光纖光柵脈搏測試頭、新型三路光學(xué)脈搏測試系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生理脈搏測量技術(shù)，特別是涉及一種新型的光學(xué)脈搏測試系統(tǒng)及測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]脈診是中醫(yī)的重要組成部分，它是中醫(yī)臨床應(yīng)用的基礎(chǔ)。隨著近些年中醫(yī)理論化進(jìn)程的加快，將高科技引入中醫(yī)，用精密儀器取代傳統(tǒng)中醫(yī)號脈的方式已勢在必行。近些年，國內(nèi)外已相繼開發(fā)了多重不同種類的脈搏測試系統(tǒng)，如北京的TP-CPS型分析儀、上海中醫(yī)藥大學(xué)的ZM-1、ZM-1II型脈象儀、德國Paik和Yoo研制的電子脈象儀等。脈搏測試模塊作為脈搏測試裝置的重要組成部分，它性能的好壞對輸出的脈搏波質(zhì)量有著最為直接的影響。
[0003]目前，在國內(nèi)外對于脈搏測量相關(guān)的研宄已經(jīng)經(jīng)過了幾十年的發(fā)展，其中，脈搏測試模塊中應(yīng)用的傳感器種類繁多，性能各異，其中應(yīng)用最為普遍的是:電學(xué)測量方法和光學(xué)測量方法。電學(xué)測量方法起步早，技術(shù)也相對成熟。電學(xué)測量方法最具代表性的是壓電式和壓阻式。但是電學(xué)方式測量往往具有測量裝置體積大、易受電磁干擾、精度低等缺點(diǎn)。
[0004]壓電式測量方法的測量原理是基于壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)壓電轉(zhuǎn)換，將脈搏信號轉(zhuǎn)化為電信號。專利號CN203447277U《一種腕帶式脈搏傳感器》采用的就是壓電式測量方法。該發(fā)明提出了一種腕帶式脈搏傳感器，該脈搏傳感器由金屬制成殼體再連接著腕帶，在殼體內(nèi)設(shè)有由PCB板、覆蓋在PCB板上的壓電薄膜以及與壓電薄膜緊密接觸的脈搏觸頭組成的脈搏傳感機(jī)構(gòu)，脈搏觸頭穿過殼體上設(shè)有的小孔與人體接觸；該脈搏傳感器通過將機(jī)械信號轉(zhuǎn)換為電信號，再將電信號進(jìn)行處理后得到脈搏。該測量裝置結(jié)構(gòu)體積小，且通過金屬外殼減弱了電磁等外界干擾，但由于壓電式測量方式本身存在著的測量精度低的缺點(diǎn)，雖然采用相應(yīng)的措施來減弱電磁對測量設(shè)備的干擾，但電磁干擾仍然存在，所以該設(shè)備無法在電磁干擾強(qiáng)的環(huán)境下使用。
[0005]壓阻式測量方法的測量原理是壓阻效應(yīng)，通過壓阻式傳感器來實(shí)現(xiàn)力學(xué)量的電學(xué)量的轉(zhuǎn)換，將脈搏信號轉(zhuǎn)化為電信號。專利號CN103622680A《中醫(yī)脈診儀》采用的就是壓阻式測量方法。該發(fā)明提出了包含脈枕、傳感器組件、呼吸門控系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)在內(nèi)的脈診儀系統(tǒng)，其中傳感器采用了不少于5X1的壓阻式傳感器向量，該傳感器向量排列在5_X1.5mm的直列中，每個傳感器獨(dú)立封裝。該發(fā)明還設(shè)計(jì)了通過滑片上下移動來調(diào)節(jié)取脈壓力的結(jié)構(gòu)。該裝置充分利用了壓阻式傳感器的特征，成本低，但該測量裝置存在溫度零點(diǎn)漂移，需要增加溫度補(bǔ)償電路。
[0006]相較于起步較早的電學(xué)測量方法，光學(xué)測量方法的發(fā)展歷史較短，但卻呈現(xiàn)出日新月異的發(fā)展趨勢。目前光學(xué)測量方法主要分為基于光電檢測以及光纖傳感兩種方式。專利號為CN1119517《活體信息測量裝置和腕帶式脈搏測量裝置》是基于光電檢測測量方法，根據(jù)光電容積法，通過對手指末端血管的反射光的監(jiān)測，間接檢測出脈波信號。該測量方法結(jié)構(gòu)簡單，可重復(fù)性好，并且提出了應(yīng)用遮光罩來減少由于外部光照變化而導(dǎo)致脈波的誤測。但仍無法避免二次反射光干擾的影響。該裝置測量精度低，且穩(wěn)定性差。
[0007]專利號為CN102772200A《脈診信號傳感器探頭及光纖脈診信息采集系統(tǒng)》是基于光纖傳感的測量原理。提出將光纖光柵運(yùn)用到脈搏測量的方法，并設(shè)計(jì)出了脈診信號測試模塊。但該發(fā)明并沒有考慮到溫度變化對測量結(jié)果的影響，由于光柵對溫度很敏感，會對應(yīng)變的測量產(chǎn)生很大的干擾。
[0008]中醫(yī)脈診講宄寸關(guān)尺、浮中沉，即同時對多個位置施加不同的力來進(jìn)行診斷，以提高脈搏信號的準(zhǔn)確性、全面性和可靠性。所以新一代的脈搏測試模塊也需要具備同時對多個位置進(jìn)行檢測和傳輸?shù)墓δ堋Ｒ虼?，如何將測試模塊準(zhǔn)確、快速、方便的固定在測量部位是評價測試頭優(yōu)良與否的重要指標(biāo)之一。
[0009]專利號為CN101732039A《一種撓動脈脈搏波檢測傳感器固定裝置》基于壓力傳感通過安裝兩個或兩個以上的壓電傳感器來實(shí)現(xiàn)對多位置脈搏波信號的檢測。該測量裝置包括用于夾持手腕的上卡和下卡，兩者通過轉(zhuǎn)軸相連，在上卡和下卡之間設(shè)置彈簧片來對測量部位施加壓力，來實(shí)現(xiàn)對多部位的測量。該測量裝置整體固定在一個類似于夾子的裝置上，所以該測量裝置除了前述的電學(xué)測量方法易被電磁信號干擾等缺點(diǎn)外，還存在著對測量部位處施力大小無法進(jìn)行量化控制的缺點(diǎn)，在這種情況下很容易出現(xiàn)因夾子施力過大而產(chǎn)生血管變形導(dǎo)致測量信息不準(zhǔn)。
[0010]上述發(fā)明雖然都實(shí)現(xiàn)了脈搏信號測量，但是測量裝置都具有一定的缺陷，比如，電學(xué)測量方法雖然成本低、商業(yè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展已相對成熟，但測量靈密度低、易受干擾、誤差大，單點(diǎn)測量等缺陷使其不能獲得足夠的脈搏信息，現(xiàn)有多點(diǎn)測量裝置復(fù)雜、調(diào)整過程繁瑣，也限制了該系統(tǒng)的推廣和應(yīng)用。而現(xiàn)有的光學(xué)測量方法中，光電容積法雖然使得測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，但卻容易受到外部光照及二次反射光的影響，導(dǎo)致測量精度和穩(wěn)定性下降；而光柵測量方法雖然測量精度高，但卻容易受到溫度的影響，需要在測量系統(tǒng)中加以改進(jìn)。同時，從專業(yè)的角度講，在設(shè)計(jì)脈搏測試系統(tǒng)時，需要同時測得寸關(guān)尺三個位置的脈搏波信號。
[0011]因此本發(fā)明吸取上述發(fā)明的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，提出一種利用光纖光柵傳感技術(shù)、結(jié)合具備穩(wěn)定性和舒適度并消除溫度影響的測量裝置的新型多點(diǎn)測量脈診儀。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明提出了一種光纖光柵脈搏測試頭、新型三路光學(xué)脈搏測試系統(tǒng)及方法，利用光纖光柵傳感技術(shù)實(shí)現(xiàn)人體脈搏信號的檢測。
[0013]本發(fā)明提出了一種光纖光柵脈搏測試頭，包括測量光纖光柵6、彈簧片3和支撐桿4構(gòu)成的彈簧片結(jié)構(gòu)，支撐桿4穿過彈簧片3兩端的小孔，固定在保護(hù)支架I和隔離板9上；彈簧片3受到的脈搏波垂直方向震動的力作用被支撐桿4進(jìn)行限位，彈簧片3帶動固定在彈簧片I上的測量光纖光柵6在水平方向被拉伸，產(chǎn)生軸向形變；產(chǎn)生形變的測量光纖光柵6中的反射波中心波長會產(chǎn)生偏移；測量光纖光柵6被固定在保護(hù)支架I上，光纖前端7接入射光源，光纖后端8接光纖解調(diào)儀；測量光纖光柵6的光纖前端7、光纖后端5這兩端固定在彈簧片3上。
[0014]本發(fā)明還提出來一種新型三路光學(xué)脈搏測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用于寸口位置測量的光纖光柵脈搏測試頭部分、用于關(guān)上位置測量的光纖光柵脈搏測試頭部分以及用于尺中位置測量的光纖光柵脈搏測試頭部分；這三部分設(shè)置于支撐板11和底座2構(gòu)成的空間內(nèi)；所述光纖光柵脈搏測試頭，包括測量光纖光柵6、彈簧片3和支撐桿4構(gòu)成的彈簧片結(jié)構(gòu)，彈簧片3受到的脈搏波垂直方向震動的力作用被支撐桿4進(jìn)行限位，彈簧片3帶動固定在彈簧片I上的測量光纖光柵6在水平方向被拉伸，產(chǎn)生軸向形變；產(chǎn)生形變的測量光纖光柵6中的反射波中心波長會產(chǎn)生偏移；測量光纖光柵6被固定在保護(hù)支架I上，光纖前端7接入射光源，光纖后端8接光纖解調(diào)儀；測量光纖光柵6的光纖前端7、光纖后端5這兩端固定在彈簧片3上。
[0015]本發(fā)明再提出了一種新型三路光學(xué)脈搏測試方法，該方法包括以下步驟:利用彈簧片結(jié)構(gòu)將光纖光柵反射波的中心波長與脈搏波之間建立起線性關(guān)系，通過將測量光纖光柵6的反射波長作為測量對象；
[0016]脈搏跳動產(chǎn)生的力通過彈簧片結(jié)構(gòu)之后，導(dǎo)致測量光纖光柵6產(chǎn)生形變；測量光纖光柵6的形變導(dǎo)致其反射光信號的中心波長發(fā)生偏移；測量光纖光柵6的反射光經(jīng)耦合器入射到波長解調(diào)部分，經(jīng)過數(shù)字信號處理得到反射波中心波長的數(shù)值；反射波中心波長的數(shù)值體現(xiàn)了人體脈搏波的變化；對該信號進(jìn)行放大、濾波、分離等處理，得到脈搏波的波形圖。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用光學(xué)方法同時提取寸關(guān)尺三處的脈搏信號，測量裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、測量精度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)；并且，是一種針對電學(xué)測量方法存在的固有缺點(diǎn)而提出的具有較高可靠性、精確性的光學(xué)測量方法。
【附圖說明】
[0018]圖1為單個光纖光柵脈搏測試頭的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]附圖標(biāo)記為:1、保護(hù)支架；2、底座；3、彈簧片；4、支撐桿；5、參考光柵；6、測量光纖光柵；7、光纖前端；8、光纖后端；9、隔離板；10、壓力控制裝置；
[0020]圖2為本發(fā)明的新型三路光學(xué)脈搏測試系統(tǒng)的完整結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]附圖標(biāo)記為:11、支撐板；12、寸口光纖光柵脈搏測試頭部分；13、關(guān)上光纖光柵脈搏測試頭部分；14、尺中光纖光柵脈搏測試頭部分。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)描述，這些實(shí)施方式若存在示例性的內(nèi)容，不應(yīng)解釋成對本發(fā)明的限制。
[0023]本發(fā)明提出了一種利用光纖光柵傳感器來對脈搏信號進(jìn)行準(zhǔn)確測量的方法，是一種通過光學(xué)方法對傳統(tǒng)中醫(yī)脈診智能化的檢測手段。
[0024]光纖光柵是一段刻寫在光纖中的、纖芯折射率呈軸向周期性變化的衍射光柵。光纖光柵具有體積小