差分閉環(huán)采樣電路、脈診儀及中醫(yī)脈診系統(tǒng)健康服務平臺的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及中醫(yī)診療設備技術領域,更具體地涉及一種差分閉環(huán)采樣電路、脈診儀及中醫(yī)脈診系統(tǒng)健康服務平臺,特別是關于脈診診療的電路系統(tǒng)以及物聯(lián)網(wǎng)應用方案。
【背景技術】
[0002]PVDF傳感器已經(jīng)廣泛應用在現(xiàn)代中醫(yī)診療設備中,該傳感器憑借自身材料與參數(shù)優(yōu)勢已經(jīng)被人們在提取人體特征參數(shù)應用中作為優(yōu)選方案。但是伴隨越來越苛刻的應用環(huán)境,PVDF傳感器應用產(chǎn)生的一些問題也隨之暴露出來。
[0003 ]目前I Omm以上PVDF傳感器良好的特性、大量的極化電荷、相對穩(wěn)定參數(shù)特征以及屏蔽結(jié)構(gòu)使后續(xù)信號調(diào)理電路可以在不考慮電荷分享,電荷耗散,噪聲干擾,傳感器個體參數(shù)差異的條件下,實現(xiàn)脈搏波檢測的基本功能。但是,隨著柔性材料的進一步縮小,其本身的電容參數(shù)也會變小,產(chǎn)生的極化電荷量也會相應減少,這就使電荷分享和電荷耗散現(xiàn)象變得極為明顯,使得利用常規(guī)輸入阻抗運放和模擬開關這種通用信號調(diào)理電路無法得到有效信號;其次,PVDF傳感器尺寸的進一步減小還會帶來的傳感器個體參數(shù)一致性差的問題,因此,以陣列形式組成的小尺寸PVDF傳感器組無法測量某一位置及其周圍鄰域位置幾乎相同的信號。再次,PVDF傳感器在小尺寸下無法做屏蔽,引入的噪聲干擾極大。目前,沒有一種信號調(diào)理電路解決方案針對上述情況。
[0004]另外,現(xiàn)有中醫(yī)脈搏波檢測及控制電路系統(tǒng)基本以腕帶式加壓和三點機械加壓結(jié)構(gòu)為背景的信號控制處理系統(tǒng),其電路系統(tǒng)功能相對單一。沒有一種基于小型PVDF陣列傳感器脈搏波采集處理及其支撐復雜機械結(jié)構(gòu)外設的電路系統(tǒng)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]針對上述技術問題,本發(fā)明的目的在于提供一種差分閉環(huán)采樣電路、脈診儀及中醫(yī)脈診系統(tǒng)健康服務平臺,主要解決中醫(yī)脈診診療有效性問題,從掌握的脈診金標準為原點,通過精確的機械結(jié)構(gòu)和電路采集系統(tǒng)使中醫(yī)脈診治療標準化,提升診療有效性,減少中醫(yī)醫(yī)生由于長時間工作疲勞造成的診斷誤差,為沒有醫(yī)療條件的地方提供有效的中醫(yī)診療服務支撐,推動中醫(yī)科學發(fā)展。
[0006]為實現(xiàn)上述目的,作為本發(fā)明的一個方面,本發(fā)明提供了一種差分閉環(huán)采樣電路,包括:
[0007]脈診陣列傳感器,用于采集測試者的脈搏信號,且根據(jù)寸上、寸、關、尺、尺下診斷金標準設計傳感器陣列位置;以及
[0008]信號處理單元,用于對所述脈診陣列傳感器采集的脈搏信號進行數(shù)字處理。
[0009]其中,所述脈診陣列傳感器采用5X5的五行五列25點的柔性材料壓力傳感器結(jié)構(gòu),或者3X8的三行八列24點+離散I點的柔性材料壓力傳感器結(jié)構(gòu),其中所述離散I點的柔性材料壓力傳感器通過柔性導線接出,能夠根據(jù)操作者需要而調(diào)整檢測位置。
[0010]其中,所述脈診陣列傳感器的傳感器點行間距為傳感器點列間距的1.5倍至3倍。
[0011]其中,所述信號處理單元包括前置差分電荷放大電路、4階巴特沃斯低通濾波器、閉環(huán)反饋系統(tǒng)和支持正負電壓輸出的ADC/DAC電路;以及
[0012]所述信號處理單元優(yōu)選采用了總線技術。
[0013]其中,所述ADC/DAC電路的采樣頻率均在ΙΟΟ-ΙΟΟΟΚΗζ范圍之間,對所述中醫(yī)脈診傳感器裝置檢測到的脈搏信號實現(xiàn)過采樣。
[0014]其中,所述前置差分電荷放大電路包括高輸入阻抗的第一運算放大器、第二運算放大器,以及零漂移、低噪聲軌至軌的第一輸出運算放大器;其中第一運算放大器的反相輸入端與第一插頭的I端、第一電容的一端、第一電阻的一端相連,第一運算放大器的輸出端與第一電容的另一端、第一電阻的另一端相連,第一運算放大器的同相輸入端與第六電阻的一端、第二運算放大器的同相輸入端相連,第六電阻的另一端與GND相連;第二運算放大器的反相輸入端與第二插頭的I端、第十二電容的一端、第十九電阻的一端相連,第二運算放大器的輸出端與第十二電容的另一端、第十九電阻的另一端,第十五電阻的一端相連,第二插頭的2端與GND相連;第一輸出運算放大器的反相輸入端與第二電阻的一端、第五電阻的一端相連,第一輸出運算放大器的輸出端與第二電阻的另一端相連,第一輸出運算放大器的同相輸入端與第十五電阻的另一端、第十八電阻的一端相連,第十八電阻的另一端與GND相連;第一運算放大器的4端與-5V、第二電容一端相連,第二電容的另一端與GND相連;第一運算放大器的8端與+5V、第六電容一端相連,第六電容的另一端與GND相連;第一輸出運算放大器的11端與-5V、第三電容一端相連,第三電容的另一端與GND相連;第一輸出運算放大器的4端與+5V、第八電容一端相連,第八電容的另一端與GND相連;
[0015]所述4階巴特沃斯低通濾波器優(yōu)選包括零漂移、低噪聲軌至軌的第二輸出運算放大器和第三輸出運算放大器;第二輸出運算放大器的同相輸入端與第八電阻的一端、第四電容的一端相連,第四電容另一端與GND相連,第二輸出運算放大器的反向輸入端與第十二電阻的一端、第十六電阻的一端相連,第十六電阻的另一端與GND相連;第二輸出運算放大器的輸出端與第十二電阻的另一端、第十電容的另一端相連;第九電阻一端與第二輸出運算放大器相連,第九電阻的另一端與第十電阻的一端、第i 電容的一端相連;第三輸出運算放大器的同相輸入端與第十電阻的另一端、第五電容的一端相連,第五電容另一端與GND相連;第三輸出運算放大器的反向輸入端與第十三電阻的一端、第十七電阻的一端相連,第十七電阻的另一端與GND相連;第三輸出運算放大器的輸出端與第十三電阻的另一端、第十一電容的另一端相連;其中第八電阻、第十二電阻、第十六電阻、第四電容、第十電容和第九電阻、第十電阻、第十三電阻、第十七電阻、第五電容、第十一電容組成兩個二階低通濾波器,通過改變第十二電阻、第十六電阻、第十三電阻、第十七電阻組成四階巴特沃斯低通濾波器。
[0016]其中,所述信號處理單元包括前置差分電荷放大電路、4階巴特沃斯低通濾波器、8路并行輸入16位ADC電路、微處理控制單元、8路并行輸入16位數(shù)模轉(zhuǎn)換電位基準調(diào)整電路、8路跟隨器和8路加法器;以及
[0017]所述信號處理單元執(zhí)行如下的基值誤差校正流程:
[0018]在某一時間內(nèi)給定所述中醫(yī)脈診傳感器裝置的脈診陣列傳感器一個壓力值,壓力值通過前置差分電荷放大電路、4階巴特沃斯低通濾波器進入8路并行輸入16位ADC電路,該壓力值轉(zhuǎn)化為數(shù)字量進入微處理控制單元,微處理控制單元將處理過的信息送入8路并行輸入16位數(shù)模轉(zhuǎn)換電位基準調(diào)整電路,處理過的數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為模擬信號通過8路跟隨器與原始信號在8路加法器中相加修正,8路加法器將修正值進一步送入8路并行輸入16位ADC電路,該循環(huán)流程使所述脈診陣列傳感器中各傳感器的電壓值趨于一致。
[0019]作為本發(fā)明的另一個方面,本發(fā)明還提供了一種脈診儀,所述脈診儀包括如上所述的差分閉環(huán)采樣電路。
[0020]其中,所述脈診儀為家用便攜式脈診儀或醫(yī)用脈診儀。
[0021]作為本發(fā)明的再一個方面,本發(fā)明還提供了一種中醫(yī)脈珍系統(tǒng)健康服務平臺,包括:
[0022]如上所述的脈診儀;以及
[0023]云存儲和云處理平臺,用于對所述脈診儀/中醫(yī)脈診診療系統(tǒng)的檢測結(jié)果進行云存儲,并利用云計算進行后期病癥匹配和治療方案的選取。
[0024]本發(fā)明的差分閉環(huán)采樣電路、診療儀和健康服務平臺具有以下優(yōu)點:
[0025](I)本發(fā)明首次將大型診療機械結(jié)構(gòu)、差分閉環(huán)采樣系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)實施方案三者相結(jié)合,構(gòu)建中醫(yī)脈診診療系統(tǒng)健康服務平臺;該平臺通過機械設計保障患者脈搏提取的穩(wěn)定性和重復性,通過差分閉環(huán)采樣系統(tǒng)更客觀準確的采集患者脈搏數(shù)據(jù),通過物聯(lián)網(wǎng)實施方案使得中醫(yī)資源得到優(yōu)化配置,提升大眾對中醫(yī)醫(yī)學的認知度;
[0026](2)本發(fā)明中脈搏波傳感器測量結(jié)構(gòu)摒棄了傳統(tǒng)的基于腕帶式固定和充氣加壓的阻斷式測量結(jié)構(gòu),使傳感器不依附于手腕表面,而是固定于外部支撐結(jié)構(gòu),其加壓方式利用電機縱向推進的非阻斷式結(jié)構(gòu);該結(jié)構(gòu)一方面避免了傳統(tǒng)附著于手腕的固定和加壓方法給患者帶來額外的壓力感受,也避免了由于阻斷壓力過大帶來的體征參數(shù)改變,影響脈搏波采集準確性,進而無法實現(xiàn)中醫(yī)中“浮中沉”的思想;另一方面該結(jié)構(gòu)可以通過電機局部對手腕加壓實現(xiàn)“沉取”,而不腕帶加氣結(jié)構(gòu)在一定壓力下會對脈搏造成阻斷,無法實現(xiàn)“沉取”;
[0027](3)本發(fā)明中25點陣列(不局限為25點)傳感器可以大范圍測量脈搏波波動,為構(gòu)建大尺度脈搏波提供數(shù)據(jù)基礎,也為自動識別“寸關尺”提供數(shù)據(jù)依據(jù);
[0028](4)本發(fā)明中傳感器支持結(jié)構(gòu)運用彈簧觸點方式,避免了由于傳感器集成在同一介質(zhì)上,導致脈搏波通過某一點傳感器將波動傳導給介質(zhì),進而干擾所有傳感器的問題;
[0029](5)本發(fā)明中傳感器固定采用機械夾持方式,解決PVDF不能焊接的問題,而且傳感器引腳與電路板焊盤機械緊密接觸優(yōu)于傳感器導電膠布連接方式;
[0030](6)本發(fā)明的傳動結(jié)構(gòu)引入了人體保護結(jié)構(gòu),防止由于電機失控造成對患者的傷害;
[0031](7)本發(fā)明引入萬向臂結(jié)構(gòu),將脈診陣列傳感器裝配在萬向臂一端,方便醫(yī)生牽引使用;
[0032](8)本發(fā)明中引入診療椅結(jié)構(gòu),在保證患者手腕與心臟平齊的基礎上,提升患者診療舒適度,適于長時間脈搏檢測采集;彌補現(xiàn)有商品在患者測試體位上的考慮缺失,該缺失導致病患不能保持同一姿勢長時間的進行脈搏采集,極大地影響數(shù)據(jù)的重復性和穩(wěn)定性;
[0033](9)本發(fā)明中引入附帶溫度可調(diào)恒溫模塊的手腕支架,一方面提升患者舒適度,提供穩(wěn)定的檢測環(huán)境,另一方面防止因為環(huán)境變化導致血管收縮進而造成測量誤差;其金屬結(jié)構(gòu)便于清洗消毒;
[0034](10)本發(fā)明中陣列傳感器采用正面25點結(jié)構(gòu)和正面24點+離散I點結(jié)構(gòu),其25點結(jié)構(gòu)依據(jù)寸上、寸、關、尺、尺下,建立25點陣列。其5 X 5的排列方式有效地將寸上、寸、關、尺、尺下大面積覆蓋。正面24點+離散I點結(jié)構(gòu)在寸上、寸、關、尺、尺下的思想指導下,改為3X8的排列方式,增加了寸上、寸、關、尺、尺下的橫向長度,縮短了其縱向長度,適用于對某一細長區(qū)域進行精密采集;其離散I點結(jié)構(gòu)游離于正面24點結(jié)構(gòu),用于檢測反關脈這種特殊情況;
[0035](11)本發(fā)明引入換頭結(jié)構(gòu)可在正面25點結(jié)構(gòu)和正面24點+離散I點結(jié)構(gòu)之間切換,用于滿足不同檢測需要;
[0036](12)本發(fā)明引入一字線激光定位,便于對準腕橫紋;
[0037](13)本發(fā)明中引入診療椅結(jié)構(gòu),在保證患者手腕與心臟平齊的基礎上,提升患者診療舒適度,適于長時間脈搏檢測;
[0038](14)該結(jié)構(gòu)可配合差分閉環(huán)采樣系統(tǒng)進行傳感器陣列校正;
[0039 ] (15)前置差分電荷放大電路選用COMS高輸入阻抗結(jié)構(gòu),極大地降低PVDF傳感器電荷泄露問題;該電路通過差分結(jié)構(gòu)有效地抑制工頻干擾;
[0040](16)前置差分電荷放大電路在信號采集效果與電路復雜度進行折中,使該電路在結(jié)構(gòu)相對簡單的條件下,實現(xiàn)脈搏波檢測效果優(yōu)于現(xiàn)有的文獻報道的陣列用前置電荷放大器電路;
[0041](17)由于要求脈搏信號在通帶和阻帶內(nèi)增益平滑,因此差分閉環(huán)采樣電路選用四階巴特沃斯低通濾波器進行濾波,其四階低通濾波可以提供24db/倍頻的衰減,有效抑制30Hz以上的噪聲,在PCB空間有限情況下,四階濾波器能夠清晰分離出脈搏波信號,極大降低軟件濾波的壓力,節(jié)省軟件資源;
[0042](18)差分閉環(huán)采樣電路中的閉環(huán)反饋結(jié)構(gòu)實現(xiàn)PVDF多點陣列基值誤差校正。即在某一時間內(nèi)給定陣列傳感器組一個壓力值