本發(fā)明涉及中醫(yī)針灸學(xué)領(lǐng)域，特別是一種針刺手法與穴位效應(yīng)的量化分析系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

中醫(yī)作為現(xiàn)代世界醫(yī)療體系中的重要分支，相對于西醫(yī)而言，中醫(yī)更針對“病根”的治療，治標(biāo)又治本，毒副作用小，且其在一些疑難雜癥方面的療效是西醫(yī)無法匹及的。目前，中醫(yī)針灸治療已在很多國家被列入醫(yī)保范圍。隨著針灸學(xué)發(fā)展的國際化、標(biāo)準(zhǔn)化不斷加強，它已經(jīng)成為了中國傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)走向世界的名片。

然而，即使我國具有該方面研究的絕對優(yōu)勢，依然沒有在中醫(yī)針灸作用機理的研究方面取得突破性進展。要解決當(dāng)前針灸醫(yī)學(xué)發(fā)展與傳承所面臨的困境，必須從針灸過程的標(biāo)準(zhǔn)化出發(fā)，對傳統(tǒng)的針刺手法以及針刺作用所引起的穴位生物物理效應(yīng)進行量化，分析針刺作用手法與效應(yīng)之間的量化關(guān)系。

目前仍未有一種儀器或設(shè)備能夠從針刺手法量化及針刺穴位效應(yīng)量化兩個角度同時出發(fā)對針刺作用進行檢測、量化、研究。運動控制技術(shù)發(fā)展日趨成熟，各種傳感技術(shù)發(fā)展迅猛，將運動控制技術(shù)應(yīng)用于專家針刺手法復(fù)現(xiàn)及分析，將多種傳感器應(yīng)用于針刺穴位效應(yīng)檢測，可以為針刺手法以及針刺穴位效應(yīng)的量化分析提供一種有力工具。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種針刺手法與穴位效應(yīng)的量化分析系統(tǒng)，利用針刺手法參數(shù)測定儀檢測專家手法參數(shù)，利用溫度傳感器、血流量傳感器、肌電傳感器檢測針刺穴位效應(yīng)，利用嵌入式控制器閉環(huán)控制伺服電機帶動針刺針動作，模擬專家手法或修改過的專家手法進行提插和捻轉(zhuǎn)動作，實現(xiàn)對專家手法的量化、模擬和復(fù)現(xiàn)，并能能夠通過對專家手法參數(shù)的修改研究某單一參數(shù)對穴位效應(yīng)的影響。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是提供一種針刺手法與穴位效應(yīng)的量化分析系統(tǒng)，其中：該系統(tǒng)包括有相互連通的專家針刺手法檢測單元、針刺穴位效應(yīng)檢測單元、pc上位機、針刺手法量化機器手。

所述的專家針刺手法檢測單元通過usb與所述pc上位機進行通訊，所述pc上位機采用labview程序開發(fā)環(huán)境構(gòu)建上位機界面，對所采集專家針刺手法參數(shù)進行記錄。

所述的針刺穴位效應(yīng)檢測單元通過串口與所述pc上位機進行通訊，所述pc上位機采用labview程序開發(fā)環(huán)境構(gòu)建上位機界面，對針刺穴位效應(yīng)進行顯示、記錄。

所述pc上位機與所述針刺手法量化機器手中的嵌入式控制器通過串口進行通訊，接受所述pc上位機所發(fā)送的控制指令。所述針刺手法量化機器手由嵌入式控制器、伺服驅(qū)動器、機械針刺手、反饋檢測單元組成，所述嵌入式控制器的4路gpio端口配置為兩兩互補的pwm輸出接口，6路gpio端口配置為編碼器信號輸入接口，所述伺服驅(qū)動器具有pwm信號輸入接口、編碼器信號輸入接口，所述嵌入式控制器的pwm信號輸出接口與伺服驅(qū)動器的pwm信號輸入接口通過導(dǎo)線直接連接。

所述伺服驅(qū)動器包括提插伺服驅(qū)動器和捻轉(zhuǎn)伺服驅(qū)動器。

所述機械針刺手包括提插伺服電機、捻轉(zhuǎn)伺服電機、機械裝置、針刺針，所述提插伺服電機安裝在所述機械裝置上，所述捻轉(zhuǎn)伺服電機安裝在所述機械裝置上，所述針刺針安裝在所述機械裝置上。

所述反饋檢測單元包括提插脈沖編碼器、捻轉(zhuǎn)脈沖編碼器，所述提插脈沖編碼器安裝在所述提插伺服電機上，所述捻轉(zhuǎn)脈沖編碼器安裝在所述捻轉(zhuǎn)伺服電機上。

所述提插伺服驅(qū)動器通過導(dǎo)線與所述提插伺服電機連接，所述捻轉(zhuǎn)伺服驅(qū)動器通過導(dǎo)線與所述捻轉(zhuǎn)伺服電機連接，所述提插脈沖編碼器通過導(dǎo)線與所述提插伺服驅(qū)動器的編碼器輸入信號接口連接，所述提插脈沖編碼器通過導(dǎo)線與所述嵌入式控制器的編碼器輸入信號接口連接，所述捻轉(zhuǎn)脈沖編碼器通過導(dǎo)線與所述捻轉(zhuǎn)伺服驅(qū)動器的編碼器輸入信號接口連接，所述捻轉(zhuǎn)脈沖編碼器通過導(dǎo)線與所述嵌入式控制器的編碼器輸入信號接口連接。

所述機械裝置包括針刺手本體、聯(lián)軸器、滾珠絲杠、滑臺、懸臂、夾具，機械臂下端固定在底座上，所述針刺手本體固定在機械臂的上端，所述提插伺服電機固定在針刺手本體上，并通過所述聯(lián)軸器與滾珠絲杠連接，所述滑臺安裝在滾珠絲杠上，所述懸臂固定在滑臺上，所述捻轉(zhuǎn)伺服電機固定在懸臂上，并通過所述聯(lián)軸器與夾具連接，所述針刺針固定在夾具上。

本發(fā)明的效果是：

第一、本系統(tǒng)集成了針刺手法參數(shù)測定儀和穴位效應(yīng)檢測傳感器，能夠通過對專家針刺手法的檢測構(gòu)建專家手法——穴位效應(yīng)數(shù)據(jù)庫；

第二、本系統(tǒng)采用雙閉環(huán)控制方式，通過提插伺服電機和捻轉(zhuǎn)伺服電機帶動針刺針運動，以專家針刺手法參數(shù)為依據(jù)對專家針刺手法進行量化與模擬；

第三、本系統(tǒng)不僅能夠在模擬傳統(tǒng)針刺手法的機械運動的基礎(chǔ)上實現(xiàn)對針刺刺激的量化，而且能夠在針刺刺激的同時實現(xiàn)對針刺穴位效應(yīng)的量化。

第四、本系統(tǒng)的上位機軟件具有對比專家針刺手法與機器針刺手法、專家針刺效應(yīng)與機器針刺效應(yīng)的功能，并且可以利用修改過的專家針刺手法參數(shù)控制機器針刺手。

第五、本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對針刺手法及其穴位效應(yīng)的量化分析，通過控制變量法的應(yīng)用實現(xiàn)對單一針刺參數(shù)對于穴位效應(yīng)影響的研究。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的針刺手法與穴位效應(yīng)的量化分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的針刺手法量化機器手機構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的機械針刺手示意圖；

圖4為本發(fā)明的上位機軟件操作界面示意圖。

圖中：

1.針刺手法檢測單元2.針刺穴位效應(yīng)檢測單元3.pc上位機4.針刺手法量化機器手5.嵌入式控制器6.伺服驅(qū)動器7.機械針刺手8.反饋檢測單元9.提插伺服驅(qū)動器10.捻轉(zhuǎn)伺服驅(qū)動器11.提插伺服電機12.捻轉(zhuǎn)伺服電機13.提插脈沖編碼器14.捻轉(zhuǎn)脈沖編碼器15.機械裝置16.針刺針17.針刺手本體18.聯(lián)軸器19.滾珠絲杠20.滑臺21.懸臂22.夾具23.機械臂24.底座25.操作臺26.針刺手法參數(shù)顯示區(qū)27.針刺穴位效應(yīng)顯示區(qū)28.專家手法修改區(qū)29.開始檢測專家手法參數(shù)及穴位效應(yīng)按鈕30.導(dǎo)入專家手法參數(shù)及穴位效應(yīng)按鈕31.開始按鈕32.停止按鈕

具體實施方式

結(jié)合附圖對本發(fā)明的針刺手法與穴位效應(yīng)的量化分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)做進一步說明。

本發(fā)明的針刺手法與穴位效應(yīng)的量化分析系統(tǒng)包括有相互連通的專家針刺手法檢測單元、針刺穴位效應(yīng)檢測單元、pc上位機、針刺手法量化機器手。針刺手法檢測單元對專家針刺過程中的手法參數(shù)進行檢測，針刺穴位效應(yīng)檢測單元檢測專家針刺過程中的穴位效應(yīng)和機器針刺手針刺過程中的穴位效應(yīng)。pc上位機向嵌入式控制器發(fā)送控制參數(shù)并實時顯示針刺過程中的參數(shù)信息及穴位效應(yīng)信息。

如圖1所示，本發(fā)明的針刺手法與穴位效應(yīng)的量化分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是，該系統(tǒng)包括有相互連通的專家針刺手法檢測單元1、針刺穴位效應(yīng)檢測單元2、pc上位機3、針刺手法量化機器手4。

所述的專家針刺手法檢測單元1由針刺手法參數(shù)測定儀構(gòu)成，通過usb與pc上位機3進行通訊，用于檢測專家針刺過程中的進針?biāo)俣取⑦M針深度、提插力、捻轉(zhuǎn)力矩和捻轉(zhuǎn)頻率，所述pc上位機3采用程序開發(fā)環(huán)境labview軟件構(gòu)建上位機界面，對所采集的專家針刺手法參數(shù)進行記錄。

所述的穴位針刺效應(yīng)檢測單元2由溫度傳感器、血流量傳感器和肌電傳感器組成，通過串口與pc上位機3進行通訊，用于檢測專家針刺過程和機器手針刺過程中的穴位效應(yīng)信息，所述pc上位機3采用程序開發(fā)環(huán)境labview軟件構(gòu)建上位機界面，對所采集的專家針刺手法參數(shù)進行顯示、記錄。

所述pc上位機3與所述針刺手法量化機器手4中的嵌入式控制器5通過串口進行通訊，接收所述pc上位機3發(fā)送的控制指令，所述針刺手法量化機器手4包括嵌入式控制器5、伺服驅(qū)動器6、機械針刺手7、反饋檢測單元8。所述的嵌入式控制器5采用ti公司生產(chǎn)的tms320c28x系列浮點dsp控制器tms320f28335，該控制器具有150mhz的高速處理能力，具有多達18路的pwm輸出，12位16通道adc，運算速度快，功能強大。所述的伺服驅(qū)動器6、提插伺服電機11、捻轉(zhuǎn)伺服電機12采用富士品牌的伺服套裝。嵌入式控制器的4路gpio端口配置為兩兩互補的pwm輸出接口，6路gpio端口配置為編碼器信號輸入接口，伺服驅(qū)動器6具有pwm信號輸入接口、編碼器信號輸入接口，嵌入式控制器的pwm信號輸出接口與伺服驅(qū)動器6的pwm信號輸入接口通過導(dǎo)線直接連接。

所述伺服驅(qū)動器6包括提插伺服驅(qū)動器9和捻轉(zhuǎn)伺服驅(qū)動器10；

所述機械針刺手7包括提插伺服電機11、捻轉(zhuǎn)伺服電機12、機械裝置15、針刺針16，所述提插伺服電機11安裝在所述機械裝置15上，所述捻轉(zhuǎn)伺服電機12安裝在所述機械裝置15上，所述針刺針16安裝在所述機械裝置15上。

所述反饋檢測單元8包括提插脈沖編碼器13、捻轉(zhuǎn)脈沖編碼器14，所述提插脈沖編碼器13安裝在所述提插伺服電機11上，所述捻轉(zhuǎn)脈沖編碼器14安裝在所述捻轉(zhuǎn)伺服電機12上。

所述提插伺服驅(qū)動器9通過導(dǎo)線與所述提插伺服電機11連接，所述捻轉(zhuǎn)伺服驅(qū)動器10通過導(dǎo)線與所述捻轉(zhuǎn)伺服電機12連接，所述提插脈沖編碼器13通過導(dǎo)線與所述提插伺服驅(qū)動器9的編碼器輸入信號接口連接，所述提插脈沖編碼器13通過導(dǎo)線與所述嵌入式控制器5的編碼器輸入信號接口連接，所述捻轉(zhuǎn)脈沖編碼器14通過導(dǎo)線與所述捻轉(zhuǎn)伺服驅(qū)動器10的編碼器輸入信號接口連接，所述捻轉(zhuǎn)脈沖編碼器13通過導(dǎo)線與所述嵌入式控制器5的編碼器輸入信號接口連接。

如圖2所示，所述嵌入式控制器5根據(jù)pc上位機3的給定參數(shù)和提插脈沖編碼器13、捻轉(zhuǎn)脈沖編碼器14的實時反饋向伺服驅(qū)動器6輸入控制信號，構(gòu)成控制系統(tǒng)的外閉環(huán)。伺服驅(qū)動器6比較嵌入式控制器5的輸出信號和插脈沖編碼器13、捻轉(zhuǎn)脈沖編碼器14的實時反饋，驅(qū)動提插伺服電機11、捻轉(zhuǎn)伺服電機12完成針刺動作，構(gòu)成控制系統(tǒng)的內(nèi)閉環(huán)。伺服驅(qū)動器6內(nèi)置的速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器實現(xiàn)系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)控制，外環(huán)控制通過向嵌入式控制器寫入數(shù)字pid調(diào)節(jié)算法實現(xiàn)。雙閉環(huán)控制在一定程度上減小了系統(tǒng)的位置跟蹤滯后誤差，提高了系統(tǒng)的控制精度。

如圖3所示，所述的機械裝置包括包括針刺手本體17、聯(lián)軸器18、滾珠絲杠19、滑臺20、懸臂21、夾具22，機械臂23下端固定在底座24上，針刺手本體17固定在機械臂23的上端，提插伺服電機11固定在所述針刺手本體17上，并通過聯(lián)軸器18與滾珠絲杠19連接，滑臺20安裝在滾珠絲杠19上，懸臂21固定在滑臺20上，捻轉(zhuǎn)伺服電機12固定在懸臂21上，并通過聯(lián)軸器18與夾具22連接，針刺針16固定在夾具22上。所述機械臂23具有4個自由度，實驗開始前，通過機械臂23將所述機械針刺手7固定在操作臺25上方的適宜位置，實驗過程中，pc上位機3向針刺手法量化機器手發(fā)送控制參數(shù)，通過嵌入式控制器5和伺服驅(qū)動器6向提插伺服電機11和捻轉(zhuǎn)伺服電機12發(fā)送電壓信號，控制其位置和轉(zhuǎn)速，所述提插伺服電機11通過聯(lián)軸器18帶動滾珠絲杠19旋轉(zhuǎn)，進而帶動所述滑臺20和懸臂21上下運動，懸臂21帶動捻轉(zhuǎn)伺服電機12上下運動，進而帶動針刺針16完成提插動作，所述捻轉(zhuǎn)伺服電機12通過聯(lián)軸器18帶動夾具22旋轉(zhuǎn)，進而帶動針刺針16完成捻轉(zhuǎn)動作。

所述的pc上位機3通過串口與針刺手法量化機器手4中的嵌入式控制器5進行通訊。如圖4所示，上位機界面的編寫采用labview集成開發(fā)環(huán)境進行，該集成開發(fā)環(huán)境采用圖形化編程語言，操作簡便，功能完善。如圖4所示，上位機軟件界面設(shè)計包括：針刺手法參數(shù)顯示區(qū)26、針刺穴位效應(yīng)顯示區(qū)27、專家針刺手法修改區(qū)28、開始檢測專家手法參數(shù)及穴位效應(yīng)按鈕29、導(dǎo)入專家手法參數(shù)及穴位效應(yīng)按鈕30、開始按鈕31、停止按鈕32。具體操作過程如下：

第一步、點擊開始檢測專家手法參數(shù)及穴位效應(yīng)按鈕29，上位機軟件自動將所采集的專家針刺手法參數(shù)及穴位效應(yīng)存入數(shù)據(jù)庫。

第二步、點擊導(dǎo)入專家手法參數(shù)及穴位效應(yīng)按鈕30，軟件自動打開數(shù)據(jù)庫，選擇所要量化分析的專家手法，系統(tǒng)自動將該手法在針刺過程中的參數(shù)及其穴位效應(yīng)顯示在針刺手法參數(shù)顯示區(qū)26和針刺穴位效應(yīng)顯示區(qū)27，其中進針?biāo)俣群瓦M針深度以數(shù)字的形式顯示，提插力、捻轉(zhuǎn)力矩、捻轉(zhuǎn)頻率、穴位溫度、血流量和肌電效應(yīng)特征以白色實線顯示。肌電效應(yīng)特征為對肌電傳感器所采集到的原始肌電信號進行特征提取所得到的特征量。

第三步、點擊開始按鈕31，針刺手法量化機器手4對所導(dǎo)入的專家針刺手法進行模擬，并將機器手針刺過程所檢測到的穴位效應(yīng)以白色虛線顯示在針刺穴位效應(yīng)顯示區(qū)27。

第四步、若需要對所導(dǎo)入專家針刺手法進行修改，則在專家針刺手法修改區(qū)28勾選是否修改專家手法復(fù)選框，輸入要修改的參數(shù)以及相應(yīng)的時刻，點擊保存按鈕，修改后的進針深度和進針?biāo)俣葏?shù)會覆蓋原有專家參數(shù)，提插力、捻轉(zhuǎn)力矩和捻轉(zhuǎn)頻率會以白色虛線的形式顯示在針刺手法參數(shù)顯示區(qū)26，然后點擊開始按鈕31，針刺手法量化機器手4將根據(jù)修改后的參數(shù)進行針刺動作。

第五步、針刺動作完成后，針刺手法量化機器手4停止針刺動作并返回至原始位置。

上述實施例用來解釋說明本發(fā)明，而不是對發(fā)明進行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)，對本發(fā)明做出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護范圍。