低頻電磁振動調制的紅外肝藏氣機血流調理儀的制作方法
【專利摘要】本裝置為低頻電磁振動調制的遠紅外加熱肝藏氣機血流調理儀，它采用肝區最適頻率進行脈沖加熱，加熱媒介為紅外光。它具有調理肝臟疏泄功能，條暢肝區氣機，同時對肝區的生理信息進行實時診斷與監控的功能。它能夠對肝區血流阻抗，肝主動脈壓力值進行加熱與測量同步進行，動態監測與反饋調控肝部三維溫度值，血流阻抗值以及肝動脈脈搏波信號。信息同時配合胸導聯心電圖進行脈搏波的傳播速度，動脈壓力，以及心輸出量等參數的測量。溫度檢測模塊能夠對肝區三維溫度信息進行梯度構建，實時測量運算每一點的溫度值。如果肝血流出現異常，裝置能夠進行健康預警。裝置的信號接收與處理模塊運用MEMS技術，同時處理多路信號。
【專利說明】低頻電磁振動調制的紅外肝藏氣機血流調理儀
【技術領域】
[0001]本設計屬于中醫類醫療設備類發明，涉及到低頻電磁振動調制、紅外加熱和三維溫度梯度檢測反饋控制技術、動態血流阻抗檢測、MEMS嵌入式技術、無線信息發射接收技術、動態血壓和血氧、標準II導心電圖、脈搏波傳導速度(PWV)等參數數字化檢測和量化識別研究技術。
【背景技術】:
[0002]目前的人體信息檢測設備有幾個特點:
[0003]一，檢測的是直觀的生理狀況，通常就是血壓血氧體溫和心電，沒有對這些數據進行中醫證候的辯證分析，得到適合作為中醫辨證能夠采用的數據。
[0004]二、前端檢測設備的數據沒有得到后期綜合處理，通常多路信號同時檢測出來，而讀圖人員很難在較短時間內全面顧及到所有信號波形代表的意義，更考慮不到信號之間時間差和相對頻率幅度的不同反應的機體狀態。
[0005]三、只是作為對使用者的一種被動檢測，雖說他們也是在測量動態的信號，但是通常在一段時間里佩戴者所處的環境并不會有很大的變化，也就是說，他們得到的動態數據實質上也是佩戴者當前的一種生理狀態，并沒有真正得到機體的動態的變化。也就是說這些裝置并沒有實現主動添加一個環境變量然后觀察在這個過程中機體的應對與變化，而針對變化的環境機體所作出的反應以及其快慢恰恰反映出大量的人體生理病理信息。
[0006]四、目前的設備很多都是單獨作為信息檢測使用，也有一些專門作為治療產品，沒有能夠將兩者集成。
[0007]阻抗血流圖測量人體血流灌注量等電生理信號，是一項較為便捷的檢測技術，它無創，無害，可以連續監測，測量數據有較好的實時性。但是由于對其輸出的檢測信號的生理意義非常模糊，所以長期以來并沒有得到比較廣泛的發展。目前多數血流阻抗圖儀研究缺乏針對性，往往仿真研究效果較好，但實際應用效果不佳。

【發明內容】
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[0008]一、理論思路
[0009]中醫里講肝藏主疏泄，喜條達，惡抑郁。作為人體中最大的實體性器官，肝臟擔負著全身大量的能量轉換與新陳代謝，是全身臟器溫度最高的器官，也是少數可以再生的器官，肝臟的血液循環的好壞是保證所有機體代謝過程的基礎，是肝疏泄功能的表現。人的正常衰老與肝臟改變關聯明顯，肝血流量會隨著年齡的增加而減少。男過25歲，女過20歲以后，肝臟循環血流量平均每年下降0.3%~1.5%。60歲時的肝內血流量約比20歲時減少40%~50%。在病理狀態下，肝血流的減少量會更多。因此，無論是調節人體的整體氣血運行，還是對疾病尤其是肝臟疾病的調養，保持肝臟疏泄功能的正常是非常關鍵的一步。
[0010]本設計目的是為了通過利用低頻調制的紅外技術對肝臟的進行溫度調節，并利用溫度傳感器組對肝臟的表面溫度進行實時監測，并利用反饋調節加熱功率。同時實現肝部血流信息的同步實時監測，這種動態測量比單純的靜態測量獲得的關于人體功能方面的信息要多很多。在檢測的過程中，通過對紅外脈沖進行低頻調制作為可控熱輻射加熱裝置對肝區部位進行加熱，并利用血流阻抗以及心電圖檢測同步動態的描記機體的狀態變化，并從中反映出機體自我調節的能力。本裝置可以在加熱的環境下同步測量，按照程序設定好的程序，可以得到加熱和冷卻情況下的肝臟血流調節情況和相關聯的心血管生理信息。通過提供長時間段的監測數據，讓病人的身體信息能夠得到充分有效的采集，如果再加熱的過程中出現溫升異常或者加熱血流變化異常，儀器能夠自動報警。如果配合醫生使用，便可以很便捷的提供很多具有診斷價值的信息，并且通過與中醫中講的肝藏的生理功能相結合，可以作為對肝藏疏泄功能，藏血功能的一種量化的調理手段與檢測方式.[0011]本產品面向的用戶既可以是肝部疾病或者脾胃病的患病人群，也可以是需要長期監護的慢性病患者，比如高血壓,糖尿病，心臟病患者，當然也可以作為亞健康人群的體質監測儀。[0012]二、設計結構與方案
[0013]肝血流調理儀為利用紅外脈沖加熱配合血流阻抗與心電檢測的具有診斷功能的調理肝血流設備。它的具體原理與規格陳列如下:
[0014]本設計分為傳感器檢測外束帶部分和信號接收與處理模塊兩部分。
[0015]1.傳感器部分
[0016]傳感器部分集成有:
[0017](1)血流阻抗檢測模塊
[0018]血流阻抗檢測模塊、在檢測帶內層裝設的血流阻抗信息檢測電極為四導檢測模式。外側供電電極為與肝臟在胸前體表的投影相對應的環狀電極，供電電壓小于IV，供電電流小于2mA。供電頻率為可調頻率。
[0019]內側檢測電極與外側供電電極形狀相似，均為肝區在體表投影的邊界形狀，且由外向里等比例縮小，具體數據參見說明書附圖1。最內側供電電極為圓形，這種設計方式可以最大限度的檢測到肝臟的血流變化情況，電極采用Ag-AgCl電極，導體在設計上采用網狀柔性加工手段，并置于彈性萊卡材料襯墊上，保證它在使用時有高出調理儀內側表面Icm的距離，可以實現在肢體適度運動的情況下與身體保持良好的接觸。
[0020](2)心電圖檢測模塊
[0021]心電為標準II導聯心電圖，分別利用導電織物無粘性的與皮膚接觸，分別貼在右胸前上鎖骨下位置，左下腹，和右下腹三個位置。其中右下腹電極為右腿驅動電極。電極外側有高分子SAP材料汗液吸附裝置，覆蓋在心電貼片周圍區域。可以防止在加熱過程中機體為了散熱而出汗，或者是使用者在運動的過程中出汗而導致測量數據失真。
[0022](3)可控頻加熱模塊及其附屬的溫度檢測模塊
[0023]其溫控模塊采用遠紅外脈沖加熱墊作為加熱元件，加熱方式為電加熱，電源設計為可充電式高能鋰電池，在使用的過程中只需要將開關打開，就可以實現可調功率加熱。充電方式為220V市電充電法，充電插銷后端有電隔離器，作為充電變壓器的同時，保持裝置的電器隔離。遠紅外脈沖加熱墊的加熱脈沖頻率為7-13Hz，紅外波長為500-1000 μ m。屬于經過檢測的肝臟最適加熱頻率，加熱器功率為20-100kj/h，
[0024]本裝置附有溫度檢測的熱電偶傳感器組，用來綜合測量計算體表溫度，并在信號分析與辯證模塊中根據年齡，性別，身高與體重計算得出的體表面積獲取體表產熱量和基礎代謝率。有一個肝區皮膚溫度檢測傳感器，用來檢測加熱部位的體表溫度。
[0025]血流阻抗供電與檢測導體電極兩側同樣有高分子SAP材料的體液采集帶作為汗液吸附裝置，既可以及時吸收汗液，防治汗液以及其他體液影響皮膚電阻。又可以采集體表分泌物，用來分析分泌物成分，判斷機體的酸堿平衡以及氣血津液的整體狀況，
[0026](4)肝動脈壓力檢測模塊
[0027]通過在肝動脈的體表波動處，約在心窩下2_4cm偏右l_2cm，依據個人情況不同，脈搏波動的最明顯位置有所差異，但是均在本傳感器的覆蓋范圍之內。傳感器采用的是壓力傳感器，利用的原理是壓電半導體的壓電效應。波動傳入信號接收裝置，經過以及放大之后，在波形medlab軟件中濾掉呼吸波以及其他干擾，獲得肝動脈壓力波波形圖。
[0028]2.信號接收與處理部分
[0029]首先將傳感器傳來的信息輸入集成MEMS芯片技術的信號接收處理器，然后將信號數字化并進行濾波與運算。
[0030]對于血流阻抗信號,采用直接數字合成技術(Direct Digital Synthesis, DDS),再經過阻抗波濾波放大等電路模塊，將信號變換為輸出波形信號。然后針對波形信號進行的特征值提取，上升支斜率最大值，每周期波形積分面積均值運算，并結合心電圖的特征值，計算脈搏波傳導速度以及血壓值。并將計算值與肝動脈壓力波的波形圖進行等換算率比較，比較的結果作為壓力波的矯正因素進行再次處理并最終得出動脈血壓的校正值。
[0031]對于心電信號，由于心電信號對象比較微弱，僅為毫伏(mV)級,極易受環境及檢測設備的干擾。分別設計高通濾波器、低通濾波器和工頻濾波器，利用IIR和FIR的陷波器設計，消除心電信號中的工頻干擾。
[0032]對預處理后的信號進行波形檢測和特征點定位，本設計分別從時域和變換域兩方面，進行QRS波群、P波和T波的檢測算法研究。時域峰值定位算法和小波變換模極值對算法的QRS波群檢測，并以已檢測的QRS特征點為基準，結合P、T波的幅值斜率特征和小波分解所對應模極值對的特征，分別采用差分閾值算法和小波模極值對算法，對Ρ、Τ波的檢測。
[0033]溫度信號和加熱頻率信號作為不易受干擾的變量，直接可以將信號傳入發射終端。
[0034]當信號采集并數字化濾波分析之后，在手持顯示屏上會顯示出加熱前的各項指標，加熱時這些指標的漂移幅度，加熱后冷卻過程中這些值的變化情況，并從這些動態的數據中得出診斷信息報告。報告能夠對這些信息與設值的標準范圍進行對照，如果對照發現超標項，則能夠發出報警并對超標項進行顯示。
[0035]將所有的信號通過頻選裝置采樣并編碼為數據包的形式，通過微功率無線電發射裝置發射到終端設備上。
[0036]另外，根據采集到的心電信號聯合計算血流速度的大小，再根據肝區體表溫度的變化導致的血流量與血流速度的變化，推算肝臟的調節血量的能力，反應肝區血管的低熱恢復能力以及其他生理功能 。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0037]圖1.整體結構示意圖[0038]圖2.肝血流阻抗檢測電極示意圖
[0039]圖3.設計實物圖
[0040]圖4.使用示意圖
[0041]圖4(1).疊合方式說明
[0042]圖4 (2).肝血流調理儀穿戴樣式圖
[0043]圖5.初始加熱狀態下的聯合波形圖
[0044]圖5 (I).停止加熱后溫度下降過程的肝血流阻抗聯合波形圖
[0045]圖5 (2).肝動脈血流圖與心電圖比較分析
[0046]圖6.加熱十分鐘后的穩態波形
[0047]圖7.數據關系
[0048]圖8.信號流程 附圖中序號說明
I為肝血流調理儀的外層束帶，靠左邊起50cm的區域附著有尼龍搭扣，與右側外束帶的外側相互黏連。 2為熱電偶傳感器組位置，集合有多個傳感器。
3為肝血流阻抗檢測導體。其中:在圖2上3、11為供電電極，9、10為檢測電極。
4為標準II導聯心電貼片。
5為信號接收辯證顯示器。
6為信號接收與預處理模塊。
7為遠紅外脈沖加熱墊。
8為脈沖、功率調節器，內附高能鋰電池。
14為導線，實物以一條集成線傳導信號，本信號在調理儀外層布料的夾層中，不與人體直接接觸。
15為SAP材料的體液采集帶，覆蓋了血流阻抗導體的內部區域。
16為充電電源插銷。
17為電耦合器，保證充電電源電流不與設備直接接觸，但是使用時依然注意，不要在充電的時候使用。
18為肝動脈脈搏波傳感器探頭。
具體實施方案:
[0049]一.肝血流調理儀理論背景
[0050]肝血流調理儀的加熱面積為250cm2，加熱部位包括肝臟以及外側的皮膚脂肪組織。按照170±5cm的標準，可以測得總共加熱部位的重量為2公斤左右，其中分部的血液為600ml，血液灌流量為16cm3/s，加熱頻率為10Hz，利用遠紅外線加熱，紅外波長為500-1000 μ m。加熱的方式為脈沖加熱法，頻率為2-20Hz，
[0051]紅外加熱會引起反射性血管擴張，有下面幾個個途徑:
[0052](I)熱-皮膚內熱感受器【戶菲尼(Ruffini)小體】_丘腦下部前側-交感神經-血管平滑肌松弛-血管擴張-血液循環加強。
[0053](2)熱-血管-血液溫度升高-血管周圍神經叢興奮-軸突反射-血管擴張。
[0054](3)較強烈的熱-組織-組織蛋白微量變性-形成組胺或血管活膚-血管擴張。[0055]加熱元件覆蓋的的面積操過了肝臟在體表的投影面積。加熱的部位不僅包括了整個肝臟，而且包括了部分的脾臟，十二指腸與大部分胃，部分食道和一小部分肺臟。在加上所包含的區域的表皮，真皮與皮下組織，所以測量到得血流阻抗值不全是肝臟部位的血流灌注量的變化，但是在非進食期間，消化系統的血流量比較少，在提升機體溫度的時候，激發交感神經，副交感神經受到抑制，使得消化系統血液循環阻力進一步升高，血流量進一步減少，肺臟與消化系統都是空腔器官，比熱相對較小，允許算在系統誤差以內。所以在測量期間的血流阻抗值可以認為代表著肝區部位的血液灌注量。呼吸會導致肝臟位置在一個呼吸周期里面上下運動，幅度可以達到2-3cm，但是由于我們采用了帶式加熱方法，覆蓋了肝臟移動的范圍，所以產生的誤差極小，可以忽略。
[0056]在人保持安靜的狀態下，肝區體表平均散熱率經測定為1.14J/s，增加的血流量帶走的溫度為，整個肝區的平均比熱值為C = 3.35J/gt，正常情況下散熱量為5J/s。得到整個區域要是想要升溫一度需要6700J的能量。當需要加熱的時候，每升高一度，肝區新陳代謝的速率就上升15%，也就意味著血流量增加15%。我們按照計算值2000ml/min來計算，當肝區表面在將熱升溫到50.5度的時候，穩定的散熱量為llj/s，溫度梯度可以延伸至肝臟內部，成梯度分布。高于體核溫度I度的縱向梯度距離可以達到3cm以上。如果我們的加熱裝置功率設定為30J/s，(肝血流調理儀的功率范圍為20-100W)，遠紅外脈沖加熱頻率10Hz，那么將肝臟部位5cm深度的部位加熱到38.5度需要10分鐘。關于本儀器加熱在肝區形成的從外向內的溫度梯度中任意一點的溫度計算公式如下:
【權利要求】
1.本專利為低頻電磁振動調制的紅外加熱肝藏氣機血流調理儀，由6-13HZ的最適頻率調制紅外波加熱，形成紅外發射功率在20-100W范圍的對人體肝區所在的體表部分的直接的輻射；加熱的過程會形成由體表指向內部肝臟的一個溫度梯度，經計算肝臟深部組織可獲得熱增益Δ t~1.5°C的溫度變化范圍。加熱過程全程由肝阻抗血流，配合肝動脈脈搏波以及標準II導聯心電圖聯合監測。
2.根據權利要求1:調制紅外加熱的過程中，熱電偶溫度傳感器組進行溫度的實時三維梯度檢測。運用安放在指定部位的熱電偶溫度傳感器組，對特定的幾個身體部位進行測量，結合加熱部位的比熱與生理結構，測算出從表皮指向內臟的任意一點的溫度值。肝區部位的血流阻抗在加熱的過程中實時監控加熱部位血流灌流量的變化并通過反饋機制進行功率調節。
3.根據權利要求1:本裝置的肝血流阻抗測量電極與供電電極均為仿肝臟體表投影邊界的形狀制成，既能夠最大限度的獲取肝區部位的血流灌流量的變化信息。又可以根據測量需求改變位置，平移至肋下或者后背的肝臟投影位置。
4.根據權利要求1同時匹配肝動脈壓力傳感器對肝動脈壓力脈搏波進行測量，從獲得的脈搏波波動信號獲得肝動脈的壓力變化，獲得肝動脈的血壓。
5.根據權利要求1肝血流阻抗與配合測量的標準II導聯心電模塊計算心血管生理參數如血壓，脈搏波傳導速度等，然后在加熱的過程中，運用針對本裝置推導的公式得出隨溫度變化的情況下肝部生理指標的變化。
6.根據權利要求1肝血流阻抗導體材料采用網狀柔性銀-氯化銀材料，寬度為0.6厘米，并且與下面的導電織物一同置于高約I厘米的彈性海綿墊下。電極外側有汗液吸附裝置，為高分子SAP材料的體液采集帶，覆蓋了血流阻抗導體的內部區域。心電為標準II導聯心電圖也有類似的高分子SAP材料的體液采集帶，防止汗液對測量數據的影響。
7.根據權利要求1、本裝置硬件部分應用MEMS芯片進行包括信號的采集、濾波、轉換與發射等信息的處理。軟件運用medlab軟件編寫信號采樣點獲取,并利用Microsoft visualbasic6.0作為軟件開發平臺編寫信號的特征點提取以及時域分析等后期信號處理程序。
8.根據權利要求1:信號采集辯證模塊將信號依次處理并最終變換為數據包的形式發送到接收端，也可以直接輸出到配備的顯示器上。當檢測到測量信號不再正常值范圍內時，會有健康預警提示。
9.根據權利要求1、測量過程為，加熱前，對肝區血流阻抗和心電圖進行測量，得到正常狀態下的肝血流曲線和心電圖，并通過信號分析與辯證模塊計算出諸如肝區血流灌注量，心率，心每搏輸出量，心指數，舒張壓與收縮壓，脈搏波傳導速度，血管順應度等生理信息的一般值。然后在加熱的過程中，連續測量肝區阻抗血流曲線及其心電圖，同時擬合溫度曲線，實時觀測二者的變化，并通過阻抗血流曲線和心電圖在加熱過程中的變化得到諸如肝區血流灌注量，心率，心每搏輸出量，心指數，舒張壓與收縮壓，脈搏波傳導速度，血管順應度等生理信息的變化情況，推算出肝臟的血液系統調節能力以及肝區部位血氧信息以及酶的活性變化。然后停止加熱，測量肝區體表投影溫度的下降幅度對應的血流阻抗值變化和心電圖的變化，推算肝臟的自我調節能力。
10.根據權利要求1:本裝置設置有自動、手動兩種調節模式，可以根據需求進行選擇。
【文檔編號】A61B5/026GK103830844SQ201310073634
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年3月8日 優先權日:2013年3月8日
【發明者】牛欣, 楊學智, 牛婷立, 蘆煜 申請人:牛欣, 楊學智, 蘆煜