[發(fā)明專利]針刺手法高精度數(shù)字模擬系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510026486.0
• 申請日: 2015-01-20
• 公開（公告）號: CN104606045B
• 公開（公告）日: 2017-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏熙樂;石丁天;于海濤;王江;鄧斌;陳穎源
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: A61H39/08
• 分類號: A61H39/08
• 代理公司: 天津才智專利商標(biāo)代理有限公司12108
• 代理人: 呂志英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)，特別是一種針刺手法的高精度數(shù)字模擬系統(tǒng)。

背景技術(shù)

針灸作為中醫(yī)的重要組成部分,臨床療效顯著，但確切的作用機(jī)制尚不明晰。針刺可以等效為對機(jī)體的外部時變刺激，神經(jīng)系統(tǒng)對針刺刺激進(jìn)行編碼產(chǎn)生動作電位，進(jìn)而調(diào)控機(jī)體適應(yīng)環(huán)境變化。在研究針刺刺激神經(jīng)編碼機(jī)制的實(shí)驗(yàn)過程中，針刺刺激作為神經(jīng)系統(tǒng)的輸入信號，對于建立有效的輸入-輸出關(guān)系具有重要作用。然而，針刺刺激以手針操作的形式施加于皮膚，難以從定量的角度對其進(jìn)行刻畫。因此，對針刺刺激信號進(jìn)行量化，顯得尤為關(guān)鍵。

目前，能夠?qū)︶槾檀碳ば盘栠M(jìn)行量化的儀器主要分為兩種：一種是普遍存在的電子針灸儀，另一種是用于專業(yè)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)研究的針刺手法測定儀。

電子針灸儀采用一個脈沖的電刺激代替?zhèn)鹘y(tǒng)針灸手法中的一次捻轉(zhuǎn)或提插，實(shí)驗(yàn)過程中，對實(shí)驗(yàn)對象周期性地施加一定頻率的電脈沖信號。這種儀器操作簡便，能夠準(zhǔn)確地掌握刺激參數(shù)，代替手法運(yùn)針，節(jié)省人力。然而，傳統(tǒng)針灸講究利用不同的手法運(yùn)針，電子針灸儀的刺激信號形式簡單，缺少靈活性，一個電脈沖無法模擬不同手法下一次針刺的多種機(jī)械操作。并且，手針和電針在不同種類疾病的臨床療效中具有顯著差異。因此，以電針的形式進(jìn)行針刺實(shí)驗(yàn)研究很難完全揭示傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)中針刺的機(jī)理。

針刺手法測定儀通過針灸針的位置變化，帶動相應(yīng)傳感器的滑臂，使傳感器產(chǎn)生電阻變化，從而采集針刺手法的各種參數(shù)，并經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號。這種測定儀可以很好地對每一次針刺手法操作下的各種特征參數(shù)進(jìn)?行量化，但是，由于針刺手法操作具有很強(qiáng)的靈活性，即便是同一個人施針的情況下，也無法保證兩次實(shí)驗(yàn)中的刺激信號的一致性，因此，這種測定儀只能夠采集一次實(shí)驗(yàn)操作中的針刺刺激參數(shù)卻無法再現(xiàn)，即無法進(jìn)行同種刺激下的重復(fù)性實(shí)驗(yàn)。并且施加針刺操作的人具有特異性，同一個人無法同時對多組實(shí)驗(yàn)對象進(jìn)行同種刺激的實(shí)驗(yàn)研究。另外，這種測定儀依賴于專業(yè)針灸人士的操作，成本高，且難以進(jìn)行周期長、靈活性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)研究，不具有普遍性。

針刺實(shí)驗(yàn)研究中，利用電子針灸儀將電信號等效針刺機(jī)械刺激，參數(shù)容易量化，但缺乏針刺手法的機(jī)械特性；利用針刺手法測定儀采集特征參數(shù)，又過分依賴于人手施針的操作，缺乏客觀性。因此，現(xiàn)有儀器都不能很好地用于搭建具有量化針刺刺激信號功能的針刺實(shí)驗(yàn)檢測平臺。目前，運(yùn)動控制技術(shù)已日漸成熟，大量以運(yùn)動控制為核心的機(jī)器設(shè)備廣泛應(yīng)用于在各個行業(yè)，例如數(shù)控機(jī)床、膠印設(shè)備、繞線機(jī)、玻璃加工機(jī)械和包裝機(jī)械等。將運(yùn)動控制的技術(shù)應(yīng)用于針刺研究，采用運(yùn)動控制的閉環(huán)控制思想模擬針刺針的操作，從而代替人的操作，并且量化針刺手法指標(biāo)，可以為針刺手法的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)研究提供一種針刺手法的高精度數(shù)字模擬方案。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種針刺手法的高精度數(shù)字模擬系統(tǒng)，利用運(yùn)動控制卡閉環(huán)控制伺服電機(jī)帶動針刺針，按照給定的運(yùn)動軌跡，模擬針刺手針的提插和捻轉(zhuǎn)手法，實(shí)現(xiàn)針刺輸入信號的量化，并且精確控制針刺針在指定頻率和指定深度條件下的往返運(yùn)動。

為實(shí)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高精度數(shù)字模擬系統(tǒng)，其中：該系統(tǒng)包括有相互連通的上位機(jī)、運(yùn)動控制單元、多組機(jī)械裝置、多組實(shí)驗(yàn)對象。

所述的上位機(jī)通過網(wǎng)口與運(yùn)動控制單元中的運(yùn)動控制卡進(jìn)行通信，采用?VS(Visual?Studio)開發(fā)圖形化界面記錄運(yùn)動控制單元的實(shí)時信息，上位機(jī)軟件系統(tǒng)加載運(yùn)動控制卡配套的動態(tài)鏈接庫，進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸和運(yùn)動程序的下載。

所述的運(yùn)動控制單元包括運(yùn)動控制卡、伺服驅(qū)動器、伺服電機(jī)、針刺針、編碼器,所述運(yùn)動控制卡配有脈沖信號輸出接口和編碼器信號輸入接口，所述的伺服驅(qū)動器包含脈沖信號輸入接口、編碼器信號輸出接口和編碼器信號輸入接口，運(yùn)動控制卡的脈沖信號輸出接口與伺服驅(qū)動器的脈沖信號輸入接口直接相連，用于給定伺服驅(qū)動器在位置模式下的運(yùn)動位移和運(yùn)動速度，伺服驅(qū)動器的編碼器信號輸出接口與運(yùn)動控制卡的編碼器信號輸入接口直接相連，伺服驅(qū)動器通過電纜連接伺服電機(jī)，編碼器安裝在伺服電機(jī)上，編碼器的脈沖輸出信號與伺服驅(qū)動器的編碼器信號輸入接口相連接，通過所述的上位機(jī)編寫運(yùn)動程序，作為給定運(yùn)動軌跡下載到運(yùn)動控制卡內(nèi)，運(yùn)動控制卡根據(jù)通過上位機(jī)載入的給定運(yùn)動軌跡和編碼器的實(shí)時反饋，輸出電信號到伺服驅(qū)動器和伺服電機(jī)，構(gòu)成運(yùn)動控制系統(tǒng)的外閉環(huán)，伺服驅(qū)動器比較運(yùn)動控制卡的輸出信號和編碼器的實(shí)時反饋，驅(qū)動針刺針按照給定運(yùn)動軌跡運(yùn)行，構(gòu)成運(yùn)動控制系統(tǒng)的內(nèi)閉環(huán)，運(yùn)動控制單元的內(nèi)外閉環(huán)均采用PID控制算法。