本發(fā)明涉及一種對(duì)人體脈搏波進(jìn)行采集提取并分析處理的系統(tǒng)和方法,尤其涉及一種基于脈搏波的智能診斷系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法,屬于醫(yī)療診斷技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù):
在我國傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)的診斷方法中,脈診占有十分重要的地位,為臨床中醫(yī)師必須掌握的基本技能之一,據(jù)文獻(xiàn)記載,各種病脈達(dá)二十八種之多,其名稱各異,脈象的成因十分復(fù)雜,由于脈搏的形成不僅與心臟的功能狀態(tài)有關(guān),也受到許多其他因索的影響,如神經(jīng)、肌肉、皮膚等的機(jī)能狀態(tài),以及血管壁的彈性,體循環(huán)平均壓的高低,血液的粘度、壓力與流速等因素,這就為脈象的研究帶來了很大的困難,因?yàn)椴煌}象之間細(xì)微的差別,只有靠長期實(shí)踐鍛煉才能區(qū)分出來,各類脈象的標(biāo)準(zhǔn),在中醫(yī)理論中也是一件隨意性很大的問題,長期以來影響著脈學(xué)理論的發(fā)展,近代發(fā)展起來的脈搏圖譜,提供了脈象的直觀形象,在一定程度上使脈診具有了客觀指標(biāo)。
目前,當(dāng)探討到同一脈類所主的不同疾病間在脈象上的差異及機(jī)理時(shí),就很少有人涉及了,因此,運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)對(duì)脈搏波進(jìn)行頻域特征的提取分析,將會(huì)有助于對(duì)脈象的深入研究和精準(zhǔn)的醫(yī)療判斷。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足,本發(fā)明提供一種基于脈搏波的智能診斷系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法,在測量人體脈搏波信號(hào)的同時(shí)分析其醫(yī)學(xué)參數(shù),得出同一脈類所主的不同疾病間在脈象上的差異及機(jī)理,對(duì)測量者的健康狀態(tài)做出初步的分析,實(shí)現(xiàn)人體脈搏波診斷系統(tǒng)的小型化,提高人體脈搏波診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性,使脈診儀更加小型低功耗,測量結(jié)果更加精準(zhǔn)和可靠,有助于對(duì)脈象的深入研究和精準(zhǔn)的醫(yī)療判斷。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:
一種基于脈搏波的智能診斷系統(tǒng),包括光電式脈搏傳感器、微處理器模塊和基于labview平臺(tái)程序的計(jì)算機(jī),其中夾持在人體手指指尖采集人體脈搏波信號(hào)的光電式脈搏傳感器與微處理器模塊通過線纜電連接,對(duì)采集到的人體脈搏波信號(hào)進(jìn)行處理的微處理器模塊與計(jì)算機(jī)通過線纜電連接,計(jì)算機(jī)對(duì)微處理器模塊處理得出的脈搏信息進(jìn)行顯示和計(jì)算分析,并輸出計(jì)算分析得出的數(shù)據(jù)結(jié)果;labview相對(duì)于其他計(jì)算機(jī)語言,采用了是圖形化編輯語言g編寫程序,實(shí)現(xiàn)了程序框圖的形式,在對(duì)脈搏信息進(jìn)行顯示和計(jì)算分析方面,labview強(qiáng)大的圖形功能實(shí)時(shí)顯示采集信號(hào),而且在labview程序中加入數(shù)據(jù)保存功能,實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)自動(dòng)保存到本地文件中,供信號(hào)進(jìn)一步研究分析,這也使得儀器的可操作性大大提高而且易用、靈活。
作為本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選,所述的計(jì)算機(jī)設(shè)置有用于保存脈搏信息和數(shù)據(jù)結(jié)果的存儲(chǔ)模塊。
作為本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選,為了該系統(tǒng)可以用于病人和醫(yī)生的遠(yuǎn)程溝通,實(shí)現(xiàn)云醫(yī)療的功能,引入tcp遠(yuǎn)程通信和云端模塊,所述計(jì)算機(jī)輸出計(jì)算分析得出的數(shù)據(jù)結(jié)果還通過tcp傳輸控制協(xié)議將數(shù)據(jù)結(jié)果發(fā)送到云端模塊進(jìn)行存儲(chǔ)和共享。
作為本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選,為了操作系統(tǒng)面向所有用戶,降低操作門檻,并且呼應(yīng)當(dāng)下儀器口袋化的設(shè)計(jì)要求,還包括移動(dòng)設(shè)備模塊,所述計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)結(jié)果通過藍(lán)牙通訊模塊無線發(fā)送到移動(dòng)設(shè)備模塊上進(jìn)行顯示,以供用戶參考。
作為本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選,所述的光電式脈搏傳感器是hkg-07b紅外脈搏傳感器,采用光電式脈搏傳感器的原因是光電式脈搏傳感器可以實(shí)現(xiàn)光電隔離,減少對(duì)后級(jí)模擬電路的干擾,提高本發(fā)明抗干擾能力和靈敏度,并具有良好的線性度和頻響特性,對(duì)容積脈搏血流信號(hào)的機(jī)理與信息特征研究充分,滿足對(duì)其他血流參數(shù)檢測的需要。
作為本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選,所述的微處理器模塊與計(jì)算機(jī)通過usb串口電連接。
作為本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選,所述的微處理器模塊是analogdiscovery2,analogdiscovery2是一個(gè)迷你型usb示波器和多功能儀器,可以讓用戶方便地測量、讀取、生成、記錄和控制各種混合信號(hào)電路,作為一款獲得xilinx大學(xué)計(jì)劃官方支持的便攜式產(chǎn)品,analogdiscovery2小到可以輕而易舉地放進(jìn)口袋,但功能卻強(qiáng)大到足以替代一堆實(shí)驗(yàn)室設(shè)備,無論是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)還是實(shí)驗(yàn)室以外的任何環(huán)境下,analogdiscovery2能夠?yàn)楣た茖W(xué)生、業(yè)余愛好者或電子發(fā)燒友提供一個(gè)隨心所欲地基于模擬數(shù)字電路開展動(dòng)手項(xiàng)目的″口袋儀器實(shí)驗(yàn)室″。
一種基于脈搏波的智能診斷系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法,具體實(shí)現(xiàn)步驟如下:
步驟一:通過光電式脈搏傳感器采集人體脈搏波信號(hào),并將采集到的人體脈搏波信號(hào)發(fā)送給微處理器模塊;
步驟二:微處理器模塊對(duì)接收到的人體脈搏波信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理形成脈搏信息數(shù)據(jù),然后通過usb串口發(fā)送到基于labview平臺(tái)程序的計(jì)算機(jī);
步驟三:計(jì)算機(jī)對(duì)接收到的脈搏信息數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)采集界面進(jìn)行顯示;
步驟四:計(jì)算機(jī)對(duì)接收到的脈搏信息數(shù)據(jù)按照時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行排序和計(jì)算分析;
步驟五,計(jì)算機(jī)對(duì)計(jì)算分析得出的數(shù)據(jù)結(jié)果以及歷史數(shù)據(jù)在結(jié)果分析界面進(jìn)行顯示,并通過存儲(chǔ)模塊進(jìn)行存儲(chǔ)或發(fā)送到云端模塊進(jìn)行存儲(chǔ)和共享。
作為本發(fā)明方法進(jìn)一步優(yōu)選,步驟四所述的計(jì)算機(jī)對(duì)接收到的脈搏信息數(shù)據(jù)按照時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行排序和計(jì)算分析包括依次進(jìn)行的脈搏信息數(shù)據(jù)截?cái)嗵幚怼㈩l譜諧波分析和脈搏波特征值k值提取,其中對(duì)脈搏信息數(shù)據(jù)截?cái)嗵幚砜梢蕴岣呦到y(tǒng)速度并提高準(zhǔn)確度,頻譜諧波分析是以脈搏波不同諧波對(duì)應(yīng)人體不同經(jīng)絡(luò)健康信息,脈搏波特征值k值提取供進(jìn)一步時(shí)域特征值的提取分析。
本發(fā)明所涉及的主要信號(hào)處理有脈搏信息數(shù)據(jù)截?cái)嗵幚?、頻譜諧波分析以及脈搏波特征值k值提取,脈搏信號(hào)為隨時(shí)間變化的低頻信號(hào),在檢測條件一定時(shí),信號(hào)為近似周期信號(hào),所以采集范圍內(nèi)有效信息較少,后續(xù)處理只需提取出有效信息即可,本實(shí)施例中采取加窗的方式截取所需信號(hào),首先由傳感器采集得到原始信號(hào)x1[n],總采樣點(diǎn)為n,單個(gè)采樣點(diǎn)為n,易知1≤n≤n,且n和n均為整數(shù),提取此信號(hào)有效部分并加窗處理,
作為本發(fā)明方法進(jìn)一步優(yōu)選,步驟五所述的數(shù)據(jù)結(jié)果包括平均動(dòng)脈壓、心臟指數(shù)、脈壓、外周阻力、心率、血管順應(yīng)性、每搏輸出量、血流半更新率、心輸出量、血流半更新時(shí)間、心搏指數(shù)、血流平均滯留時(shí)間以及診斷結(jié)果。
本發(fā)明的有益效果在于:使用前端信號(hào)采集模塊光電式脈搏傳感器對(duì)人體ppg(photoplethysmograhic)脈搏波進(jìn)行采集,并對(duì)采集到的人體脈搏波信號(hào)進(jìn)行處理和分析,最后將人體脈搏波的波形和分析結(jié)果展現(xiàn)在計(jì)算機(jī)或移動(dòng)設(shè)備手機(jī)上,或者上傳到云端進(jìn)行存儲(chǔ)和共享;本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單,使用方便,成本低,性能穩(wěn)定,信息相互共享,在測量人體脈搏波信號(hào)的同時(shí)分析其醫(yī)學(xué)參數(shù),得出同一脈類所主的不同疾病間在脈象上的差異及機(jī)理,對(duì)測量者的健康狀態(tài)做出初步的分析,實(shí)現(xiàn)人體脈搏波診斷系統(tǒng)的小型化,提高人體脈搏波診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性,使脈診儀更加小型低功耗,測量結(jié)果更加精準(zhǔn)和可靠,有助于對(duì)脈象的深入研究和精準(zhǔn)的醫(yī)療判斷,本發(fā)明利用傅里葉變換實(shí)現(xiàn)了脈搏波診斷由人工診斷到儀器診斷的方式轉(zhuǎn)變,為未來醫(yī)療診斷大數(shù)據(jù)的處理打好基礎(chǔ),并且達(dá)到了快速、簡易、小型化、操作零門檻等優(yōu)點(diǎn),結(jié)合現(xiàn)代技術(shù),弘揚(yáng)了中醫(yī)的傳統(tǒng)文化,推進(jìn)醫(yī)療事業(yè)進(jìn)一步發(fā)展。
附圖說明:
圖1為本發(fā)明一種基于脈搏波的智能診斷系統(tǒng)的流程示意圖;
圖2為本發(fā)明一種基于脈搏波的智能診斷系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法的流程示意圖;
圖3為典型的人體光電容積脈搏波示意圖;
圖4為實(shí)施例數(shù)據(jù)采集界面的顯示示意圖;
圖5為實(shí)施例結(jié)果分析界面的顯示示意圖;
具體實(shí)施方式:
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做具體的介紹。
如圖1所示:本實(shí)施例是一種基于脈搏波的智能診斷系統(tǒng),包括光電式脈搏傳感器、微處理器模塊和基于labview平臺(tái)程序的計(jì)算機(jī),其中夾持在人體手指指尖采集人體脈搏波信號(hào)的光電式脈搏傳感器與微處理器模塊通過線纜電連接,對(duì)采集到的人體脈搏波信號(hào)進(jìn)行處理的微處理器模塊與計(jì)算機(jī)通過線纜電連接,計(jì)算機(jī)對(duì)微處理器模塊處理得出的脈搏信息進(jìn)行顯示和計(jì)算分析,并輸出計(jì)算分析得出的數(shù)據(jù)結(jié)果;labview相對(duì)于其他計(jì)算機(jī)語言,采用了是圖形化編輯語言g編寫程序,實(shí)現(xiàn)了程序框圖的形式,在對(duì)脈搏信息進(jìn)行顯示和計(jì)算分析方面,labview強(qiáng)大的圖形功能實(shí)時(shí)顯示采集信號(hào),而且在labview程序中加入數(shù)據(jù)保存功能,實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)自動(dòng)保存到本地文件中,供進(jìn)一步研究分析,這也使得儀器的可操作性大大提高而且易用、靈活。
本實(shí)施例中計(jì)算機(jī)設(shè)置有用于保存脈搏信息和數(shù)據(jù)結(jié)果的存儲(chǔ)模塊,而為了該系統(tǒng)可以用于病人和醫(yī)生的遠(yuǎn)程溝通,實(shí)現(xiàn)云醫(yī)療的功能,引入tcp遠(yuǎn)程通信和云端模塊,計(jì)算機(jī)輸出計(jì)算分析得出的數(shù)據(jù)結(jié)果通過tcp傳輸控制協(xié)議將數(shù)據(jù)結(jié)果發(fā)送到云端模塊進(jìn)行存儲(chǔ)和共享;同時(shí),為了操作系統(tǒng)面向所有用戶,降低操作門檻,并且呼應(yīng)當(dāng)下儀器口袋化的設(shè)計(jì)要求,本實(shí)施例還包括移動(dòng)設(shè)備模塊,計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)結(jié)果通過藍(lán)牙通訊模塊無線發(fā)送到移動(dòng)設(shè)備模塊上進(jìn)行顯示,以供用戶參考,本實(shí)施例中的移動(dòng)設(shè)備模塊是手機(jī),當(dāng)然,實(shí)際應(yīng)用時(shí)也可以是平板電腦。
本實(shí)施例中光電式脈搏傳感器是hkg-07b紅外脈搏傳感器,采用光電式脈搏傳感器的原因是光電式脈搏傳感器可以實(shí)現(xiàn)光電隔離,減少對(duì)后級(jí)模擬電路的干擾,提高本發(fā)明抗干擾能力和靈敏度,并具有良好的線性度和頻響特性,對(duì)容積脈搏血流信號(hào)的機(jī)理與信息特征研究充分,滿足對(duì)其他血流參數(shù)檢測的需要。
人體心室周期性的收縮和舒張導(dǎo)致主動(dòng)脈的收縮和舒張,使血流壓力以波的形式從主動(dòng)脈根部開始沿著整個(gè)動(dòng)脈系統(tǒng)傳播,這種波稱為脈搏波,脈搏波主要由人體動(dòng)脈舒張和收縮產(chǎn)生的,在人體指尖,組織中的動(dòng)脈成分含量高,而且指尖厚度相對(duì)其他人體組織而言比較薄,透過手指后檢測到的光強(qiáng)相對(duì)較大,因此可通過人體指尖來獲取脈搏波;本實(shí)施例采用光電傳感器的原因是光電式脈搏傳感器可以實(shí)現(xiàn)光電隔離,減少對(duì)后級(jí)模擬電路的干擾,故其抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度較高,并具有良好的線性度和頻響特性,對(duì)容積脈搏血流信號(hào)的機(jī)理與信息特征研究充分,容積脈搏波的波形特征主要指脈動(dòng)分量幅值與波形變化的特征,典型的人體指端光電容積脈搏波波形示意圖如圖3所示,一個(gè)完整的心動(dòng)周期有射血期和舒張期組成,其中射血期又分為快速射血期和減緩射血期,可以滿足對(duì)其他血流參數(shù)檢測的需要,所以本實(shí)施例中光電式脈搏傳感器選用的是合肥華科電子技術(shù)研究所生產(chǎn)的hkg-07b紅外脈搏傳感器,該傳感器利用特定波長紅外線對(duì)血管末端血液微循環(huán)產(chǎn)生的血液容積變化的敏感特性,檢測由于心臟的跳動(dòng)而引起手指指尖的血容積發(fā)生相應(yīng)的變化,當(dāng)一定波長的光束照射到指端皮膚表面時(shí),光束將通過透射或反射方式傳送到光電接收器,在此過程中由于受到指端皮膚肌肉和血液的吸收衰減作用,光電接收器檢測接收到的光強(qiáng)度將減弱,其中皮膚、肌肉、組織等對(duì)光的吸收在整個(gè)血液循環(huán)中是保持恒定不變的,而皮膚內(nèi)的血液容積在心臟作用下呈搏動(dòng)性變化,當(dāng)心臟收縮時(shí)外周血容量最多,光吸收量也最大,檢測接收到的光強(qiáng)度最??;而在心臟舒張時(shí),正好相反,檢測接收到的光強(qiáng)度最大,使光電接收器接收到的光強(qiáng)度隨之呈脈動(dòng)性變化,將此光強(qiáng)度變化信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào),便可獲得容積脈搏血流的變化,因此,利用透射式的測量方法檢測透過手指的光強(qiáng)就可以間接測量到人體的脈搏波信號(hào)。
本實(shí)施例中微處理器模塊與計(jì)算機(jī)通過usb串口電連接;且微處理器模塊是analogdiscovery2,digital公司的analogdiscovery2是一個(gè)迷你型usb示波器和多功能儀器,可以讓用戶方便地測量、讀取、生成、記錄和控制各種混合信號(hào)電路,作為一款獲得xilinx大學(xué)計(jì)劃官方支持的便攜式產(chǎn)品,analogdiscovery2小到可以輕而易舉地放進(jìn)口袋,但功能卻強(qiáng)大到足以替代一堆實(shí)驗(yàn)室設(shè)備,無論是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)還是實(shí)驗(yàn)室以外的任何環(huán)境下,analogdiscovery2能夠?yàn)楣た茖W(xué)生、業(yè)余愛好者或電子發(fā)燒友提供一個(gè)隨心所欲地基于模擬數(shù)字電路開展動(dòng)手項(xiàng)目的″口袋儀器實(shí)驗(yàn)室″。
如圖2所示,本實(shí)施例還包括一種基于脈搏波的智能診斷系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法,具體實(shí)現(xiàn)步驟如下:
步驟一:通過光電式脈搏傳感器采集人體脈搏波信號(hào),并將采集到的人體脈搏波信號(hào)發(fā)送給微處理器模塊。
步驟二:微處理器模塊對(duì)接收到的人體脈搏波信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理形成脈搏信息數(shù)據(jù),然后通過usb串口發(fā)送到基于labview平臺(tái)程序的計(jì)算機(jī)。
步驟三:計(jì)算機(jī)對(duì)接收到的脈搏信息數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)采集界面進(jìn)行顯示;如圖4所示,是本實(shí)施例數(shù)據(jù)采集界面的顯示示意圖。
步驟四:計(jì)算機(jī)對(duì)接收到的脈搏信息數(shù)據(jù)按照時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行排序和計(jì)算分析;其中包括依次進(jìn)行的脈搏信息數(shù)據(jù)截?cái)嗵幚?、頻譜諧波分析和脈搏波特征值k值提取,其中對(duì)脈搏信息數(shù)據(jù)截?cái)嗵幚砜梢蕴岣呦到y(tǒng)速度并提高準(zhǔn)確度,頻譜諧波分析是以脈搏波不同諧波對(duì)應(yīng)人體不同經(jīng)絡(luò)健康信息,脈搏波特征值k值提取供進(jìn)一步時(shí)域特征值的提取分析。
本實(shí)施例所涉及的主要信號(hào)處理有脈搏信息數(shù)據(jù)截?cái)嗵幚怼㈩l譜諧波分析以及脈搏波特征值k值提取,脈搏信號(hào)為隨時(shí)間變化的低頻信號(hào),在檢測條件一定時(shí),信號(hào)為近似周期信號(hào),所以采集范圍內(nèi)有效信息較少,后續(xù)處理只需提取出有效信息即可,本實(shí)施例中采取加窗的方式截取所需信號(hào),首先由傳感器采集得到原始信號(hào)x1[n],總采樣點(diǎn)為n,單個(gè)采樣點(diǎn)為n,易知1≤n≤n,且n和n均為整數(shù),提取此信號(hào)有效部分并加窗處理,
步驟五,計(jì)算機(jī)對(duì)計(jì)算分析得出的數(shù)據(jù)結(jié)果以及歷史數(shù)據(jù)在結(jié)果分析界面進(jìn)行顯示,并通過存儲(chǔ)模塊進(jìn)行存儲(chǔ)或發(fā)送到云端模塊進(jìn)行存儲(chǔ)和共享;其中所述的數(shù)據(jù)結(jié)果包括平均動(dòng)脈壓、心臟指數(shù)、脈壓、外周阻力、心率、血管順應(yīng)性、每搏輸出量、血流半更新率、心輸出量、血流半更新時(shí)間、心搏指數(shù)、血流平均滯留時(shí)間以及診斷結(jié)果;如圖5所示,是本實(shí)施例結(jié)果分析界面的顯示示意圖。
本發(fā)明使用前端信號(hào)采集模塊光電式脈搏傳感器對(duì)人體ppg(photoplethysmograhic)脈搏波進(jìn)行采集,并對(duì)采集到的人體脈搏波信號(hào)進(jìn)行處理和分析,最后將人體脈搏波的波形和分析結(jié)果展現(xiàn)在計(jì)算機(jī)或移動(dòng)設(shè)備手機(jī)上,或者上傳到云端進(jìn)行存儲(chǔ)和共享;本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單,使用方便,成本低,性能穩(wěn)定,信息相互共享,在測量人體脈搏波信號(hào)的同時(shí)分析其醫(yī)學(xué)參數(shù),得出同一脈類所主的不同疾病間在脈象上的差異及機(jī)理,對(duì)測量者的健康狀態(tài)做出初步的分析,實(shí)現(xiàn)人體脈搏波診斷系統(tǒng)的小型化,提高人體脈搏波診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性,使脈診儀更加小型低功耗,測量結(jié)果更加精準(zhǔn)和可靠,有助于對(duì)脈象的深入研究和精準(zhǔn)的醫(yī)療判斷,本發(fā)明利用傅里葉變換實(shí)現(xiàn)了脈搏波診斷由人工診斷到儀器診斷的方式轉(zhuǎn)變,為未來醫(yī)療診斷大數(shù)據(jù)的處理打好基礎(chǔ),并且達(dá)到了快速、簡易、小型化、操作零門檻等優(yōu)點(diǎn),結(jié)合現(xiàn)代技術(shù),弘揚(yáng)了中醫(yī)的傳統(tǒng)文化,推進(jìn)醫(yī)療事業(yè)進(jìn)一步發(fā)展。
以上所述僅是本發(fā)明專利的優(yōu)選實(shí)施方式,應(yīng)當(dāng)指出,對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說,在不脫離本發(fā)明專利原理的前提下,還可以做出若干改進(jìn)和潤飾,這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明專利的保護(hù)范圍。