基本信息
- 项目名称：
- 人体脉象分析装置
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本项目包括电路板的设计、程序的编写、串口的实现等几部分。电路板主要是利用Atmega8L单片机采集数据并进行模数转换，处理得到所需数据，为整个装置的初始阶段做准备，并将处理好的数据储存在单片机中，方便提取。串口的实现主要是利用CH341A芯片将装置的接口与PC机的接口连接起来，将所需数据从Atmega8L中提取出来传送至VB界面上。
- 详细介绍：
- 一、脉象的形成、发展 脉象是脉动应指的形象。中医认为：心主血脉，心脏搏动推动血液排入血管，从而形成脉的搏动。脉象的形成与心脏的搏动、脉道的通利和气血的盈亏直接相关。人体的血脉贯通全身，内连脏腑，外达肌表，运行气血，周流布休，故脉象能反映全身脏腑和精气神的整体状况。在我国传统医学中的脉诊是最具特色的诊断方法和主要组成部分，发展中积累了丰富的知识和经验，具有很深的科学内涵和久经考验的客观效果，发展成为一门诊断科学——脉象学。所谓脉诊就是医生用手指切按病人有关动脉，以手指触觉探测脉搏的脉象，借以了解病情，辨别病症的诊断方法。它是通过验证望、闻、问、切四诊所得的临床资料，进行综合分析，从而得到完整而正确诊断的主观指标。 随着中医学的发展，脉诊作为无创伤检测手段和方法，已被广泛地应用到临床和生理指标的测定上。但是，传统的脉诊只是靠不同指法下的指面感觉来分辨脉象，由于缺乏明确的物理含义，加之切脉者的主观差异，仅用文字和语言描述和记录脉象，比较抽象模糊，初学者难以掌握，脉象的鉴别始终不尽人意。而且脉象会因为性别、年龄等的不同而存在着差异，但具体的差异在何处仅通过脉诊无法客观、直接地让人理解。自20世纪50年代以来，随着西医学、数学、生物力学、信息工程学等多学科在中医领域的渗透，中国脉象信号处理的理论与方法均有了较大的进展，在脉学理论化，脉诊客观化，临床诊断和实验研究等方面开展了大量的工作，取得快速的进展。客观、准确地将信号提取出来并进行相应的信号处理、分析已成为当前研究的重点，因此，脉诊的客观化是很有现实意义的。 二、 作品设计创意 人体脉象测试仪根据传统中医的脉象学为理论依据，利用现代技术、将人体脉象显示出来，以便分析。目前这项技术并不十分成熟，特别是对人体脉象的分析，还处于探索阶段。目前对人体脉象信息的采集，主要有两种方法，一种是采用振动传感器，提取脉搏的跳动。另一种是用红外传感器测血容积的变化。两种方法各有千秋。本装置采用第二种方法，利用现有的电脑与单片机、传感器相结合把人体的脉象通过电脑的强大处理功能处理后显示出来。这套装置与现有的医疗器械相比，有更高的性能价格比。而且，体积小、携带十分方便。正因为本套装置性价比高，从而可以让更多的人参与人体脉象与人体健康状况之间的关系的研究。本课题组相信，人类最终能建立人体脉象与人体健康状况之间的关系的正确数学模型。使“号脉”不再具有“号脉者”的主观性。 三、项目实现介绍 本项目全是本科生在课余时间在指导老师牺牲自己休息时间的情况下完成的，其中包括电路板的设计、程序的编写、串口的实现等几部分。 电路板主要是利用Atmega8L单片机采集数据并进行模数转换，处理得到所需数据，为整个装置的初始阶段做准备，并将处理好的数据储存在单片机中，方便提取。Atmega8L单片机功能实用，价格低廉，能为整个产品降低成本。 串口的实现主要是利用CH341A芯片将装置的接口与PC机的接口连接起来，将所需数据从Atmega8L中提取出来传送至VB界面上。 程序的编写是利用课余时间自学的VB语言，由于此语言功能强大，且能做出漂亮的界面，所以我组采用了此语言来编写程序。利用一定的程序代码将所需的数据从Atmega8L直接提取，实现了仪器夹住手指时，VB界面上马上就能准确显示人体的脉象。即使被测者不懂医学知识，也能判断出自己脉象的平稳状况，并对自己健康状有所了解。 四、脉象装置显示图像的分析 与正常脉象相比,中医所述20多种病理脉象被概括为脉率失真、脉位失真和脉形失真3种基本类型。以本脉象装置仪为研究对象,并与常脉作对照,进而由图像分析不同的脉象情况。 常脉图像 洪脉 本研究结果所得主要观点如下: 1)洪脉信号表征人体血流量较大,细脉信号表征人体血流量较小.本研究血流量分析结果证明,洪脉显示人体气血沸腾,血流加速,血管扩张;而细脉则表明失血少血,血压降低,血管回缩.同医学论述完全一致. 2)洪脉信号所表现的高能量不仅高于细脉,而且高于常脉.细脉信号能量最低,符合病脉常理;但洪脉属病理之脉,其能量高于健康人之脉,似与常识不合.这种现象同我们研究过的浮脉显示人体能量高于常脉的结果一致,这是由于病毒的入侵必使患者肌体聚能而产生本能的反抗,致使能量较之常人为高,同时能量向高频段扩散,全面抵抗病毒的入侵.洪脉信号表现出高血量、高能量特征,比浮脉有过之而无不及,是因为实热或风湿性疾病致使心脏搏动急促有力,血流增多加快,血管饱满膨胀,脉压大幅提高.与浮脉表现的疾病初起阶段相比,洪脉反映出疾病深度侵入,使患者肌体高度聚能响应,二者相持相争达到相当剧烈的程度,表现为病重高热,但人体还有相当实力,尚未到疾病后期.细脉信号表现出低血量、低能量特征,比沉脉发生在疾病后期的状态可能更差.患者肌体耗能过多,能量低于常人,而且越是严重的病人,谱能比越高,能量越向低频段集中,使能量尽可能重点用于维持心脏搏动的基频,不至于分散于高频率的多次谐波之中. 3)洪脉、细脉信号相位的正负交变频繁是人体抗病状态激化和危重的标志.本研究所取洪脉、细脉都是病脉信号,与常脉信号相比,其相位的正负交变频繁,同我们沉脉与浮脉相位交变频繁的研究结果以及滑脉与涩脉相位交变频繁的研究结果相合.如果说沉脉、浮脉信号相位异常是人体得病的标志,那么洪脉、细脉信号相位异常则是人体抗病状态激化和危重的标志.与浮脉信号有所不同的是洪脉信号一波多折,大折之中含有小折.这些大小波动缩张周期的频繁,表明人体要集聚更多、以至最大的能量以满足激烈抗病之急需,不仅满足基频段需要,而且向高频段的多次谐波全面扩散.而常脉搏动平缓则表明无须透支供给.细脉信号的患者长期体耗,低血、低能量状态已无力支撑肌体对疾病的抗争,心力衰竭,只得做更加频繁的小搏动维持人体供给,表现为细脉信号情 况做出一定的判断。
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 本产品主要是用于测量人体的脉搏跳动进而分析出不同年龄、性别的不同状况。利用PC机对脉象信号进行采集处理，将所得数据以图像的形式显示在VB界面上。作品的关键是：①制作电路板；②采用USB接口技术将具体程序烧录至Atmega8L单片机；③将烧录成功的单片机程序中的数据变为图像并显示在PC机界面上。可以在此产品的基础上开发出对人类更有意义的医疗设备。 技术参数： 参数 最小值 典型值 最大值 单位 工作电压 5 12 V 工件电流 20 mA 工件环境温度 -40 85 oC 储存环境温度 -40 125 oC 输出幅度 0.2 1 V
科学性、先进性
- 本作品是在前人成品的基础上进行一定的创新，与现有昂贵的同等指标的产品相比，此作品的成本低廉，且可用持续性好，在技术上虽略显粗糙，但可在此作品的基础上能开发出更多优秀的产品。比如：将此产品与市场上备受青睐的按摩椅相联系，可根据不同人的需求调节出适合自己脉搏频率的震动响应，并可在此按摩椅上装入需求者喜爱的音乐。从医学的角度对于不同性别的脉搏有以下看法:性别差异与脉象存在着密切的相关性,因此在临床上诊脉的时候,要注意辨别性别差异对脉象的影响,多见于男性的是生理性迟脉、缓脉、实脉的重要特点,多见于女性的是生理性数脉、细脉的重要特点。
获奖情况及鉴定结果
- 2011年五月在重庆师范大学荣获校级二等奖
作品所处阶段
- 实验阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物、产品，现场演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本作品是将设计制作好的电路板和PC机以及USB和红外脉搏传感器连接，通过串口调试实现在PC机上用VB平台设计出了波形显示界面显示脉搏跳动的波形。本作品方便，成本低廉，能验证出脉搏的波形会因性别、年龄、环境的不同而有所差异。如果能在界面上显示脉搏波形的同时能显示心率，则可以检查出人的心脏正常情况，及时检测出人的健康状况。如果这个问题能解决，我们设想把设计的装置与市面上的按摩毯连接起来，实现人体的脉搏跳动来控制按摩毯的振动频率，力求做到脉搏跳动频率与按摩毯的振动频率一致。与市场上的按摩毯相比有不一样的按摩功能，可以根据需要调节不同按摩频率，也可以根据自己的心率控制按摩，给人更舒适的选择，更好的利用此装置为人体的健康服务。增加的这种按摩方式将会更受广大人名群众的青睐，从而带来良好的经济效益。
同类课题研究水平概述
- 自20世纪50年代初始,我国有许多医学界乃至其他学科的学者,对脉学的理论、脉诊客观化、临床诊断和实验研究等方面进行科学研究,开展了大量的工作,做出了艰辛的努力,对脉象形成的机制及生理病理意义方面有了较深入的认识,为脉诊客观化研究奠定了一定基础。脉象仪的研发又是脉诊客观化研究工作的先导,它是临床脉诊客观化的基础。我国先后开发并生产了十几种脉象仪,主要应用于科研和教学,促进了脉象客观化研究。但是由于其种种的局限性,至今未能广泛应用于临床各个领域。早在上世纪50年代就有人应用杠杆式脉博描记仪,试图通过机械能的作用,直接描记高血压弦脉脉搏波形,但失真性较大。50年代末,有人研制出以酒石酸钾钠压电晶片为换能器的脉搏描记仪,初步获得了中医弦脉、滑脉、平脉等特征图形。60年代初研制的“20型三线脉象仪”则能够对寸、关、尺三部切脉压力进行调节和脉图测定。70年代初,中国科学院分院利用电子学的新进展研制出BYS-14型脉象仪。80年代初魏韧研制出MTY-A型脉图仪。1987年,李景唐借鉴以往经验研制出MX-5型多功能中医脉象仪。2000年上海中医药大学研制出ZM-Ⅲ型智能脉象仪。近些年来,由于新材料技术及电子计算机技术的突飞猛进,以及向医学领域的渗透,促进了脉象信息采集、处理、图像表述和运用等的进展,为脉象仪向自动化和智能化发展以及与临床应用相结合提供了良好的条件。 目前，有关脉象信号识别系统的研究已经取得了一系列的研究成果，并且与实际应用相结合，开展了相关的实用化研究。但是，它所面临的挑战与提高的潜力也是巨大的，系统的性能仍然需要进一步的提高，这就需要人们能够从脉象信号的特征提取、现有模型的改进或者新的模型的提出及一些识别策略的研究上进行长期的探索。 在现有脉象信号识别技术的基础上，本课题的研究工作主要比起同类产品来说，其优势在于：①该仪器造价、成本低廉,测试较灵敏:具有一定的检测重复性，使得本仪器可以重复使用,而且测得的数据具有一定的精度；界面显示能模拟出人体脉搏跳动的情况,反映的信息较为真实。缺点:虽然此仪器较以往同类仪器有很大的改进,但仍不能象中医切脉那样实现对脉象信息的全面采集。
