[发明专利]针刺手法高精度数字模拟系统

说明书

技术领域

本发明涉及生物医学工程技术，特别是一种针刺手法的高精度数字模拟系统。

背景技术

针灸作为中医的重要组成部分,临床疗效显著，但确切的作用机制尚不明晰。针刺可以等效为对机体的外部时变刺激，神经系统对针刺刺激进行编码产生动作电位，进而调控机体适应环境变化。在研究针刺刺激神经编码机制的实验过程中，针刺刺激作为神经系统的输入信号，对于建立有效的输入-输出关系具有重要作用。然而，针刺刺激以手针操作的形式施加于皮肤，难以从定量的角度对其进行刻画。因此，对针刺刺激信号进行量化，显得尤为关键。

目前，能够对针刺刺激信号进行量化的仪器主要分为两种：一种是普遍存在的电子针灸仪，另一种是用于专业教学和实验研究的针刺手法测定仪。

电子针灸仪采用一个脉冲的电刺激代替传统针灸手法中的一次捻转或提插，实验过程中，对实验对象周期性地施加一定频率的电脉冲信号。这种仪器操作简便，能够准确地掌握刺激参数，代替手法运针，节省人力。然而，传统针灸讲究利用不同的手法运针，电子针灸仪的刺激信号形式简单，缺少灵活性，一个电脉冲无法模拟不同手法下一次针刺的多种机械操作。并且，手针和电针在不同种类疾病的临床疗效中具有显著差异。因此，以电针的形式进行针刺实验研究很难完全揭示传统医学中针刺的机理。

针刺手法测定仪通过针灸针的位置变化，带动相应传感器的滑臂，使传感器产生电阻变化，从而采集针刺手法的各种参数，并经过A/D转换变为数字信号。这种测定仪可以很好地对每一次针刺手法操作下的各种特征参数进 行量化，但是，由于针刺手法操作具有很强的灵活性，即便是同一个人施针的情况下，也无法保证两次实验中的刺激信号的一致性，因此，这种测定仪只能够采集一次实验操作中的针刺刺激参数却无法再现，即无法进行同种刺激下的重复性实验。并且施加针刺操作的人具有特异性，同一个人无法同时对多组实验对象进行同种刺激的实验研究。另外，这种测定仪依赖于专业针灸人士的操作，成本高，且难以进行周期长、灵活性强的实验研究，不具有普遍性。

针刺实验研究中，利用电子针灸仪将电信号等效针刺机械刺激，参数容易量化，但缺乏针刺手法的机械特性；利用针刺手法测定仪采集特征参数，又过分依赖于人手施针的操作，缺乏客观性。因此，现有仪器都不能很好地用于搭建具有量化针刺刺激信号功能的针刺实验检测平台。目前，运动控制技术已日渐成熟，大量以运动控制为核心的机器设备广泛应用于在各个行业，例如数控机床、胶印设备、绕线机、玻璃加工机械和包装机械等。将运动控制的技术应用于针刺研究，采用运动控制的闭环控制思想模拟针刺针的操作，从而代替人的操作，并且量化针刺手法指标，可以为针刺手法的教学和实验研究提供一种针刺手法的高精度数字模拟方案。

发明内容

针对上述技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种针刺手法的高精度数字模拟系统，利用运动控制卡闭环控制伺服电机带动针刺针，按照给定的运动轨迹，模拟针刺手针的提插和捻转手法，实现针刺输入信号的量化，并且精确控制针刺针在指定频率和指定深度条件下的往返运动。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种针刺手法高精度数字模拟系统，其中：该系统包括有相互连通的上位机、运动控制单元、多组机械装置、多组实验对象。

所述的上位机通过网口与运动控制单元中的运动控制卡进行通信，采用 VS(Visual Studio)开发图形化界面记录运动控制单元的实时信息，上位机软件系统加载运动控制卡配套的动态链接库，进行数据的传输和运动程序的下载。

所述的运动控制单元包括运动控制卡、伺服驱动器、伺服电机、针刺针、编码器,所述运动控制卡配有脉冲信号输出接口和编码器信号输入接口，所述的伺服驱动器包含脉冲信号输入接口、编码器信号输出接口和编码器信号输入接口，运动控制卡的脉冲信号输出接口与伺服驱动器的脉冲信号输入接口直接相连，用于给定伺服驱动器在位置模式下的运动位移和运动速度，伺服驱动器的编码器信号输出接口与运动控制卡的编码器信号输入接口直接相连，伺服驱动器通过电缆连接伺服电机，编码器安装在伺服电机上，编码器的脉冲输出信号与伺服驱动器的编码器信号输入接口相连接，通过所述的上位机编写运动程序，作为给定运动轨迹下载到运动控制卡内，运动控制卡根据通过上位机载入的给定运动轨迹和编码器的实时反馈，输出电信号到伺服驱动器和伺服电机，构成运动控制系统的外闭环，伺服驱动器比较运动控制卡的输出信号和编码器的实时反馈，驱动针刺针按照给定运动轨迹运行，构成运动控制系统的内闭环，运动控制单元的内外闭环均采用PID控制算法。