CN104095622A - 生理信号感测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种生理信号感测装置，包括一弹性垫以及一形变感测单元。弹性垫用以接触于一人体，并对应于上述人体的一血管。形变感测单元设置于上述弹性垫内，并包括一导电元件。上述导电元件对应于上述血管的振动产生形变，且上述导电元件的电阻值对应于上述导电元件的形变产生变动。本发明的生理信号感测装置，利用导电元件的形变而产生的电阻值变化来产生一生理信号，可提供较精确的测量结果，亦可降低制作成本。另外，本发明的生理信号感测装置不需要加压气囊即可进行测量，因此可长时间持续对使用者进行检测，并能大幅降低体积及重量，以方便使用者随身携带。
Description
技术领域
本发明涉及一种感测装置，尤其涉及一种生理信号感测装置。
背景技术
公知的机械式血压计多半需要搭配加压气囊才能进行测量。然而，当加压气囊进行加压过程时，使用者亦会对加压气囊所产生的压力感到不适，无法持续的对使用者进行测量。另外，加压气囊的体积较大且重量较重，不方便使用者随身携带。
另一种电子式的血压计，采用压电感测器来进行测量，具有体积小，且可长时间持续测量的优点。然而压电感测器的成本较高，且压电感测器所产生的微电流较不稳定，无法精确的测量到血压的数值，主要是针对使用者的心跳速度进行测量。
发明内容
为了解决上述公知技术的缺失，本发明的目的提供一种生理信号感测装置，其制造成本较低，且能持续的对使用者进行测量且具有较精确的测量结果。此外，亦能方便使用者携带。
为了达到上述的目的，本发明提供了一种生理信号感测装置，包括一弹性垫以及一形变感测单元。弹性垫用以接触于一人体，并对应于上述人体的一血管。形变感测单元包括一感测本体以及一导电元件。感测本体设置于上述弹性垫内，且导电元件设置于上述感测本体，并具有可变的一电阻值。上述导电元件对应于上述血管的振动产生形变，且上述电阻值对应于上述导电元件的形变产生变动。
为了达到上述的目的，本发明提供了一种生理信号感测装置，包括一弹性垫、一弹性片、一形变感测单元、以及一处理模块。弹性垫用以接触于一人体，并对应于上述人体的一血管。弹性片设置于上述弹性垫内。形变感测单元设置于上述弹性片，且包括一感测本体以及一导电元件。导电元件设置于上述感测本体，并具有可变的一电阻值。处理模块电性连接于上述导电元件。上述导电元件对应于上述血管的振动产生形变，且上述电阻值对应于上述导电元件的形变产生变动，上述处理模块依据上述电阻值的产生一生理信号。
综上所述，本发明的生理信号感测装置，利用导电元件的形变而产生的电阻值变化来产生一生理信号，可提供较精确的测量结果，亦可降低制作成本。另外，本发明的生理信号感测装置不需要加压气囊即可进行测量，因此可长时间持续对使用者进行检测，并能大幅降低体积及重量，以方便使用者随身携带。
附图说明
附图中的形状、尺寸或是厚度可能为了清楚说明的目的而未依照比例绘制或是被简化，仅提供说明之用。
图1为本发明的第一实施例的生理信号感测装置的立体图。
图2为本发明的第一实施例的生理信号感测装置的分解图。
图3为本发明的第一实施例的生理信号感测装置的剖视图。
图4为本发明的生理信号感测装置于一测量过程中的俯视图。
图5以及图6为本发明的生理信号感测装置于一测量过程中的剖视图。
图7为本发明的第一实施例的生理信号感测装置的系统图。
图8为本发明的第二实施例的生理信号感测装置的剖视图。
图9为本发明的第三实施例的生理信号感测装置的剖视图。
其中，附图标记说明如下：
生理信号感测装置1、1a、1b
感测器10、10a、10b
弹性垫11、11b
接触面111
压力面112
形变感测单元12
感测本体121
导电元件122
弹性片13
压力元件20
固定带21
壳体22、22b
扣合孔221
容置槽222
弹性元件23
盖体24、24b
固定槽241
扣合块242
信号处理装置30
处理模块31
惠斯敦电桥组311
显示模块32
无线传输模块33
定位模块34
输入模块35
人体A1
皮肤A2
血管A3
具体实施方式
图1为本发明的第一实施例的生理信号感测装置1的立体图，图2为本发明的第一实施例的生理信号感测装置1的分解图，图3为本发明的第一实施例的生理信号感测装置1的剖视图。生理信号感测装置1，可用以测量一使用者的生理信号以及取得血压、脉搏（pulse）、心跳速度等相关生理信息。
生理信号感测装置1包括一感测器10以及一压力元件20。感测器10设置于压力元件20。感测器10可接触于一人体，并对应于一血管。压力元件20用以对感测器10施加一压力，以增加感测器10的感测强度。当血管跳动时，感测器10产生形变。
感测器10包括一弹性垫11、一形变感测单元12、以及一弹性片13。弹性垫11的材质可为橡胶、软性塑胶、液态硅胶、或是高分子有机硅化合物（Polydimethylsiloxane,PDMS）等软性材质，其萧氏硬度(Shore A)可为0HA至50HA或是20HA至50HA，厚度约为0.01mm至20mm。于本实施例中，弹性垫11的材质为高分子有机硅化合物，厚度约为7mm。
形变感测单元12设置于弹性垫11之内，包括一感测本体121以及一导电元件122。感测本体121可为一片状结构，并可为一绝缘材质，例如一橡胶或一软性塑胶。导电元件122可为片状结构或一导线，设置于感测本体121内部。于另一实施例中，导电元件122亦可设置于感测本体121的一表面。
弹性片13可设置于弹性垫11之内，且设置于感测本体121，弹性片13可位于弹性垫11的一接触面111以及感测本体121之间，并距离弹接触面111约0.01mm至10mm，于本实施例可约为2mm。弹性片13可平行于感测本体121与导电元件122，且弹性片13的面积可大于感测本体121本体的面积。弹性片13可为金属材质，例如碳钢，且弹性片13的抗张强度（tensilestrength）可约为600Mpa至1000Mpa、降伏强度(yield strength)可约为350Mpa至500Mpa、勃式硬度(brinell hardness)约为248，以及厚度可为0.1um～500um。
压力元件20可设置于弹性垫11的一压力面112以及侧面。压力面112以及接触面111分别位于弹性垫11的两相反侧。压力元件20可包括一固定带21、一壳体22、以及多个弹性元件23。固定带21可为一弹性材质，例如弹性布料，于另一实施例中，固定带21可包括两相互扣合的带状结构，例如表带。
壳体22设置于固定带21，于本实施例中，固定带21的两端分别固定于壳体22的两相对侧。壳体22可具有二扣合孔221以及一容置槽222。扣合孔221位于壳体22的侧壁，且与容置槽222相互连通。弹性元件23可为弹簧设置于容置槽222内。
盖体24设置于弹性元件23以及弹性垫11之间，并位于壳体22的容置槽222内，盖体24具有一固定槽241以及与固定槽241相互连通的二扣合块242。弹性垫11的压力面112可固定于盖体24的固定槽241内，扣合块242位于扣合孔221内，以限制盖体24于容置槽222内移动。
整体而言，压力元件20可制作为一手表（watch）状的结构，因此生理信号感测装置1可通过固定带21固定于使用者的手腕，弹性元件23可通过盖体24对弹性垫11施加压力以使感测器10的弹性垫11紧密贴附于人体的皮肤，以方便感测器10长时间持续对使用者进行检测。
于另一实施例中，弹性元件23可为弹性材质，例如橡胶，且可不需要盖体24。弹性元件23的两相对侧分别固定于容置槽222以及弹性垫11的压力面112。
图4为本发明的生理信号感测装置1于一测量过程中的俯视图。图5以及图6为本发明的生理信号感测装置1于一测量过程中的剖视图。为了简洁以及明确的目的，图4至图6省略了压力元件20。
当使用者欲以生理信号感测装置1进行测量时，可先将生理信号感测装置1固定于人体A1(例如手腕)，并让弹性垫11接触于人体A1的皮肤A2，且对应于人体A1的一血管A3。意即，弹性垫11、形变感测单元12、以及弹性片13可位于血管A3的上方，并邻近于血管A3。前述的血管A3可为一动脉，例如桡动脉(radial artery)。
由于弹性垫11为软性的材质，因此可增加使用者配戴时的舒适度，亦可以减少除了血管A3跳动以外所产生的噪声。另外，由于弹性片13的长度大于血管A3的直径（于本实施例中为大于两倍）以及具有弹性的金属材质，因此本实施例的弹性片13可精确的反应血管A3因心脏的收缩及舒张压力所产生的微弱变化，并产生对应的形变。由于形变感测单元12贴合于弹性片13，因此形变感测单元12可和弹性片13产生相同的弯曲程度。
形变感测单元12内的导电元件122可为一导线，并弯曲地设置于感测本体121内，如图4所示，导电元件122可包括多个相互平行的平直区段，且上述平直区段可大至垂直于血管A3以获得较佳的测量结果。于图5中，血管A3处于心脏舒张期的状态，此时弹性垫11、形变感测单元12、以及弹性片13并未产生弯曲或是配合皮肤A2的表面而弯曲。于图6中，血管A3因为心脏的收缩压力使其为一扩张状态，而导致弹性垫11、形变感测单元12、以及弹性片13产生弯曲。当血管A3因心脏的收缩及舒张压力而产生振动时，皮肤A2亦会对应于前述的振动产生振动。弹性垫11以及弹性片13对应于上述皮肤A2以及血管A3的振动的幅度产生不同的形变。而形变感测单元12会对应于上述弹性片13的形变产生形变，进而使形变感测单元12的形变对应于上述血管A3以及皮肤的振动的幅度。尤其是弹性垫11、形变感测单元12及其导电元件122、以及弹性片13对应于血管A3上方的区域会因为血管A3膨胀呈现弯曲或是隆起的状态。
由于导电元件122呈现弯曲或是隆起的形变，会使得导电元件122的长度和/或曲度改变，并因此改变了导电元件122的电阻值。也就是说，导电元件122会对应于每一次血管A3因心脏的收缩及舒张压力而产生的变化，具有不同的长度和/或曲度，以及具有对应于导电元件122的长度和/或曲度的电阻值。换句话说，导电元件122的电阻值对应了血管A3振动幅度，而电阻值改变的频率对应了使用者的心跳速度。
由于本发明是利用感测器10本身因血管跳动而产生微弱的形变来进行测量，因此可长时间持续对使用者进行测量。此外，感测器10本身具有体积小、重量轻的优点，可方便使用者随身携带。
图7为本发明的第一实施例的生理信号感测装置1的系统图。生理信号感测装置1还包括一信号处理装置30，电性连接于感测器10，用以依据感测器10的形变而产生的生理信号。信号处理装置30可选择性地设置于固定带21上。信号处理装置30可包括一处理模块31、一显示模块32、一无线传输模块33、一定位模块34、以及一输入模块35。处理模块31电性连接于显示模块32、无线传输模块33、定位模块34、一输入模块35、以及导电元件122。
处理模块31检测和纪录导电元件122因长度以及曲度等形变而变化的电阻值，并根据上述所纪录的电阻值产生一生理信号。于本实施例中，处理模块31可包括惠斯敦电桥组311(Wheatstone Bridge)。惠斯敦电桥组311电性连接导电元件122，且处理模块31利用惠斯敦电桥组311检测上述导电元件122的电阻值。上述的生理信号可为一波形信号，对应了血管A3振动幅度，因此处理模块31可依据生理信号以及时间计算出使用者的脉搏、血压、以及心跳速度等相关生理信息。处理模块31可控制显示模块32显示上述生理信号以及生理信息。
定位模块34用以收接收一坐标信号，并传递给处理模块31。处理模块31依据生理信号、以及坐标信号控制无线传输模块33传输一无线信号于远端的行动电话、电脑等电子装置，以方便医生或是使用者的亲属能对使用者的健康状况作一分析以及追踪。若使用者的健康状况出现问题，亦可得知使用者的位置，以提供救援。
输入模块35可为一按钮，以方便使用者操作后切换显示模块显示的信息。例如切换显示使用者的血压、脉搏或是心跳速度等信息。
于另一实施例中，信号处理装置30可仅包括处理模块31以及无线传输模块33，可进一步简化生理信号感测装置1a的体积以及重量。
图8为本发明的第二实施例的生理信号感测装置1a的剖视图。生理信号感测装置1a可不包括第一实施例的压力元件20。感测器10a可以粘贴的方式或是利用使用者的手部设置于人体A1（如图5、图6所示），且依据感测器10a本身的重量提供压力，且弹性片13亦可选择性的设置，可简化生理信号感测装置1a的体积以及重量。
图9为本发明的第三实施例的生理信号感测装置1b的剖视图。第三实施例与第一实施例不同之处在于，第三实施例可不具有第一实施例的弹性元件23。壳体22b可不具有第一实施例的扣合孔221，盖体24b可不具有第一实施例的扣合块242。感测器10b形变感测单元12与弹性垫11b的一压力面112的距离较大，因此可通过壳体22b以及弹性垫11b本身的重力，借以增加弹性垫11b对于皮肤A2（如图5、图6所示）的压力。
于本实施例中，可不需设置固定带21。生理信号感测装置1b可结合于另一装置上，例如笔、行动电话等，使用者可直接或间接施力于生理信号感测装置1b以将生理信号感测装置1b设置于人体。另于上述已揭示的实施例中，亦可不需设置固定带21。于本实施例中，亦可不需要设置盖体24a，弹性垫11a的压力面112直接接触壳体22a。
综上所述，本发明的生理信号感测装置，利用导电元件的形变而产生的电阻值变化来产生一生理信号，可提供较精确的测量结果，亦可降低制作成本。另外，本发明的生理信号感测装置不需要加压气囊即可进行测量，因此可长时间持续对使用者进行检测，并能大幅降低体积及重量，以方便使用者随身携带。
上述已揭示的特征能以任何适当方式与一个或多个已揭示的实施例相互转用、置换、改变或组合，并不限定于特定的实施例。
本发明虽以各种实施例揭示如上，然而其仅为范例参考而非用以限定本发明的范围，任何本领域普通技术人员，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。因此上述实施例并非用以限定本发明的范围，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 (12)
1.一种生理信号感测装置，包括：
一弹性垫，用以接触于一人体，并对应于上述人体的一血管；以及
一形变感测单元，且包括：
一感测本体，设置于上述弹性垫内；以及
一导电元件，设置于上述感测本体，并具有可变的一电阻值；
其中上述导电元件对应于上述血管的振动产生形变，且上述电阻值对应于上述导电元件的形变产生变动。
2.如权利要求1所述的生理信号感测装置，还包括一弹性片，设置于上述弹性垫内，上述弹性片对应上述血管的振动产生形变，且上述导电元件的形变对应于上述弹性片的形变。
3.如权利要求1所述的生理信号感测装置，上述导电元件的曲度对应于上述血管的振动改变。
4.如权利要求1所述的生理信号感测装置，还包括一处理模块，电性连接于上述导电元件，其中上述处理模块依据上述电阻值产生一生理信号。
5.如权利要求4所述的生理信号感测装置，其中上述处理模块还包括一惠斯敦电桥组，电性连接上述导电元件，且上述处理模块利用上述惠斯敦电桥组检测上述电阻值。
6.如权利要求4所述的生理信号感测装置，还包括一显示模块，电性连接于上述处理模块，且上述处理模块控制上述显示模块显示上生理信号。
7.如权利要求4所述的生理信号感测装置，还包括一无线传输模块，电性连接于上述处理模块，且上述处理模块依据上述生理信号控制上述无线传输模块传输一无线信号。
8.如权利要求1所述的生理信号感测装置，还包括一压力元件，设置于上述弹性垫，并用以对上述弹性垫施加一压力。
9.如权利要求8所述的生理信号感测装置，其中上述压力元件还包括：
一固定带；
一壳体，设置于上述固定带；以及
一弹性元件，设置于上述壳体，并用以对上述弹性垫施加上述压力。
10.如权利要求8所述的生理信号感测装置，其中上述压力元件还包括：
一固定带；以及
一壳体，设置于上述固定带以及上述弹性垫，并对上述弹性垫施加上述压力。
11.一种生理信号感测装置，包括：
一弹性垫，用以接触于一人体，并对应于上述人体的一血管；
一弹性片，设置于上述弹性垫内；
一形变感测单元，设置于上述弹性片，且包括：
一感测本体；以及
一导电元件，设置于上述感测本体，并具有可变的一电阻值；以及
一处理模块，电性连接于上述导电元件；
其中上述导电元件对应于上述血管的振动产生形变，且上述电阻值对应于上述导电元件的形变产生变动；
其中上述处理模块依据上述电阻值产生一生理信号。
12.如权利要求11所述的生理信号感测装置，其中上述处理模块还包括一惠斯敦电桥组，电性连接上述导电元件，且上述处理模块利用上述惠斯敦电桥组检测上述电阻值。
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