CN118161185A - 穿戴式听诊器 - Google Patents

Abstract

一种穿戴式听诊器，包括：一衣服本体；声音感测器，被配置为收集使用者的心音讯号，其中该声音感测器包含；一振膜、一压电式感测器以及一电路板；该电路板分别与该振膜及该压电式感测器电性连接并且对收集到的上述心音讯号进行预处理；其中，该声音感测器整合于该衣服本体。

Description

穿戴式听诊器

技术领域

本发明涉及听诊器相关技术，特别是一种穿戴式听诊器。

背景技术

近年，可穿戴的感测器如雨后春笋般出现，如智慧型手表、手环等，可以让我们以非侵入式的方式持续监测我们的健康。

根据调查报告指出，消费者期望能够将医疗性穿戴式装置整合到自己服装的装备中。随着全球健康意识提升，对于医疗性穿戴式装置的需求也日益水涨船高，在技术上，都可以采用蓝牙低耗电(BLE)技术，与手机做连结，以记录或分析各种感测值，可将感测资料上传至云端，让医生能够24小时通过远程方式，监控并追踪年长者或病患的健康状况。

随着人口老年化的趋势，心脏衰竭是全球范围盛行的公共健康问题，其对整体医疗成本构成巨大负担。近年来，随着人们对于健康问题的关注增加，借由长时间监控及记录分析生理资讯，可以有效应用在健康的改善、或是疾病的即早发现。

为了能够及早发现病征，特别是猝死率极高的心因性疾病，穿戴式听诊(心音)装置可以提供实时且有效的心跳异常讯号的检测以及记录装置。而医师可以利用这些实时生理音讯资讯进行分析，提供健康预警以及照护解决方案。

早期的穿戴式医疗装置体积大，让使用者无时无刻觉得身上存在异物感，易造成生活上的不便利，加上需要更换电池。因此，除非必要，一般情况下使用者常会抗拒配戴穿戴式医疗装置。

穿戴式装置问世至今，其中医疗性穿戴式装置都已经发展出多种外型。然而传统上的医疗性穿戴式装置，例如穿戴式听诊器，一般还是以束带方式配戴，长时间配戴容易造成不适。

因此，提出一种穿戴式听诊器，能够与衣服整合，进一步改进传统方式配戴带心音感测器所造成的不适，是有强烈需求的。

发明内容

本发明的目的在提供一种穿戴式听诊器，将心音感测器与衣服整合，改进传统束方式配戴带心音感测器所造成的不适。

根据上述目的，本发明提供一种穿戴式听诊器，包括：一衣服本体；声音感测器，被配置为收集使用者的心音讯号，其中该声音感测器包含；一振膜、一压电式感测器以及一电路板，该电路板分别与该振膜及该压电式感测器电性连接并且对收集到的上述心音讯号进行预处理；其中，该声音感测器整合于该衣服本体。

以一实施例而言，上述的振膜、该压电式感测器以及该电路板是以下列方式设置：该振膜设置于该电路板的一表面上；一隔音环设置于该表面上，围绕该振膜而且与该电路板封装形成一共振腔；该压电式感测器设置于该隔音环未与该电路板接触的一侧之上，其中该压电式感测器直接贴附于使用者皮肤近心脏处，或通过该衣服本体贴附于该使用者皮肤。

以一实施例而言，上述的压电感测器包含一压电材料，且该压电材料的上下层表面上具有可导电电极。

以一实施例而言，上述的声音感测器通过容置袋整合于该衣服本体。

以一实施例而言，上述的声音感测器通过连结件，可拆卸地整合于该衣服本体。

以一实施例而言，上述的连结件为魔鬼毡、扣具或拉链。

以一实施例而言，上述的衣服本体为贴合身体的紧身衣物，以利于该听诊器的该压电感测器感测身体音讯，特别是心音讯号。

以一实施例而言，上述的电路板至少包括：讯号预处理模组，包括：滤波器、电性连接该滤波器的讯号放大器以及电性连接该讯号放大器的模拟数字转换器，用于依序滤波、放大以及数字化该多个心音讯号；微处理器，用于接收数字化的该心音讯号并对其进行运算处理，以获得去背景噪音且稳定的预处理心音讯号。

以一实施例而言，上述的预处理心音讯号通过一与该穿戴式听诊器通讯地耦接的外部计算电子装置，进行分析以及交叉比对。

以一实施例而言，上述的外部计算电子装置为智慧型手机。

附图说明

图1显示跟据本发明的一个实施例所提出的将听诊器与衣服整合的示意图。

图2A显示跟据本发明的一个实施例所提出的听诊器的构造示意图。

图2B-2C显示本发明的另一个实施例所提出的听诊器的构造示意图。

图3显示根据本发明的一个实施例所提出的穿戴式听诊器的功能方块图。

图4显示根据本发明的一个实施例所提出的系统架构示意图。

【符号说明】

12a:容置袋

12:衣服

10:听诊器

100:穿戴式听诊器

14a,14b:魔鬼毡

200:听诊器

201a:振膜

207:隔音环

203:压电感测器

204:线路

231:人体皮肤

211:心音感测器

205:硬件模组

211a:压电材料

211b:金属(例如，铝(Al)、铜(Cu)等)

210:软性基板

300:穿戴式听诊器

301:心音感测器

325:微处理器

327:储存单元

329:无线传输模组

329a:天线

331:滤波器

333:讯号放大器

335:模拟数字转换器(ADC)

337:电池组

339:电源管理单元

400:穿戴式听诊器

30:衣服

403:行动装置

405:云端网络

407:云端服务器

具体实施方式

此处本发明将针对发明具体实施例及其观点加以详细描述，此类描述为解释本发明的结构或步骤流程，其是供以说明之用而非用以限制本发明的申请专利范围。因此，除说明书中的具体实施例与较佳实施例外，本发明亦可广泛施行于其他不同的实施例中。以下借由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术人士可借由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的功效性与其优点。且本发明亦可借由其他具体实施例加以运用及实施，本说明书所阐述的各项细节亦可基于不同需求而应用，且在不悖离本发明的精神下进行各种不同的修饰或变更。

消费或是医疗性穿戴式有各种不同的外观，其中，可以化身为更多样型态的穿戴式生物感测器，由于可以手套、衣服、绷带和植入物的形式出现，且可通过身体的运动进行连续和非侵入性的疾病诊断，以及健康监测。

穿戴式医疗装置最大的作用是侦测人体各种讯息，因此其内部的感测器精确度，自然相当重要。

传统的心音设备基于心音探头或者基于柱状麦克风感测器进行讯号采集，这种感测器体积比较大，比较难实现穿戴式应用。特别是在运动时，通常不方便携带对象，此时机即彰显本发明的便利与消费者的期待，因此本发明有极大优势可整合于运动衣物上。在一实施例中，本发明可利用贴片式贴于人体或衣物部位，或是将听诊器与衣服整合。通过软性材料服贴性和延展性，以贴合方式实施感测功能，可同时兼顾功能性与舒适性，使人可在配戴舒适状态下，监测生理状态，且达到实时搜集运动数据功能。

图1显示跟据本发明的一个实施例所提的将听诊器10与衣服12整合的示意图；其中，听诊器10为采用压电薄膜整合至软性基底的设计，细部构造将于图2详细说明。以下先说明如何将听诊器10与衣服整合的方式。

根据本发明的一个实施例，上述的听诊器10可利用贴片式贴于人体部位，再根据本发明的一个实施例，参考图1的右上方图式，其显示利用一缝制于衣服12上的口袋(容置袋)12a，作为容置空间用以将听诊器10整合至衣服，整体形成穿戴式听诊器100。

听诊器10为可拆卸配件设于衣服本体，举例而言，透过连结件设置于衣服本体，例如扣具、魔鬼毡或拉链等组件。根据本发明的另一个实施例，参考图1的右下方图式，其显示利用魔鬼毡(14a、14b)贴合方式，用以将听诊器10贴合至衣服上，形成穿戴式听诊器100。魔鬼毡通常由两条织物组成，一条表面覆有环状结构(毛面)，另一条表面覆有钩状结构(勾面)。当两条织物用力压紧时，钩与环相结合，形成暂时紧固的状态。若希望两者分离，只需用力将其分开即可。如图1的右下方图式所显示，魔鬼毡中的其中一条织物(例如14a)缝制于衣服12上，听诊器10则设置于魔鬼毡中的另一条织物(例如14b)之上。

以一实施例而言，上述衣服为贴合身体的紧身衣物，以利于听诊器10中的压电薄膜(压电式感测器)感测身体音讯，特别是心音讯号。

简而言之，穿戴式听诊器100通过容置袋12a容设于衣服12的本体、或为可拆卸配件，通过连结件设置于衣服12的本体，例如扣具、魔鬼毡或拉链等元件。

图2A显示根据本发明的一个实施例所提听诊器200的构造，左图为其剖面视图，右图为其俯视图。听诊器200包括一振膜201a，于此振膜201a上镀上导电材料，将此振膜201a以一胶框(隔音环)207与一电路板(硬件模组205)封装(其中，隔音环207与电路板205所形成共振腔，结合振膜201a即形成麦克风构造)，一压电感测器203设置于隔音环207下方，且经由一线路204电性地连接电路板205，通过直接或间接方式(隔着衣服)与人体皮肤231接触，可以用以量测因为振动而产生的电压讯号。也就是说，压电感测器203可以作为振膜，可以用于辅助传统电容式感测器对低频讯号，例如第三心音、第四心音的频率是介于20Hz附近，响应较差的缺失。

以一实施例而言，上述的压电感测器203主要组成为一压电材料层(例如，聚偏氟乙烯(PVDF)高分子压电薄膜、锆钛酸铅(PZT)等材料)，其上下表面镀上可导电的金属(例如，铝、铜等)。

以一实施例而言，上述压电感测器的厚度小于50μm。

图2B-2C显示根据本发明的另一个实施例所提听诊器200的构造，图2B为其俯视图，听诊器包括多个心音感测器211以及由PCB电路板所乘载的相应驱动及侦测电路(硬件模组205)；图2C为其侧视图，PCB电路板上设置有包含处理器、滤波器、模拟/数字(A/D)转换器以及其他电子组件，作为收集身体音讯，例如对身体不同位置多点同时撷取多个心音讯号、处理收集到的身体音讯以及传送处理后的身体音讯至一外部计算电子装置进行分析。

以一实施例而言，上述心音感测器211为由一压电材料211a，例如聚偏氟乙烯(PVDF)高分子压电薄膜、锆钛酸铅(PZT)等材料，其上下层表面上镀上可导电的金属(例如，铝(Al)、铜(Cu)等)211b，作为电极，形成于软性基板210上的压电贴片，作为感测因振动而产生的电压讯号。

穿戴式听诊器300包含多个心音感测器301以及硬件模组整合于衣服上，其功能方块图如图3所示。上述穿戴式听诊器300能够分别通过声音感测器301从人体获得身体音讯，并且可以被构造为用于监控生理数据和远端诊断的听诊装置。该穿戴式听诊器300可以接收和发送数据，执行软件应用，其包括微处理器、储存单元、无线传输模组。

微处理器325可以是微控制器、数字讯号处理器(DSP)、应用专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑电路或执行指令以根据本发明执行处理运算的其他数字数据处理装置。微处理器325可以执行储存于储存单元的各种应用程序。

储存单元327可以包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、电可抹除可编程ROM(EEPROM)、快闪存储器或一般用于电脑的任何存储器。

无线传输模组329连接至天线329a，天线329a被构造为通过无线通讯通道发送输出数据和接收输入数据。无线电信通道可以为数字无线电信通道，例如WiFi、Bluetooth、RFID、NFC、3G/4G/5G或任何其他未来的无线通讯接口。

上述通过声音感测器301从人体获得身体音讯经由滤波器331过滤杂讯再由讯号放大器333放大讯号。经滤波和放大后的身体音讯通过一模拟数字转换器(ADC)335，将模拟讯号转为数字讯号然后由微处理器325进行运算处理以获得去背景噪音(de-noising)且稳定的心电讯号和身体音讯。微处理器325可以通过指令或程序将上述去背景噪音(de-noising)且稳定的身体音讯储存于储存单元中，或是经由无线传输模组329发送上述讯号至行动装置，例如智慧型手机做进一步分析。

电池组337则为上述穿戴式听诊器300提供电力，并可以配合电源管理单元339优化电力运用。

上述的滤波器331、讯号放大器333、模拟数字转换器335以及微处理器325可以整合为一集成电路(integrated circuit,IC)作为穿戴式听诊器300的处理单元325a。

上述的处理单元325a结合无线传输模组329、储存单元327、电池组337以及电源管理单元339，作为穿戴式听诊器300的硬件模组(或称系统电路板)。

上述的滤波器331、讯号放大器333、模拟数字转换器335可以作为预处理模组，用于依序滤波、放大以及数字化上述多个心音讯号。

软性电子是指不同于过去以硅为主的电路制作方式，而是改以薄膜型式或直喷式金属列印打造电子回路。这项技术可以制造出能弯曲的电路、直喷式的电路或是以有机体为原料的制作，甚至已经可以做到折叠及防水的需求。

根据本发明的一个实施例，多个声音感测器301可以制作于软性基底上，例如织物、聚酰亚胺PI、或聚对苯甲酸乙二酯PET等塑料。其可以结合半导体元件的效能及印刷电子的轻薄、大面积及柔软可挠特性。软性电子能够使这些医材转换成适合病患配戴的形式，提高人体数据收集的准确度，帮助医生更精确的了解病患的状况予以最适合的治疗手段。

通过软性电子在装置上的服帖性和延展性进行感测功能，可以让装置同时兼顾功能性、耐用性、舒适性，使病患可以在配戴舒适的状态下，通过生理感测及时监测身体资讯。利用配戴医疗穿戴装置，可以搜集人体各样数据、还能够达到即时记录的功能。

面对逐渐高龄化的社会，即时性、预防性的医疗系统更是急需被建立，这其中必不可少的就是穿戴式装置的应用。

如图4显示，穿戴式听诊器400包含多个心音感测器以及系统电路板203(参考图2-图3)，整合于使用者的衣服30上，可通讯地与行动装置(例如，智慧型手机、平板电脑等外部计算电子装置)403连接。由穿戴式听诊器400中的心音讯号感测器所搜集到的心音数据，可以通过无线传输(例如，蓝牙、WiFi等无线通讯方式)，由行动装置403经由云端网络405上传至云端服务器407。在云端服务器中，数据将被储存至云端数据库中。上述系统还包括安装在移动装置中的应用程序，该应用程序包含在穿戴式听诊器400、移动装置403和云端服务器405之间接收和发送数据的指令。

以一实施例而言，上述应用程序可基于Android、Windows 10或iOS作业系统平台运作，且可以将搜集到的相关数据/讯号，例如心电讯号、心音讯号以及其波形，上传到云端服务器405以进行储存，并通过数据分析及特征提取算法对数据进行分析、运算处理后生成评估报告并据以提供医疗上的建议。

随着物联网技术的进步及快速兴起，大量医疗资讯被交流及分析运用，成为医疗大数据的基础。除此之外，也同时导入了近年发展迅速的人工智慧，作为这项数据的归纳使用。在物联网与人工智慧的结合后，即时移动性的医疗便因此出现。

穿戴型装置能侦测到身体的状况，借由即时的感知，及大量的资料比对分析后进行归纳并判读做出反应，再做出最合适当下的处理及支援。通过智慧医疗，可应用于生理监测及一般居家健康照护；此外，可结合智慧型手机与平板电脑的软件，将量测到的生理资讯进行分析及管理(例如活动量、睡眠品质等)，同时以无线传输方式进行后端医疗与照护系统连结，进而可以解决目前医疗体系所面临的许多困境。

在不脱离本实施例的范围的情况下，可以对上述方法和系统进行改变。因此，应当注意，包含在以上描述中或者在附图中示出的内容应当被解释为说明性的，而不是有限制意义的。这里，除非另有说明，短语“在实施例中”等同于短语“在某些实施例中”，而不是指所有实施例。所附的权利要求旨在覆盖这里描述的所有一般的和特定的特征，以及就语言而言可以说落在它们之间的本方法和系统的范围的所有陈述。

Claims (10)

1.一种穿戴式听诊器，其特征在于，包括：

一衣服本体；

声音感测器，被配置为收集使用者的心音讯号，其中该声音感测器包含：

一振膜、一压电式感测器以及一电路板，该电路板分别与该振膜及该压电式感测器电性连接，用于对收集到的上述心音讯号进行预处理；

其中，该声音感测器整合于该衣服本体。

2.如权利要求1所述的穿戴式听诊器，其特征在于，该振膜、该压电式感测器以及该电路板是以下列方式设置：

该振膜设置于该电路板的一表面上；

一隔音环设置于该表面上，围绕该振膜而且与该电路板封装形成一共振腔；

该压电式感测器设置于该隔音环未与该电路板接触的一侧之上，其中该压电式感测器直接贴附于该使用者皮肤近心脏处，或通过该衣服本体贴附于该使用者皮肤。

3.如权利要求2所述的穿戴式听诊器，其特征在于，上述的压电式感测器包含一压电材料，且该压电材料的上下层表面上具有可导电电极。

4.如权利要求2所述的穿戴式听诊器，其特征在于，上述的声音感测器是通过容置袋整合于该衣服本体。

5.如权利要求2所述的穿戴式听诊器，其特征在于，上述的声音感测器是通过连结件，可拆卸地整合于该衣服本体。

6.如权利要求5所述的穿戴式听诊器，其特征在于，上述的连结件为魔鬼毡、扣具或拉链。

7.如权利要求2所述的穿戴式听诊器，其特征在于，上述的衣服本体为贴合身体的紧身衣物，以利于该听诊器的该压电式感测器感测身体音讯。

8.如权利要求1所述的穿戴式听诊器，其特征在于，上述的电路板至少包括：

讯号预处理模组，包括：滤波器、电性连接该滤波器的讯号放大器以及电性连接该讯号放大器的模拟数字转换器，用于依序滤波、放大以及数字化该心音讯号；

微处理器，用于接收数字化的该心音讯号并对其进行运算处理，以获得去背景噪音且稳定的预处理心音讯号。

9.如权利要求8所述的穿戴式听诊器，其特征在于，上述的预处理心音讯号是通过一与该穿戴式听诊器通讯地耦接的外部计算电子装置，进行分析以及交叉比对。

10.如权利要求9所述的穿戴式听诊器，其特征在于，上述的外部计算电子装置为智慧型手机。