TWI620544B - 心跳量測儀以及其測量方法 - Google Patents
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Abstract
一種心跳量測儀以及其測量方法。該心跳量測儀包括一感測電路以及一控制器。該感測電路包括一距離感測器以及一脈衝感測器。上述距離感測器用於感測並輸出代表上述感測電路是否靠近一鄰近物體之一距離輸出訊號。上述脈衝感測器用於感測並輸出代表上述感測電路是否懸空之一直流輸出訊號。上述控制器用於根據上述距離輸出訊號判定上述感測電路是否靠近上述鄰近物體,根據上述直流輸出訊號判定上述感測電路是否懸空,以及當上述感測電路靠近上述鄰近物體且並未懸空時,則判定上述感測電路可以測量上述鄰近物體之心電訊號。
Description
本發明係有關於醫療設備,尤指心跳量測儀以及其測量方法。
由於全球患有心血管疾病的人數持續增加,心跳量測儀的市場也隨之增長。
目前心跳量測儀普遍用綠光及光源感測器於手腕上量測心跳。此類型的脈波感測器(pulse sensor)將綠光及光源感測器整合在同一包裝上,無法單獨用脈波感測器上的訊號去判斷是否脈波感測器已放到手腕上並可正確感測心跳。
若能判斷脈波感測器已放到手腕上,就能有效地排除雜訊對心跳計算的影響及降低系統耗電。
基於上述目的,本發明揭露了一種測量方法,適用於包括一距離感測器與一脈衝感測器之一心跳量測儀之一感測電路,包括:根據上述距離感測器之一距離輸出訊號判定上述感測電路是否靠近一鄰近物體;根據上述脈衝感測器之一直流輸出訊號判定上述感測電路是否懸空;以及當上述感測電
路靠近上述鄰近物體且並未懸空時,則判定上述感測電路可以測量上述鄰近物體之心電訊號。
本發明更揭露了一種心跳量測儀,包括一感測電路以及一控制器。該感測電路包括一距離感測器以及一脈衝感測器。上述距離感測器用於感測並輸出代表上述感測電路是否靠近一鄰近物體之一距離輸出訊號。上述脈衝感測器用於感測並輸出代表上述感測電路是否懸空之一直流輸出訊號。上述控制器用於根據上述距離輸出訊號判定上述感測電路是否靠近上述鄰近物體,根據上述直流輸出訊號判定上述感測電路是否懸空,以及當上述感測電路靠近上述鄰近物體且並未懸空時,則判定上述感測電路可以測量上述鄰近物體之心電訊號。
10‧‧‧感測電路
100‧‧‧心跳感測電路
102‧‧‧距離感測電路
11‧‧‧訊號發射器
12‧‧‧MCU
13‧‧‧電源電路
14‧‧‧電池
15‧‧‧顯示面板
16‧‧‧藍牙電路
17‧‧‧記憶體
18‧‧‧警報器
SPROX‧‧‧距離輸出訊號
SDC‧‧‧直流輸出訊號
Swave‧‧‧心電訊號
20‧‧‧電流源
21‧‧‧心跳感測器
22‧‧‧放大器和濾波器
23‧‧‧第一放大電路
24‧‧‧第二放大電路
SPLS‧‧‧脈動訊號
30‧‧‧鄰近物體
S400、S402、...、S414‧‧‧步驟
第1圖係顯示本發明實施例中一種心跳量測儀1的方塊圖。
第2圖係顯示本發明實施例中一種感測電路10的方塊圖。
第3圖係顯示本發明實施例中使用感測電路10感測鄰近物體的示意圖。
第4圖係顯示本發明實施例中一種感測方法4的流程圖。
第5A、5B、5C圖係顯示本發明實施例中感測鄰近物體的波型圖。
在此必須說明的是,於下揭露內容中所提出之不
同實施例或範例,係用以說明本發明所揭示之不同技術特徵,其所描述之特定範例或排列係用以簡化本發明,然非用以限定本發明。此外,在不同實施例或範例中可能重覆使用相同之參考數字與符號,此等重覆使用之參考數字與符號係用以說明本發明所揭示之內容,而非用以表示不同實施例或範例間之關係。
第1圖係顯示本發明實施例中一種心跳(心律)量測儀1的方塊圖,包括感測電路10、訊號發射器11、微控制器(Microcontroller Unit,下稱MCU)12(控制器)、電源電路13、電池14、顯示面板15、藍牙電路16、記憶體17、以及警報器18。心跳量測儀1係為一種醫療電子儀器,能將心臟活動時心肌激動產生的生物電信號(心電訊號)自動記錄下來,在臨床診斷和科學研究中經常用到。
感測電路10用於感測使用者心臟活動時所產生的生理電信號,其包括心跳感測電路100(脈衝感測器)以及距離感測電路102(距離感測器)。當使用心跳量測儀1量測心電訊號Swave時,感測電路10會被貼住、綁住或固定於被測物,例如手腕或其他可偵測到心電訊號Swave的人體部位上。心電訊號Swave可包括心跳和脈搏信號。感測電路10上的心跳感測電路100以及距離感測電路102用於感應被測物位置,避免誤判量到不正確的心電訊號Swave。距離感測電路102用於感測鄰近物體,例如手腕是否存在於超過一預定範圍外,並輸出代表
感測電路10是否靠近鄰近物體之距離輸出訊號SPROX。例如,在超出1公分的範圍外,距離感測電路102可偵測到鄰近物體;而在1公分的範圍內距離感測電路102無法偵測到鄰近物體而必須仰賴心跳感測電路100判定感測電路10是否為懸空或是已被固定於被測物上。因此,心跳感測電路100用於感測感測電路10是否懸空,並輸出代表感測電路10是否懸空之直流輸出訊號SDC。例如,當感測電路10固定於被測物上時,心跳感測電路100會量測到小於一預定電壓,例如2.9V的直流輸出訊號SDC。心跳感測電路100也會輸出所感測的心電訊號Swave。
MCU 12從距離感測電路102接收距離輸出訊號SPROX,並根據距離輸出訊號SPROX判定感測電路10是否靠近鄰近物體;另外從心跳感測電路100接收直流輸出訊號SDC,並根據直流輸出訊號SDC判定感測電路10是否靠近鄰近物體。只有當感測電路10靠近上述鄰近物體且並未懸空時,MCU 12才判定感測電路10可測量上述鄰近物體之心電訊號Swave,即心跳感測電路100輸出的心電訊號Swave是有效的。當MCU 12判定鄰近物體離感測電路10超出上述預定範圍外時,感測電路10並未固定在鄰近物體上,因此MCU 12判定心跳感測電路100輸出的心電訊號Swave為無效的。當MCU 12判定鄰近物體在上述預定範圍內且懸空時,感測電路10離鄰近物體很近但未直接接觸,因此MCU 12也會判定心跳感測電路100
輸出的心電訊號Swave為無效的。
MCU 12與心跳感測電路100和距離感測電路102可以有線或無線的通訊方式溝通。例如,MCU 12可與感測電路10和距離感測電路102以I2C有線通訊協定溝通。在另一個例子中,MCU 12可與感測電路10和距離感測電路102以I2C無線藍牙通訊協定溝通。另外,MCU 12與感測電路10可位於相同或分開的裝置之上。
訊號發射器11用於發射光訊號,例如綠光訊號至鄰近物體或人體部位,當心臟活動時會隨者心臟收縮或舒張血液中會帶有不同數量的紅血球,這些紅血球會吸收一部分的發射光訊號並反射一部分的發射光訊號回心跳感測電路100。因此,心跳感測電路100可藉由感測反射光訊號而判定心電訊號Swave。電源電路13和電池14用於提供心跳量測儀1內所有電路電源。顯示面板15用於顯示量測得出的心電訊號Swave。藍牙電路16用於進行藍牙通訊。記憶體17用於記錄心電訊號Swave以及儲存心電訊號量測的應用程式,該應用程式可載入MCU 12,用於判定何時可測量身體部位的心電訊號Swave、處理測量到的心電訊號Swave、或是根據心電訊號Swave判定是否緊急情況發生。例如,當心電訊號Swave強度小於一預定強度時,應用程式可判定緊急情況發生。應用程式可實現第4圖所顯示的感測方法4。警報器18用於當緊急情況發生時發出警告聲響。
第1圖中的心跳量測儀1採用心跳感測電路100及距離感測電路102感應被測物位置,避免誤判量到不正確的心電訊號Swave,在可在判定可量測到正確的心電訊號Swave時有效地排除雜訊,並可降低心跳量測儀1的系統耗電。
第2圖係顯示本發明實施例中一種感測電路10的方塊圖,包括心跳感測電路100、距離感測電路102、以及MCU 12。
感測電路10採用距離感測電路102感測鄰近物體是否在超出預定範圍之外,採用心跳感測電路100感測感測電路10是否懸空,並採用MCU 12判斷感測電路10是否可測量鄰近物體之心電訊號。距離感測電路102會輸出代表感測電路10是否靠近鄰近物體之距離輸出訊號SPROX。由於距離感測電路102只能感測到預定範圍之外的鄰近物體,當距離輸出訊號SPROX表示預定範圍之外沒有鄰近物體時即表示感測電路10附近沒有鄰近物體或鄰近物體在預定範圍之內。因此心跳感測電路100可進一步感測預定範圍之內是否有鄰近物體。心跳感測電路100會輸出代表感測電路10是否懸空或接觸鄰近物體的直流輸出訊號SDC。當感測電路10接觸鄰近物體時,心跳感測電路100會感測到小於預定電壓且穩定的直流電壓,例如2.9V的直流輸出訊號SDC。當感測電路10懸置於鄰近物體之上之預定範圍內但未直接接觸到鄰近物體時,心跳感測電路100會感測到超過預定電壓的直流輸出訊號SDC。MCU 12會根據距離
輸出訊號SPROX和直流輸出訊號SDC判定是否附近存在鄰近物體以及鄰近物體的位置,並依據這些資訊判定感測電路10是否可測量鄰近物體之心電訊號。具體來說,只有當MCU 12根據距離輸出訊號SPROX和直流輸出訊號SDC判定鄰近物體靠近感測電路10且感測電路10並未懸空時,才會測量鄰近物體之心電訊號Swave。
心跳感測電路100包括電流源20、心跳感測器21、放大器和濾波器22、第一放大電路23、以及第二放大電路24。電流源20提供電流至心跳感測器21,用於感測反射的光訊號以產生脈動訊號SPLS,並透過儀表放大器和低通濾波器放大脈動訊號SPLS及過濾雜訊,藉以產生直流輸出訊號SDC。第一放大電路23以及第二放大電路24接著移除直流輸出訊號SDC的直流成分,保留並放大直流輸出訊號SDC的交流成分用以產生心電訊號Swave。
第3圖係顯示本發明實施例中使用感測電路10感測鄰近物體的示意圖。心跳感測電路100和距離感測電路102被置於感測電路10的同邊且相鄰的位置,用於感測鄰近物體30。
當感測電路10接近鄰近物體30時,心跳感測電路100或距離感測電路102會感測到鄰近物體30。當感測電路10和接近鄰近物體30間的距離超過預定範圍,例如超過1公分時,距離感測電路102會感測到鄰近物體30,心跳感測電路
100會感測到忽高忽低且混亂的直流輸出訊號SDC。請參考第5B圖,當感測電路10和接近鄰近物體30間的距離超過預定範圍時,心跳感測電路100會感測到持續變動的環境光,因此產生1V到3V間的直流輸出訊號SDC,且其對應的心電訊號Swave也呈現忽高忽低且混亂的狀況。
回到第3圖,當感測電路10和接近鄰近物體30間的距離小於預定範圍但未直接接觸,例如小於1公分時,距離感測電路102不會感測到鄰近物體30,心跳感測電路100會感測到鄰近物體30並產生大於預定電壓,例如超過3V的直流輸出訊號SDC。請參考第5C圖,當感測電路10和接近鄰近物體30間的距離小於預定範圍但未直接接觸時,心跳感測電路100會感測到少量且穩定的環境光,因此產生超過3V的直流輸出訊號SDC,其對應的心電訊號Swave呈現忽高忽低且混亂的狀況。
回到第3圖,當感測電路10和接近鄰近物體30間直接接觸時,心跳感測電路100會產生小於預定電壓,例如小於3V的直流輸出訊號SDC。請參考第5A圖,當感測電路10和接近鄰近物體30間的直接接觸時,心跳感測電路100會感測到鄰近物體30反射的光訊號。反射的光訊號通常較環境光微弱,因此心跳感測電路100會產生小於3V的直流輸出訊號SDC。當鄰近物體30為人體部位時,心跳感測電路100會根據直流輸出訊號SDC產生有規律的心電訊號Swave。
第4圖係顯示本發明實施例中一種感測方法4的流程圖,使用第1圖的心跳量測儀1。感測方法4可編寫為程式碼儲存於記憶體17中。
當心跳量測儀開機後,MCU 12會從記憶體17載入相應程式碼,用以判定感測電路10和接近鄰近物體的距離及是否可量測鄰近物體的心電訊號(S400)。首先,距離感測電路102持續感測並輸出代表感測電路10是否靠近鄰近物體之距離輸出訊號SPROX至MCU 12(S402)。MCU 12接著根據距離輸出訊號SPROX判斷感測電路10是否靠近到任何的鄰近物體(S404)。若感測到的鄰近物體超出預定範圍外,MCU 12即判定感測電路10處於高處懸空狀況且沒有靠近鄰近物體,所以不可測量脈搏或其他心電訊號(S408)。若感測到的鄰近物體在預定範圍內,MCU 12會接著由心跳感測電路100接收直流輸出訊號SDC(S408)用以判定感測電路10是否懸空(S410)。當直流輸出訊號SDC超過預定電壓時表示感測電路10懸空,而當直流輸出訊號SDC小於預定電壓時表示感測電路10直接接觸到鄰近物體。因此若判定感測電路10超過預定電壓時,MCU 12會判定感測電路10處於低處懸空狀況且沒有靠近鄰近物體,所以不可測量脈搏或其他心電訊號(S414)。而當判定感測電路10小於預定電壓時,MCU 12會判定感測電路10直接接觸到鄰近物體,所以可以測量脈搏或其他心電訊號(S412)。感測方法4判定可否量測鄰近物體的心電訊號後(S408、S412、或
S414)可回到步驟S402重新執行感測方法4藉以判斷是否需要量測鄰近物體的心電訊號。
第4圖中的感測方法4採用心跳感測電路100及距離感測電路102感應被測物位置,避免誤判下量測不正確的心電訊號Swave,在可在判定可量測到正確的心電訊號Swave時有效地排除雜訊,並可降低心跳量測儀的系統耗電。
本發明描述之各種邏輯區塊、模組、單元、以及電路的操作以及功能可以利用電路硬體或嵌入式軟體碼加以實現,該嵌入式軟體碼可以由一處理器存取以及執行。
本發明雖以較佳實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何熟習此項技藝者,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可做些許的更動與潤飾,因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
Claims (6)
- 一種測量方法,適用於包括一距離感測器與一脈衝感測器之一心跳量測儀之一感測電路,包括:當上述距離感測器之一距離輸出訊號指出一預定距離沒有被超過時,判定上述感測電路靠近上述鄰近物體;當上述脈衝感測器之一直流輸出訊號小於一預定電壓時,判定上述感測電路直接接觸至上述鄰近物體;當上述感測電路靠近上述鄰近物體且直接接觸至上述鄰近物體時,則判定由上述脈衝感測器所測量的上述鄰近物體之一心電訊號為有效;當由上述脈衝感測器所測量的上述鄰近物體之上述心電訊號為有效時,紀錄並顯示上述心電訊號,以及根據上述心電訊號判斷是否有一緊急情況發生;當上述感測電路靠近上述鄰近物體但沒有直接接觸至上述鄰近物體時,則判定由上述脈衝感測器所測量的上述鄰近物體之上述心電訊號為無效;以及當上述感測電路超過上述預定距離時,上述鄰近物體係由上述距離感測器所測量。
- 如申請專利範圍第1項所述之測量方法,其中,上述距離感測器與上述脈衝感測器被放置在上述感測電路上之同一平面的相鄰位置。
- 如申請專利範圍第1項所述之測量方法,更包括當上述緊 急情況發生時,透過一警報器產生一警告聲響。
- 一種心跳量測儀,包括:一感測電路,包括:一距離感測器,用於當上述感測電路超過一預定距離時,決定一距離輸出訊號;以及一脈衝感測器,用於當上述脈衝感測器之一直流輸出訊號小於一預定電壓時,判斷上述感測電路直接接觸於一鄰近物體;一控制器,用於當上述距離感測器之一距離輸出訊號指出一預定距離沒有被超過時,判定上述感測電路靠近上述鄰近物體;當上述感測電路靠近上述鄰近物體但沒有直接接觸至上述鄰近物體時,判定由上述脈衝感測器所測量的上述鄰近物體之一心電訊號為無效;以及當上述感測電路靠近上述鄰近物體且直接接觸至上述鄰近物體時,則判定由上述脈衝感測器所測量的上述鄰近物體之上述心電訊號為有效,且當由上述脈衝感測器所測量的上述鄰近物體之上述心電訊號為有效時,紀錄上述心電訊號以及根據上述心電訊號判斷是否有一緊急情況發生;以及一顯示面板,用以當由上述脈衝感測器所測量的上述鄰近物體之上述心電訊號為有效時,顯示上述心電訊號。
- 如申請專利範圍第4項所述之心跳量測儀,其中,上述距 離感測器與上述脈衝感測器被放置在上述感測電路上之同一平面的相鄰位置。
- 如申請專利範圍第4項所述之心跳量測儀,更包括一警報器,用以當上述緊急情況發生時,產生一警告聲響。
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