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中医脉搏信号的采集系统

时间:2016-02-17 16:15来源: 作者: 点击:

    因此,研究人员对脉搏信号采集系统的研制经过了长期的打磨打造,并基于信号获取方式的不同而相继开发了压力、超声多普勒和光电等一系列脉搏信号的采集设备。

1.压力信号采集设备
    世界上第一台压力信号采集设备是由Vierordt在1860年设计发明的,其采用杠杆和压力鼓式描记法记录脉搏波形图,随后,Mahomed又基于力学原理发明了描记器来描记脉搏压力信号的曲线图。国内对压力信号采集设备的研究起步较晚,直到20世纪50年代才由朱颜首次将脉搏描记仪应用在中医脉诊的研究中。其后,随着科学技术和电子产品的不断进步和高端进化,国内上海、山东和北京等地的科研人员已相继研究出了一批压力信号采集设备,用以模拟中医诊脉的手获取脉搏信号。目前,已研制开发的压力信号采集设备中常用的传感器大体可分为压阻式、压磁式和压电式三种类。

2.多普勒超声信号采集设备
    多普勒效应是由奥地利物理学家多普勒在1842年发现的,并于1845年由荷兰气象学家巴洛特以实验的方式,验证了声波也同样具有多普勒效应。声波多普勒效应的表现主要是,当声音接收器和声源在连续的介质中作相对运动时,声源所辐射的声频率将不同于接收器所探测到的声频率,该现象的原因主要是由于相对运动速度的不同。20世纪50年代,人们将声波的多普勒效应用于医学中。在医学中,声波的多普勒效应通常可称之为彩色超音波(彩超)。简单说,彩色超音波就是彩色多普勒再加上高清晰度的黑白B超。通常,彩色多普勒超声是采用自相关技术进行多普勒信号处理,其后得到血流信号再经彩色编码,并实时地处加在二维图像上,就形成了彩色多普勒超声血源图像。因此,彩色多普勒超声既其有二维超声结构图像的优点,同时又提供了血流动力的信息。根据超声多普勒效应的原理,在1957年日本科学家里村茂夫第一次由其研制成功可用于在体外测定血管内血流信息的仪器。在1961年,美国学者Rushmer,Frankldin和Baker又共同提出了利用多普勒频移对血流速度进行检侧的方法,并在发明了出血流计的同时,还研制推出最早的连续式多普勒超声仪。这些早期研究实际成就为多普勒超声技术的进一步发展奠定了坚实的基础。
    进入20世纪90年代以后,医学中的多普勒超声设备处于井喷式的发展阶段,面世了各种超声探头,如:I形探头、T形探头和穿刺探头等,可为不同病人各类需求提供恰当的工具,同时,在各种疾病的诊断中,该设备的使用也取得了不俗的表现,例如,颅脑疾病诊断中的应用、心血管疾病诊断中的应用、浅表器官、纵隔及肌骨系统疾病中的应用和乳腺疾病的多普勒超声诊断应用。进一步地,除了在医学中的应用以外,也可将该设备应用在交通管理中。交通警察通过向行进中的车辆发射超声波,凭此测量反射波的频率,就可以根据反射波的频率变化量值侧得行进中的车辆速度,同时如果多普勒测速仪的监视器安装在道路的上方时,不仅可测量车辆速度,还可以将车辆牌号拍摄下来,并将测得的速度打印在照片上;尤需指出的是,在脉搏信号诊断中,多普勒超声技术也正在占领广阔的研究应用空间,例如,柳文仪等利用彩色多普勒的方法直接观察脉管管径大小,同时测得脉管壁的厚度、充盈情况和血流频谱等情况闭。又如,北京中医药大学牛欣教授等人采用多普勒传感器观察血流动力学的变化和血管的位移波,并作了较为详尽的分析。

3.光电信号采集设备
    将光电传感器应用在脉搏信号采集设备中是由日本研究人员Mikio Aritomo等人首创完成的,并由其于1999年成功研制了基于光电传感器的脉搏记录系统。该系统的主要原理是,由于红外光可以穿透皮肤到达血管,而且红外光又能被血液充分地吸收,利用红外光电传感器检测并得到血流的变化。光电传感器获取脉搏信号的示意,如图1所示。当红外发光管发出红外光后经皮肤、组织和血液反射到光敏晶体管上,而当红外光敏晶体管在光照强度发生改变的时候,通过光敏晶体管的电流也会随之发生变化。研究中,将反射光分为两部分。第一部分为从皮肤和组织反射回收的红外光,另一部分则认为从血液中反射回收的红外光,从皮肤和组织反射回收的部分。可认定为是一个常量,从血液反射回收的部分则与血液的体积成正比。因此,光电传感器主要测量了手碗部桡动脉的血流体积变化。基于上述的原理,研究人员设计开发了不同的光电传感器,如红外光电传感器、光电容积式脉搏计和光纤位移传感器等以满足多样各异的需求。

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