CN110974193A - 一种人体功能状态评估装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种人体功能状态评估装置,属于医疗器械技术领域。该装置包括传感器阵列、信号处理单元和评估单元,信号处理单元分别与所述传感器阵列和评估单元相连,传感器阵列中的传感器设置在人体不同的波动点处;其中,传感器阵列,用于同步采集人体不同静态压力下各波动点处的压力信号,其中,压力信号包括实际静态压力与动态压力信号;信号处理单元,用于对各波动点处的压力信号进行预处理;评估单元,用于根据处理后的压力信号评估人体功能状态。该装置还可通过加压单元向12个采集点施加压力,维持腕带压力,以达到采集不同实际静态压力下各波动点压力信号的目的,该装置结构简单,采集精度高,使用方便,可以准确评估人体功能状态。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械领域,特别是涉及一种人体功能状态评估装置。
背景技术
随着生活节奏的加快,心理上的急躁、紧张、压抑情绪极易影响人体血液在人体各位置的分配情况。造成人体上下温度性差异,中医称之为上热下寒或者上寒下热的体质。人体长期精神上抑郁不畅,很容易导致大脑皮层的功能紊乱,引起一系列病理变化,涉及植物神经,引起迷走神经功能亢奋,抑制心脏的传导系统,使得心肌收缩能力和传导速度均受到抑制干扰。由于受到目前传感器灵敏度的限制,心脏出现的节律不齐,快慢不齐,有力无力等无法在心电图上直接观察到。脉搏波是心脏的搏动(振动)沿动脉血管和血流向外周传播而形成的。脉搏波在人体颈动脉,手腕桡动脉,足背胫前动脉脉搏波的强度,脉搏波传导速度等信息能够反映心脏血液的分配情况,脉搏波传到至人体颈动脉,手腕桡动脉,足背胫前动脉时有一定的衰减,能够反映心脏的节律情况。受到心脏波动的强弱的影响,尤其是心衰病人,心脏的波动能力不稳定,当脉搏波传到人体颈动脉、手腕桡动脉及足背胫前动脉时的脉率与心率有一定的差异性。当人体机能出现某些问题时候,比如,人体的呼吸有可能会发生喘、哮、少气、短气,呼吸气粗、呼吸气微等一些病理性的特征。而目前西医主要利用心电仪测量人体心脏的波动信息,利用听诊器去感知呼吸的变化,中医利用脉诊仪检测手腕桡动脉信息,这两种方法均缺乏对人体功能状态的整体认识,因此市场上需要一种对人体功能状态整体评估的装置。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一,提供一种功能状态评估装置。
本发明提供一种功能状态评估装置,包括传感器阵列、信号处理单元和评估单元,所述信号处理单元分别与所述传感器阵列和所述评估单元相连,所述传感器阵列中的传感器设置在人体不同的波动点处;其中,
所述传感器阵列,用于同步采集人体不同静态压力下各所述波动点处的压力信号;
所述信号处理单元,用于对各所述波动点处的所述压力信号进行预处理;
所述评估单元,用于根据处理后的所述压力信号,评估人体功能状态。
可选的,所述压力信号包括实际静态压力信号和动态压力信号;并且,
采用并行采集方式同步采集人体不同静态压力下各所述波动点处的所述压力信号。
可选的,还包括加压单元,所述加压单元用于在所述传感器阵列采集压力信号之前或采集的过程中,向各所述波动点处的腕带施压,以维持各所述腕带的压力信号处于预定值。
可选的,所述加压单元包括压力传感器、比较模块以及微型电动机,所述压力传感器输出端与所述比较模块输入端连接,所述比较模块输出端与所述微型电动机输入端连接,所述微型电动机以及所述压力传感器均与各所述腕带连接;其中,
所述压力传感器,用于采集人体表面的所述压力信号,并将所述压力信号发送至所述比较模块;
所述比较模块,用于将所述压力信号与预先存储的标准压力进行比较;
所述微型电动机,用于根据所述比较结果进行转动以调整压力信号。
可选的,所述加压单元可采用绷带收缩加压方式、机械加压方式和手动加压方式中任意一者。
可选的,所述信号处理单元包括前置放大电路、多路AD转换与控制电路以及电路隔离驱动电路及以太网芯片;其中,
所述前置放大电路的第一输入端与所述传感器阵列连接,所述前置放大电路的第二输入端与所述压力传感器连接,所述前置放大电路的输出端与所述多路AD转换与控制电路的输入端连接,所述多路AD转换与控制电路的输出端与所述电路隔离驱动电路及以太网芯片的输入端连接,所述电路隔离驱动电路及以太网芯片的输出端与所述评估单元的输入端连接。
可选的,所述信号处理单元还包括电源模块和隔离电源,所述电源模块的输出端与所述隔离电源的输入端连接,所述隔离电源的输出端与所述前置放大电路和所述多路AD转换与控制电路连接。
可选的,所述信号处理单元还包括光电隔离驱动电路和加压电路,所述光电隔离驱动电路的输入端与所述多路AD转换与控制电路的输出端连接,所述光电隔离驱动电路的输出端与所述加压电路的输入端连接,所述加压电路的输出端与所述加压单元的输入端连接。
可选的,所述评估单元包括显示模块和存储模块,所述显示模块用于显示所述人体状态评估结果,所述储存模块用于存储所述人体状态评估结果。
可选的,所述评估单元还包括输入模块和控制模块;其中,
所述输入模块用于接收信号采集请求,所述信号采集请求配置有用户基本信息;
所述控制模块,用于根据所述信号采集请求控制所述传感器阵列同步采集人体不同静态压力下各波动点处的压力信号;以及,
所述控制模块,还用于将处理后压力信号转换为特征参数,并根据所述特征参数匹配相应的模型,根据所述模型评估人体功能状态。
本发明提供的一种功能状态评估装置,采用传感器阵列对身体不同静态压力下的12个波动点进行信号同步采集,精度较高,可获取到更多的脉搏波细节特征,能够同时采集人体腕部“寸”、“关”、“尺”的脉搏波信号,为诊脉方法提供了数据支撑,能有效并完整地给出用户的脉象信息。其次,本发明中采用并行采集方式进行采集各波动点处的实际静态压力信号和动态压力信号。通过压力传感器与微型电动机实时反馈调节对人体施加的压力,通过信号处理单元以及评估单元能够进一步实现各处脉搏波的精确转换处理与实时接收、图形化显示、存储等,对疾病的信号建模及中医临床诊断的意义重大,该装置结构简单,使用方便,可以准确评估人体的功能状态。
附图说明
图1为本发明实施例的功能状态评估装置的系统示意图;
图2为本发明实施例的传感器阵列采集人体波动点示意图;
图3为本发明实施例的加压单元的系统示意图;
图4为本发明实施例的功能状态评估装置中传感器阵列并行采集方式示意图;
图5为本发明实施例的功能状态评估装置的内部结构示意图;
图6为本发明实施例的评估单元结构示意图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
如图1所示,本发明提供一种功能状态评估装置100,包括:传感器阵列110、信号处理单元120和评估单元130,信号处理单元120分别与传感器阵列110和评估单元130相连,传感器阵列110中的传感器设置在人体不同的波动点处。其中,传感器阵列110,用于同步采集人体不同静态压力下各波动点处的压力信号。信号处理单元120,用于对各波动点处的压力信号进行预处理。评估单元130,用于根据处理后的压力信号,评估人体功能状态。
需要说明的是,本实施例中的压力信号包括实际静态压力信号和动态压力信号,如图2所示,本发明采用压力信号采集探头采用并行采集方式采集人体不同静态压力下的波动点处的压力信号,也就是说,采集到的是各波动点处的实际静态压力信号和动态压力信号。该探头可以实现对人体12个波动点数据同步采集,包括人体呼吸、心脏动脉、颈动脉、左手腕桡动脉(3个采集点,中医称为寸关尺)、右手桡动脉(3个采集点,中医称为寸关尺)、左足背胫前动脉、右足背胫前动脉,其中采集时用绷带将压力传感器探头捆绑到波动点最敏感位置。该采集方法加压精度高,能够同时采集人体腕部“寸”、“关”、“尺”的脉搏波信号,其中,12个波动点可以处于相同静态压力下,然后整体同时改变12个波动点处的静态压力,也可以是各个波动点分别处于不同的静态压力,也就是说12个波动点对应的各绷带施加的静态压力可以相同,也可以不同,这样,同步获取到更多的脉搏波细节特征,能有效并完整地给出不同静态压力与动态压力下用户的脉象信息,可以实现不同位置下的脉搏波的相关特性分析,以及通过分析不同静态压力下的各波动点压力信息,以达到更全面的评估人体功能状态。
进一步需要说明的是,本发明采用并行方式(FPGA)同步采集人体不同静态压力下的波动点处的实际静态压力信号和动态压力信号,可以实现与多个数据进行交互,FPGA内部设计的多个动态区之间彼此独立、并行,一个动态区可实现不同的采集功能,这样就能实现同步采集多个波动点数据,降低数据采集成本并且显著提高采集效率。当然,对于采集方式并不局限于并行采集方式,也可采用串行、串并行混合采集方式,在此不做具体限定。
具体地,如图3所示,该装置还包括加压单元140,加压单元140用于在传感器阵列110采集压力信号之前或采集的过程中,向各波动点处的腕带150施压,以维持各腕带150的压力处于预定值。需要说明的是,本实施例中加压单元140采用绷带收缩式加压方式,即腕带150上设置有绷带,通过收紧绷带或者舒张绷带以实现对人体施压。相对于现有技术而言,本发明中的加压装置不需要设置气囊等相关气压装置,仅通过收紧或者舒张绷带就能达到加压的作用。当然,对于本领域技术人员来说,根据实际需要也可以选择机械加压方式,手动加压方式或者不加压,在此不做具体限定,也就是说,本实施例中的加压单元去掉时同样可以实现评估人体功能的作用。
可选的,如图3所示,本实施例中加压单元140包括压力传感器141、比较模块142以及微型电动机143,其中,压力传感器141输出端与比较模块142输入端连接,比较模块142输出端与微型电动机143输入端连接,并且,压力传感器141与微型电动机143均与腕带150连接。
需要说明的是,如图3所示,本实施例中压力传感器141可采用静态压力感器,具体工作原理如下:微型电动机143向绷带150施加压力,以收紧绷带,实现通过腕带150对人体皮肤表面的加压,压力传感器141通过感知腕带150对人体表皮施加的静态压力,比较模块142根据上述压力信号与预先存储的标准压力进行比较,并根据比较结果实现对微型电动机143的反馈控制,微型电动机143进行转动以调节实际静态压力与动态压力,进而实现对不同静态压力下的12点波动点信号的同步采集。
进一步需要说明的是,如图3所示,本实施例中的压力传感器141检测到实际静态压力与动态压力,经过比较模块142与标准压力比较,当上述检测到压力信号小于标准压力时,反馈到微型电动机143,进行转动以收紧绷带,向绷带施加压力;当比较模块142比较实际静态压力与动态压力大于标准压力时,反馈给微型电动机143进一步工作以舒张绷带。也就是说,本实施例中的压力传感器141可以确保梯度加压过程中腕带150对皮肤施加的静态压力保持稳定,并且通过微型电动机143维持腕带150上设置的绷带松紧状态以维持实际静态压力与动态压力的稳定。
具体地,如图4和图5所示,信号处理单元120包括电路系统(图4与图5中虚线框中区域),该电路系统用于支持压力控制系统的工作和相应脉搏波动点信号的采集,电路系统包括前置放大电路121、多路AD转换与控制电路122/123及电路隔离驱动电路及以太网芯片124、光电隔离驱动电路125、加压电路126、电源模块127、隔离电源128。其中,前置放大电路121的第一输入端与传感器阵列110连接,前置放大电路121的第二输入端与压力传感器141连接,前置放大电路121的输出端与多路AD转换与控制电路122/123的输入端连接,多路AD转换与控制电路122/123的输出端与电路隔离驱动电路及以太网芯片124输入端连接,电路隔离驱动电路及以太网芯片124输出端与评估单元130的输入端连接。需要说明的是,多路AD转换与控制电路122/123包括AD转换电路组122和FPGA123,即FPGA123相当于控制电路,同步识别AD转换的信号并对其进行控制。也就是说,每路模拟信号以AD转换方式将模拟信号转换为数字信号,经AD转换电路组122和FPGA123进行采集控制和数据缓冲并以GMII接口方式连接到以太网芯片,并使用以太网芯片作为传感器阵列110和评估单元130之间的传输桥梁,可以实现两者很好的匹配,实现对12个点信号的同步采集和存储,同时可减小引脚数,缩小芯片面积等优势,为电路芯片提供更加简单,快速,稳定,安全的以太网接入方案。
需要说明的是,传感器阵列110传递各脉搏波动信号至前置放大电路121,压力传感器141将腕带150中的压力信号传递给前置放大电路121,之后传感器阵列110信号和腕带150压力信号被放大。其中,前置放大电路121包括一级放大电路与二级放大电路,一级放大电路包括用于放大压力传感器141信号的压电放大器,和用于放大采集到的12个波动点的压力信号和腕带150静态传感器信号的减法器,二级放大电路用于调整电平信号。
具体地,如图5所示,电源模块127的输出端与隔离电源128的输入端连接,隔离电源128的输出端与前置放大电路121和多路AD转换与控制电路122/123连接。光电隔离驱动电路125的输入端与多路AD转换与控制电路122/123的输出端连接,光电隔离驱动电路125的输出端与加压电路126的输入端连接,加压电路126的输出端与加压单元140连接,电路隔离驱动电路及以太网芯片124的输入端与多路AD转换与控制电路122/123的输出端连接,电路隔离驱动电路及以太网芯片124的输出端与评估单元130的输入端连接。由以上连接关系可知,前置放大电路121和多路AD转换与控制电路122/123均由隔离电源128供电。
具体地,如图6所示,评估单元130包括输入模块131、控制模块132、显示模块133和存储模块134。其中,输入模块131用于接收信号采集请求,信号采集请求配置有用户基本信息。控制模块132,用于根据信号采集请求控制传感器阵列110采集人体不同静态压力下各波动点处的实际静态压力与动态压力;以及,控制模块,还用于将处理后压力信号转换为特征参数,并根据特征参数匹配相应的模型,根据模型评估人体功能状态。显示模块133用于显示人体状态评估结果,储存模块134用于存储人体状态评估结果。也就是说,首先通过输入模块131进行用户基本信息的输入采集,之后通过控制模块132根据信息采集信号控制传感器阵列110进行同步采集人体波动点信号,再经过上述信号处理单元120对各波动点信号进行处理,评估单元130中的显示模块133与存储模块134再将处理后的各波动点实际静态压力与动态压力显示评估结果并存储。
需要说明的是,如图6所示,输入模块131输入的用户基本信息包括被采集者的姓名、性别,以及采集时间等基本信息,其中采集时间中的年月日自动生成。开始采集后,采集设备向端口发送数据,进行12个波动点信号同步采集。当采用自动加压的方式采集时候,如果被采集对象感觉压力过大,身体感觉不适,操作者可立马停止并保存数据,数据自动保存。
进一步需要说明的是,评估单元130采集人体状态结果后实时显示并存储各复合传感器的脉搏波波形和静态压力值,至此,信号采集过程结束。其中,评估单元130可根据同步采集到的人体数据,计算相应的脉搏波传导速度,利用正交多项式构建脉搏波的形态特征,根据脉率和呼吸率计算一次呼吸脉搏波跳动的次数,根据神经网络等模式识别算法,实现对人体功能状态的评估。
可选的,在评估完人体功能状态后,解开腕带150,观察被采集者数据是否符合要求。若采集错误,则重新采集;上次保存的数据将会自动被新的数据代替。重新采集时评估单元130中的控制模块132向信号处理单元120的控制电路发送指令,继续下一次的采集任务。
本发明提供的一种功能状态评估装置,采用传感器阵列对身体不同静态压力下的12个波动点进行信号同步采集,精度较高,可获取到更多的脉搏波细节特征,能够同时采集人体腕部“寸”、“关”、“尺”的脉搏波信号,为诊脉方法提供了数据支撑,能有效并完整地给出用户的脉象信息。其次,本发明中采用并行采集方式同步进行采集各波动点处的实际静态压力信号与动态压力信号。通过压力传感器与微型电动机实时反馈调节对人体施加的压力,通过信号处理单元以及评估单元能够进一步实现各处脉搏波的精确转换处理与实时接收、图形化显示、存储等,对疾病的信号建模及中医临床诊断的意义重大,该装置结构简单,使用方便,可以准确评估人体的功能状态。
可以理解的是,以上实施方式仅仅是为了说明本发明而采用的示例性实施方式,然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言,在不脱离本发明的精神和实质的情况下,可以做出各种变型和改进,这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种人体功能状态评估装置,其特征在于,包括传感器阵列、信号处理单元和评估单元,所述信号处理单元分别与所述传感器阵列和所述评估单元相连,所述传感器阵列中的传感器设置在人体不同的波动点处;其中,
所述传感器阵列,用于同步采集人体不同静态压力下各所述波动点处的压力信号;
所述信号处理单元,用于对各所述波动点处的所述压力信号进行预处理;
所述评估单元,用于根据处理后的所述压力信号,评估人体功能状态。
2.根据权利要求1所述的人体功能状态评估装置,其特征在于,采用并行采集方式同步采集人体不同静态压力下各所述波动点处的所述压力信号;其中,所述压力信号包括实际静态压力信号和动态压力信号。
3.根据权利要求1所述的人体功能状态评估装置,其特征在于,还包括加压单元,所述加压单元用于在所述传感器阵列采集压力信号之前或采集的过程中,向各所述波动点处的腕带施压,以维持各所述腕带的压力信号处于预定值。
4.根据权利要求3所述的人体功能状态评估装置,其特征在于,所述加压单元包括压力传感器、比较模块以及微型电动机,所述压力传感器输出端与所述比较模块输入端连接,所述比较模块输出端与所述微型电动机输入端连接,所述微型电动机以及所述压力传感器均与各所述腕带连接;其中,
所述压力传感器,用于采集人体表面的所述压力信号,并将所述压力信号发送至所述比较模块;
所述比较模块,用于将所述压力信号与预先存储的标准压力进行比较;
所述微型电动机,用于根据所述比较结果进行转动以调整压力信号。
5.根据权利要求4所述的人体功能状态评估装置,其特征在于,所述加压单元可采用绷带收缩加压方式、机械加压方式和手动加压方式中任意一者。
6.根据权利要求4所述的人体功能状态评估装置,其特征在于,所述信号处理单元包括前置放大电路、多路AD转换与控制电路以及电路隔离驱动电路及以太网芯片;其中,
所述前置放大电路的第一输入端与所述传感器阵列连接,所述前置放大电路的第二输入端与所述压力传感器连接,所述前置放大电路的输出端与所述多路AD转换与控制电路的输入端连接,所述多路AD转换与控制电路的输出端与所述电路隔离驱动电路及以太网芯片的输入端连接,所述电路隔离驱动电路及以太网芯片的输出端与所述评估单元的输入端连接。
7.根据权利要求6所述的人体功能状态评估装置,其特征在于,所述信号处理单元还包括电源模块和隔离电源,所述电源模块的输出端与所述隔离电源的输入端连接,所述隔离电源的输出端与所述前置放大电路和所述多路AD转换与控制电路连接。
8.根据权利要求7所述的人体功能状态评估装置,其特征在于,所述信号处理单元还包括光电隔离驱动电路和加压电路,所述光电隔离驱动电路的输入端与所述多路AD转换与控制电路的输出端连接,所述光电隔离驱动电路的输出端与所述加压电路的输入端连接,所述加压电路的输出端与所述加压单元的输入端连接。
9.根据权利要求1-8任一项所述的人体功能状态评估装置,其特征在于,所述评估单元包括显示模块和存储模块,所述显示模块用于显示所述人体状态评估结果,所述储存模块用于存储所述人体状态评估结果。
10.根据权利要求9所述的人体功能状态评估装置,其特征在于,所述评估单元还包括输入模块和控制模块;其中,
所述输入模块用于接收信号采集请求,所述信号采集请求配置有用户基本信息;
所述控制模块,用于根据所述信号采集请求控制所述传感器阵列同步采集人体不同静态压力下各波动点处的压力信号;以及,
所述控制模块,还用于将处理后压力信号转换为特征参数,并根据所述特征参数匹配相应的模型,根据所述模型评估人体功能状态。
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