CN103505190B - 测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种测量装置，用以在测量模式下测量受测者的特定部位的脉波信号。在测量模式下，传感器感测特定部位的血管脉波波形以产生脉波信号，第一电极产生一第一电位信号，且第二电极产生一第二电位信号。第一模拟前端电路耦接传感器，且在测量模式下将脉波信号数字化以产生数字脉波信号。第二模拟前端电路耦接第一与第二电极，且在测量模式下根据第一与第二电位信号间的电位差获得心电信号，并将心电信号数字化。存储器存储数字脉波信号及心电信号。处理器在测量模式下判断心电信号的极性，以指示特定部位位于受测者身体的左部分或右部分。

Description

测量装置

技术领域

本发明提供一种测量装置，特别是一种测量受测者的脉波信号以及心电信号的装置，借此获得身体不同部位的血压值以及脉波传导速率，以作为动脉硬化的风险机率的指标。

背景技术

随着社会的高龄化，年老人口逐渐增加，对于医疗设备的需求也大幅增加，使得医疗资源供不应求大型医院经常人满为患。再者，生活压力的增加使得现代人罹患心血管疾病机率也提高，其中，动脉硬化与高血压为最常见的症状。因此，动脉硬化与血压的自我检测装置已逐渐成为医疗产业发展的重要目标。通过自我检测的方式，个人能够随时监控自己的健康状况，并能减少医疗资源浪费。

市面上家用型的血压计已相当普及，然而动脉硬化检测仪器仍相当昂贵并且不易操作，以欧姆龙为例，必须同时测量四肢的脉波才能计算出作为动脉硬化的风险机率指标的脉波传导速率(pulse wave velocity，PWV)，因而不易携带及普及。另虽也有研究使用心电信号与脉波信号来得到脉波传导速率，但使用上仍须设定位置等信息，并不方便而且可能因为设定错误导致误判。有鉴于此本发明提供一种方便携带与操作的仪器，并获得脉波传导速率。

发明内容

本发明提供一种测量装置，用以在测量模式下测量受测者的特定部位的脉波信号。此测量装置包括一壳体、一传感器、一第一电极、一第二电极、一第一模拟前端电路、一第二模拟前端电路、存储器、以及处理器。壳体具有一第一侧面以及与第一侧面相对的一第二侧面。在测量模式下，第一侧面面向受测者的特定部位。传感器配置在第一侧面，且在测量模式下感测特定部位的一血管脉波波形以产生脉波信号。第一电极配置在第一侧面，且在测量模式下产生一第一电位信号。第二电极在测量模式下产生一第二电位信号。第一模拟前端电路耦接传感器，且在测量模式下将脉波信号数字化以产生一数字脉波信号。第二模拟前端电路耦接第一电极与第二电极，且在测量模式下根据第一电位信号以及第二电位信号间的电位差以作为一心电信号，并将此心电信号数字化。存储器存储数字脉波信号以及心电信号。处理器于测量模式下判断心电信号的极性，以指示特定部位位于受测者身体的一左部分或一右部分。

根据本发明的测量装置，可得知生理信号，例如脉波信号或心电信号是测量自受测者身体的哪一部位，借此可更精确地对受测者进行诊断，并进一步评估受测者心血管疾病风险。

附图说明

图1A表示根据本发明一实施例的测量装置；

图1B是表示图1A中测量装置的侧面图；

图2表示当连接端口没有连接一外接子装置时测量装置的示意方框图；

图3表示当一外接子装置连接连接端口时测量装置的示意方框图；

图4表示受测者的特定部位的脉波信号、心电信号、 以及受测者的主动脉血压信号；

图5表示当一外部主机连接连接端口时测量装置的示意方框图； 以及

图6是表示根据本发明另一实施例的测量装置。

【主要附图标记说明】

1～测量装置；    2～外接子装置；

3～外部主机；    10～壳体；

11～传感器；    12…14～电极；

15～显示器；    16～连接端口；

17～电源开关；    18～环带；

19～受测者；    20～多工器；

21～检测电路；    22、23～模拟前端电路；

24～存储器；    25～处理器；

30～存储器；    140～控制钮；

141～传输线；    BP～血压值；

P20、P21、P30、P31、P160、P161～接脚；

PTT～脉波传导时间；

PWV～脉波传导速率；

R10～上拉电阻：

R20、R30～下拉电阻；

S11～脉波信号；

S12…S14～电位信号；

S20～电位信号；

S22～数字脉波信号；

S23～心电信号；

S40～主动脉血压信号；

T40、T41～参考时间点。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。

图1A是表示根据本发明实施例的测量装置的外观，而图1B是表示图1A中测量装置的侧面图。参阅图1A与图1B，从外观来看，测量装置1包括外接子装置2、壳体10、传感器11、电极12～13、显示器15、连接端口16、电源开关17、以及环带18(图1B未显示环带18)。壳体10配置在环带18上。壳体10具有一内侧面以及一外侧面。当测量装置1放置在受测者19的特定部位(例如手腕或小腿等肢体)以测量生理信号时，可通过该环带18将测量装置系在受测者的特定部位，此时，壳体10的内侧面是面向受测者的特定部位。传感器11与电极12配置在壳体10的内侧面，而电极13与显示器15配置在壳体10的外侧面。连接端口16配置在壳体10的一边缘，例如下边缘；电源开关17配置在壳体10的另一边缘，例如上边缘。图1A与图1B的实施例中，连接端口16与电源开关17位于壳体10上的位置仅为一示范例。在其他实施例中，连接端口16与电源开关17可配置在壳体10的同一边缘。

外接子装置2可选择性地连接连接端口16。参阅图1A与图1B，外接子装置2包括电极14、控制钮140、以及传输线141。当欲使用外接子装置2时，传输线141与连接端口16连接。在一实施例中，连接端口16为符合USB规范的连接端口。

当测量装置1的电源开关17开启且测量装置1系在受测者的一特定部位时，测量装置1进入至测量模式。传感器11以及电极12～14的每一个是用来接触受测者身体的一部位。传感器11是用来感测受测者被接触部位的血管脉波波形，以产生脉波信号S11并经由数字化处理存储于存储器24(显示于图2)，处理器25(显示于图2)根据此脉波信号S11计算而得到血压值(bloodpressure，BP)。在此实施例中，传感器11可以压力传感器或光传感器来实施。电极12～14的每一个是用来感测受测者被接触部位的电信号，以产生对应的电位信号S12、S13、S14(显示于图2以及图3)。在此实施例中，电极12～14接触受测者被接触部位的皮肤。

当欲测量受测者的特定部位的生理信号时，本发明的测量装置1可通过环带18而系在受测者身体的特定部位，例如受测者身体的左部分的上肢体或下肢体(如左手腕或左小腿)，或者系在受测者身体的右部分的上肢体或下肢体(如右手腕或右小腿)。举例来说，当测量装置1通过环带18而系在受测者身体的左部分的一上肢体(左手腕)时，配置在壳体10的内侧面的传感器11与电极12接触该上肢体。此时，配置在壳体10的外侧面的电极13接触受测者身体的右手(右手指接触电极13)。在此情况下，外接子装置2没有连接连接端口16。在另一种情况下，当测量装置1通过环带18而系在受测者身体的左部分的一下肢体(左小腿)时，配置在壳体10的内侧面的传感器11与电极12接触该下肢体。此时，外接子装置2连接连接端口16，且电极14接触受测者身体的右手(右手握住电极14)，而电极13不会接触受测者因此并不作用。

以下将详细说明本发明实施例的测量装置1的详细架构与操作。

图2是表示测量装置1的方框图。在图2中所示的壳体10、传感器11、电极12～13、显示器15、连接端口16、以及电源开关17为从测量装置1外观可看到的装置或元件。参阅图2，测量装置1还包括配置在壳体10内的多工器20、检测电路21、模拟前端电路22与23、存储器24、以及处理器25。图2没有显示电源开关17以及环带18，但其已显示于图1A中。

多工器20具有两输入端IN20与IN21以及输出端OUT20。输入端IN20耦接电极13，而输入端IN21连接连接端口16的一接脚P160(连接端口16的接脚的连接状况将于后文详细叙述)。多工器20受控于检测信号S21，以选择性地将输入端IN20或IN21的信号传送至输出端OUT20，以作为电位信号S20。检测信号S21是由检测电路S21所产生。在测量模式下，检测电路21检测外接子装置2是否连接连接端口16，且根据检测结果来产生检测信号S21。当检测电路21检测到外接子装置2没有连接连接端口16时，多工器20根据检测信号S21将来自电极13的电位信号S13传送至输出端OUT20，以作为电位信号S20。举例来说，参阅图2，在测量模式，在外接子装置2没有连接连接端口16的情况下，测量装置1通过环带18而系在受测者身体的左部分上肢体(例如左手腕，称为特定部位)，且配置在壳体10的内侧面的传感器11与电极12接触该上肢体以分别产生脉波信号S11以及电位信号S12。此时，配置在壳体10的外侧面的电极13接触受测者身体的右手指，以产生电位信号S13。多工器20则根据检测信号S21将来自电极13的电位信号S13传送至输出端OUT20作为电位信号S20。

参阅图3，当检测电路21检测到外接子装置2连接连接端口16时，多工器20根据检测信号S21将来自电极14的电位信号S14传送至输出端OUT20，以作为电位信号S20。举例来说，在测量模式，在外接子装置2连接连接端口16的情况下，测量装置1通过环带18而系在受测者身体的左部分的一下肢体(例如左小腿，称为特定部位)，且配置在壳体10的内侧面的传感器11与电极12接触该下肢体，以分别产生脉波信号S11以及电位信号S12。此时，电极14接触受测者身体的上肢体(例如以右手握住外接子装置2的电极14)以产生电位信号S14。多工器20则根据检测信号S21将来自电极14的电位信号S14传送至输出端OUT20作为电位信号S20。

模拟前端电路22接收来自传感器11的脉波信号S11，且对脉波信号S11进行数字化操作，例如放大、滤波、模拟-数字转换，以产生数字脉波信号S22。数字脉波信号S22则传送至存储器24存储。模拟前端电路23接收来自电极12的电位信号S12及来自多工器20的电位信号S20，且根据电位信号S12与S20间的电位差以产生心电信号S23。模拟前端电路23接着对心电信号S23进行数字化操作，例如放大、滤波、模拟-数字转换。数字化后的心电信号S23则传送至存储器24存储。

处理器25自存储器24读取数字脉波信号S22以及心电信号S23。在测量模式下，处理器25可先判断心电信号S23是否处于一周期性稳定状态。在此实施例中，处理器25可判断心电信号S23是否重复出现QRS复波，借以判断心电信号S23是否处于周期性稳定状态。当心电信号S23中重复出现QRS复波时，处理器25则判断心电信号S23处于周期性稳定状态。

在处理器25判断出心电信号S23处于周期性稳定状态时，处理器25开始撷取心电信号S23上的参考时间点，并开始撷取脉波信号S11上的参考时间点。处理器25计算此两参考时间点间之差以获得脉波传导时间(pulsetransmission time，PTT)，以表示血压的压力波从心脏输出至特定部位所花费的时间长度。图4是表示脉波信号S11、心电信号S23、以及受测者的主动脉血压信号S40。当受测者心脏的主动脉瓣打开时，血液由心脏流至主动脉，此时主动脉的血压开始上升，而肢体的血压在一延迟时间后才开始上升。参阅图4，主动脉血压信号S40在时间点T40开始上升，因此可得知，在时间T40时，血液开始从心脏流至主动脉。比照主动脉血压信号S40与心电信号S23可得知，时间点T40为在心电信号S23的QRS复波之后心电信号S23经处理器25执行二次微分所获得的二次微分值首次等于0的时间点。因此，在此实施例中，处理器25对心电信号S23做二次微分，且撷取心电信号S23的QRS复波之后，心电信号S23经二次微分后所获得的二次微分值首次等于0的时间点做为参考时间点T40。

另外，处理器25撷取脉波信号S11开始出现上升波形时的时间点T41作为另一参考时间点。此上升波形表示特定部位的血压上升。在此实施例中，处理器25对脉波信号S11做一次微分，且撷取在脉波信号S11的U点附近，脉波信号S11经一次微分所获得的一次微分值等于0的时间点做为参考点T41。处理器25计算此参考时间点间T41与T40之差以获得脉波传导时间。

此外，在处理器25判断出心电信号S23处于周期性稳定状态时，处理器S23也开始检测判断心电信号S23的极性，借此得知测量装置1是配置在受测者身体的左部分还是右部分(即得知特定部位在在受测者身体的左部分的部位还是右部分)。举例来说，当心电信号S23具有正极性时，处理器S23得知测量装置1是配置在受测者身体的左部分；而当心电信号S23具有负极性时，处理器S23得知测量装置1是配置在受测者身体的右部分。此外，处理器25也接收来自检测电路21的检测信号S21。根据上述可得知，检测信号S21是指示外接子装置2是否连接连接端口16。由于外接子装置2仅当测量装置1放置在下肢体才连接连接端口16，因此，检测信号S21可指示测量装置1是配置在受测者的上肢体或下肢体(即特定部位在受测者的上肢体或下肢体)。如此一来，在处理器25判断出心电信号S23处于周期性稳定状态时，处理器25根据心电信号S23的极性以及检测信号S21来确定特定部位是受测者左部分的上肢体(如左手腕)、左部分的下肢体(如左小腿)、右部分的上肢体(如右手腕)、或右部分的下肢体(如右小腿)。

处理器25完成确定特定部位后，处理器25根据受测者的身高由标准身材比例(stand body proportion)公式来获得特定部位与受测者心脏间血管的距离以作为测量距离。受测者已预先将其身高设定于测量装置1中。处理器25接着将测量距离除以脉波传导时间以获得脉波传导速率(pulse wavevelocity)PWV。处理器25可将脉波传导速率PWV传送至显示器15而显示于显示器15。脉波传导速率PWV为动脉硬化的风险机率的指标，因此受测者可根据脉波传导速率PWV来得知其动脉硬化的风险机率。此外，显示器15也显示测量装置1的操作状态，例如电池剩余电力。

根据上述，脉波信号S11表示血压，因此，在一实施例中，在处理器25判断出心电信号S23处于周期性稳定状态时，处理器25还可根据脉波信号S11的振幅来判断受测者的血压值BP。处理器25可将判断获得的血压值BP传送至显示器15而显示于显示器15。由于处理器25根据心电信号S23的极性以及检测信号S21来确定特定部位的位置，因此受测者或医疗人员可得知此血压值BP是测量自受测者身体的哪一部位，借此可更精确地对受测者进行诊断。

在一实施例中，处理器25具有一数据库，其存储多个脉波传导速率参考值以及多个动脉硬化的风险机率参考值，且每一脉波传导速率参考值对应一风险机率参考值。在处理器25获得脉波传导速率PWV后，可根据脉波传导速率PWV的值来对数据库进行查询，以获得对应的一风险机率参考值。处理器25可将获得的风险机率参考值传送至显示器15，使得受测者可通过显示器15所显示的数值可得知其动脉硬化的风险机率。此数据库也可存储多个振幅参考值以及血压参考值。在处理器25获得脉波信号S11的振幅后，依据此振幅来对数据库进行查询，以获得对应的血压值。此血压值包括收缩压值以及/或舒张压值。结合血压及脉波传导速率PWV将可更全面评估受测者心血管疾病风险。

在上述实施例中，在测量模式下，当测量装置1系在受测者的一下肢体时，外接子装置2需连接连接端口16。而在其他模式下，连接端口16可以与其他装置连接。在一实施例中，当测量装置1处于充电模式时，一外部电源连接连接端口16，以对测量装置1充电。在另一实施例中，当测量装置1处于数据传输模式时，一外部主机连接连接端口16，以使得测量装置1的存储器24所存储的一次或多次测量数据，包括获得该一或多次测量数据的时间、数字脉波信号S22、以及心电信号S23可传送至该外部主机。

在上述实施例中，检测电路21是检测外接子装置2是否连接连接端口16。在一实施例中，检测电路21可通过检测连接端口16上一特定接脚的电压来检测外接子装置2是否连接连接端口16。举例来说，连接端口16具有至少二个接脚(不包含电源接脚VDD及GND)，且外接子装置2的传输线141具有与连接端口16一样数目的接脚。如图2与图3所示，连接端口16具有两接脚P160与P161。多工器20的输入端IN21耦接接脚P160。测量装置1具有一上拉电阻器R10，其耦接于供电电压VDD与接脚P161之间。此外，检测电路21也耦接接脚P161。参阅图3，外接子装置2也具有两接脚P20与P21。外接子装置2的电极14耦接接脚P20。外接子装置2具有一下拉电阻R20，其耦接于接脚P21与接地之间。当在测量模式下外接子装置2连接连接端口16时，外接子装置2的接脚P20与P21分别耦接连接端口16的接脚P160与P161。此时，根据上拉电阻R10与下拉电阻R20的电阻值于接脚P161得到一电压。检测电路21检测到接脚P161具有此电压时，则判断外接子装置2通过传输线141连接连接端口16，且自接脚P160获取电位信号S14以传送至多工器21的输入端IN21。

参阅图5，在数据传输模式时，一外部主机3连接连接端口16。外部主机3也具有与连接端口16一样数目的接脚。如图5所示，外部主机3具有两接脚P30与P31。此外，外部主机3包括一存储器30以及一下拉电阻R30。此存储器30耦接接脚P30，而下拉电阻R30，其耦接于接脚P31与接地之间。在数据传输模式时，根据上拉电阻R10与外部主机3的下拉电阻R30的电阻值于接脚P161得到另一电压。检测电路21检测到接脚P161具有此另一电压时，则判断外部主机3连接连接端口16。根据上述可得知在此检测方式下，检测电路21可根据接脚P161的电压来判断耦接连接端口16的装置是外接子装置2或外部主机3。

在另一实施例中，在连接端口16旁间设置一机械开关。当外接子装置2通过传输线141连接连接端口16时，此机械开关被触碰而导通。此时，检测电路21接收到来自机械开关的导通信号，以判断外接子装置2连接连接端口16。

在上述实施例中，电极13配置在壳体10的外侧面。在另一实施例中，电极13是通过连接端口16耦接壳体10。如图6所示，连接端口16还包括接脚P162，电极13通过接脚P162耦接多工器20的输入端IN20。

本发明虽以较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何所属技术领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定的范围为准。

Claims (19)

1.一种测量装置，用以在一测量模式下测量一受测者的一特定部位的一脉波信号，包括：

一壳体，具有一第一侧面以及与该第一侧面相对的一第二侧面，其中，在该测量模式下，该第一侧面面向该受测者的该特定部位；

一传感器，配置在该第一侧面，用以在该测量模式下感测该特定部位的一血管脉波波形以产生该脉波信号；

一第一电极，配置在该第一侧面，用以在该测量模式下产生一第一电位信号；

一第二电极，在该测量模式下产生一第二电位信号；

一第一模拟前端电路，耦接该传感器，用以在该测量模式下将该脉波信号数字化以产生一数字脉波信号；

一第二模拟前端电路，耦接该第一电极与该第二电极，用以在该测量模式下根据该第一电位信号以及该第二电位信号间的电位差获得一心电信号，并将该心电信号数字化；

一存储器，存储该数字脉波信号以及该心电信号；以及

一处理器，用以在该测量模式下判断该心电信号的极性，以指示该特定部位位于该受测者身体的一左部分或一右部分。

2.如权利要求1所述的测量装置，其中，在该测量模式下，该第一电极接触该受测者身体的该左部分或该右部分的一上肢体以产生该第一电位信号，而该第二电极接触该受测者身体的该左部分或该右部分中的另一方的上肢体以产生该第二电位信号。

3.如权利要求1所述的测量装置，其中，第二电极配置在该第二侧面。

4.如权利要求1所述的测量装置，还包括

一连接端口，配置在该壳体上，且包括一接脚，其中，该第二电极连接该连接端口的该接脚。

5.如权利要求1所述的测量装置，还包括：

一第三电极；

一连接端口，配置在该壳体上，且包括一第一接脚，其中，在该测量模式下，该第三电极选择性地连接该第一接脚以产生一第三电位信号；

一检测电路，用以在该测量模式下检测该第三电极是否连接该连接端口以产生一检测信号，以指示该特定部位位于该受测者的一上肢体或一下肢体；以及

一多工器，具有耦接该第二电极的一第一输入端、耦接该连接端口的一第二输入端、以及输出一第四电位信号的一输出端，且受控于该检测信号；

其中，在该测量模式下，当该检测电路检测到该第三电极没有连接该连接端口时，该多工器根据该检测信号选择来自该第二电极的该第二电位信号传送至该输出端作为该第四电位信号；

其中，在该测量模式下，当该检测电路检测到该第三电极连接该连接端口时，该多工器根据该检测信号选择来自该第三电极的该第三电位信号传送至该输出端以作为该第四电位信号；以及

其中，在该测量模式下，该第二模拟前端电路根据该第一电位信号与该第四电位信号间的电位获得该心电信号，且该处理器根据该检测信号以及读出自该存储器的该心电信号，来确定该特定部位为左上肢体、左下肢体、右上肢体、或右下肢体其中之一。

6.如权利要求5所述的测量装置，其中，在该测量模式下，当该第三电极没有连接该连接端口时，该第一电极接触该受测者身体的该左部分或该右部分的一上肢体以产生该第一电位信号，而该第二电极接触该受测者身体的该左部分或该右部分中的另一方的上肢体以产生该第二电位信号；以及

其中，在该测量模式下，当该第三电极连接该连接端口时，该第一电极接触该受测者身体的该左部分或该右部分的一下肢体以产生该第一电位信号，而该第三电极接触该受测者身体的该左部分或该右部分中的另一方的上肢体以产生该第三电位信号。

7.如权利要求5所述的测量装置，其中，该受测者身体的上肢体为该受测者的一手腕，且该受测者的下肢体为该受测者的一小腿。

8.如权利要求5所述的测量装置，其中，当该测量装置处于一充电模式时，该测量装置通过该连接端口耦接一外部电源。

9.如权利要求5所述的测量装置，其中，当该测量装置处于一传输模式时，该测量装置通过该连接端口连接一外部主机，以进行数据传输。

10.如权利要求1所述的测量装置，其中，在该测量模式下，该处理器获得该特定部位距离该受测者的一心脏间的一测量距离；

其中，在该测量模式下，该处理器撷取该心电信号上的一第一参考时间点以及该脉波信号上的一第二参考时间点，且该第二参考时间点晚于该第一参考时间点；以及

其中，在该测量模式下，该处理器计算该第二参考时间点与该第一参考时间点之差以获得一脉波传导时间，且将该测量距离除以该脉波传导时间以获得一脉波传导速率。

11.如权利要求10所述的测量装置，其中，该处理器对该心电信号做二次微分，且撷取该心电信号的QRS复波之后，该心电信号经二次微分所获得的二次微分值首次等于0的时间点做为该第一参考点；以及

其中，该处理器对该脉波信号做一次微分，且撷取该脉波信号的U点附近，该脉波信号经一次微分所获得的一次微分值等于0的时间点做为该第二参考点。

12.如权利要求10所述的测量装置，其中，在该测量模式下，当该处理器判断该心电信号处于一周期性稳定状态时，该处理器开始判断该心电信号的极性、计算该测量距离、以及计算该脉波传导速率。

13.如权利要求12所述的测量装置，其中，当该心电信号中重复出现QRS复波时，该处理器判断该心电信号处于该周期性稳定状态。

14.如权利要求10所述的测量装置，还包括一显示器，配置在该第二侧面，用以显示该脉波传导速率以及该测量装置的操作状态。

15.如权利要求1所述的测量装置，其中，该传感器为一压力传感器或一光传感器。

16.如权利要求1所述的测量装置，其中，处理器根据该脉波信号来计算该特定部位的一血压值。

17.如权利要求16所述的测量装置，还包括一显示器，配置在该第二侧面，用以显示该血压值以及该测量装置的操作状态。

18.如权利要求16所述的测量装置，其中，在该测量模式下，当该处理器判断该心电信号处于一周期性稳定状态时，该处理器开始计算该血压值。

19.如权利要求18所述的测量装置，其中，当该心电信号中重复出现QRS复波时，该处理器判断该心电信号处于该周期性稳定状态。