CN115721270A - 集成双重压力传感器阵列的计算机脉诊检测设备及脉枕 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集成双重压力传感器阵列的计算机脉诊检测设备及脉枕。该设备通过传感器获取手腕桡动脉处反映脉搏跳动的差分信号，并在手腕皮肤上布置导电结构，进而通过电路结构从差分信号中提取共模部分再生成抑制信号通至皮肤，以此抵消人体表面的工频干扰。本发明还进一步提供了一种双重检测传感器，该检测装置使用压阻式与压电式传感器耦合，可用于检测脉诊所需的压力和脉搏信号，可实时反映施力者施加的力大小以及与之对应的脉搏形状变化。同时，该装置使用了传感器阵列的形式，能够提高信号的空间分辨率。本发明可以以脉枕的形式形成成套产品，进而大大提高计算机脉诊过程中脉搏信号的获取准确性，为计算机脉诊的普及提供基础。

Description

集成双重压力传感器阵列的计算机脉诊检测设备及脉枕

技术领域

本发明属于医疗设备领域，具体涉及一种集成双重压力传感器阵列的计算机脉诊检测设备及脉枕。

背景技术

脉诊是中医理论中一种必不可少的诊断手段，传统中医学中的脉诊需要依赖于医生手指的按压来主观感触患者的脉搏信号，从而反应脉象。但是由于脉象理论本身较笼统，其检测需要掺杂医生的判别经验及手指感觉等很多主观因素，因此无法对脉象信息进行数据化。

近年来，随着传感器技术的不断发展，计算机脉诊开始逐渐应用与脉象诊断中。计算机脉诊的原理是使用传感器贴合人体手腕的脉搏位置，进而采集人体脉搏信号。但是由于传感器是需要通过压力按压在手腕脉搏位置的，不同人员的按压压力会出现变化，而不同的按压压力对于脉象的诊断具有一定的关联性。因此，为了准确地得到脉象信息，计算机脉诊中除了获取传感器的脉搏信号之外，还需要获取传感器所收到的压力分布信号。然而，在现有的计算机脉诊设备中，往往忽略了对压力的准确感知需求。

例如，在申请号为CN202010351903.X的发明专利中提供了一种远程诊脉***，该感应脉诊终端包括柔性脉诊指套，所述柔性脉诊指套的指肚处安装有多组压力传感器，通过这些压力传感器来感应压力信息。但是，普通的压力传感器往往无法实现脉诊过程中压力的准确感知，其空间分辨率和感知精度无法满足计算机脉诊的需求。另外，在申请号为CN202010779428.6的发明专利中，公开了一种脉诊仪工作端、诊脉装置和诊脉方法，其施压部件覆盖待诊部位，并调节施加于压力传感器上的外施压力，将压力传感器压设于待诊部位；压力传感器设置于施压部件，并贴近待诊部位；压力传感器包括沿脉管方向设置和/或垂直脉管方向设置的多个感应通道，用于采集待诊部位的脉压信息以及脉搏的空间分布信息。这种做法虽然提高了脉搏压力信号的空间分辨率，但是其感应通道需要沿脉管方向设置和/或垂直脉管方向设置，而不同患者的脉管方向是存在差异的，因此其普适性依然较差。

另外，上述现有技术提供的计算机脉诊设备在实际应用中，使用传感器贴合人体手腕的脉搏位置采集人体脉搏信号时，桡动脉位于皮肤下方，导致传感器采集到的信号非常微弱，容易受到人体表面工频干扰。因此，如何在计算机脉诊设备中进一步有效抑制人体表面工频干扰，提升脉搏信号信噪比，是目前亟待解决的另一个技术问题。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中计算机脉诊设备存在的脉搏、压力检测准确性差，传感器采集的脉搏信号易受到人体表面工频干扰的问题，并提供一种集成双重压力传感器阵列的计算机脉诊检测设备及脉枕。

本发明所采用的具体技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种集成双重压力传感器阵列的计算机脉诊检测设备，其包括双重检测传感器、电路模块、导电结构；

所述双重检测传感器为柔性传感器，其正面为用于分布式感应外部施加的压力信号的压阻式传感器阵列，而反面为用于分布式感应脉搏波差分信号的压电式传感器阵列；

所述电路模块包括电源模块、仪表放大电路、反相放大电路和高通滤波器；所述电源模块用于为仪表放大电路、反相放大电路和高通滤波器供电；所述仪表放大电路获取所述压电式传感器阵列获得的脉搏波差分信号，并从所述差分信号中提取共模信号，同时将所述差分信号放大得到放大信号；所述共模信号输入所述反相放大电路中，先通过电压跟随器形成中间信号，再将中间信号通过反相放大器后输出人体工频干扰抑制信号；

所述导电结构连接所述电路模块，电路模块生成的人体工频干扰抑制信号输入导电结构中，在导电结构贴合待脉诊对象的手腕皮肤表面情况下，干扰抑制信号与人体表面的工频干扰相互抵消，进而抑制工频干扰造成的噪声；

所述高通滤波器的信号输入端连接所述仪表放大电路以获取放大信号，经过高通滤波器滤除基线漂移后由高通滤波器的信号输出端对外输出噪声抑制后的脉搏信号。

作为上述第一方面的优选，所述双重检测传感器包括压阻式传感器阵列、柔性电路板和压电式传感器阵列；所述柔性电路板的正面和反面分别均匀分布有位置对应的凸起延伸结构阵列；所述压阻式传感器阵列布置于柔性电路板正面的凸起延伸结构阵列中；所述压电式传感器阵列布置于柔性电路板反面的凸起延伸结构阵列中；所述柔性电路板中内置有用于信号处理电路，信号处理电路的输入端分别与压阻式传感器阵列和压电式传感器阵列连接，输出端连接外部的信号采集设备。

作为上述第一方面的优选，所述压阻式传感器阵列中采用压阻式柔性薄膜传感器，所述压电式传感器阵列中采用PVDF压电式传感器。

作为上述第一方面的优选，所述信号处理电路包括供电电路、第一信号预处理电路、第一模数转换器、第二信号预处理电路、第二模数转换器和微处理器；

所述电路模块集成于所述双重检测传感器的柔性电路板中，作为第二信号预处理电路；

所述供电电路连接所述压阻式传感器阵列、第一信号预处理电路、第一模数转换器、第二信号预处理电路、第二模数转换器和微处理器，用于为连接的电路供电；

所述压阻式传感器阵列中的每个压阻式传感器均连接到第一信号预处理电路的输入端，第一信号预处理电路的输出端通过第一模数转换器连接微处理器；

所述压电式传感器阵列中的一个压电式传感器连接到第二信号预处理电路的输入端，第二信号预处理电路的一个输出端连接导电结构用于输出人体工频干扰抑制信号，另一个输出端通过第二模数转换器连接微处理器用于输出噪声抑制后的脉搏信号；压电式传感器阵列中的其余压电式传感器直接经过仪表放大电路与高通滤波器输出脉搏信号。

作为上述第一方面的优选，所述第一信号预处理电路采用电压跟随器，每个压阻式传感器一端连接供电电路，另一端通过电压跟随器连接第一模数转换器。

作为上述第一方面的优选，所述信号处理电路中还包括通信模块，用于将所述微处理器中得到的压力分布信号和脉搏波分布信号发送至外部的上位机。

作为上述第一方面的优选，所述压阻式传感器阵列和压电式传感器阵列均包裹于柔性电路板的基材中。

作为上述第一方面的优选，所述仪表放大电路包括放大器组、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻；

差分信号输入分别通过第一电阻、第二电阻连接到放大器组的反相输入端、同相输入端，放大器组为实现仪表放大器功能的器件；放大器组的两个Rg端口之间串联第四电阻，同时分别与第三电阻的一端和第五电阻的一端连接，第三电阻的另一端与第五电阻的另一端并接后作为所述仪表放大电路的第一信号输出端；

放大器组的放大信号输出端作为所述仪表放大电路的第二信号输出端。

作为上述第一方面的优选，所述反相放大电路包括第一运算放大器、第二运算放大器、第六电阻、第七电阻和第八电阻；

第一运算放大器的反相输入端与其输出端相连，第一运算放大器的同相输入端连接所述仪表放大电路的第一信号输出端，第一运算放大器的输出端通过第六电阻连接第二运算放大器的反相输入端；第二运算放大器的同相输入端接地，反相输入端与输出端之间串联第七电阻，且第二运算放大器的输出端通过第八电阻后作为所述反相放大电路的信号输出端。

作为上述第一方面的优选，所述高通滤波器包括第三运算放大器、第一电容、第二电容、第九电阻和第十电阻；

第三运算放大器的同相输入端与所述仪表放大电路的第二信号输出端之间串联第一电容和第二电容，第三运算放大器的反相输入端通过第九电阻接入至第一电容与第二电容之间的连接位置，第三运算放大器的同相输入端通过第十电阻接地，第三运算放大器的输出端与反相输入端连接并作为高通滤波器的信号输出端。

第二方面，本发明提供了一种用于计算机脉诊的脉枕，其包含脉枕和如上述第一方面任一方案所述的集成双重压力传感器阵列的计算机脉诊检测设备，所述导电结构附着于脉枕上的手腕承托区域表面。

作为上述第二方面的优选，所述导电结构为片状、层状和块状。

作为上述第二方面的优选，所述导电结构采用与所述手腕承托区域表面贴合固定的金属导电层。

作为上述第二方面的优选，所述金属导电层为镀银薄膜。

本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：

1)本发明提供了一种集成双重压力传感器阵列的计算机脉诊检测设备，该设备通过传感器获取手腕桡动脉处反映脉搏跳动的差分信号，并在手腕皮肤上布置导电结构，进而通过电路结构从差分信号中提取共模部分再生成抑制信号通至皮肤，以此抵消人体表面的工频干扰，有效抑制脉搏信号中的噪声。

2)本发明还进一步提供了一种双重检测传感器，其采用两种不同类型传感器阵列分布于柔性电路板的两侧，其中压阻式传感器对静态力敏感，可实时反馈受力大小，而压电式传感器仅在形变发生的瞬间产生电信号，可用于检测动态力。该检测装置使用压阻式与压电式传感器耦合，可用于检测脉诊所需的压力和脉搏信号，可实时反映施力者施加的力大小以及与之对应的脉搏形状变化。同时，该装置使用了传感器阵列的形式，能够提高信号的空间分辨率。

3)本发明进一步提供了一种用于计算机脉诊的脉枕，其起到普通脉枕的作用同时，可以利用抑制信号抵消人体表面的工频干扰，进而大大提高计算机脉诊过程中脉搏信号的获取准确性，为计算机脉诊的普及提供基础。

附图说明

图1为一种集成双重压力传感器阵列的计算机脉诊检测设备的结构示意图；

图2为电路模块中仪表放大电路、反相放大电路和高通滤波器的一种结构详图；

图3为一种双重检测传感器的结构示意图；

图4为双重检测传感器中压阻式传感器阵列侧的结构示意图；

图5为双重检测传感器中压电式传感器阵列侧的结构示意图；

图6为柔性电路板中的信号处理电路整体结构示意图；

图7为第一信号预处理电路采用电压跟随器电路原理图；

图8为一种用于计算机脉诊的脉枕的结构示意图；

图9为未施加抑制信号时的脉搏信号输出；

图10为施加抑制信号后的脉搏信号输出。

图中附图标记如下：双重检测传感器1、电路模块2、导电结构3、脉枕4、上位机5、电源模块201、仪表放大电路202、反相放大电路203、高通滤波器204、压阻式传感器阵列101、柔性电路板102、压电式传感器阵列103、供电电路121、第一信号预处理电路122、第一模数转换器123、第二信号预处理电路124、第二模数转换器125、微处理器126、通信模块127。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。本发明各个实施例中的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，可以是直接连接到另一个元件或者是间接连接即存在中间元件。相反，当元件为称作“直接”与另一元件连接时，不存在中间元件。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

如图1所示，在本发明的一个较佳实施例中，提供了一种集成双重压力传感器阵列的计算机脉诊检测设备，其核心部件包括双重检测传感器1、电路模块2和导电结构3三部分，该计算机脉诊检测设备的作用是分布式采集不同位置的用户脉搏信号和按压压力信号，以便于进行计算机脉诊。

其中，双重检测传感器1为能贴在手腕寸关尺、桡动脉等脉搏信号测量点处的柔性传感器，其正面为用于检测外部施加的压力的压阻式传感器阵列101，而反面为用于检测脉搏波的压电式传感器阵列103。

需要说明的是，由于中医脉诊讲究三部九候，按照传统的脉诊收发需要三个手指或类似装置在手腕的寸、关、尺位置施压不同的力，如轻、中、重不同力度。因此，其对应需要感知的压力信号和脉搏波信号都是一种空间分布信号，压阻式传感器阵列101和压电式传感器阵列103分散在整个柔性传感器的不同平面位置，阵列中的各传感器都可以检测相应位置的力。为了保证压力信号和脉搏波信号在空间上对应，压阻式传感器阵列101和压电式传感器阵列103各自的传感器在柔性传感器平面上的位置也需要一一对应。

本发明中，使用压电式传感器阵列103采集脉搏信号时会受到人体表面的工频信号干扰，一般为50Hz或60Hz。人体表面工频干扰在压电传感器输入到电路的信号中表现为共模信号，因此本发明中需要使用电路模块2从差分信号中提取脉搏信号中的共模部分，并进一步生成人体工频干扰抑制信号Vo3，同时对差分信号进行放大和高通滤波生成脉搏信号。导电结构3使用时需要贴合待脉诊对象的手腕皮肤表面，导电结构3连接该电路模块2，电路模块2生成的人体工频干扰抑制信号Vo3输入导电结构3中。此时由于待脉诊对象的手腕与导电结构3充分接触，导电结构3上的信号会进一步作用到人体皮肤表面上，工频干扰抑制信号Vo3与人体表面的工频干扰相互抵消，进而抑制待脉诊对象的人体工频干扰，由此从电路模块2中得到的即为抑制人体表面工频干扰噪声后的脉搏信号。

上述电路模块2是实现工频干扰抑制的核心组件，下面对电路模块2的具体组成结构和原理进行详述。

继续参见图1所示，该电路模块2包括电源模块201、仪表放大电路202、反相放大电路203和高通滤波器204四部分。

其中，电源模块201连接仪表放大电路202、反相放大电路203和高通滤波器204，其功能是为连接的电路供电，具体的供电接线方式可根据相应器件的接线端进行确定，这属于现有技术，不再展开描述。

仪表放大电路202包含差分信号输入端、第一信号输出端和第二信号输出端。差分信号输入端连接前述的双重检测传感器1中的压电式传感器阵列103，用于获取由压电式传感器阵列103检测到的反映脉搏跳动的差分信号Vi-与Vi+。而仪表放大电路202的作用是从输入的差分信号Vi-与Vi+中提取共模信号Vo1，共模信号Vo1通过第一信号输出端输出，同时仪表放大电路202还对差分信号Vi-与Vi+中的差模部分进行放大形成放大信号Vo4，并将放大信号Vo4通过第二信号输出端进行输出。

反相放大电路203包含信号输入端和信号输出端，内部由电压跟随器和反相放大器构成，其信号输入端连接上述仪表放大电路202的第一信号输出端，反相放大电路203的信号输出端连接前述的导电结构3，用于将仪表放大电路202输出的共模信号Vo1进行反相放大后作为人体工频干扰抑制信号Vo3输入导电结构3中，再由导电结构3将人体工频干扰抑制信号Vo3传递至手腕的皮肤，进而人体工频干扰抑制信号Vo3与人体表面的工频干扰相互抵消，抑制人体工频干扰造成的噪声。其中，共模信号Vo1到人体工频干扰抑制信号Vo3的转变是由电压跟随器和反相放大器实现的，输入反相放大电路203的共模信号Vo1先通过电压跟随器形成中间信号Vo2，再将中间信号Vo2通过反相放大器后输出人体工频干扰抑制信号Vo3。

高通滤波器204包含信号输入端和信号输出端，其信号输入端连接仪表放大电路202的第二信号输出端，仪表放大电路202的第二信号输出端输出的放大信号Vo4经过高通滤波器204滤除基线漂移后，即可形成噪声抑制后的脉搏信号Vo5，并由高通滤波器204的信号输出端对外输出该脉搏信号Vo5。

上述仪表放大电路202、反相放大电路203和高通滤波器204理论上可采用任意的现有电路结构来实现。在本发明的一个较佳实施例中，如图2所示，展示了仪表放大电路202、反相放大电路203和高通滤波器204的一种具体实现形式，下面对其具体实现形式进行展开描述。

参见图2所示，仪表放大电路202包括放大器组IC1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5；反相放大电路203包括第一运算放大器IC2、第二运算放大器IC3、第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8；高通滤波器204包括第三运算放大器IC4、第一电容C1、第二电容C2、第九电阻R9和第十电阻R10。

对于仪表放大电路202而言，将传感器的两个输出端分别通过第一电阻R1、第二电阻R2连接到放大器组IC1的反相输入端、同相输入端，从而向仪表放大电路202中输入一对差分信号Vi-与Vi+。放大器组IC1为包含了一组多个放大器的器件，其实现的是仪表放大器的功能。本实施例中放大器组IC1可采用市售的仪表放大器实现，例如型号AD620，当然也可以采用自行设计的仪表放大器。放大器组IC1的两个Rg端口之间串联第四电阻R4，同时分别与第三电阻R3的一端和第五电阻R5的一端连接，第三电阻R3的另一端与第五电阻R5的另一端并接后作为仪表放大电路202的第一信号输出端，第四电阻R4作为仪表放大电路的增益电阻，电路经过第三电阻R3与第五电阻R5从增益电阻两端抽样出输入信号的共模部分，进而由第一信号输出端对外输出共模信号Vo1。放大器组IC1自身的放大信号输出端作为仪表放大电路202的第二信号输出端，对外输出放大信号Vo4。

对于反相放大电路203而言，第一运算放大器IC2的反相输入端与其自身的输出端相连，从而实现了一个电压跟随器的功能。第一运算放大器IC2的同相输入端连接前述仪表放大电路202的第一信号输出端，电压跟随器在此处起缓冲作用，减少后端对前端信号的影响，该电压跟随器的输入为共模信号Vo1，输出为中间信号Vo2。第一运算放大器IC2的输出端通过第六电阻R6连接第二运算放大器IC3的反相输入端，第二运算放大器IC3的同相输入端接地，反相输入端与输出端之间串联第七电阻R7，且第二运算放大器IC3的输出端通过第八电阻R8后作为反相放大电路203的信号输出端，对外输出人体工频干扰抑制信号Vo3。由此，第二运算放大器IC3、第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8组成了一个反相放大器，其输入为中间信号Vo2，输出为人体工频干扰抑制信号Vo3。

对于高通滤波器204而言，第三运算放大器IC4的同相输入端与前述仪表放大电路202的第二信号输出端之间串联第一电容C1和第二电容C2，第三运算放大器IC4的反相输入端通过第九电阻R9接入至第一电容C1与第二电容C2之间的连接位置，第三运算放大器IC4的同相输入端通过第十电阻R10接地，第三运算放大器IC4的输出端与反相输入端连接并作为高通滤波器204的信号输出端。高通滤波器204的输入为仪表放大电路202的第二信号输出端输出的放大信号Vo4，输出为最终抑制人体工频干扰噪声后的脉搏信号Vo5。

因此，上述电路模块2中的具体信号处理流程总结如下：

双重检测传感器1中压电式传感器阵列103得到差分信号Vi-与Vi+，将差分信号输入到仪表放大电路202的正负端。仪表放大电路202一方面放大信号，另一方面提取共模信号Vo1，差分信号放大后输出为Vo4。放大后的信号Vo4进入高通滤波器204去除基线漂移，得到噪声被抑制的脉搏信号Vo5。而共模信号Vo1经过反相放大电路203中的电压跟随器输出Vo2，再经过反相放大电路203中的反相放大器1:1(该放大倍数可以根据实际情况调整)将信号Vo2反相放大得到信号Vo3。反相放大器的输出信号Vo3接入导电结构3。当人手腕放置在导电结构3上时，人体表面工频信号被抑制，此时脉搏信号Vo5中的工频信号与基线漂移均被滤除。

基于上述电路模块2，双重检测传感器1中压电式传感器阵列103一侧不同压电式传感器产生的信号，滤除工频干扰信号与基线漂移后即可成为脉搏波分布信号。同时，双重检测传感器1中压阻式传感器阵列101一侧不同的压阻式传感器亦可感应到脉诊过程中不同位置按压的压力值。两个传感器经过相应的信号预处理和模数转换，即可用于反映压力和脉搏。因此，在该双重检测传感器1中，需要集成相应的信号处理电路。

如图3所示，在本发明的一个较佳实施例中，提供了一种双重检测传感器1的具体实现形式，其核心组件包括压阻式传感器阵列101、柔性电路板102和压电式传感器阵列103。柔性电路板102是安装压阻式传感器阵列101和压电式传感器阵列103的载体，同时起到了对传感器的电信号进行处理的功能。柔性电路板102是一种具有柔性的电路板，其能够很好地适用于可穿戴式设备和非侵入式检测设备对于形变的需求。本发明中采用的压阻式传感器阵列101和压电式传感器阵列103是分别布置在柔性电路板102的正面和反面的。其中，柔性电路板102的正面和反面分别均匀分布有位置对应的凸起延伸结构阵列，每一面的凸起延伸结构阵列都由柔性电路板102的基材向外延伸形成一系列均匀的凸起，每个凸起内部具有容纳传感器的空间。前述的压阻式传感器阵列101布置于柔性电路板102正面的凸起延伸结构阵列中，用于感应外部施加的压力分布信号。而压电式传感器阵列103布置于柔性电路板102反面的凸起延伸结构阵列中，用于感应脉搏波分布信号。压阻式传感器阵列101和压电式传感器阵列103可被完全包裹于柔性电路板102的基材中，起到保护作用。

上述压阻式传感器阵列101和压电式传感器阵列103的具体传感器形式可以根据实际需要进行选择，并不限定具体型号，以满足精度、灵敏度等要求为准。作为本发明实施例的一种优选方式，压阻式传感器阵列101中的，压阻式传感器可以采用压阻式柔性薄膜传感器，而压电式传感器阵列103中的压电式传感器可以采用PVDF压电式传感器。

另外，柔性电路板102中需要内置有用于信号处理电路，信号处理电路分别与压阻式传感器阵列101和压电式传感器阵列103连接，压阻式传感器阵列101和压电式传感器阵列103各自的信号处理电路需要根据实际选用的传感器元器件来进行设计，具体亦可参见相应的元器件厂家提供的***电路图。

作为本发明实施例的一种优选方式，提供了一种如图4和图5所示的信号处理电路，该信号处理电路包括供电电路121、第一信号预处理电路122、第一模数转换器123、第二信号预处理电路124、第二模数转换器125和微处理器126。

供电电路121连接压阻式传感器阵列101、第一信号预处理电路122、第一模数转换器123、第二信号预处理电路124、第二模数转换器125和微处理器126，用于对各器件进行供电。压电式传感器阵列103无需供电。

另外，如图4所示，压阻式传感器阵列101中的每个压阻式传感器均连接到第一信号预处理电路122的输入端，第一信号预处理电路122的输出端通过第一模数转换器123连接微处理器126。

需要特别说明的是，前述的电路模块2也是用于对压电式传感器阵列103的信号进行预处理的，因此该电路模块2可以直接集成于双重检测传感器1的柔性电路板102中，复用为上述信号处理电路中的第二信号预处理电路124。也就是说，第二信号预处理电路124对应于电路模块2，其最终有一个输入端和两个输出端。如图5所示，压电式传感器阵列103中需选择任意一个压电式传感器连接到第二信号预处理电路124的输入端，第二信号预处理电路124的一个输出端连接导电结构3，通过该输出端输出人体工频干扰抑制信号Vo3，另一个输出端通过第二模数转换器125连接微处理器126，通过该输出端输出噪声抑制后的脉搏信号Vo5。而压电式传感器阵列103中的其余压电式传感器则无需完整经过第二信号预处理电路124，仅需直接经过仪表放大电路与高通滤波器输出脉搏信号即可，因为人体工频干扰抑制信号Vo3已经由前述第二信号预处理电路124产生并施加到人体表面了。需要注意的是，用于处理压电式传感器阵列103中其余压电式传感器的输出信号的仪表放大电路与高通滤波器也可采用第二信号预处理电路中相应仪表放大电路202和204的连接方式。第二信号预处理电路124的输出端通过第二模数转换器125连接微处理器126。在这种做法下，电源模块201和供电电路121也可以复用合并。

上述微处理器126用于进行数据处理，可读取两个模数转换器的输出结果，计算压力分布信号和脉搏波分布信号，同时处理信号通过无线网络或线缆向外进行传输的任务。

需要说明的是，供电电路121、第一信号预处理电路122、第一模数转换器123、第二信号预处理电路124、第二模数转换器125和微处理器126在柔性电路板102中的具体空间位置可以根据实际进行优化。该实施例中设置两个传感器阵列所在侧各自布置所需的电路，其中供电电路121、第一信号预处理电路122、第一模数转换器123和微处理器126布置于压阻式传感器阵列101所在侧的柔性电路板102上，而第二信号预处理电路124、第二模数转换器125布置于压电式传感器阵列103所在侧的柔性电路板102上，同时供电电路121和微处理器126亦分别通过穿过柔性电路板102的连接线连接另一侧的相应器件。最终，，柔性电路板102中所有器件的整体电路连接形式如图6所示。

另外，本发明中第一信号预处理电路122的作用主要是将压阻式传感器阵列101的信号去噪声、放大，其具体的电路形式可根据实际的压阻式传感器阵列101进行调整优化。

作为本发明实施例的一种优选方式，第一信号预处理电路122采用电压跟随器，每个压阻式传感器一端连接供电电路121，另一端通过电压跟随器连接第一模数转换器123。如图7所示，展示了电压跟随器电路的具体形式，压阻式传感器Rs一端与电源Vcc相连，另一端接一个分压电阻R到地线，压阻式传感器Rs与分压电阻R的连接端引出接入放大器IC的同相输入端，放大器IC的输出端与反相输入端相连构成电压跟随器，放大器IC的输出端与第一模数转换器123相连，进行信号Vo的采样。

第一模数转换器123和第二模数转换器125中获取的信号经过模数转换后，即可送至微处理器126中进行信号换算。上述脉诊压力双重检测装置可作为计算机脉诊设备的感应元件，使用时可用手指或者其他设备将其压在手腕上，其中压电式传感器阵列103被贴合在手腕指定位置的皮肤上，以感应脉搏跳动，而压阻式传感器阵列101则朝向按压一侧。微处理器126中对于信号的换算属于现有技术，其中第二模数转换器125中对压电式传感器的采样结果在数据质量良好的情况下可以直接作为脉搏波信号使用，而第一模数转换器123中对压阻式传感器采样得到的信号需要根据使用的压阻材料进行一定数学换算，即根据压阻材料形变程度与其阻值之间存在的数学关系，根据阻值的变化算出施力大小。

参见图6所示，微处理器126中得到的压力和脉搏数据，可发送至上位机5中进行后续处理或显示。为了实现向上位机5传输数据，信号处理电路中还包括通信模块127，用于将微处理器126中得到的压力分布信号和脉搏波分布信号发送至外部的上位机5。该通信模块127可以是有线通信模块或无线通信模块。且通信模块127可以集成于微处理器126中，当然也可以采用分体的器件。

上述集成双重压力传感器阵列的计算机脉诊检测设备中，导电结构3可以单独贴附在手腕上，也可以通过工程设计形成成套设备。而且双重检测传感器1和导电结构3均可以集成形成成套的检测设备。

在本发明的一个实施例中，如图8所示，提供了一种用于计算机脉诊的脉枕，其包含脉枕4和前述图1～图7展示的集成双重压力传感器阵列的计算机脉诊检测设备。在该计算机脉诊检测设备中，导电结构3附着于脉枕4上的。本实施例中的脉枕4是指进行诊脉时垫在患者手腕下方的枕头形结构，其具体结构形状不限，可以采用现有的脉枕4实现。为了便于描述，将脉枕4上放置患者手腕的区域称为手腕承托区域。为了实现上述工频干扰抑制功能，本发明在脉枕4上的手腕承托区域表面附着了前述的导电结构3，其作用是将电路模块2输出的用于抑制工频干扰的电信号输送至导电结构3，进而通过导电结构3传导至人体。导电结构3的具体形式不限，只要能够贴合人体皮肤，且具有良好的导电性即可。导电结构3的形状可以是片状、层状和块状等，优选采用与手腕承托区域表面贴合固定的金属导电层。金属导电层的材质可以是任意具有良好导电性的金属，优选采用具有杀菌功能的镀银薄膜。当然，在其他实施例中，考虑手腕放置的舒适性，亦可采用其他的柔性导电材料。

为了展示本实施例中上述用于计算机脉诊的脉枕的实际效果，对其进行了实际的测试。将传感器放置于手腕的寸关尺位置上，施加一定压力，此时暂时不手腕放置在脉枕上贴合导电结构3，测得电路输出的脉搏信号Vo5如图9中通道1所示，表明存在人体工频干扰。而从差分信号中提取的共模信号Vo1被反向放大后，形成了如图10中通道2所示的人体工频干扰抑制信号Vo3。此时再将手腕与脉枕4上的导电结构3贴合，引入抑制信号Vo3到人体表面后，测得电路输出的脉搏信号Vo5如图10中通道1所示。对比图9和图10所示，本发明通过将传感器产生的差分信号中的共模部分生成抑制信号通入脉枕4上的导电结构3，可以抵消人体表面的工频干扰，进而从仪表放大电路和高通滤波器中得到抑制噪声后的脉搏信号Vo5。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种集成双重压力传感器阵列的计算机脉诊检测设备，其特征在于，包括双重检测传感器(1)、电路模块(2)、导电结构(3)；

所述双重检测传感器(1)为柔性传感器，其正面为用于分布式感应外部施加的压力信号的压阻式传感器阵列(101)，而反面为用于分布式感应脉搏波差分信号的压电式传感器阵列(103)；

所述电路模块(2)包括电源模块(201)、仪表放大电路(202)、反相放大电路(203)和高通滤波器(204)；所述电源模块(201)用于为仪表放大电路(202)、反相放大电路(203)和高通滤波器(204)供电；所述仪表放大电路(202)获取所述压电式传感器阵列(103)获得的脉搏波差分信号，并从所述差分信号中提取共模信号(Vo1)，同时将所述差分信号放大得到放大信号(Vo4)；所述共模信号(Vo1)输入所述反相放大电路(203)中，先通过电压跟随器形成中间信号(Vo2)，再将中间信号(Vo2)通过反相放大器后输出人体工频干扰抑制信号(Vo3)；

所述导电结构(3)连接所述电路模块(2)，电路模块(2)生成的人体工频干扰抑制信号(Vo3)输入导电结构(3)中，在导电结构(3)贴合待脉诊对象的手腕皮肤表面情况下，干扰抑制信号(Vo3)与人体表面的工频干扰相互抵消，进而抑制工频干扰造成的噪声；

所述高通滤波器(204)的信号输入端连接所述仪表放大电路(202)以获取放大信号(Vo4)，经过高通滤波器(204)滤除基线漂移后由高通滤波器(204)的信号输出端对外输出噪声抑制后的脉搏信号(Vo5)。

2.如权利要求1所述的抗干扰计算机脉诊检测设备，其特征在于，所述双重检测传感器(1)包括压阻式传感器阵列(101)、柔性电路板(102)和压电式传感器阵列(103)；所述柔性电路板(102)的正面和反面分别均匀分布有位置对应的凸起延伸结构阵列；所述压阻式传感器阵列(101)布置于柔性电路板(102)正面的凸起延伸结构阵列中；所述压电式传感器阵列(103)布置于柔性电路板(102)反面的凸起延伸结构阵列中；所述柔性电路板(102)中内置有用于信号处理电路，信号处理电路的输入端分别与压阻式传感器阵列(101)和压电式传感器阵列(103)连接，输出端连接外部的信号采集设备。

3.如权利要求1所述的抗干扰计算机脉诊检测设备，其特征在于，所述压阻式传感器阵列(101)中采用压阻式柔性薄膜传感器，所述压电式传感器阵列(103)中采用PVDF压电式传感器。

4.如权利要求2所述的抗干扰计算机脉诊检测设备，其特征在于，所述信号处理电路包括供电电路(121)、第一信号预处理电路(122)、第一模数转换器(123)、第二信号预处理电路(124)、第二模数转换器(125)和微处理器(126)；

所述电路模块(2)集成于所述双重检测传感器(1)的柔性电路板(102)中，作为第二信号预处理电路(124)；

所述供电电路(121)连接所述压阻式传感器阵列(101)、第一信号预处理电路(122)、第一模数转换器(123)、第二信号预处理电路(124)、第二模数转换器(125)和微处理器(126)，用于为连接的电路供电；

所述压阻式传感器阵列(101)中的每个压阻式传感器均连接到第一信号预处理电路(122)的输入端，第一信号预处理电路(122)的输出端通过第一模数转换器(123)连接微处理器(126)；

所述压电式传感器阵列(103)中的一个压电式传感器连接到第二信号预处理电路(124)的输入端，第二信号预处理电路(124)的一个输出端连接导电结构(3)用于输出人体工频干扰抑制信号(Vo3)，另一个输出端通过第二模数转换器(125)连接微处理器(126)用于输出噪声抑制后的脉搏信号(Vo5)；压电式传感器阵列(103)中的其余压电式传感器直接经过仪表放大电路与高通滤波器输出脉搏信号。

5.如权利要求4所述的抗干扰计算机脉诊检测设备，其特征在于，所述第一信号预处理电路(122)采用电压跟随器，每个压阻式传感器一端连接供电电路(121)，另一端通过电压跟随器连接第一模数转换器(123)。

6.如权利要求4所述的抗干扰计算机脉诊检测设备，其特征在于，所述信号处理电路中还包括通信模块(127)，用于将所述微处理器(126)中得到的压力分布信号和脉搏波分布信号发送至外部的上位机(5)。

7.如权利要求1所述的抗干扰计算机脉诊检测设备，其特征在于，所述压阻式传感器阵列(101)和压电式传感器阵列(103)均包裹于柔性电路板(102)的基材中。

8.一种用于计算机脉诊的脉枕，其特征在于，包含脉枕(4)和如权利要求1～7任一所述的集成双重压力传感器阵列的计算机脉诊检测设备，所述导电结构(3)附着于脉枕(4)上的手腕承托区域表面。

9.如权利要求8所述的抗干扰计算机脉诊检测设备，其特征在于，所述导电结构(3)采用与所述手腕承托区域表面贴合固定的金属导电层。

10.如权利要求9所述的抗干扰计算机脉诊检测设备，其特征在于，所述金属导电层为镀银薄膜。

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