基于阵列式触觉传感器的中医脉象采集系统的设计

人体人体脉搏信号脉搏信号脉搏信号测试测试测试系统系统系统设计提案摘 要：人体脉搏信号测试系统由上、下位机构成，下位机通过电容传声器采集脉搏信号，由串口RS2232（USB或无线传输方式）将信号送入上位机；上位机利用虚拟仪器技术对信号进行软件处理、分析和波形显示。

一、第一方案第一方案人体脉搏信号测试系统人体脉搏信号测试系统组成组成组成人体脉搏信号测试系统由上、下位机组成。

下位机(单片机系统) 进行数据采集、信号调理，上位( PC) 机处理、分析数据、显示波形，上、下位机通过串口RS-232 通信(系统框图见图3) 。

（图1）人体脉搏信号测试系统框图1 1 传感器传感器传感器为了克服接触式(光电式、应变计式及压电晶体式等) 传感器获取脉搏信号信息时易受干扰的缺点，建议以非接触式采集低频率、低幅值的脉搏波信号。

选用外套耦合腔的电容传声器B&K-4193型(主要指标为：灵敏度12.5mV/Pa，极化电压200V，频率范围0.01Hz～20kHz，频响特性：声压场15～146dB，具有瞬态响应快、低频响应好等特点)。

2 2 下位机系统下位机系统下位机系统主要由选通滤波、程控放大、A/D 转换、单片机等几部分组成(图4) 。

信号调理(放大与滤波)是下位机的主要功能。

滤波处理包括抑制共模干扰(如工频干扰、人体静电干扰)、消除基线漂移等。

整个系统由(89C51) 单片机控制，经过处理后的信号由串口RS-232 送入上位机。

（图2）下位机系统框图上位机系统3上位机系统上位PC 机通过RS-232串口读入信号，由软件处理后显示脉搏波形。

上位PC 机的界面(软面板) 主要由控制窗口、显示窗口、数据窗口等组成。

软面板代替传统仪器硬开关、按钮控制整个采集过程、实现波形分析、显示、回放等功能。

第二方案二、第二方案该方案由应变式脉搏传感器及其信号放大及滤波电路、AD 转换、接口及脉搏信号数字处理软件构成。

系统的最大特点是能够用LabVIEW虚拟仪器的操作面板及相应的程序, 显示出脉搏的波形。

基于传感器的智能电子脉诊仪的设计作者：刘映辰李佳慧杨向国梁爽来源：《中国新通信》2022年第15期摘要：中医所采用的脉诊诊断的方法是中华民族智慧的结晶。

脉搏波可以反映人体的健康状况。

本设计可使对脉搏波的即时存储与分析成为可能。

利用传感器和自动加压装置对脉搏波的数据进行采集和特征提取，可以实现智能电子脉诊仪对病情的诊断。

可携带式智能电子脉诊仪具有可移植性强、适用范围广的特点，可将其应用于门诊检测、医学实验以及教学研究、医疗监护、健康检测等方面。

关键词：脉诊;脉搏波;传感器;树莓派;特征提取一、引言当今社会疫情防控常态化，人们迫切希望一套便携家庭诊断装置，实现家庭自检，只需要将测得的数据上传至平台，就可以实现与医生的云会诊。

脉搏波是人们通过中医脉诊了解人体生理状况的重要指标之一[1]。

但长期实践中也暴露出很多缺点：脉诊会受到中医学者的脉诊经验、个人的感触能力以及不同人的表达水平的差异等非客观因素的影响，诊断的结果因人而异，难以实现统一化、规范化、客观化。

年轻的中医从业者对于把脉技巧的学习以及使用的水平相对于从业很多年的老中医来说还有很大的提升空间，年轻人对于一些高超技巧或经验掌握不足。

对于这些的脉像中医从业者是通过手的触觉去感受的，只有摸到的时候才有感受，离开就没有了，因此，事后没有对脉像数据即时的储存，不利于后续人们对中医脉诊技巧的学习与研究。

智能电子脉诊仪是具有巨大的研发潜力的医疗设备，人类一直迫切地想要达到脉诊治疗的科学化与现代化，加之近几年来，由于材料科学和计算机科技水平的日新月异，及其向传统医疗应用领域的渗透，进一步推动了脉象信号收集、数据处理、图像表述等的发展，为脉诊的自动化与智能化发展创造了良好的机遇。

实现中医脉诊统一化、规范化、客观化以及不同脉象的模式识别，是目前中医脉诊方面研究的主要研究问题，现在的中医学者和中医研究人员应同心协力，完成这一目标[2]。

本设计外观简介、整体轻巧、携带方便、操作简单，可以实现人们对健康状况的监测的功能。

第一章绪论脉诊传统中医中最具有特色的诊断方法之一，是中医理论体系中必不可少的组成部分。

脉象（脉搏信号）能反馈出人体各部分的生理与病理信息，是反映人体内部各种功能变化窗口，可以为疾病的诊断提供重要的参考依据。

脉诊在临床医学的运用十分广泛，涉及到医学很多领域，医生根据脉象的变化，可以测知人体的健康状况，推断病源的出处，以便为开处方提供依据。

但是中医的把脉全凭借的是多年的经验的积累，存在主观上因数素，有时候很容易出现失误。

如果客观的对人体的脉搏信号进行采集处理，最后送到上位机进行分析，研究就可以尽可能减少人为判断上的主观失误，从而为医学上病理的诊断提供更安全可靠地依据。

1.1 课题提出的意义脉搏是人体生理参数中重要非常重要的参数之一，它包含了人体丰富的病理和生理信息，具有十分重要的生理和临床诊断参考价值。

但脉搏信号是一种含有很强噪声的低频微弱信号，含有随机性强、频率低等特点，极易受到检测系统内部噪声和外界刺激(环境、温度)的于扰，必须对检测到的脉搏信号做一系列的处理，如滤波、放大，才可获取高精确度，不失真的脉搏信息，从而为医学分析研究提供准确、有效的脉搏数据源口。

当代以来，随着电子技术和计算机技术的发展。

人们能够将人体脉搏信号提取出来，直观地显示在各种显示器上。

特别是人体脉搏测量仪的出现．大大地推动了医学的发展，为人类的健康做出了巨大贡献。

人们通过观察和分析人体脉搏波形，能够更快更精确地诊断各种病症。

当前。

虽然人们已经制造出了各种各样的脉搏测量仪，但人们对脉搏测量仪的进一步研究依然在火热进行中，我认为设计一个，简单、实用、准确的脉搏信号采集系统十分必要，也具有很强的实用意义。

本论文设计的人体脉搏信号提取系统是参考国内外先进的信号采集系统的基础上，进行进一步开发，优化得到的脉搏信号提取系统，具有很强的实用性。

1.2 课题所要达到的指标本课题所要达到的指标为：(1)对脉搏传感器输出的信号通过信号调理电路对脉搏信号进行滤波、放大，提升的处理以便得到干净的信号。

信息记录材料 2019年10月 第20卷第10期1561 引言随着“互联网+”和大数据时代的到来，新型的互联网远程诊疗技术已逐步实现。

中医诊疗通过“望、闻、问、切”来实现诊疗，目前，远程医疗相关技术、中医诊断学的研究、远程视频语音系统均已得到较高水平发展，但是“切诊”（医师使用指目摸按患者桡侧脉搏）目前在远程中医诊疗中尚未能实现。

由于脉诊采集的精准程度和质量直接影响着后续的病证特征提取及分类，因此它是决定脉象诊断稳定性和可靠性的关键。

本项目针对上述情况初步探讨出远程中医脉诊系统的架构设计。

2 目标本研究初步设计出远程中医脉诊系统顶层架构设计，通过软件技术模拟搭建出基于嵌入式系统的远程中医脉诊系统，研究输出信息处理模块电路图、软件技术，为后续实现具备临床意义的远程中医脉诊系统打好理论基础。

3 设计原则本研究定位了最终采用在手指部位和腕部布置多传感器探头的采集方案：通过多源传感器获取手指和腕部脉搏波信号，最大限度记录把脉得到的相同信息，并集成当前已有的生理参数提取算法提取一系列有生理指标作为辅助特征。

为验证信息量是否完备，为后续的脉象还原和自动输出脉诊结果做准备，设计对典型脉象的机器学习自动分类实验：通过中医医师针对几种典型的脉象进行诊断，实现样本标注，通过有监督的机器学习方法训练模型，实现从多传感器信息到典型脉象的诊断模型。

4 信号采集方案4.1 基于光电传感器的脉搏波测量4.1.1原理 目前主流的测量脉搏波的方式是使用光电传感器测量血容脉搏波（plethysmorgraph），即反应血液在血管中流动时发生的容积变化。

血容脉搏波没有压力要求，一般不会对血流产生影响，因此也称为光电脉搏波（Photoplethysmorgraph，简称PPG）[1]，压力状态下和自然状态（非压力状态）的脉搏波形有明显区别。

可见自然状态下测到的脉搏波更能反映人体的血液流动特征，因为压力状态下，压力大小、受压位置等都会给测量带来干扰。

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201711314383.X(22)申请日 2017.12.12(71)申请人 吉林大学地址 130012 吉林省长春市前进大街2699号(72)发明人 汝玉星　霍佳雨　吴戈　田小建　高博　高鹏彪　(74)专利代理机构 长春吉大专利代理有限责任公司 22201代理人 王恩远(51)Int.Cl.A61B 5/02(2006.01)(54)发明名称一种基于阵列传感的自动定压脉搏信号采集传输装置(57)摘要本发明的一种基于阵列传感的自动定压脉搏信号采集传输装置属于电子设备的技术领域，结构有单片机(1)、显示屏模块(2)、按键输入模块(3)、蓝牙通信模块(4)、压力传感器模块(5)、波形采集模块(6)、高保真信号变换电路(7)、噪声抑制电路(8)、第一模数转换器(9)、温度传感器(10)、温度补偿电路(11)、第二模数转换器(12)、气压传感器(13)、充气泵(14)、放气阀(15)、充气腕带(16)。

本发明具有测量精度高、抗干扰能力强、受环境温度影响小等特点，且能自动充气定压，测量结果方便手机查看，为远程医疗提供了方便的拓展空间。

权利要求书2页 说明书5页 附图4页CN 108095702 A 2018.06.01C N 108095702A1.一种基于阵列传感的自动定压脉搏信号采集传输装置，其结构有单片机(1)、显示屏模块(2)、按键输入模块(3)、压力传感器模块(5)、波形采集模块(6)和第一模数转换器(9)；其特征在于，结构还有蓝牙通信模块(4)、高保真信号变换电路(7)、噪声抑制电路(8)、温度传感器(10)、温度补偿电路(11)、第二模数转换器(12)、气压传感器(13)、充气泵(14)、放气阀(15)、充气腕带(16)；所述的显示屏模块(2)、蓝牙通信模块(4)均与单片机(1)相连；所述的压力传感器模块(5)是一个8行×16列变阻式压力传感器阵列；所述的波形采集模块(6)的结构为，十六选一模拟开关芯片的16个选择输入端分别与压力传感器模块(5)的16个列地址端相连，公共输出端接地，控制端与单片机(1)相连；八选一模拟开关芯片的8个选择输入端分别与压力传感器模块(5)的8个行地址端相连，公共输出端接高保真信号变换电路的输入端，控制端与单片机(1)相连；所述的高保真信号变换电路(7)的结构为，运放U1A的反相输入端作为高保真信号变换电路(7)的输入端，记为端口PSensor，接波形采集模块(6)中八选一模拟开关芯片的公共输出端，运放U1A的反相输入端和输出端之间接电阻R1，输出端接运放U1B的同相输入端，运放U1B的反相输入端和输出端之间接电阻R2，输出端作为高保真信号变换电路(7)的输出端，记为端口RudePO，接噪声抑制电路(8)的输入端；滑动变阻器W1的一端接电源VCC，另一端接地，滑线端接运放U1A的同相输入端和运放U2A的同相输入端，运放U2A的反相输入端接电阻R4的一端、电阻R5的一端、电阻R6的一端，电阻R6的另一端接地，电阻R4的另一端接运放U2A 的输出端，电阻R5的另一端接滑动变阻器W2的一端，滑动变阻器W2的滑线端接运放U1B的反相输入端，运放U2A的输出端接电阻R3的一端，电阻R3的另一端接运放U1B的反相输入端，运放U1A和运放U2A的正电源端都接电源VCC，负电源端都接地；所述的噪声抑制电路(8)的结构为，运放U2B的反相输入端和输出端相连，同相输入端接电阻R8的一端和电容C1的一端，电容C1的另一端接地，电阻R8的另一端接电阻R7的一端和电容C2的一端，电阻R7的另一端作为噪声抑制电路(8)的输入端，记为端口RudePI，接高保真信号变换电路(7)的输出端，电容C2的另一端接运放U2B的输出端，运放U2B的输出端接电阻R9的一端，电阻R9的另一端接电容C3的一端、电阻R10的一端和电阻R11的一端，电容C3的另一端接地，电阻R10的另一端接运放U3A的反相输入端和电容C4的一端，电阻R11的另一端和电容C4的另一端接运放U3A的输出端运放U3A的同相输入端接地，正电源端接电源VCC，负电源端接地，输出端作为噪声抑制电路(8)的输出端，记为端口PO，接第一模数转换器(9)的模拟信号输入端；所述的温度补偿电路(11)的结构为，稳压二极管D1的阴极接地，阳极接运放U3B的同相输入端和电阻R12的一端，电阻R12的另一端接电源VCC，运放U1B的反相输入端与电容C5的一端、三极管Q1的发射极和滑动变阻器W3的滑线端相连，滑动变阻器W3的一端接电阻R14的一端，电阻R14的另一端接地，电容C5的另一端接运放U3B的输出端和电阻R13的一端，电阻R13的另一端接三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极接电阻R17的一端，并作为温度补偿电路(11)的输入端负极，记为端口NTC-，电阻R17的另一端接运放U4A的反相输入端，运放U4A 的反相输入端和输出端之间接电阻R18，同相输入端接电阻R15的一端和电阻R16的一端，电阻R16的另一端接地，电阻R15的另一端接电源VCC，并作为温度补偿电路(11)的输入端正极，记为端口NTC+，运放U4A的正电源端接电源VCC，负电源端接地，输出端作为温度补偿电路(11)的输出端，记为端口TemCOMP，与第二模数转换器(12)的模拟信号输入端相连；所述的第一模数转换器(9)和第二模数转换器(12)的数字信号输出端均与单片机(1)相连；所述的气压传感器(13)放置于充气腕带(16)中，且输出端与单片机(1)相连；所述的充气泵(14)的控制端与单片机(1)相连，充气口与充气腕带(16)相连；所述的放气阀(15)是充气腕带(16)的放气阀门，控制端与单片机(1)相连。

阵列式脉象传感器的设计与制作
齐天华;刘继伟;高文秀
【期刊名称】《传感器与微系统》
【年(卷),期】2005(024)008
【摘要】提出了一种用微机电系统(MEMS)技术应变传感器阵列探头客观细腻地采集人体脉象的新思路.探头采用直接腐蚀出电阻条的技术,具有工艺简单、成本低廉、电阻变化率高、工作可靠等优点.对设计进行了理论计算和优化,并用有限元分析软件ANSYS 8.0进行了结构和电耦合场仿真,模拟悬臂梁端点位移对电阻变化的影响.当悬臂梁末端位移变化为50μm时,电阻变化率模拟结果为18.84%,与理论计算值19.67%符合得很好.
【总页数】3页(P86-88)
【作者】齐天华;刘继伟;高文秀
【作者单位】厦门大学,机电工程系,福建,厦门,361005;厦门大学,机电工程系,福建,厦门,361005;厦门大学,纳米科技中心,福建,厦门,361005
【正文语种】中文
【中图分类】TP212
【相关文献】
1.基于阵列式触觉传感器的中医脉象采集系统的设计 [J], 李皓;胡晓娟;朱洪海;董军
2.阵列式霍尔传感器去偏心误差优化算法设计 [J], 谢志远;张畅;谢思哲
3.阵列式埋地油罐渗漏检测传感器设计及性能研究 [J], 陈欢;李利品;韩瑞强;徐国超;张鹏丽
4.用于气象探测的阵列式球型温度传感器设计 [J], 丁枫;刘清惓;杨杰;陈高颖;袁宇;付川琪
5.阵列式脉象采集探头的设计 [J], 齐天华;高文秀
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于DSP的阵列式中医脉象检测方法硬件系统研究的开题报告一、研究背景中医脉象诊断作为一种非常经典的中医诊断方法，在临床应用中已经具有了很高的价值。

脉诊可以在一定程度上反映人体内脏器官的状态，对于疾病的诊断、预防和治疗都有着重要的作用。

然而，由于传统的脉象检测方法需要经验丰富的中医师进行手感脉诊，受到个体差异和主观因素的影响较大，因此存在不可忽视的局限性。

当前，借助先进的科技手段和数字信号处理技术，我们可以设计新颖的脉象检测方法，以达到更加标准化和客观化的结果。

基于数字信号处理器（DSP）的阵列式中医脉象检测方法可以有效地解决传统脉象诊断的缺点，提高诊断的准确性和信度。

二、研究内容1.设计一套基于DSP的阵列式中医脉象检测系统，采集脉象信号进行数字化处理，并进行阵列数据的处理。

2.对采集脉象信号进行减噪处理、滤波处理及特征提取等，以提高脉象信号的质量和信息量。

3.建立脉象样本数据库，通过机器学习等技术，构建脉象分类模型，进一步提高检测的准确性和稳定性。

4.开展实验验证，对系统进行性能测试和评估，得出相应的实验数据和结果。

三、研究意义1.该研究可以有效地解决传统脉象诊断存在的主观性、个体差异性等问题，提高诊断的客观性和标准化程度。

2.基于DSP的阵列式中医脉象检测方法具有很高的实用价值，可以广泛应用于医疗、健康等领域。

3.此外，研究将确定阵列式中医脉象检测技术以及运用DSP的脉象信号处理方法的可行性，促进中医学科的发展和创新。

四、研究方法1.文献调研：对已有的中医脉象检测技术和DSP信号处理方法，特别是阵列信号处理技术进行广泛的查阅和整理，明确研究的方向和重点。

2.硬件设计：基于DSP处理器与模/数转换芯片AD模块，搭建一套完整的硬件系统，并进行实际应用测试。

3.信号处理：对采集的脉象信号，分别进行减噪、滤波、分析、特征提取等数学处理手段，获得有效的脉象信号特征信息并构建分类模型。

4.实验验证：选取一定量的脉象样本进行实验数据采集，通过算法分析得出相关的实验结果。

基于单片机技术的脉搏信息采集系统的设计的开题报告一、选题背景：脉搏是人体内每分钟心脏跳动次数的表现，是反映人体血液循环系统运作状况的重要指标，也是医疗诊断和健康监测中常用的生物指标之一。

随着科技的不断发展和智能医疗的兴起，脉搏信息采集系统的研究也备受关注。

目前，市面上存在一些商用的脉搏计或脉搏检测器，但很多都过于简单，不够准确，不能满足人们对健康监测的需求。

二、选题目的：本项目旨在设计一种基于单片机技术的脉搏信息采集系统，以提高脉搏检测准确性和方便性，并为健康监管提供新手段。

具体目的如下：1.实现可靠、精确、稳定的脉搏检测功能；2.采用智能算法对脉搏信号进行处理和分析，实现脉搏信息的有效提取和分析；3.开发基于本系统的移动端APP，实现脉搏信息的记录、分析和分享。

三、研究内容：1.硬件设计硬件设计包括基础电路设计，传感器选择和数据采集模块的设计。

在传感器的选择方面，我们将考虑检测传感器的敏感度、抗干扰能力、响应时间和可靠性等因素。

2.软件设计软件设计包括单片机程序设计和移动端APP的开发。

单片机程序设计需要实现对传感器所采集到的脉搏信号进行处理和分析，提取具有代表性的特征，并实现脉搏信号的显示和记录。

移动端APP需要实现脉搏信息的记录、查询、分析和分享等功能。

3.系统集成系统集成指将硬件和软件集成起来，实现脉搏信息的实时采集、处理和显示，并将处理后的数据传输到移动设备上进行分析。

四、研究方法：1.理论分析通过查阅文献和资料，了解脉搏检测原理、传感器工作原理以及脉搏信号的特点，寻找合适的算法和方法来实现脉搏信息的采集和分析。

2.实验研究根据理论分析的结果，对系统进行实验研究，对系统的各项指标进行测试和分析，不断优化和完善系统性能。

五、研究成果：完成本项目后，我们期望得到如下成果：1.成功设计一种基于单片机技术的脉搏信息采集系统，实现可靠、精确、稳定的脉搏检测功能；2.通过智能算法实现脉搏信号的处理和分析，提取具有代表性的特征；3.开发基于本系统的移动端APP，实现脉搏信息的记录、分析和分享。

便携式中医脉搏波采集系统
富蕴琪;凌晓彤;梁颖欣;弓伟
【期刊名称】《电子测试》
【年(卷),期】2022(36)21
【摘要】针对普遍存在的精神疲劳的问题,设计了一款模拟中医脉诊过程的便携式中医脉搏波采集系统。

本文章设计采用微型气泵对气囊内鼓气放气的气压变化来间接改变对腕部寸关尺三部的压力,模拟中医脉诊过程。

采用Flexiforce Sensor
A201-25传感器,并将其固定在含有充气气囊的腕带内部采集脉搏波信号。

采集到脉搏波数据后,发送数据至云平台储存,以便后续对脉搏波信号的处理与学术研究。

本系统实现了对精神疲劳的智能化中医诊断与监测,具有良好的应用前景。

【总页数】3页(P102-104)
【作者】富蕴琪;凌晓彤;梁颖欣;弓伟
【作者单位】广州中医药大学医学信息工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】R318.6
【相关文献】
1.便携式远程脉搏采集系统的设计
2.面向家庭健康监护的便携式脉搏波监测系统
3.多通道光电容积脉搏波采集监控系统
4.便携式无线光电容积脉搏波采集系统设计
5.基于多波长光电容积脉搏波采集系统的连续血压测量方法
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。