TWI407939B - 無線生理訊號整合系統及其方法 - Google Patents

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張文穎
林志衡
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Description

無線生理訊號整合系統及其方法
本案係為一種生理訊號整合系統及方法，尤指一種以無線傳輸之生理訊號整合系統及方法。
目前於醫院病房中用於量測病人各種生理訊號的裝置，大多是利用固定於病人身上的各種導線與各自的監控儀器相連接，而將所量測到之生理數據輸出至各自監控儀器的顯示幕上。而這些生理數據通常是由巡房之護士定時地將其手抄至表格上後，再提供給醫生分析及診斷，因而無法做到即時及連續的監控，且手抄數據的過程若發生錯誤更有可能導致誤診及治療的延誤。
另一方面，由於病人身上連接了多條導線，當由護士協助病人進行翻身或清潔的動作時，這些導線的存在造成了極大的不便；且由於導線與儀器相連接，當病人需要移房或進行特定檢測時(如核磁共振攝影)，勢必需連同儀器一同移動或暫時移除導線，如此一來更無法隨時掌控病人的生理狀態。
此外，目前對於給予病人藥物之劑量，都是依照年齡、體重、性別等參數以進行固定比例之計算而定時施打。然而，每個病人的病情不同，其生理情況及代謝速率亦不同，且此固定比例之標準通常為西方人 之標準，而非針對亞洲人所制訂，因此這種使用固定參數估計劑量並定時施打藥物的方法可能並不理想。
綜上所述，業界亟需一種可即時及連續量測病人各種生理訊號之無線生理訊號整合系統，不僅讓病人擺脫導線之束縛，且可將這些量測數據加以整合並正確地傳遞予醫生進行診療之參考；此外，更可結合一給藥系統，自動地根據病人之生理狀態施打藥劑，使用藥的劑量及時間更為精準。
爰是之故，申請人有鑑於習知技術之缺失，發明出本案「無線生理訊號整合系統及方法」，用以改善上述習用手段之缺失。
本案之主要目的係提供一種無線生理訊號整合的系統，用以整合所測得之生理訊號以無線傳輸之方式輸出，使病人擺脫導線的束縛，更可結合一給藥系統以決定給藥的時間與劑量。
本案之另一目的係提供一種無線生理訊號整合的方法，用以連續監控病人生理狀態，並根據自動地根據病人即時的生理狀態施打藥劑。
根據本發明之構想，本案係提供一種無線生理訊號整合系統，其包含一無線傳輸感測晶片、一電源以及一給藥系統。其中，該無線傳輸感測晶片包含一感測器，用以感測一受測者之一生理訊號；一類比訊號 轉換模組，電連接於該感測器，用以將該生理訊號轉換為一類比電壓訊號；以及一無線傳輸模組，電連接於該類比訊號轉換模組，用以無線傳輸該類比電壓訊號。而該電源電連接於該無線傳輸感測晶片，用以提供電源予該無線傳輸感測晶片；該給藥系統則根據該類比電壓訊號決定提供給該受測者之一藥物的劑量及時間，並自動施打該藥物至該受測者。
如所述之系統，其中該無線傳輸感測晶片為一系統晶片(SOC)，即該感應器、該類比訊號轉換模組及該無線傳輸模組是以一整合之製程技術製造。
如所述之系統，其中該無線傳輸感測晶片係以一積體電路製程製造。
如所述之系統，其中該積體電路製程為一互補式金屬-氧化層-半導體(CMOS)製程。
如所述之系統，其中該無線傳輸感測晶片係侵入性植入一受測者體中。
如所述之系統，其中該無線傳輸感測晶片係非侵入性固定於該受測者體外。
如所述之系統，其中該無線傳輸感測晶片更包含多個感測器以接受多個生理訊號。
如所述之系統，其中該感測器為一感應電荷電晶體(charge-induced transistor)、一場效電晶體(field effect transistor)、一有機薄膜電晶體(organic thin film transistor)、一離子選擇電極(ion selected electrode)以及一光電二極管(photodiode)之其中之一。
如所述之系統，其中該生理訊號為一電訊號、一化學訊號或一物理訊號。
如所述之系統，其中當該生理訊號為化學訊號或物理訊號時，該感測器係先將該生理訊號轉換為一電流後，再將該電流傳至該類比訊號轉換模組，而該類比訊號轉換模組將該電流轉換為一類比電壓，進而再轉換為該類比電壓訊號。
如所述之系統，其中當該生理訊號為一電訊號時，該類比訊號轉換模組係先將該電訊號轉換為一類比電壓，進而再轉換為該類比電壓訊號。
如所述之系統，其中該生理訊號為一藥物濃度、一血糖濃度、一血氧濃度、一生理物質濃度、一腦波訊號、一心電圖訊號、一血壓值、一脈搏速率、一體溫值或一光訊號。
如所述之系統，其中該類比電壓訊號是以一醫療專用無線頻寬進行無線傳輸。
如所述之系統，其中該醫療專用無線頻寬為1.4 GHz。
如所述之系統，其中該電源為一電池。
如所述之系統，其中該給藥系統更包含一無線接收模組，用以接收該類比電壓訊號。
如所述之系統，其中該給藥系統可施打該藥物至 該受測者身上之多個部位。
根據本發明之構想，本案另提供一種無線生理訊號整合方法，其步驟包含感測一受測者之至少一生理訊號；將該生理訊號轉換為一類比電壓訊號；無線傳輸該類比電壓訊號至一給藥系統；以及該給藥系統根據該類比電壓訊號決定提供給該受測者之一藥物的劑量及時間，並自動施打該藥物至該受測者。
如所述之方法，其中該生理訊號為一電訊號、一化學訊號或一物理訊號。
如所述之方法，其中當該生理訊號為化學訊號或物理訊號時，該感測器係先將該生理訊號轉換為一電流後，再將該電流傳至該類比訊號轉換模組，而該類比訊號轉換模組將該電流轉換為一類比電壓，進而再轉換為該類比電壓訊號。
如所述之方法，其中當該生理訊號為一電訊號時，該類比訊號轉換模組係先將該電訊號轉換為一類比電壓，進而再轉換為該類比電壓訊號。
如所述之方法，其中該生理訊號為一藥物濃度、一血糖濃度、一血氧濃度、一生理物質濃度、一腦波訊號、一心電圖訊號、一血壓值、一脈搏速率、一體溫值或一光訊號。
如所述之方法，其中該類比電壓訊號是以一醫療專用無線頻寬進行無線傳輸。
如所述之方法，其中該醫療專用無線頻寬為1.4 GHz。
根據本發明之構想，本案更提供一種無線傳輸感測晶片，其包含一感測器，用以感測一受測者之一生理訊號；一類比訊號轉換模組，其與該感測器電連接，用以將該生理訊號轉換為一類比電壓訊號；一無線傳輸模組，其與該類比訊號轉換模組電連接，用以無線傳輸該類比電壓訊號。
如所述之無線傳輸感測晶片，其中該無線傳輸感測晶片更包含多個感測器以接受多個生理訊號。
本案與其進一步目的與功效，將參閱以下較佳實施例之詳細說明與所附之圖示裨得一更深入了解。
請參閱第一圖，其係本案一較佳實施例之無線生理訊號整合系統之架構圖，該無線生理訊號整合系統包含一無線傳輸感測晶片11、一電源12以及一給藥系統13。其中該電源12可為一電池，其電連接於該無線傳輸感測晶片11，用以提供電源予該無線傳輸感測晶片11；而該無線傳輸感測晶片11可侵入性植入一受測者16之皮下，亦可非侵入性固定於該受測者16之體外。
如第一圖所示，該無線傳輸感測晶片11可感測來自該受測者16之一生理訊號14，並將該生理訊號14轉換為一類比電壓訊號15，再將其以無線傳輸之 方式輸出，所輸出之該類比電壓訊號15經由該給藥系統13之一無線接收模組131接收後，由給藥系統進行分析，進一步判定該受測者16之生理狀態，進而提供一藥物17至該受測者16，且該藥物17可同時施打於該受測者16身上之多個部位。
其中，該生理訊號可為各種生理參數，如藥物濃度、血糖濃度、血氧濃度、各種生理物質濃度、腦波訊號、心電圖訊號、血壓值、脈搏速率、體溫值或光訊號。而該類比電壓訊號15係以一醫療專用之無線頻寬進行無線轉輸，亦即為1.4 GHz之頻寬。
第二圖係為本案一較佳實施例之無線生理訊號整合方法之訊號轉換示意圖；其中，該無線傳輸感測晶片11為一系統晶片(SOC)，其應用互補式金屬-氧化層-半導體(CMOS)製程而製造。該無線傳輸感測晶片11具有一感測器211、一類比訊號轉換模組212以及一無線傳輸模組213，且該類比訊號轉換模組212分別電連接於該感測器211和該無線傳輸模組213。
如第二圖所示，該無線傳輸感測晶片11之該感測器211感測到該生理訊號14後，將該生理訊號14以一電流28之形式傳遞至該類比訊號轉換模組212，而該類比訊號轉換模組212先將該電流28轉換為一類比電壓29後，再將其轉換為該類比電壓訊號15並傳遞至該無線傳輸模組213；之後，該無線傳輸 模組213將該類比電壓訊號15以無線傳輸之方式傳送至該給藥系統13，由該給藥系統13之該無線接收模組131接收。且該類比電壓訊號15係以一醫療專用之無線頻寬進行無線轉輸，亦即為1.4 GHz之頻寬。
其中，該生理訊號14為一電訊號、一化學訊號或一物理訊號。當該生理訊號14為化學訊號或物理訊號時，該感測器211係先將該生理訊號轉換為該電流28後，再將該電流28傳至該類比訊號轉換模組212，而該類比訊號轉換模組212將該電流28轉換為一類比電壓29，進而再轉換為該類比電壓訊號15。另，當該生理訊號14為電訊號時，則該電訊號即等同於該電流28並直接被傳送至該類比訊號轉換模組212，該類比訊號轉換模組212先將該電流28轉換為該類比電壓29，進而再轉換為該類比電壓訊號15。
第三圖係為本案一較佳實施例之無線傳輸感測晶片之示意圖；其中，該無線傳輸感測晶片11為一系統晶片(SOC)，其為應用互補式金屬-氧化層-半導體(CMOS)製程而製造。該無線傳輸感測晶片11具有一感測器211、一類比訊號轉換模組212以及一無線傳輸模組213，且該類比訊號轉換模組212分別電連接於該感測器211和該無線傳輸模組213。此外，該感測器211更包含一反應區311以及一光感測元件312，其中該反應區311具有葡萄糖氧化酶Ox、 過氧化氫酶HPR以及冷光物質(luminol)；而該光感測元件312為一P-N接面光感測器，其具有一N+擴散層314以及一P基質313。
如第三圖所示，當來自一受測者16的一血糖24進入到該感測器211的該反應區311中時，該血糖24受到葡萄糖氧化酶Ox的作用而反應，進而產生過氧化氫H2O2，而過氧化氫H2O2與冷光物質在過氧化氫酶HPR的催化下而作用，進而產生一冷光241。該冷光241由該光感測元件312所感測，並進而產生一逆向偏壓，該感測器211該逆向偏壓轉為一電流28並傳遞至該類比訊號轉換模組212，而該類比訊號轉換模組212將該電流28轉換一類比電壓訊號15並傳遞至該無線傳輸模組213，再該無線傳輸模組213將該類比電壓訊號15以無線傳輸之方式傳送出去。
由於本案之無線傳輸感測晶片11是以CMOS而一體成形所製成，不僅在整體的製作上可達到微小化的設計，而可方便固定於該受測者16身上；此外，用來與生理訊號(即血糖24)反應的酵素係固定於該反應區311中，而該反應區311即固定於該光感測元件312上，使得酵素與生理訊號反應的結果可馬上直接由光感測元件312測量得到，更可符合本發明需快速、即時以及持續偵測的需求。
第四圖係本案一較佳實施例之無線生理訊號整 合方法之流程圖。如圖所示，該無線傳輸感測晶片11感測來自於該受測者16之一血壓341，並將該血壓341轉換為該類比電壓訊號15，再以無線傳輸之方式將該類比電壓訊號15傳送至一給藥系統13進行分析，並根據分析的結果決定該受測者36所需之藥物劑量，且自動施打該藥物至該受測者16。
其中，當分析結果判定為血壓小於70 mmHg且有休克徵候時，則以每分鐘0.5-30微毫克之劑量靜脈注射正腎上腺素(Norepinephrine)至該受測者16；當當分析結果判定為血壓是70-100 mmHg且有休克徵候時，則以每分鐘每公斤5-15微毫克之劑量靜脈注射多巴胺(Dopamine)至該受測者16；當分析結果判定為血壓是70-100 mmHg且無休克徵候時，則以每分鐘每公斤2-20微毫克之劑量靜脈注射同多巴酚丁胺(Dobutamine)至該受測者16；當分析結果判定為血壓大於100 mmHg時，則以每分鐘每公斤10-20微毫克之劑量靜脈注射硝化甘油(Nitroglycerin)至該受測者16。
綜上所述，本案之無線生理訊號整合系統及方法可使病人減少受制於導線之不便，且利用無線傳輸感測晶片直接將所測得之生理參數整合並進行傳送，不但可隨時掌控病人的生理狀態，也避免人工抄寫生理參數所可能造成的錯誤；本系統及方法更結合了一給藥系統，在即時監控病人生理狀態的同時，亦根據所 測得之生理參數自動判定給藥的劑量及時間，並自動施打藥物至病人體中，使得用藥更為精確及精準。是以，本案顯然較目前存在各種習知技術為優，殊為一極具產業價值之發明。
上述實施例僅係為了方便說明而舉例，得由熟悉本技藝之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。
11‧‧‧無線傳輸感測晶片
12‧‧‧電源
13‧‧‧給藥系統
131‧‧‧無線接收模組
14‧‧‧生理訊號
15‧‧‧類比電壓訊號
16‧‧‧受測者
17‧‧‧藥物
211‧‧‧感測器
212‧‧‧類比訊號轉換模組
213‧‧‧無線傳輸模組
24‧‧‧血糖
241‧‧‧冷光
28‧‧‧電流
29‧‧‧類比電壓
311‧‧‧反應區
312‧‧‧光感測元件
313‧‧‧P基質
314‧‧‧N+擴散區
34‧‧‧血壓
Ox‧‧‧葡萄糖氧化酶
H2O2‧‧‧過氧化氫
luminol‧‧‧冷光物質
第一圖：係本案一較佳實施例之無線生理訊號整合系統之架構圖。
第二圖：係本案一較佳實施例之無線生理訊號整合方法之訊號轉換示意圖。
第三圖：係本案一較佳實施例之無線傳輸感測晶片之示意圖。
第四圖：係本案一較佳實施例之無線生理訊號整合方法之流程圖。
11‧‧‧無線傳輸感測晶片
12‧‧‧電源
13‧‧‧給藥系統
131‧‧‧無線接收模組
14‧‧‧生理訊號
15‧‧‧類比電壓訊號
16‧‧‧受測者
17‧‧‧藥物

Claims (22)

  1. 一種無線生物分子訊號量測整合系統，其包含：一無線傳輸生物感測晶片，其包含：一生物感測器，用以感測一受測者之一生物分子訊號；一類比訊號轉換模組，電連接於該生物感測器，用以將該生物分子訊號轉換為一類比電壓訊號；以及一無線傳輸模組，電連接於該類比訊號轉換模組，用以無線傳輸該類比電壓訊號，其中該生物感測器、該類比訊號轉換模組及該無線傳輸模組係製造於同一積體電路上；一電源，電連接於該無線傳輸生物感測晶片，用以提供電源予該無線傳輸生物感測晶片；以及一給藥系統，其根據該類比電壓訊號決定提供給該受測者之一藥物的劑量及時間，並自動施打該藥物至該受測者。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該無線傳輸生物感測晶片為一系統晶片(SOC)。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該無線傳輸生物感測晶片係以一積體電路製程製造。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之系統，其中該積體電路製程為一互補式金屬-氧化層-半導體(CMOS)製程。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該無線傳輸生物感測晶片係侵入性植入一受測者體中。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該無線傳輸生物感測晶片係非侵入性固定於該受測者體外。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該無線傳輸生物感測晶片更包含多個生物感測器以接受多個生物分子訊號。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該生物感測器選自一感應電荷電晶體、一場效電晶體、一有機薄膜電晶體、一離子選擇電極以及一光電二極管之其中之一。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該生物分子訊號為一電訊號、一化學訊號及一物理訊號之其中之一。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之系統，其中當該生物分子訊號為化學訊號或物理訊號時，該生物感測器係先將該生物分子訊號轉換為一電流後，再將該電流傳至該類比訊號轉換模組，而該類比訊號轉換模組將該電流轉換為一類比電壓，進而再轉換為該類比電壓訊號。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之系統，其中當該生物分子訊號為一電訊號時，該類比訊號轉換模組係先將該電訊號轉換為一類比電壓，進而再轉換為該類比電壓訊號。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該生物分子訊號為一藥物濃度、一血糖濃度、一血氧濃度、一生理物質濃度、一腦波訊號、一心電圖訊號、一血壓值、一脈搏速率、一體溫值及一光訊號之其中之一。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該類比電壓訊號是以一醫療專用無線頻寬進行無線傳輸。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之系統，其中該醫療專用無線頻寬為1.4GHz。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該電源為一電池。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該給藥系統更包含一無線接收模組，用以接收該類比電壓訊號。
  17. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該給藥系統可施打該藥物至該受測者身上之多個部位。
  18. 一種利用如申請專利範圍第1項所述之系統之無線生物分子訊號整合方法，其步驟包含：感測一受測者之一生物分子訊號；將該生物分子訊號轉換為一類比電壓訊號；無線傳輸該類比電壓訊號至一給藥系統；以及該給藥系統根據該類比電壓訊號決定提供給該受測者之一藥物的劑量及時間。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之方法，其中該生 物分子訊號為一電訊號、一化學訊號或一物理訊號。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之方法，其中當該生物分子訊號為化學訊號或物理訊號時，該生物感測器係先將該生物分子訊號轉換為一電流後，再將該電流傳至該類比訊號轉換模組，而該類比訊號轉換模組將該電流轉換為一類比電壓，進而再轉換為該類比電壓訊號。
  21. 如申請專利範圍第19項所述之方法，其中當該生物分子訊號為一電訊號時，該類比訊號轉換模組係先將該電訊號轉換為一類比電壓，進而再轉換為該類比電壓訊號。
  22. 如申請專利範圍第18項所述之方法，其中該類比電壓訊號是以一醫療專用無線頻寬進行無線傳輸。
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