基本信息
- 項目名稱：
- 人體脈象分析裝置
- 小類：
- 信息技術
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本項目包括電路板的設計、程序的編寫、串口的實現(xiàn)等幾部分。電路板主要是利用Atmega8L單片機采集數(shù)據(jù)并進行模數(shù)轉換，處理得到所需數(shù)據(jù)，為整個裝置的初始階段做準備，并將處理好的數(shù)據(jù)儲存在單片機中，方便提取。串口的實現(xiàn)主要是利用CH341A芯片將裝置的接口與PC機的接口連接起來，將所需數(shù)據(jù)從Atmega8L中提取出來傳送至VB界面上。
- 詳細介紹：
- 一、脈象的形成、發(fā)展 脈象是脈動應指的形象。中醫(yī)認為：心主血脈，心臟搏動推動血液排入血管，從而形成脈的搏動。脈象的形成與心臟的搏動、脈道的通利和氣血的盈虧直接相關。人體的血脈貫通全身，內連臟腑，外達肌表，運行氣血，周流布休，故脈象能反映全身臟腑和精氣神的整體狀況。在我國傳統(tǒng)醫(yī)學中的脈診是最具特色的診斷方法和主要組成部分，發(fā)展中積累了豐富的知識和經(jīng)驗，具有很深的科學內涵和久經(jīng)考驗的客觀效果，發(fā)展成為一門診斷科學——脈象學。所謂脈診就是醫(yī)生用手指切按病人有關動脈，以手指觸覺探測脈搏的脈象，借以了解病情，辨別病癥的診斷方法。它是通過驗證望、聞、問、切四診所得的臨床資料，進行綜合分析，從而得到完整而正確診斷的主觀指標。 隨著中醫(yī)學的發(fā)展，脈診作為無創(chuàng)傷檢測手段和方法，已被廣泛地應用到臨床和生理指標的測定上。但是，傳統(tǒng)的脈診只是靠不同指法下的指面感覺來分辨脈象，由于缺乏明確的物理含義，加之切脈者的主觀差異，僅用文字和語言描述和記錄脈象，比較抽象模糊，初學者難以掌握，脈象的鑒別始終不盡人意。而且脈象會因為性別、年齡等的不同而存在著差異，但具體的差異在何處僅通過脈診無法客觀、直接地讓人理解。自20世紀50年代以來，隨著西醫(yī)學、數(shù)學、生物力學、信息工程學等多學科在中醫(yī)領域的滲透，中國脈象信號處理的理論與方法均有了較大的進展，在脈學理論化，脈診客觀化，臨床診斷和實驗研究等方面開展了大量的工作，取得快速的進展。客觀、準確地將信號提取出來并進行相應的信號處理、分析已成為當前研究的重點，因此，脈診的客觀化是很有現(xiàn)實意義的。 二、 作品設計創(chuàng)意 人體脈象測試儀根據(jù)傳統(tǒng)中醫(yī)的脈象學為理論依據(jù)，利用現(xiàn)代技術、將人體脈象顯示出來，以便分析。目前這項技術并不十分成熟，特別是對人體脈象的分析，還處于探索階段。目前對人體脈象信息的采集，主要有兩種方法，一種是采用振動傳感器，提取脈搏的跳動。另一種是用紅外傳感器測血容積的變化。兩種方法各有千秋。本裝置采用第二種方法，利用現(xiàn)有的電腦與單片機、傳感器相結合把人體的脈象通過電腦的強大處理功能處理后顯示出來。這套裝置與現(xiàn)有的醫(yī)療器械相比，有更高的性能價格比。而且，體積小、攜帶十分方便。正因為本套裝置性價比高，從而可以讓更多的人參與人體脈象與人體健康狀況之間的關系的研究。本課題組相信，人類最終能建立人體脈象與人體健康狀況之間的關系的正確數(shù)學模型。使“號脈”不再具有“號脈者”的主觀性。 三、項目實現(xiàn)介紹 本項目全是本科生在課余時間在指導老師犧牲自己休息時間的情況下完成的，其中包括電路板的設計、程序的編寫、串口的實現(xiàn)等幾部分。 電路板主要是利用Atmega8L單片機采集數(shù)據(jù)并進行模數(shù)轉換，處理得到所需數(shù)據(jù)，為整個裝置的初始階段做準備，并將處理好的數(shù)據(jù)儲存在單片機中，方便提取。Atmega8L單片機功能實用，價格低廉，能為整個產(chǎn)品降低成本。 串口的實現(xiàn)主要是利用CH341A芯片將裝置的接口與PC機的接口連接起來，將所需數(shù)據(jù)從Atmega8L中提取出來傳送至VB界面上。 程序的編寫是利用課余時間自學的VB語言，由于此語言功能強大，且能做出漂亮的界面，所以我組采用了此語言來編寫程序。利用一定的程序代碼將所需的數(shù)據(jù)從Atmega8L直接提取，實現(xiàn)了儀器夾住手指時，VB界面上馬上就能準確顯示人體的脈象。即使被測者不懂醫(yī)學知識，也能判斷出自己脈象的平穩(wěn)狀況，并對自己健康狀有所了解。 四、脈象裝置顯示圖像的分析 與正常脈象相比,中醫(yī)所述20多種病理脈象被概括為脈率失真、脈位失真和脈形失真3種基本類型。以本脈象裝置儀為研究對象,并與常脈作對照,進而由圖像分析不同的脈象情況。 常脈圖像 洪脈 本研究結果所得主要觀點如下: 1)洪脈信號表征人體血流量較大,細脈信號表征人體血流量較小.本研究血流量分析結果證明,洪脈顯示人體氣血沸騰,血流加速,血管擴張;而細脈則表明失血少血,血壓降低,血管回縮.同醫(yī)學論述完全一致. 2)洪脈信號所表現(xiàn)的高能量不僅高于細脈,而且高于常脈.細脈信號能量最低,符合病脈常理;但洪脈屬病理之脈,其能量高于健康人之脈,似與常識不合.這種現(xiàn)象同我們研究過的浮脈顯示人體能量高于常脈的結果一致,這是由于病毒的入侵必使患者肌體聚能而產(chǎn)生本能的反抗,致使能量較之常人為高,同時能量向高頻段擴散,全面抵抗病毒的入侵.洪脈信號表現(xiàn)出高血量、高能量特征,比浮脈有過之而無不及,是因為實熱或風濕性疾病致使心臟搏動急促有力,血流增多加快,血管飽滿膨脹,脈壓大幅提高.與浮脈表現(xiàn)的疾病初起階段相比,洪脈反映出疾病深度侵入,使患者肌體高度聚能響應,二者相持相爭達到相當劇烈的程度,表現(xiàn)為病重高熱,但人體還有相當實力,尚未到疾病后期.細脈信號表現(xiàn)出低血量、低能量特征,比沉脈發(fā)生在疾病后期的狀態(tài)可能更差.患者肌體耗能過多,能量低于常人,而且越是嚴重的病人,譜能比越高,能量越向低頻段集中,使能量盡可能重點用于維持心臟搏動的基頻,不至于分散于高頻率的多次諧波之中. 3)洪脈、細脈信號相位的正負交變頻繁是人體抗病狀態(tài)激化和危重的標志.本研究所取洪脈、細脈都是病脈信號,與常脈信號相比,其相位的正負交變頻繁,同我們沉脈與浮脈相位交變頻繁的研究結果以及滑脈與澀脈相位交變頻繁的研究結果相合.如果說沉脈、浮脈信號相位異常是人體得病的標志,那么洪脈、細脈信號相位異常則是人體抗病狀態(tài)激化和危重的標志.與浮脈信號有所不同的是洪脈信號一波多折,大折之中含有小折.這些大小波動縮張周期的頻繁,表明人體要集聚更多、以至最大的能量以滿足激烈抗病之急需,不僅滿足基頻段需要,而且向高頻段的多次諧波全面擴散.而常脈搏動平緩則表明無須透支供給.細脈信號的患者長期體耗,低血、低能量狀態(tài)已無力支撐肌體對疾病的抗爭,心力衰竭,只得做更加頻繁的小搏動維持人體供給,表現(xiàn)為細脈信號情 況做出一定的判斷。
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 本產(chǎn)品主要是用于測量人體的脈搏跳動進而分析出不同年齡、性別的不同狀況。利用PC機對脈象信號進行采集處理，將所得數(shù)據(jù)以圖像的形式顯示在VB界面上。作品的關鍵是：①制作電路板；②采用USB接口技術將具體程序燒錄至Atmega8L單片機；③將燒錄成功的單片機程序中的數(shù)據(jù)變?yōu)閳D像并顯示在PC機界面上?？梢栽诖水a(chǎn)品的基礎上開發(fā)出對人類更有意義的醫(yī)療設備。 技術參數(shù)： 參數(shù) 最小值 典型值 最大值 單位 工作電壓 5 12 V 工件電流 20 mA 工件環(huán)境溫度 -40 85 oC 儲存環(huán)境溫度 -40 125 oC 輸出幅度 0.2 1 V
科學性、先進性
- 本作品是在前人成品的基礎上進行一定的創(chuàng)新，與現(xiàn)有昂貴的同等指標的產(chǎn)品相比，此作品的成本低廉，且可用持續(xù)性好，在技術上雖略顯粗糙，但可在此作品的基礎上能開發(fā)出更多優(yōu)秀的產(chǎn)品。比如：將此產(chǎn)品與市場上備受青睞的按摩椅相聯(lián)系，可根據(jù)不同人的需求調節(jié)出適合自己脈搏頻率的震動響應，并可在此按摩椅上裝入需求者喜愛的音樂。從醫(yī)學的角度對于不同性別的脈搏有以下看法:性別差異與脈象存在著密切的相關性,因此在臨床上診脈的時候,要注意辨別性別差異對脈象的影響,多見于男性的是生理性遲脈、緩脈、實脈的重要特點,多見于女性的是生理性數(shù)脈、細脈的重要特點。
獲獎情況及鑒定結果
- 2011年五月在重慶師范大學榮獲校級二等獎
作品所處階段
- 實驗階段
技術轉讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品，現(xiàn)場演示
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 本作品是將設計制作好的電路板和PC機以及USB和紅外脈搏傳感器連接，通過串口調試實現(xiàn)在PC機上用VB平臺設計出了波形顯示界面顯示脈搏跳動的波形。本作品方便，成本低廉，能驗證出脈搏的波形會因性別、年齡、環(huán)境的不同而有所差異。如果能在界面上顯示脈搏波形的同時能顯示心率，則可以檢查出人的心臟正常情況，及時檢測出人的健康狀況。如果這個問題能解決，我們設想把設計的裝置與市面上的按摩毯連接起來，實現(xiàn)人體的脈搏跳動來控制按摩毯的振動頻率，力求做到脈搏跳動頻率與按摩毯的振動頻率一致。與市場上的按摩毯相比有不一樣的按摩功能，可以根據(jù)需要調節(jié)不同按摩頻率，也可以根據(jù)自己的心率控制按摩，給人更舒適的選擇，更好的利用此裝置為人體的健康服務。增加的這種按摩方式將會更受廣大人名群眾的青睞，從而帶來良好的經(jīng)濟效益。
同類課題研究水平概述
- 自20世紀50年代初始,我國有許多醫(yī)學界乃至其他學科的學者,對脈學的理論、脈診客觀化、臨床診斷和實驗研究等方面進行科學研究,開展了大量的工作,做出了艱辛的努力,對脈象形成的機制及生理病理意義方面有了較深入的認識,為脈診客觀化研究奠定了一定基礎。脈象儀的研發(fā)又是脈診客觀化研究工作的先導,它是臨床脈診客觀化的基礎。我國先后開發(fā)并生產(chǎn)了十幾種脈象儀,主要應用于科研和教學,促進了脈象客觀化研究。但是由于其種種的局限性,至今未能廣泛應用于臨床各個領域。早在上世紀50年代就有人應用杠桿式脈博描記儀,試圖通過機械能的作用,直接描記高血壓弦脈脈搏波形,但失真性較大。50年代末,有人研制出以酒石酸鉀鈉壓電晶片為換能器的脈搏描記儀,初步獲得了中醫(yī)弦脈、滑脈、平脈等特征圖形。60年代初研制的“20型三線脈象儀”則能夠對寸、關、尺三部切脈壓力進行調節(jié)和脈圖測定。70年代初,中國科學院分院利用電子學的新進展研制出BYS-14型脈象儀。80年代初魏韌研制出MTY-A型脈圖儀。1987年,李景唐借鑒以往經(jīng)驗研制出MX-5型多功能中醫(yī)脈象儀。2000年上海中醫(yī)藥大學研制出ZM-Ⅲ型智能脈象儀。近些年來,由于新材料技術及電子計算機技術的突飛猛進,以及向醫(yī)學領域的滲透,促進了脈象信息采集、處理、圖像表述和運用等的進展,為脈象儀向自動化和智能化發(fā)展以及與臨床應用相結合提供了良好的條件。 目前，有關脈象信號識別系統(tǒng)的研究已經(jīng)取得了一系列的研究成果，并且與實際應用相結合，開展了相關的實用化研究。但是，它所面臨的挑戰(zhàn)與提高的潛力也是巨大的，系統(tǒng)的性能仍然需要進一步的提高，這就需要人們能夠從脈象信號的特征提取、現(xiàn)有模型的改進或者新的模型的提出及一些識別策略的研究上進行長期的探索。 在現(xiàn)有脈象信號識別技術的基礎上，本課題的研究工作主要比起同類產(chǎn)品來說，其優(yōu)勢在于：①該儀器造價、成本低廉,測試較靈敏:具有一定的檢測重復性，使得本儀器可以重復使用,而且測得的數(shù)據(jù)具有一定的精度；?界面顯示能模擬出人體脈搏跳動的情況,反映的信息較為真實。缺點:雖然此儀器較以往同類儀器有很大的改進,但仍不能象中醫(yī)切脈那樣實現(xiàn)對脈象信息的全面采集。
