆” 口頭形容和書本文字描述，學習者僅憑教師講授，個人對語言文字的理解，在實踐中摸索，缺乏對橈動脈脈搏搏動指感直觀、感性的認識，因此中醫(yī)脈診在教學中困難較大，臨床診脈時分歧較多，更使診脈經(jīng)驗無法交流，阻礙了中醫(yī)脈象診斷技術和理論發(fā)展。
[0004]橈動脈脈搏搏動模擬裝置為解決上述問題帶了諸多便利。但現(xiàn)有脈搏搏動模擬裝置多采用液壓系統(tǒng)來模擬血液循環(huán)，利用電機或油泵控制液路的循環(huán)運行，利用電磁閥控制脈管內(nèi)的液壓及流量以實現(xiàn)脈搏搏動的模擬。模擬過程較為復雜，影響脈象效果的因素較多，如電機運轉、油泵運行產(chǎn)生的噪音和震動、電磁閥及各種閥門機械加工產(chǎn)生的精度誤差、液體的物理特性對液路循環(huán)的影響等，由此產(chǎn)生的性能問題，如一致性差、設備運行不穩(wěn)定、漏油、噪音、震動、爆管等，嚴重影響了脈搏搏動模擬裝置的使用效果。如何減少模擬裝置的影響因素、提高裝置的實用性和穩(wěn)定性已成為目前亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種橈動脈脈搏搏動模擬裝置及控制方法，本發(fā)明實現(xiàn)了模擬出人體28種臨床橈動脈脈搏搏動，且模擬準確度高、一致性好，模擬裝置實用性強、運行穩(wěn)定可靠，詳見下文描述:
[0006]一種橈動脈脈搏搏動模擬裝置，包括:上位機和電源，所述橈動脈脈搏搏動模擬裝置還包括:主控單片機模塊、第一壓力檢測反饋部件、脈搏搏動發(fā)生器、仿生手臂、第二壓力檢測反饋部件和位置檢測反饋部件，
[0007]所述上位機將脈搏搏動數(shù)據(jù)信息源傳送到所述主控單片機模塊，所述主控單片機模塊驅動控制所述脈搏搏動發(fā)生器在所述仿生手臂的橈動脈人造脈管產(chǎn)生脈搏搏動；所述第一壓力檢測反饋部件用于檢測管道內(nèi)的液體壓力，所述第二壓力檢測反饋部件用于檢測使用者的手感壓力，所述位置檢測反饋部件用于檢測步進電機的運行位置，三個檢測反饋組件分別將檢測數(shù)據(jù)反饋至所述主控單片機模塊，并傳送到所述上位機。
[0008]所述電源由市網(wǎng)電壓、醫(yī)用隔離變壓器和電源模塊組成，所述市網(wǎng)電壓經(jīng)所述醫(yī)用隔離變壓器隔離后，由所述電源模塊分別轉換成220V交流電壓、48V和5V直流電壓，分別給所述上位機、所述脈搏搏動發(fā)生器和所述主控單片機模塊供電。
[0009]所述脈搏搏動發(fā)生器包括:波紋管、機架、絲杠、步進電機和減震螺栓，所述波紋管的一端固定在所述機架上，并通過管道及聯(lián)接部件與所述仿生手臂連通，所述波紋管的另一端連接在所述絲杠的螺母上，所述絲杠連接在所述步進電機上，所述減震螺栓一端連接在所述機架上，另一端連接到固定部件上。
[0010]所述仿生手臂包括:分油器、人造骨架、人造脈管、彈性硅膠塊和仿生手皮，所述人造骨架注塑而成；所述仿生手皮套在所述人造骨架上，由硅膠制；所述人造脈管安裝在所述分油器上；所述彈性硅膠塊放置在所述人造脈管與所述第二壓力檢測反饋部件之間。
[0011]所述彈性硅膠塊包括:位置控制塊，
[0012]在所述位置控制塊的頂部開設有分油器銅管固定槽和人造脈管槽，分別用于固定所述分油器和所述人造脈管，在所述位置控制塊的底部還設置有圓形突起，使得使用者手指壓力直接作用于所述第二壓力檢測反饋部件。
[0013]所述分油器由定位孔、人造血液進端口、流量調(diào)節(jié)端口、人造血液注入端口、第一銅管和第二銅管組成，所述第一銅管和所述第二銅管之間接入人造脈管，所述第一銅管和所述第二銅管焊接在由所述定位孔、所述人造血液進端口、所述流量調(diào)節(jié)端口和所述人造血液注入端口組成的金屬塊上。
[0014]一種橈動脈脈搏搏動模擬裝置的控制方法，所述控制方法包括:
[0015](I)根據(jù)波紋管的直徑、步進電機在t時間內(nèi)的行走步數(shù)以及絲杠15的螺距獲取波紋管的體積流量；
[0016](2)根據(jù)人造脈管膨脹時直徑變化量、波紋管的體積流量獲取受力面積S下的人造脈管內(nèi)平均壓強變化P;
[0017]( 3 )根據(jù)平均壓強變化P獲取人造脈管21對手指肚的壓力與步進電機的行走步數(shù)之間的關系。
[0018]本發(fā)明提供的技術方案的有益效果是:
[0019]1、采用波紋管、人造脈管和連接管道及聯(lián)接部件形成封閉液路，步進電機帶動絲杠運動，使波紋管拉伸或壓縮，將其內(nèi)人造血液壓出和吸入，在封閉液路中形成不斷變化的壓力搏動，導致人造脈管內(nèi)人造血液壓力跟隨變化，從而在人造脈管上形成脈搏搏動，模擬脈搏搏動的形成過程簡單，影響因素少，設備運行穩(wěn)定、可靠，為臨床脈搏搏動的模擬提供了一種完善設備；
[0020]2、采用仿生手皮、人造骨架、人造脈管、彈性硅膠塊、分油器組成仿生手臂，形態(tài)、大小、質(zhì)感與成年人真實手臂相當，分油器提高了橈動脈脈搏搏動模擬裝置運行的穩(wěn)定性和可靠性；
[0021]3、上位機采用多傳感信息融合技術將第一壓力檢測反饋部件、第二壓力檢測反饋部件、位置檢測反饋部件采集的信息進行特征級融合，智能判斷取脈位置、取脈壓力和步進電機運行狀態(tài)，保證了模擬橈動脈脈搏搏動的準確度高、一致性好；
[0022]4、通過本發(fā)明能使中醫(yī)學生方便地進行中醫(yī)脈診的反復實踐練習，熟練掌握各種病脈特征特點，從而克服因沒有穩(wěn)定病脈源進行練習而導致把脈不熟、對病脈特征區(qū)分不清等不利影響，也減少了在臨床過程中的誤診，為提高中醫(yī)脈診教學質(zhì)量、中醫(yī)學生脈診技能水平及脈象研究提供了可靠的技術保障；
[0023]5、通過本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術中遠程脈診的困難，可真實再現(xiàn)患者橈動脈脈搏搏動，使遠程中醫(yī)師可以真真切切摸到患者“脈搏”。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為橈動脈脈搏搏動模擬裝置的電路原理圖；
[0025]圖2為橈動脈脈搏搏動模擬裝置的機械結構圖；
[0026]圖3為彈性硅膠塊的結構示意圖；
[0027]圖4為分油器的結構示意圖；
[0028]圖5為封閉管路的結構簡圖；
[0029]圖6分別為 變量η (步進電機行走步數(shù))與理論力F的波形圖。
[0030]附圖中，各標號所代表的部件列表如下:
[0031]1:上位機；2:市網(wǎng)電壓；
[0032]3:醫(yī)用隔離變壓器； 4:電源模塊；
[0033]5:主控單片機模塊； 6、25:第一壓力檢測反饋部件
[0034]7:脈搏搏動發(fā)生器；8:仿生手臂；
[0035]9、26:位置檢測反饋部件；10、23:第二壓力檢測反饋部件；
[0036]11、18:管道；12:波紋管；
[0037]13:機架；14:連接部件；
[0038]15:絲杠；16:步進電機；
[0039]17:減震螺栓；19:分油器；
[0040]20:人造骨架；21:人造脈管；
[0041]22:彈性硅膠塊；24:仿生手皮；
[0042]27:分油器銅管固定槽；28:人造脈管槽；
[0043]29:位置控制塊；30:圓形突起；
[0044]31:定似孔；32:人造血液進纟而口 ；
[0045]33:流量調(diào)節(jié)纟而口 ；34:人造血液注入纟而口 ；
[0046]35:第一銅管；36:第二銅管。
【具體實施方式】
[0047]為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。
[0048]為了提高模擬搏動的準確度、增強模擬裝置的實用性強和穩(wěn)定性，本發(fā)明實施例提供了一種橈動脈脈搏搏動模擬裝置及控制方法，參見圖1和圖2，詳見下文描述:
[0049]該橈動脈脈搏搏動模擬裝置包括:上位機1、電源、主控單片機模塊5、第一壓力檢測反饋部件6、脈搏搏動發(fā)生器7、仿生手臂8、第二壓力檢測反饋部件10和位置檢測反饋部件9，即由機械結構部分和硬件電路控制部分組合成一個整體的系統(tǒng)裝置。
[0050]本發(fā)明實施例由上位機I將脈搏搏動數(shù)據(jù)信息源傳送到主控單片機模塊5，主控單片機模塊5驅動控制脈搏搏動發(fā)生器7在仿生手臂8的橈動脈人造脈管21產(chǎn)生脈搏搏動。第一壓力檢測反饋部件6用于檢測管道內(nèi)的液體壓力，第二壓力檢測反饋部件10用于檢測使用者的手感壓力，位置檢測反饋部件9用于檢測步進電機16運行位置，三個檢測反饋組件分別將檢測數(shù)據(jù)反饋至主控單片機模塊5，并傳送到上位機I。
[0051 ] 參見圖1，電源由市網(wǎng)電壓2、醫(yī)用隔離變壓器3和電源模塊4組成，市網(wǎng)電壓2經(jīng)醫(yī)用隔離變壓器3隔離后，由電源模塊4分別轉換成220V交流電壓、48V和5V直流電壓，分別給上位機1、脈搏搏動發(fā)生器7和主控單片機模塊5供電。
[0052]參見圖2，該脈搏搏動發(fā)生器7包括:波紋管12、機架13、絲杠15、步進電機16和減震螺栓17，波紋管12的一端固定在機架13上，并通過管道11及聯(lián)接部件14與仿生手臂8連通，波紋管12的另一端連接在絲杠15的螺母上，絲杠15連接在步進電機16上，減震螺栓17 —端連接在機架13上，另一端連接到固定部件上。
[0053]參見圖2，仿生手臂8包括:分油器19、、人造骨架20、人造脈管21、彈性硅膠塊22和仿生手皮24，分油器19可以使人造血液從兩端液路流動，避免了單向流通液路被阻斷后壓力超出范圍導致人造脈管爆管的危險；人造骨架20注塑而成，形態(tài)、大小與成年人手臂相當；仿生手皮24套在人造骨架20上，由硅膠制成，質(zhì)感與真人手皮相當；人造脈管21安裝在分油器19上，由特殊材料做成，柔韌度與脈管相當，且彈性好、防滲透性強；彈性硅膠塊22放置在人造脈管21與第二壓力檢測反饋部件10 (在圖2中用23表示)之間，管道11及聯(lián)接部件14將波紋管12、分油器19、人造脈管21連接形成封閉液路。
[0054]參見圖3，彈性硅膠塊22包括:位置控制塊29，在位置控制塊29的頂部開設有分油器銅管固定槽27和人造脈管槽28，分別用于固定分油器19和人造脈管21，在位置控制塊29的底部還設置有圓形突起30，使得使用者手指壓力直接作用于第二壓力檢測反饋部件10。第二壓力檢測反饋部件10的傳感器是一個平面，圓形突起30能使使用者的手指壓力直接作用于傳感器，同時能定位寸、關、尺的位置。位置控制塊29的形狀與第二壓力檢測反饋部件10的形狀相匹配。
[0055]參見圖4，分油器19由定位孔31、人造血液進端口 32、流量調(diào)節(jié)端口 33、人造血液注入端口 34、第一銅管35和第二銅管36組成，第一銅管35和第二銅管36之間接入人造脈管21，第一銅管35和第二銅管36焊接在由定位孔31、人造血液進端口 32、流量調(diào)節(jié)端口33和人造血液注入端口 34組成的金屬塊上。
[0056]該動脈脈搏搏動模擬裝置的工作原理是:
[0057]步進電機16是動力源,絲杠15是傳動部件,步進電機16驅動傳動部件絲杠15轉動，絲杠15將步進電機16的旋轉運動變?yōu)橹本€往復移動，帶動與絲杠15聯(lián)接的波紋管12產(chǎn)生相應壓縮和拉伸，波紋管12是可變?nèi)莘e的液體容器，通過拉伸和壓縮改變其容積，將其內(nèi)液體壓出和吸入，在封閉液路中形成不斷變化的壓力搏動，導致人造脈管21內(nèi)液體壓力跟隨變化，從而在仿生手臂8的橈動脈人造脈管21上形成脈搏搏動。
[0058]上位機I將數(shù)據(jù)信息源傳送到主控單片機模塊5，主控單片機模塊5驅動脈搏搏動發(fā)生器7工作，形成脈搏搏動；第一壓力檢測反饋部件6設置在仿生手臂8的彈性硅膠塊22的下面，第二壓力檢測反饋部件10設置在管道11上，位置檢測反饋部件9 (在圖2中用26表示)設置在新型脈象發(fā)生器上，第一壓力檢測反饋部件6 (在圖2中用25表示)、第二壓力檢測反饋部件10、位置檢測反饋部件9分別將檢測到的數(shù)據(jù)反饋至主控單片機模塊5，反饋數(shù)據(jù)經(jīng)主控單片機模塊5傳送到上位機I上。[0059]參照附圖5本發(fā)明專利的控制方法及理論依據(jù)是:
[0060](I)根據(jù)波紋管12的直徑、步進電機16在t時間內(nèi)的行走步數(shù)以及絲杠15的螺距獲取波紋管12的體積流量；
[0061]設波紋管12的直徑為D，長度為L1,自然狀態(tài)下人造脈管21直徑為r，長度為L2。已知脈搏搏動發(fā)生器7中絲杠15的螺距為d，步進電機16需要N步旋轉一周，設t時間內(nèi)步進電機16行走步數(shù)為η,則波紋管12的長度變化Λ X為:
[0062]
【權利要求】
1.一種橈動脈脈搏搏動模擬裝置，包括:上位機和電源，其特征在于，所述橈動脈脈搏搏動模擬裝置還包括:主控單片機模塊、第一壓力檢測反饋部件、脈搏搏動發(fā)生器、仿生手臂、第二壓力檢測反饋部件和位置檢測反饋部件， 所述上位機將脈搏搏動數(shù)據(jù)信息源傳送到所述主控單片機模塊，所述主控單片機模塊驅動控制所述脈搏搏動發(fā)生器在所述仿生手臂的橈動脈人造脈管產(chǎn)生脈搏搏動；所述第一壓力檢測反饋部件用于檢測管道內(nèi)的液體壓力，所述第二壓力檢測反饋部件用于檢測使用者的手感壓力，所述位置檢測反饋部件用于檢測步進電機的運行位置，三個檢測反饋組件分別將檢測數(shù)據(jù)反饋至所述主控單片機模塊，并傳送到所述上位機。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種橈動脈脈搏搏動模擬裝置，其特征在于，所述電源由市網(wǎng)電壓、醫(yī)用隔離變壓器和電源模塊組成， 所述市網(wǎng)電壓經(jīng)所述醫(yī)用隔離變壓器隔離后，由所述電源模塊分別轉換成220V交流電壓、48V和5V直流電壓，分別給所述上位機、所述脈搏搏動發(fā)生器和所述主控單片機模塊供電。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種橈動脈脈搏搏動模擬裝置，其特征在于，所述脈搏搏動發(fā)生器包括:波紋管、機架、絲杠、步進電機和減震螺栓， 所述波紋管的一端固定在所述機架上，并通過管道及聯(lián)接部件與所述仿生手臂連通，所述波紋管的另一端連接在所述絲杠的螺母上，所述絲杠連接在所述步進電機上，所述減震螺栓一端連接在所述機架上，另一端連接到固定部件上。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種橈動脈脈搏搏動模擬裝置，其特征在于，所述仿生手臂包括:分油器、人造骨架、人造脈管、彈性硅膠塊和仿生手皮， 所述人造骨架注塑而成；所述仿生手皮套在所述人造骨架上，由硅膠制；所述人造脈管安裝在所述分油器上；所述彈性硅膠塊放置在所述人造脈管與所述第二壓力檢測反饋部件之間。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種橈動脈脈搏搏動模擬裝置，其特征在于，所述彈性硅膠塊包括:位置控制塊， 在所述位置控制塊的頂部開設有分油器銅管固定槽和人造脈管槽，分別用于固定所述分油器和所述人造脈管，在所述位置控制塊的底部還設置有圓形突起，使得使用者手指壓力直接作用于所述第二壓力檢測反饋部件。
6.根據(jù)權利要求4所述的一種橈動脈脈搏搏動模擬裝置，其特征在于，所述分油器由定位孔、人造血液進端口、流量調(diào)節(jié)端口、人造血液注入端口、第一銅管和第二銅管組成，所述第一銅管和所述第二銅管之間接入人造脈管，所述第一銅管和所述第二銅管焊接在由所述定位孔、所述人造血液進端口、所述流量調(diào)節(jié)端口和所述人造血液注入端口組成的金屬塊上。
7.一種用于權利要求1-6中任一權利要求所述的燒動脈脈搏搏動模擬裝置的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括: (1)根據(jù)波紋管的直徑、步進電機在t時間內(nèi)的行走步數(shù)以及絲杠15的螺距獲取波紋管的體積流量； (2)根據(jù)人造脈管膨脹時直徑變化量、波紋管的體積流量獲取受力面積S下的人造脈管內(nèi)平均壓強變化P;(3)根據(jù)平均壓強變化P獲取人造脈管21對手指肚的壓力與步進電機的行走步數(shù)之間 的關系。
【文檔編號】G09B23/28GK103943018SQ201410134140
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月3日 優(yōu)先權日:2014年4月3日
【發(fā)明者】王學民, 宋鵬, 周鵬, 王玥, 陸小左 申請人:天津大學