CN101480336B - 感测头装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种感测头装置，包括一个感测器单元、一个结合于该感测器单元周缘的辅助环件，及一个与该感测器单元电连接的讯号线组。该感测器单元包括呈相间隔设置的一接触面端，及一输出端。该辅助环件是由呈硬质并具有预定弹性的高分子聚合物材质所制成，且是围绕该感测器单元的接触面端周缘设置，并包括一与该感测器单元的接触面端呈水平对齐的环面部。该讯号线组是与该感测器单元的输出端电连接。借由该辅助环件的设置，当用于量测脉动讯号时，可扩增该感测头装置与人体的接触面积及靠合的紧密性，使本发明能够稳定定位而容易撷取到较佳的脉动讯号。

Description

感测头装置

技术领域

本发明涉及一种感测装置，特别是涉及一种适于量测脉搏波的感测头装置。

背景技术

脉诊是中医诊断疾病与监控疗效的重要诊断方法，传统中医的把脉方式是由医师将一手的三根手指指头(主要为食指、中指及无名指)放在患者手腕处的桡动脉上，再施以不同程度的压力，以利用手指头去感觉在不同压力下患者血管的反应状态，进而进行脉搏分析。

由脉诊所得的脉象可探测人体脏腑的气血、阴阳、生理与病理的状况，但脉症变化多，讯号也相当微小，需要有敏锐的手指触觉与长时间的中医训练才能学成，”脉经”作者王叔和曾经有「在心易了，指下难明」的感叹，指出传统中医较无客观立据的困难。现在，拜科学发达的好处，许多科学化诊脉的技术与仪器已逐渐开发出来，并持续被改造以提升其应用功能，借此，可以较客观与较科学的方式量测得患者的脉象资料，减少人为主观指感与判断所造成的误差，并能减少经验不足者诊脉误判的风险，使中医的诊断方法借由与现代科学相结合而能获得更精确而客观的判断标准。

科学化诊脉的技术主要是以感测器撷取脉波讯号，再经由讯号处理及识别技术将脉波讯号转换为容易辨识的图形呈现，以作为受测者生理状况与病症诊断的参考。因此，感测装置设计的良窳将影响到量测结果，若所取得的脉波讯号无法形成容易判读的脉波图或频谱图，仍将导致科学诊脉无法实用化。为了撷取到较正确且能够判读的脉波讯号，必须有具有适当性能与灵敏度的感测装置相配合。

目前多是使用能感应压力变化的材质所配合制成的感测装置来接收脉搏讯号，其功能犹如医师诊脉的手指指目内的接触感受器，以医师把脉为例，如果其指端的感觉受体不敏锐，则在第一时间所接触到的感传讯号就会不准确，再经由大脑的分析判断就会出现误差。而感测装置随着本身所能承载的力量与接触面积的大小不同，则接收的讯号也会有所差异，所呈现的脉图当然也会不同。虽然其中的差异有时不易直接被察觉，但对于研究脉象中有关脉气的变化却相当重要，就像手指的大小、指端皮肤的厚薄等都会影响诊脉的结果，导致不同医师诊同一患者也可能会得到不同脉象，发展科学诊脉的技术就是要尽量避免发生此种情形，将人为的误差降到最低，所以感测装置的选用十分重要，必须有适当的灵敏度与接触面积，才有利于撷取到适当的脉搏讯号，且后续在以计算机程序分析处理时，也才能获得较正确的脉图。

虽然随着材料科学的发展及新材料的开发与发现，目前，已开发出数种可感应压力变化的特定材料，并能配合此类材料特性制成适于量测人体脉搏波的感测装置，但现有的感测装置在实际应用时仍存有下列缺失：

以现有感测装置量测血流较正常或脉搏波较有力的受测者时，虽然能顺利撷取到脉波讯号，但针对身体较虚弱、或血流不足或血管壁弹性较差等脉搏波微弱的受测者(例如，受测者的脉象是属于中医脉象中的濡脉或弱脉时)，感测装置施加于其桡动脉上的压力会造成血管塌陷，而有无法感应到脉动的情形，并导致其脉波讯号不易被撷取出，若为了能够撷取到微弱的脉搏波而采用更灵敏的感测装置，或加大感测装置与人体皮肤的接触面积时，则所撷取的脉波讯号将因噪声过多，或受到桡动脉周围的其它组织干扰而不易判读或失真，因此现有感测装置仍具有无法普遍地应用于量测所有种类的脉动情形的限制，导致其实用价值相对降低，所以目前仍有继续开发与改进感测装置的设计的需求。

发明内容

因此，本发明的目的，是在提供一种定位效果较稳定，而且能够撷取到较佳的脉动讯号的感测头装置。

于是，本发明感测头装置能够感应到压力的变化，而适用于撷取人体桡动脉的脉动讯号，该感测头装置包括一个感测器单元、一个设置于该感测器单元周缘的辅助环件，及一个与该感测器单元电连接的讯号线组。

该感测器单元包括呈相间隔设置的一接触面端，及一输出端。

该辅助环件是由呈硬质并具有预定弹性的高分子聚合物材质所制成，且是围绕该感测器单元的接触面端周缘设置，并包括一与该感测器单元的接触面端呈水平对齐的环面部，该环面部并与该接触面端相配合形成一呈椭圆形的平面。

该讯号线组是与该感测器单元的输出端电连接，以将由该感测器单元所感应到的压力变化及其所转换形成的脉动讯号传送到一讯号处理装置作进一步的处理。

本发明的有益效果在于：能够借由该辅助环件扩增该感测头装置整体与受测部位的接触面积，进而在适当的范围内，增加所涵盖的桡动脉范围，而能够增强所撷取的脉动讯号，此外，配合该辅助环件的材质，可增进该感测器单元的靠合紧密性以避免在撷取脉搏的过程中产生滑动，进而导致脉动讯号失真或不稳的情形，且由于该辅助环件不会吸收脉动压力，不会使该感测器单元所撷取的脉动讯号减弱，使本发明具有定位效果稳定与容易撷取到较佳的脉动讯号的特性与优点。

附图说明

图1是一立体示意图，说明本发明感测头装置一第一较佳实施例；

图2是图1的一剖视示意图，说明该第一较佳实施例的一个感测器单元、一个辅助环件、一个讯号线组及一个壳体单元的配置情形；及

图3是一侧视的使用示意图，说明本发明感测头装置一第二较佳实施例用于量测脉动讯号的情形。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明：

参阅图1与图2，为本发明感测头装置2一第一较佳实施例，其能够感应到受测部位的压力变化，而适用于撷取人体桡动脉的脉动讯号，该感测头装置2包括一个感测器单元3、一个结合于该感测器单元3周缘的辅助环件4、一个与该感测器单元3电连接的讯号线组5，及一个供该感测器单元3连接固定的壳体单元6。

该感测器单元3包括一个定位座体31、一个覆设于该定位座体31的贴触膜片32，及一个设置于该定位座体31内用以感应该贴触膜片32所传来的压力讯号的感测元件33，在该贴触膜片32并形成有一个适合与待测物表面相靠合接触的接触面端321，及在该感测元件33与该贴触膜片32反向的一端并形成一个与该接触面端321相间隔设置的输出端331，其中，该接触面端321的径宽W1较佳是介于6mm～7mm的范围。在该较佳实施例中，该贴触膜片32为一不锈钢的金属薄片，但不应以此限制该贴触膜片32的材质，只要是能够传导压力的材质都可被选用，并经进一步的加工制成该贴触膜片32，该感测元件33则是由压电材料所制成，借此，所感应到的压力变化会造成该感测元件33发生形变，并产生脉动讯号供进一步分析处理。此外，所用的压电材料可以是压电单晶，或压电多晶，或有机压电材料等，只要是具有能将所承受的压力转换为电气讯号的材料特性，都能被选用作为该感测元件33的材料。

该辅助环件4是由呈硬质并具有预定弹性的高分子聚合物材质所制成，为呈一预定厚度的环状薄片型式，且是围绕该感测器单元3的接触面端321周缘设置，并包括一与该感测器单元3的接触面端321呈水平对齐的环面部41，该环面部41并与该接触面端32相配合形成一个实质上呈椭圆形的平面，借以模拟手指把脉时接触桡动脉的形状，且该环面部41具有二个相间隔的宽环段411，及二个连接于所述宽环段411间，且宽度小于该宽环段411的宽度的窄环段412，该宽环段411的环宽W2较佳是介于5mm～7mm的范围，及该窄环段的环宽W3较佳是介于3mm～5mm的范围。在该较佳实施例中，该辅助环件4是借由黏胶黏接固定于该感测器单元3的接触面端321周缘。

其中，该辅助环件4较佳是由一选自下列群组中的材质所制成：聚乙烯(polyethylene，简称为PE)、聚氯乙烯(polyvinyl chloride，简称为PVC)、聚苯乙烯(polystyrene，简称为PS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate，简称为PET)、压克力(acrylic)，以及丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(acrylonitrile-butadiene-styrene，简称为ABS)。更佳地，该辅助环件4是由聚氯乙烯(PVC)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)制成，例如，可直接使用以PVC或PET材质所制成的透明投影片胶片裁剪成预定尺寸的环圈片型式，并将一个具有预定厚度的环圈片，或二个或多数个环圈片重叠黏接为预定厚度，就能制成该辅助环件4，接着，再进一步将该转助环件4以黏胶固定于该感测器单元3的贴触膜片32周缘，就能供量测使用。

该讯号线组5是与该感测器单元3的输出端331电连接，以接收该感测器单元3因感应压力变化所产生的脉动讯号并将其传送到一个讯号处理装置(图未示)作进一步的处理。

该壳体单元6是呈中空管状，包括一个界定形成一供该感测器单元3容置定位的容置空间611的本体部61，及一个设置于该本体部61一侧壁，并形成有一与该容置空间611相连通的管道621的侧管部62。该感测器单元3是呈一部分位于该容置空间611内地安装定位于该壳体单元6，且其接触面端321是与该辅助环件4相组合连结并一起外露于该壳体单元6外，及该讯号线组5是自该感测器单元3延伸，并穿过该侧管部62的管道621而延伸出该壳体单元6外。当然，该壳体单元6也可以不设置该侧管部62，该讯号线组5仍然可以通过该容置空间611，再从相对于安装有该感测器单元3的一相反端穿出该壳体单元6外，再与其它的讯号传送装置或处理装置电连接。

值得说明的是，在该较佳实施例中，该感测器单元3是直接选用一般市售的压力感测器(pressure sensor)成品，且其上已设置有该讯号线组5，再配合该辅助环件4与呈管状型式的外壳6组合，就能形成具有保护外壳且可被移动到任意部位或任意位置量测压力变化的该感测头装置2。因此，可直接从各种市售不同规格的压力感测器中选用具有适当的敏感度与预定种类的感测片作为该感测器单元3，例如，在该较佳实施例中是直接选用KYOWA制造生产的PS-05KC/D、PS-1 KC/D、PS-2KC/D及PS-5KC/D等系列型号的压力感测器作为该感测器单元3，再配合该辅助环件4，就能调整量测时该感测头装置2与受测部位表面的贴触面积，进而能自被量测部位取得较正确清晰的脉动讯号供进一步分析使用。

配合参阅图3，以量测人体脉动讯号为例，使用时，在定位寸、关、尺部位后，是使该环面部41的二宽环段411沿桡动脉101的长度方向对齐(以对应手指把脉时接触桡动脉的形状)，再使该感测器单元3的接触面端321下压固定于受测者桡骨动脉101搏动处的皮肤上的预定定位点处，并稍微位移以选择脉动明显处，再向下覆盖脉管，该辅助环件4可增加该感测头装置2整体与受测者手腕102皮肤的接触面积与对皮肤的附着力，借以防止该感测器单元3滑动，而有较佳的定位效果，进而使所采集的脉管搏动讯号较丰富且较不失真。该辅助环件4虽然是由高分子聚合物材质所制成，但其必须为不具有吸震特性且具有适当硬度的硬质材质，以免因吸震特性导致脉管搏动讯号被吸收，或避免材质因硬度过大而使该感测器单元3所撷取到的脉动讯号减弱，或材质过软导致感应到的脉动讯号失真。此外，该感测器单元3的接触面端321的面积大小，与该辅助环件4的环面部41的宽度皆必须适当，以免无法采集到讯号或所采进的讯号噪声过多，导致最终仍无法作进一步的分析与识别处理。

若该感测器单元3的接触面端321的面积过小，当受测者的脉象是属于弱脉、微脉、濡脉等脉力较不足的脉象时，则下压至桡动脉101的定位点时，与脉管间可能形成类似点的小面积接触，若受测者的脉力小，则小面积接触将无法感应到足够的脉动压力变化，导致最后无法形成有效的脉动讯号供分析使用。

若该感测器单元3的接触面端321的面积过大，则当下压至桡动脉101的定位点时，其所覆盖的范围可能超过脉宽大小，所感应压力变化可能会受脉管周围组织(例如，骨头，其它非桡动脉的血管、肌肉等)的干扰，导致最终所采集的脉动讯号噪声过多，而无法提供有效的脉动讯号供进一步分析，或发生讯号失真造成诊断结果不够准确的后果。

参阅图2与图3，为本发明一第二较佳实施例，该第二较佳实施例与该第一较佳实施例的主要差别仅在于该感测头装置2还包括一个与该壳体单元6相固接并具有压力刻度表71的推拉力计7，且该壳体单元6是连接于该推拉力计7下方。

由于该感测器单元3是固定于该壳体单元6，所以该壳体单元6会与该感测器单元3相连动，当该感测器单元3的接触面端321恰贴触于受测者皮肤时，该推拉力计7的刻度表71读数是设定为0，此时，若增加该感测器单元3下压于受测者皮肤的压力，则与下压压力值相同的反作用力会推抵该推拉力计7，并将该反作用力值显示在该刻度表71上，借此，能够调整该感测器单元3的下压压力，并借由控制不同的下压压力值，分别对应到相当于中医取脉时浮、中、沉等不同深度的部位，以撷取到同一脉位在不同深度的完整脉象信息，进而提供作为正确的科学诊脉的依据。

值得一提的是，该感测头装置2可以直接由人手操控进行量测，也可以装设在一支撑架10上，再配合一可任意移动的机械手臂(图未示)，或可多方向位移的位移调整机构(图未示)移动到要量测的预定位置处，而透过该感测头装置2所撷取到的脉动讯号则是经由该讯号线组5传送到一讯号处理单元(图未示)进行噪声的滤除与讯号的放大等处理，再透过一主机单元(图未示)内建的程序将所述讯号转换成容易判读的脉波图或频谱图，并呈现在一显示器(图未示)上，借此，能够供使用者作进一步的分析与判断，达到科学诊脉的使用目的。

归纳上述，本发明感测头装置2能够获致下述的功效及优点，故确实能够达到本发明的目的：

一、若单独增加该感测器单元3的贴触膜片32的接触面端321的面积，则由于该贴触膜片32一般是由坚硬的金属材质制成，所以相对于由高分子聚合物材质制成的该辅助环件4，更容易受到脉管周围组织(尤其是硬质的组织如骨头)的干扰而不利于脉动讯号的读取，该辅助环件4虽然是呈硬质型式，但由于其材质属高分子聚合物，仍具有适当的折曲性与反弹性，并能将脉管周围组织所产生的干扰降到最低，此外，高分子聚合物材质的止滑性，及其与人体皮肤组织的靠合紧密性也比金属材质的贴触膜片32佳，因此，借由另外设置该辅助环件4，就能有效减少该感测头装置2在量测过程产生滑动，导致脉动讯号不稳或失真，使本发明具有较佳的定位稳定性，及能够较顺利地撷取到有效的脉动讯号的优点。

二、配合该辅助环件4所扩增的接触面积，在不超出单一脉位的最大量测范围的条件下，还能使该感测头装置2在进行量测时，能涵盖较大的桡动脉量测范围，进而增强所撷取的脉动讯号量，使本发明相对具有能撷取到较佳且较明显的脉动讯号的优点。

Claims (12)

1.一种感测头装置，包括一个感测器单元、一个设置于该感测器单元周缘的辅助环件，及一个与该感测器单元电连接的讯号线组；其特征在于：

该感测器单元包括呈相间隔设置的一接触面端，及一输出端；

该辅助环件是由呈硬质并具有预定弹性的高分子聚合物材质所制成，且是围绕该感测器单元的接触面端周缘设置，并包括一与该感测器单元的接触面端呈水平对齐的环面部，该环面部并与该接触面端相配合形成一呈椭圆形的平面；该讯号线组是与该感测器单元的输出端电连接。

2.如权利要求1所述的感测头装置，其特征在于：该辅助环件是由一选自下列群组中的材质所制成：聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、压克力，及丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。

3.如权利要求2所述的感测头装置，其特征在于：该辅助环件是由一选自下列群组中的材质所制成：聚氯乙烯，及聚对苯二甲酸乙二醇酯。

4.如权利要求3所述的感测头装置，其特征在于：该辅助环件是借由黏胶与该感测器单元相结合。

5.如权利要求4所述的感测头装置，其特征在于：该感测器单元的接触面端的径宽是介于6mm～7mm的范围。

6.如权利要求5所述的感测头装置，其特征在于：该辅助环件的环面部具有二个相间隔的宽环段，及二个连接于所述宽环段间，且宽度小于该宽环段的宽度的窄环段，该宽环段的环宽是介于5mm～7mm的范围，及该窄环段的环宽是介于3mm～5mm的范围。

7.如权利要求1至权利要求6任一项所述的感测头装置，其特征在于：该感测器单元包括一个定位座体、一个覆设于该定位座体的贴触膜片，及一个设置于该定位座体内，用以感应该贴触膜片所传来的压力讯号的感测元件，且该接触面端是位于该贴触膜片上，及该输出端是位于该感测元件上。

8.如权利要求7所述的感测头装置，其特征在于：该贴触膜片为一不锈钢材质的金属薄片。

9.如权利要求8所述的感测头装置，其特征在于：该感测元件是由压电材料所制成。

10.如权利要求9所述的感测头装置，其特征在于：该感测头装置还包括一个呈中空管状的壳体单元，该感测器单元的一部分是被固定于该壳体单元内部，且其接触面端是与该辅助环件相组合连结，并一起外露于该壳体单元外，及该讯号线组是自该感测器单元延伸并穿设出该壳体单元外。

11.如权利要求10所述的感测头装置，其特征在于：该壳体单元包括一个界定出一供该感测器单元容置定位的容置空间的本体部，及一个设置于该本体部一侧壁，并形成有一与该容置空间相连通的管道的侧管部，该讯号线组是穿过该侧管部的管道延伸出该壳体单元外。

12.如权利要求11所述的感测头装置，其特征在于：该感测头装置还包括一个与该壳体单元相固接，并具有一压力刻度表的推拉力计，且该壳体单元是连接于该推拉力计下方。

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