指感压力可控的脉象信号采集装置

　　中医脉诊是中医诊断学的精华之一，又是难点之一[1].寸口三部九候的诊脉方法是中医学的一大特色，至今仍然指导着临床实践[2].中医通过施以特殊压力的切脉，可以了解人体的健康信息.研究发现，脉象检测受到取脉压力的影响，最佳取脉压力是指医生切脉时指感最强、脉搏波动最明显时指端对脉道施加的压力，它是医生判定脉象浮中沉的主要依据[3].因此，实现脉象仿生诊断需要模拟在不同取脉压力下切脉时指感的差别，设计指感压力可控的脉象采集系统.

　　1　系统总体框架

　　系统由脉象传感器、压力可控的腕带气囊、信号调理电路、A/D、采集控制芯片及计算机组成，如图1.脉象传感器被安置在手腕桡动脉部位，多探头组合在一起，形成多触点脉象传感器，分别检测寸、关、尺各部脉搏波形.压力可控的腕带气囊置于传感器上方，用于控制采集时传感器与手腕的接触压力，从而达到模拟中医手指诊脉的目的.气囊的压力控制依赖于一个反馈控制回路，如图2.以f0为设定的压力值作为系统的输入，通过传感器的检测，将压力信号转变为能够被A/D采集的电信号，再由控制芯片对A/D信号进行比较逻辑运算.当压力不符合要求时，控制芯片输出调整信号，通过控制电路对微型气泵进行调节，从而达到反馈控制的目的.控制回路的数学模型如下：

　　式中，Z为A/D的转换函数，由于A/D的精度为12位，且参考电压为3.3V，所以，式中也取为相同的值.

　　式中，P为气泵的转数-压力转换函数，W为电机的电压-角速度转换函数，F1为系统实际输出压力.

　　2　硬件组成

　　采集装置的硬件组成主要有脉象传感器，信号调理电路，DSP控制器，气泵及其压力控制电路.下面分别进行介绍.

　　2.1　脉象传感器及其选用

　　脉象 传 感 器 是 脉 象 仪 的 关 键 组 成 部 分 之一[4].系统采用HK-2000G型压阻式脉象传感器.压阻式传感器是基于压阻效应，当外力作用时，电介质的电阻率发生变化[5].通过检测传感器电路电压的变化，间接得到电介质电阻率的变化，从而得到脉象信号.该传感器的特点是最大压力值5.8PSI，差动输出，体积小，使用寿命长，成本低，与水及人体软组织的声阻抗匹配良好[6]，具有优异的可重复性和时间稳定性，并且，压阻传感器的精度远高于传统压电式传感器[7].

　　2.2　前端信号处理电路

　　脉象传感器采集到的信号非常微弱，且包含各种噪声.脉象信号是一种次声波[8].主要由低频信号构成，其频率范围很窄，能量集中在5Hz频率以下的脉象主波峰[9]，不能直接使用，必须经过放大滤波去噪处理.利用具有高开环放大倍数并带有深度负反馈的多级直接耦合放大的集成运算放大器可以实现信号预处理的目的[10].