CN103181759A - 生物信息感测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示一种生物信息感测装置，可贴附于生物体的体表以感测如心跳、呼吸或翻身移动的生物信息，包括具有压电转换功能的至少一压电感测层，且压电感测层可包括至少一弯曲部以及至少一贴附部，其中贴附部可直接或间接贴附于生物体上，用以感测生物体表面的变形，而由弯曲部加强该变形，并转换成电气感测信号，进而传送至电路板，经信号处理而传送至远程控制单元，用以分析生物体的生物信息。因此，本发明的生物信息感测装置可藉具有弯曲部的压电感测层而提高整体感测的灵敏度，并改善信号讯杂比。
Description
技术领域
本发明是有关一种生物信息感测装置，尤其是利用具有弯曲部的压电感测层以提高感测生物体的生理信息的灵敏度及信号讯杂比。
背景技术
近来由于人口老龄化、饮食西化等因素的影响，导致慢性疾病人口渐渐增长，已经超过一般社会所能负荷。心血管疾病如心脏病、糖尿病、高血压、高胆固醇等等，皆是已开发国家盛行率相当高的慢性疾病。一般情形下，患有这些疾病的病患很多人平时没有明显病征。然而，这些心血管疾病的病患却是心源性猝死(sudden cardiac death)的危险族群，一旦病况突然恶化，病患即会在数秒内丧失脉搏、意识，并接着失去自主呼吸的能力；若在十分钟内还无接受紧急的医疗介入，则有很高的致死机率。
一般而言，因心源性猝死致死的病患多为老年人，活动力以及行动力较差，在发病的数秒内较难及时发出求救警讯。更糟的情形是，据统计，一半以上的心源性猝死发生在无人目睹的环境下，更加深了求救的困难性。据统计，在许多已开发国家中，心源性猝死已多年名列前几大死因之一。因此，为了实时监控病患心血管疾病恶化的情形，许多相关的生物信息监控系统需求也在逐渐攀升。
此外，除了心源性猝死族群外，婴幼儿的婴儿猝死症(sudden infant death syndrome,SIDS)亦是广受瞩目的急性致命疾病之一。据美国国立卫生研究院统计，每年美国的新生儿会有两千分之一的机率死于婴儿猝死症。基本上，在此病症的过程中，病婴会丧失其生命征象，比如心跳、呼吸。一般而言，婴儿猝死症的发生相当难以预期，而且婴幼儿也较无求救的能力，这些现象导致了医疗难以及时介入以及治疗。另外，在居家环境中，年长者或婴幼儿因饮食不慎噎到或睡觉时棉被阻绝空气、造成窒息死亡的憾事亦时有所闻。
由于在突发心源性猝死、婴儿猝死症以及窒息死亡的病程当中，患者心跳或呼吸都会有停止的现象，所以若能在第一时刻及时发现这类因疾病或意外事件而导致生命迹象丧失的病患，则可以把握最佳的时机施予急救措施并送医。
医院里的病患有完善的生命迹象监控系统，可以进行实时且连续的生命迹象监控，但受限于系统设备的体积过大或导线束缚等因素的影响，往往造成监控的动作只被局限在病房而带来困扰。此外，一般老人赡养院或居家环境中，也由于监控设备昂贵与携带性不佳等缺点，使得类似医院里的生命迹象监控至今仍无法普及到一般环境。
为此，业者已开发出一些携带式的生理感应装置，能够感应出各种生物信息，比如呼吸或心跳，可在患者生命迹象停止的初期就能够侦测到异常而发出警讯，藉以及时给予急救。然而，目前现有的携带式生理感应装置仍然有体积过大、携带性不佳与感应讯号不可靠等诸多缺点。
参考图1，为现有技术呼吸心跳感测装置的示意图。呼吸心跳感测装置主要包括基板A以及压电元件B，其中基板A可贴附在人体上，比如胸部，而压电元件B是安置在基板A上，且压电元件B可藉压电转换作用将人体因呼吸或心跳而使压电元件B所产生的形变转换成电气信号，包含关于呼吸或心跳的信息，比如呼吸或心跳的频率及振幅。进一步地，利用电子装置（图未示）撷取电气信号中所包含的信息，并持续记录，可用以判断呼吸或心跳是否正常，并在发生不正常状态时进行适当的警示操作，比如打开警示灯或警示钟，或发送警示讯息给家属、医疗人员、看护人员。因此，可获得呼吸或心跳的记录，当作生理状态的参考数据，并可节省大量人力，提高效率。
此外，可利用无线传输元件，将电气信号传送至远程的计算机或服务器，藉以实现远程监控功能，以扩大覆盖范围，非常适合应用于大型医院、疗养所、特殊训练基地。
然而，现有技术的缺点在于，压电元件为平坦状，无法因呼吸或心跳而产生太大的形变，使得所转换出来的电气信号太微弱，尤其是在其它噪声的干扰下，常常无法正确感测出呼吸或心跳。因此，需要一种具有改善感测灵敏度的压电感测层的生物信息感测装置，利用压电感测层的弯曲结构以增加电气信号的强度，进而解决上述现有技术的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种生物信息感测装置，可贴附于生物体的体表以感测生物信息，比如心跳或呼吸，而生物信息感测装置包括具有压电转换功能的至少一压电感测层，且压电感测层可包括至少一弯曲部以及至少一贴附部，其中贴附部可贴附于生物体上，用以感测生物体表面的变形，而由弯曲部加强该变形，并转换成电气感测信号，进而传送至电路板，经信号处理而传送至远程控制单元，用以分析生物体的生物信息。
此外，本发明的生物信息感测装置可进一步包括基板、连接层或支撑层，用以配置于压电感测层的表面上，可增加压电感测层的感测能力，并方便贴附于生物体，可大幅提高整体感测的灵敏度，并改善生物信息的信号讯杂比。
因此，本发明很适合辅助医生或医护人员实时监控病患的生理状态，于病患的心跳或呼吸发生不正常的紧急状态时，比如窒息、休克、昏厥、心室颤抖、心律不整或心脏痲痹，能立即提醒医生或医护人员进行必要的救治措施，以防范可能的意外。此外，本发明的生物信息感测装置可用以长时间记录生物体的生理状态，可用以判断健康状态，或提供临床诊断的参考依据，节省人力资源并提高效率。
附图说明
图1为现有技术呼吸心跳感测装置的示意图；
图2为依据本发明生物信息感测装置的示意图；
图3A至图3I为本发明生物信息感测装置中其它实例压电感测层的形状的示意图；
图4为本发明生物信息感测装置的另一示意图；
图5为本发明生物信息感测装置中电路板的功能方块图。
其中，附图标记说明如下：
10 压电感测层
12 弯曲部
14 贴附部
20 连接层
30 基板
40 支撑层
50 电路板
51 放大单元
53 滤波单元
55 信号转换单元
57 控制单元
58 收发单元
59 电源供应单元
A 基板
B 压电元件
D 方向
TS 有线信号或无线信号
具体实施方式
以下配合图式及元件符号对本发明的实施方式做更详细的说明，以使熟悉本领域的技术人员在研读本说明书后能据以实施。
参考图2，为本发明生物信息感测装置的示意图。如图2所示，本发明的生物信息感测装置包括具有压电转换功能的至少一压电感测层10，且图2只显示单一压电感测层10，而每个压电感测层10包括至少一弯曲部12以及至少一贴附部14，其中贴附部14可如图中的方向D而贴附于生物体（图未示）上，用以感测生物体的表面因生理运作所引起的变形，比如呼吸或心跳，而弯曲部12可加强感测变形。因此，压电感测层10可将所感测到的变形转换成电气感测信号，达到感测生物体的生物信息的目的。
要注意的是，图2所示的压电感测层10的形状只是用以方便说明本发明特征的其中一示范性实例而已，并非用以限定本发明的范围，因此，本发明的压电感测层10的弯曲部12也可为斜面、弧状、阶梯突起状、三角状、锯齿状或不规则弯曲状，如图3A至图3I所示。
压电感测层10可由硬质或可挠曲的材料形成，比如石英(quartz)、二氧化硅(SiO2)、铌酸锂(LiNbO3)、钽酸锂(LiTaO3)、钛酸钡(BaTiO3)、锆钛酸铅(PbTiZrO3)、砷化镓(GaAs)、氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)、铁酸铋(BiFeO3)、聚偏二氟乙烯(Polyvinylidine Fluoride，PVDF)、聚氯乙烯(PolyVinyl Chloride，PVC)、聚对苯二甲酸乙二酯(Polyethylene terephthalate，PET)、聚乙烯(Polyethylene，PE)、聚丙烯(Polyproylene，PP)、聚氯乙烯(PolyVinyl Chloride，PVC)、聚苯乙烯(Polystyrene，PS)、聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethene，PTFE)、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate，PMMA)以及聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)的至少其中之一。
本发明的生物信息感测装置可进一步包括至少一连接层20、基板30、至少一支撑层40或至少一电路板50，如图4所示。要注意的是，图4只是示范性实例而已，因此，连接层20、基板30、支撑层40或电路板50的任何可达成本发明功能的排列或配置方式或手段皆应属于本发明范围，比如部分或全部位于压电感测层10的弯曲部12或贴附部14的上方或下方。
本发明的生物信息感测装置的电气信号处理是藉由电路板50而达成，因此进一步参考图5，为本发明的生物信息感测装置中电路板的功能方块图。电路板50为电气连接至压电感测层10，用以接收压电感测层10所产生的感测信号，同时可产生有线或无线信号而传送至远程控制单元（图未示）。
电路板50可包括至少一放大单元51、至少一滤波单元53、至少一信号转换单元55、至少一控制单元57、至少一收发单元58以及至少一电源供应单元59，且电源供应单元59可为电池，用以提供电力给放大单元51、滤波单元53、信号转换单元55、控制单元57以及收发单元58。放大单元51接收并放大感测信号，且经滤波单元53的滤除噪声以及经信号转换单元55的模拟至数字转换后，由控制单元57产生传送信号，再由收发单元58接收而产生有线信号或无线信号TS，并进一步传送出去。
部分或全部的放大单元51、滤波单元53、信号转换单元55、控制单元57以及收发单元58可藉分离电路元件实现，以简化电气设计的复杂度，或利用集成电路(integrated circuit，IC)而实现，可大幅缩小整体的体积，改善携带性，尤其可以贴片或贴布的方式实现本发明的生物信息感测装置，以方便长时间持续监测或记录呼吸及心跳的生理信息。此外，远程控制单元可为远程的计算机或服务器。
支撑层40为覆盖或接触压电感测层10，用以加强生物感测装置的刚性，且支撑层40可由金属、玻璃、食品级硅胶、聚对苯二甲酸乙二酯(Polyethyleneterephthalate，PET)、聚乙烯(Polyethylene，PE)、聚丙烯(PP，Polyproylene)、聚氯乙烯(PolyVinyl Chloride，PVC)、聚苯乙烯(Polystyrene，PS)、聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethene，PTFE)、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate，PMMA)、聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)的至少其中之一而构成。
连接层20可设置于压电感测层10及/或支撑层40的表面上的至少一部分，用以进一步加强生物信息感测装置的刚性，进而提高感测的灵敏度。此外，连接层20可由玻璃、聚对苯二甲酸乙二酯(Polyethylene terephthalate，PET)、聚乙烯(Polyethylene，PE)、聚丙烯(PP，Polyproylene)、聚氯乙烯(PolyVinyl Chloride，PVC)、聚苯乙烯(Polystyrene，PS)、聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethene，PTFE)、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate,PMMA)以及聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)的至少其中之一而构成。
本发明的特点在于，生物信息感测装置可很方便的贴附于生物体，比如人体的胸部，靠近心脏或肺脏，因此，在生物体呼吸或心跳时，生物信息感测装置的压电感测层10可因生物体的震动而感应，或感测生物体的呼吸及心跳动作并产生感测信号，尤其是压电感测层10的弯曲部12可在生物体表面进行横向或纵向的移动时，产生较大的形变量，进而提高感测信号的强度，并改善信号讯杂比。
压电感测层10的感测信号包含关于生物体的呼吸及心跳的生理数据，如呼吸及心跳的频率及振幅。因此，远程控制单元接收来自收发单元58的有线信号或无线信号TS后，可撷取其中关于心跳或呼吸的生理资料，进而判断该生物体的心跳或呼吸动作是否正常，并在发生不正常的紧急状态时产生警告讯息，用以通知相关医疗人员进行必要的救治措施，可实时防范可能的意外，比如窒息、休克、昏厥、心室颤抖、心律不整或心脏痲痹。
以上所述仅为用以解释本发明的较佳实施例，并非企图据以对本发明做任何形式上的限制，因此，凡有在相同的发明精神下所作有关本发明的任何修饰或变更，皆仍应包括在本发明意图保护的范畴。
Claims (6)
1.一种生物信息感测装置，用以贴附于生物体并感测该生物体的生物信息，其特征在于，该生物信息感测装置包括：
至少一压电感测层，具有压电转换功能，且该至少一压电感测层包括至少一弯曲部以及至少一贴附部，而该至少一贴附部直接或间接贴附于该生物体上，用以感测该生物体的表面的变形，并转换成一感测信号。
2.如权利要求1所述的生物信息感测装置，其特征在于，该至少一压电感测层是由石英(quartz)、二氧化硅(SiO2)、铌酸锂(LiNbO3)、钽酸锂(LiTaO3)、钛酸钡(BaTiO3)、锆钛酸铅(PbTiZrO3)、砷化镓(GaAs)、氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)、铁酸铋(BiFeO3)、聚偏二氟乙烯(Polyvinylidine Fluoride，PVDF)、聚氯乙烯(PolyVinyl Chloride，PVC)、聚对苯二甲酸乙二酯(Polyethyleneterephthalate，PET)、聚乙烯(Polyethylene，PE)、聚丙烯(Polyproylene，PP)、聚氯乙烯(PolyVinyl Chloride，PVC)、聚苯乙烯(Polystyrene，PS)、聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethene，PTFE)、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate，PMMA)以及聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)的至少其中之一而构成。
3.如权利要求1所述的生物信息感测装置，其特征在于，进一步包括至少一电路板，为电气连接至该至少一压电感测层，用以接收该感测信号，并产生有线信号或无线信号而传送至一远程控制单元，且该至少一电路板包括至少一放大单元、至少一滤波单元、至少一信号转换单元、至少一控制单元、至少一收发单元以及至少一电源供应单元，且该至少一电源供应单元供电给该至少一放大单元、该至少一滤波单元、该至少一信号转换单元、该至少一控制单元以及该至少一收发单元，且该至少一放大单元接收并放大该感测信号，并经该至少一滤波单元的滤除噪声以及经该至少一信号转换单元的模拟至数字转换后，由该至少一控制单元产生一传送信号，再由该至少一收发单元接收该传送信号而产生该有线信号或无线信号。
4.如权利要求3所述的生物信息感测装置，其特征在于，该放大单元、该滤波单元、该信号转换单元、该控制单元以及该收发单元利用分离电路元件而实现，或部分或全部利用集成电路(integrated circuit，IC)而实现。
5.如权利要求1所述的生物信息感测装置，其特征在于，进一步包括至少一支撑层，其中该至少一支撑层是覆盖或接触该至少一压电感测层，用以加强该生物信息感测装置的刚性，且该至少一支撑层是由金属、玻璃、食品级硅胶、聚对苯二甲酸乙二酯(Polyethylene terephthalate，PET)、聚乙烯(Polyethylene，PE)、聚丙烯(PP，Polyproylene)、聚氯乙烯(PolyVinyl Chloride，PVC)、聚苯乙烯(Polystyrene，PS)、聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethene，PTFE)、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate，PMMA)、聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)的至少其中之一而构成。
6.如权利要求1或5所述的生物信息感测装置，其特征在于，进一步包括至少一连接层，用以进一步加强该生物信息感测装置的刚性，为设置于该至少一压电感测层及/或该至少一支撑层的表面上的至少一部分，且该至少一连接层是由玻璃、聚对苯二甲酸乙二酯(Polyethylene terephthalate，PET)、聚乙烯(Polyethylene，PE)、聚丙烯(PP，Polyproylene)、聚氯乙烯(PolyVinyl Chloride，PVC)、聚苯乙烯(Polystyrene，PS)、聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethene，PTFE)、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate,PMMA)以及聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)的至少其中之一而构成。
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