TW201316950A - 一種偵測心跳或電極接觸良好與否的物品、方法及系統 - Google Patents

Abstract

本發明是在衣物上安置多個織品電極，以偵測心跳，並且可以由量測雜訊、體表阻抗、肌肉阻抗等方式，偵測電極與人體之接觸是否良好；此外，可由心電訊號波型及雜訊，推測人體姿勢與動作、監測睡眠品質。在衣物上一併安置電容耦合式電極，以便在乾冷時仍能取得心跳，在電路中設有切換開關，以取得最佳訊號，同時感測汗溼程度。由R波或Q波之振幅，可導出呼吸曲線並推測電極與人體之接觸是否良好。利用寬鬆衣物之延展性，本發明可以一雙電極取得多導程心電圖。本發明可讓穿戴者連續且長時間取得心電訊號，同時提供足夠的舒適性。

Description

一種偵測心跳或電極接觸良好與否的物品、方法及系統

本發明涉及一種偵測心跳或電極接觸良好與否的物品、方法及系統，特別是涉及一種穿著於身體上的衣物，能擷取心電訊號，同時偵測姿勢、行為模式、或精神狀態的物品、方法及系統。

不僅是躺在病床上的病患，還有日常活動中的健康人、職業或業餘的運動員、以及消防隊員這樣的高風險工作人員，都需要連續不間斷、不受電線束縛、且不妨礙正常活動的生理監視，以得知其生理狀況，以便在必要時採取適當措施，例如對於心肌梗塞患者施予急救。將生理監視功能實現在日常穿著的衣物上，是目前常見的解決方案之一，例如美國專利6,198,394，在衣物上設有感測器，透過導電線連接到電路。其缺點是有些導線是懸吊在衣物之外，既會妨礙穿戴者行動也不舒適。美國專利6080690修正的上述缺點，它是方式把外有絕緣層的導電線和一般布料的纖維編織(woven)在一起，來連接感測器和電路。美國專利6080690仍然有缺點，即是在布料上要佈局走線(routing)多條導線就會十分困難，因為要在織入布料的導線上設立連接點(junction)，以連接感測器或其他電子零件，需要複雜的加工流程。美國專利6727197則是引用了電路上的匯流排(Bus)的觀念，把導電線像匯流排一樣排列整齊，若有需要就在兩端加上連接器或其他零件，然後和一般有彈性的布料纖維以編織(woven)、針織(knitted)或繡(braided)在一起，成為一整合性匯流排(integrated bus)，類似連接兩個電路板之間的匯流排，視應用而縫在衣服上，以連接感測器和電子零件。然而，此方法仍然相當繁複、費工，難以大量實施。美國專利申請案(12/872174)，提出一簡化之連接方法，其感測器是以軟性電路板(Flexible Printed Circuit Board)製成，其接點的相對位置是固定的，以便於和整合性匯流排相連接。上述整合性匯流排，仍有其不完美之處。它是外加于原來衣物之上，對於穿載者而言，既不美觀又不舒適。

本發明包含：一件衣物，衣物上有至少兩個電極，電極外有導體，內含彈性體使能舒適地貼附於人體，電極以外覆絕緣體的導電線(例如不銹鋼、銀纖維)連接至連接器(connector)，連接器另一端是處理器，處理器內有類比電路(也可做在布料上)對電極取得的生理訊號進行前處理，有微控制器把生理訊號轉換成數碼，再經由藍芽無線模組把生理訊號傳送至其他的資通訊設備。經由訊號處理的方法，此衣物能產出數種資訊，進行分析，形成一系統。還可選擇性地加一電極於腰後或小腹，與處理器相接，作為輸入負回授電流的驅動電極，以降低電磁干擾造成的雜訊。

導電線是用雙針四線繃縫機縫在衣物之底布上，以便有寬裕的松份，不致因外力拉扯而斷裂，也可耐洗滌。能夠被車縫的導電線，必須符合三條件：夠細(足夠穿過針眼)、夠軔(能承受彎折不致斷)、夠滑。符合的導線有：外覆絕緣體材質(例如含氟高分子或尼龍)的導線、紗線繞漆包線、及佈線撚銅鍍錫線。車縫完成後，面線為導線，底線為普通縫紉線。縫線佈局是沿布片接縫處走線以保持美觀，線路安裝在服裝上的夾層被保護內以維持耐洗滌性。

心電訊號由電極經處理器內的儀錶放大器及帶通濾波器處理，以抑制身體運動和電磁干擾造成的干擾，再送至微控制器數位化，再經無線模組(藍芽、ZigBee或其他方式)傳送至外界的資通訊設備。處理器內可選擇性地多一負回授電流，連接衣物上的驅動電極，可降低電磁干擾造成的雜訊。

帶通濾波器依不同的應用而有不同的通帶，當要擷取完整的心電圖(P,Q,R,S,T各波)，其通帶為0.1~40 Hz；當只要擷取R波求心率，其通帶為10~30 Hz。當要排除體動干擾只要擷取R波以求心率，其通帶就必須縮小。帶通濾波器處理後，微控制器或外界的資通訊設備用差分定位法找出R波位置，即得R-R interval，換算為每分鐘心跳次數，即得心率，並可進行HRV分析。將每個R波的振幅連續記錄，描繪為曲線，即得呼吸描記圖。同理以差分定位法亦可找到Q-Q interval、或S-S interval，亦可用來計算心率及呼吸率。

在身體運動時，心電訊號會受干擾而有相當多的雜訊，因此，體動雜訊可視為身體活動的指標。本發明將被誤判為R波加以判斷，再累計次數，可產生睡眠活動圖與日間活動圖。

本發明實施於連身衣褲，可安置三個或四個電極，形成Einthoven三導程心電圖。當電極與身體接觸不良時，該電極相關之導程會出現較大量之雜訊，故而藉由觀察各導程的雜訊，可推估某電極接觸是否良好，即是否被身體壓迫到，或因肢體拉扯衣物而使電極貼緊皮膚。而電極接觸是由身體的姿勢和行動決定的，由此可推知穿戴者之行為舉止。

本發明之電極，具有良好之彈性與導電性，以便良好接觸皮膚又又美觀。電極置於腋下，有三項好處：不易受手臂運動干擾、有較低阻抗、較美觀。大面積電極可得低接觸阻抗，有益於取得較佳品質之心電圖，但面積太大時，心電訊號之振幅反而降低。本發明的實驗結果，最佳的腋下電極面積約為36平方公分。心電訊號之振幅，即表現了電極阻抗，與上例同理，電極阻抗是受由身體的姿勢和行動決定的，由此可推知穿戴者之行為舉止。

對於穿戴式電極而言，常遇到的困擾是電極與身體接觸不良，就無法正確求得心率了。本發明採取四種方法來偵測電極是否接觸不良：由一電極輸入脈波由另一電極拾取此脈波，測量其振幅或頻率；由量測其雜訊推估其接觸情形；由一電極輸入弦波由另一電極拾取此弦波，測量其振幅；由阻抗式呼吸描計圖得之呼吸率來推估其接觸情形。

仿上例，本發明由電極與身體之接觸情形可推知穿戴者之姿勢和行動，以適時提醒穿戴者，並可偵測其活動及精神狀態。上述方法亦可應用於腦電圖、肌電圖、經皮電刺激治療、電擊治療的電極，測試其電極是否有良好接觸。

考慮實際應用情況，在溫濕度很低或使用者本身皮膚很乾燥的情況下，電極與皮膚之間的電導會變得太低，不利於擷取心電訊號，只剩下電容性。然而就生理監視衣而言，必須承受洗滌之力，而電容耦合式電極上的絕緣層可能會因為洗滌而破損，就不再是完美的電容而兼有電導特性。本發明之衣物最好是能兼有這兩種電極，處理器內的電路也能相容此兩者，以因應環境變化。為達此一目的，處理器內的電路有四個切換開關，切換不同的電極與電路組合，再以前述雜訊量化方法，選取雜訊最低者。仿上例，由選擇的結果可推知穿戴者的姿勢與動作。對於安置有穿戴式電極之衣物，肢體動作會使衣物與身體相對位移，電極碰觸身體的位置就會改變，得到之心電圖波型也就隨之而異。因此，本發明即可由心電圖波型反推穿戴者的姿勢與動作。

穿戴式電極在衣物寬鬆時與皮膚之阻抗較高，而受輕微壓迫時阻抗較低。利用此一特性，本發明可以在衣物上安置一個或多個電極，隨著穿戴者的身體動作，會有不同電極受壓而擷取不同位置的心電圖，即可用一組電極分時擷取多個導程的心電圖，也可由波型推推估其動作。

穿戴式電極在衣物寬鬆時很可能與皮膚接觸不良，為解決此一困擾，本發明在電極上面加氣囊，必要時加壓以壓迫電極緊貼人體。

第1實施例.　無袖日衣

如圖1，電阻式織品電極置於左右腋下，用兩個電阻式纖品電極與身體接觸，由於導線是縫進去的，可留任意長度之導線，剝去絕緣層，與電極相連接，此方法易於實施。底布為略有彈性之混紡布(95%棉)。同理，由於導線是縫進去的，導線易於和連接器相連。此處之連接器並非電路用之連接器，而是服裝上常用之按扣或類似配件，用於連接處理器。連接器底部有一防水層，以防汗水影響訊號。無袖日衣還可選擇性地加一電極於腰後，與處理器相接，以降低電磁干擾造成的雜訊。如圖2，但按扣增加為含三端子。

處理器經由底布上之連接器與感測器電性連接。心電訊號經處理器內儀錶放大器、帶通濾波器，以抑制身體運動和電磁干擾造成的干擾，再送至微控制器數位化，再經無線模組(藍芽、ZigBee或其他方式)傳送至外界的資通訊設備，如手機、電腦、或手錶，如圖3。處理器內可選擇性地多一負回授電流，連接日衣上的回授電極，可降低電磁干擾造成的雜訊。

帶通濾波器依不同的應用而有不同的通帶，當要擷取完整的心電圖(P,Q,R,S,T、P-R間期、P-R間期、QRS波振幅、S-T間期等，正常Lead I心電圖各段之定義與心臟活動如圖4a)，其通帶為0.1~40 Hz；當要排除體動干擾只要擷取R波以求心率，其通帶就必須縮小，不可避免地會使波型失真，例如造成過大的Q波，如圖4b，此種失真的心電圖不宜用於心臟疾病診斷，但可用於計算心率。

微控制器或外界的資通訊設備用差分定位法找出R波位置，其原理是：QRS波是心電信號波形變化最劇烈的地方(見圖4c.正常與異常的QRS波，其中正常為qRs，意為R波大於Q波與S波，qR意為S波消失，Rs意為Q波消失，rS意為R波過小S波過大，mR’意為多重R波)，其波形的上升斜率和下降斜率與其他波形的斜率相比顯著不同，通過檢測心電訊號對時間的導數(即斜率的變化)來定位QRS波的位置。通常在R波的上升沿和下降沿是心電波形斜率變化最大的區域，中間出現的一階導數過零點為R點所在的位置。得R波位置後，即得R-R interval，換算為每分鐘心跳次數，即得心率。資通訊設備含程式，可設定心率之上下限，超過範圍即警報。另可由R-R interval進行HRV分析，如圖4d。處理器可自衣物上拆卸，以便洗滌衣物或為處理器充電。此外，由R波的振幅，可以導出呼吸曲線，如圖5a所示，將每個R波的振幅連續記錄(如圖5a有圈處之縱坐標)，描繪為曲線，即得呼吸描記圖(pneumogram)。同理，采心電圖的baseline或Q波振幅，也可得類似的呼吸描記圖，如圖5b，是由Q波的振幅繪出的呼吸描記圖。

得R波位置後，即可由R往前約0.12秒至0.2秒之區段，以差分定位法找一階導數過零之點，即得P波；Q波則是由R往前約0.04秒至0.06秒之區段，找法與R波類似，只是Q波是先下降後上升，與R波相反；S波則是在由R往後約0.04秒至0.06秒之區段，找法與R波類似；T波則是在由R往後約0.32秒至0.40秒之區段。仿R-R interval，也可得Q-Q interval、或S-S interval，亦可用來計算心率及呼吸率。

第2實施例.　長袖日衣由雜訊得行動圖

仿實施例1，但改為長袖，處理器固定於手腕，處理器內毋須安裝無線通訊模組，而是經由縫在衣物上的導電線直接與電極連接，如圖6。其中，40為電極，50為處理器，處理器上有LCD以顯示心率。電極可置於腋下，何以多個並聯，亦可置於上臂內側，以便取得標準Lead I的心電訊號。同理，短袖上衣之電極亦可置於上臂內側。

在身體運動時，電極與皮膚難免會產生相對位移。此時心電訊號會受干擾而有相當多的雜訊。比較靜止與受到身體運動干擾的心電圖，如圖7穿戴者靜止不動時心電圖，與圖8穿戴者運動干擾下之心電圖。

依習知技術，受體動干擾而產生的雜訊，是要以高階的帶通濾波軔體抑制R波以外的雜訊，然後辦認R波，再計算每個R波之間隔時間，取一段時間內(例如一分鐘)的R波之間隔時間，作統計圖，可求得心率。本發明也可由Q波求得心率，如圖9，結果相同，可知其一分鐘內次數最多的Q波間隔是0.833秒，心率即每鐘72次。

在本發明中，當要分析雜訊時，則是刻意不以濾波軔體抑制雜訊，就會有很多雜訊被誤判成R波(或Q波)，作統計圖，如圖10。

由於雜訊之間隔時間遠小於正常心跳的間隔，而且一般人在正常情況下，不可能在一分鐘之內，心跳由一般活動下的72次(R波間隔0.833秒)跳到極端激烈運動下的200次(R波間隔0.3秒)，故而微控制器可以輕易辨識出有無雜訊，由下列規則：取一分鐘之內次數最多的心率，設其將R波間隔為I，取R波間隔小於I的一部份者(例如二分之一或三分之二)，即視為雜訊。把統計圖中雜訊區間的次數累計，即可視為雜訊大小之指針，即有無身體運動量之大小。人在熟睡時身體不會動，翻身或手腳不自主運動時即會形成雜訊，把一段時間(例如七小時的睡眠)的運動量作成統計圖，即成睡眠活動圖，可瞭解使用者的睡眠品質，如圖11，是利用雜訊次數累積為活動指標的睡眠活動圖，其橫軸為時間，縱軸為活動量。本實例亦可用短袖或無袖日衣實施，效果相同。

同理，對於日間活動，也可作成日間活動圖。若雜訊有規律性，例如每0.5秒有一次大量雜訊，為期三分鐘，可推斷使用者在進行規律運動，例如行走；若偶而出現大量雜訊，可能是焦慮引起的噪動；或是穿戴者情緒緊張，就會有大量肌電訊號干擾心電圖。此日間活動圖可用于居家照護的老人，照護者可以據此判別老人的行為，適時介入。

第3實施例.　連身衣褲

上衣以短袖或長袖日衣，如第一或第二實施例，但較寬鬆，電極置於衣袖上臂內側，如圖12，在衣角置兩個按扣，連接長褲。其中，40為電極，60為連接器，70為處理器，處理器有連接器與褲上的連接器相接。長褲的左右大腿後側或左右襪底各置一電極，與按扣相連接。與上身的兩個電極合成為四個，取右臂、左臂、左腿(或左腳)電極為標準之Einthoven三導程心電圖(帶通濾波器改為0.1~40 Hz)，拾取心電訊號。視電磁干擾情況嚴重與否，可選擇在右腿或右腳裝置一驅動電極，作為負回授電流之注入口，以抑制電磁干擾雜訊，在腿上的好處是腳在行走時一是至少一腳壓地使電極導通。處理器內裝置三組如圖13的儀錶放大器，其輸入端分別與左臂與右臂、右臂與左腿(或左腳)、左臂與左腿(或左腳)之電極相連接，右腿驅動電極則與負回授電流電路相連接。對於手臂下的電極，當手臂平舉或上舉，電極不會貼緊身體，連接此電極的相關導程就不能取得良好的心電訊號，而是取得雜訊，若手臂下垂，就會將電極壓迫在身上，就能得到心電訊號；同理，對於左襪底的電極，若腳著地則可得心電訊號，否則是雜訊；同理，對於左大腿後側的電極，若是使用者坐下則可得心電訊號，否則是雜訊。對於右腿或右腳底的驅動電極，當使用者未坐下或腳未著地時，驅動電極未接觸身體，此時另三個導程可能是有較大的雜訊，但仍能在部份時間內讀到心率。藉由第二實施例所揭示的判斷雜訊的方法，本實施例可以判斷手臂、腿或腳姿勢。歸納如下表。

若不採用負電流回授，可將左右腳電極並聯，可以減少接觸不良的機會。

當左右臂及左腿(或左腳)電極與皮膚有良好接觸時，不僅可以獲得三個肢導(lead 1,2,3)，也可以由肢導計算得向量心電圖(vector ECG)。若三個肢導不能同時獲得，可分別記錄，再由R波取得同步，加以組合，仍可得向量心電圖。

當單獨用上衣時，可在左、右小腹位置加一電極，以取代右腳或右腿電極。

綜整上述可知，本實施例是從心電圖推知行為舉止，例如手腳之活動。

第4實施例.　大面積電極在腋下

目前在醫院慣用的電極是氯化銀/銀結構，外面有含氯化鉀溶液的導電凝膠，其優點是可以形成穩定的化學電位，並以良好的導電性將體內的離子流轉換成電子流，其缺點是導電凝膠貼在皮膚上會令人發癢甚至過敏，很不舒服，故而不適用於穿戴式系統上。然而，若是不用導電凝膠，導電性就不夠好。再者，考慮穿戴式系統上的電極，最好能與皮膚緊密接觸，即使在運動時仍能碰觸皮膚，又能免用強力的束縛帶壓迫電極在身體上。本發明採用如圖14a之架構，電極表面是富有彈性的導電布或導電片(例如銀纖維、不銹鋼片)，內部是富有彈性且吸水的海綿或類似的材料(或本身就是導電材料)，可保有水份，幫助皮膚導電，也可增加導電性。本發明也可採用具彈性的導電材料，例如石墨包埋在矽膠或海綿，如圖14b之架構，就不必外層的導電布。內部彈性材料分兩片固定在衣物上，中間有約一公分之間隔，如圖15，其作用有：

一、銀纖維與海綿都有彈性，不必用力壓迫就可以良好接觸皮膚；

二、兩片電極中間有間隔，使得電極且於依身體曲線彎曲，不會翹起，可有良好的導電性又美觀。

電極置於腋下，可獲有三項好處，一是不易受手臂運動干擾；二是該處肌肉較少，又靠近大血管，可得較低阻抗，即可得較大振幅；三是從正面看不到電極，較美觀。比較由手腕處之電極(標準的Lead I，見圖16)與腋下電極所得之心電圖(見圖17)，可知後者振幅較大。

目前心臟醫學已知，與體表採集到的心電訊號位元振幅有關的因素有：

1、與心肌細胞數量(心肌厚度)成正比關係；

2、與探查電極位置和心肌細胞之間的距離，成反比關係；

3、與探查電極的方位和心肌除極的方向所構成的角度有關，夾角愈大，心電位在導聯上的投影愈小，電位愈弱。

本發明比較三種不同面積的銀纖維電極(4*4 cm,6*6cm,8*8 cm)與貼片電極置於腋下，對於同一受測者取其心電訊號之振幅，分別為1.6 mV,2.1 mV,1.8 mV，如圖18至21，以6*6 cm電極所得之振幅最大，貼片電極最小。對於8*8 cm，雖然其阻抗較低，但此電極之邊緣已相當接近，依心電圖為「神經電脈衝于電極向量之投影量」原理，此時電極可能跨到較低電位差之區域了，電極向量顯著較6*6 cm為小，即使阻抗更低也無法取得更大的訊號。

以上述方法，本實施例可以從振幅大小推估人體活動行為。例如，對於圖18至21的使用者，當其心電訊號之振幅由1.6 mV提升至2.1 mV，可以推測其手臂靠緊身體，使得接觸面積增加。

第5實施例.　偵測電極接觸不良

當電極與皮膚接觸不良(即阻抗太高)或是導線折斷，就難以看到R波了。本發明有四方法電路偵測電極與皮膚阻抗是否太高：

第一，對於僅用兩個電極的場合，如圖22，是由微控制器或振盪器(例如LM555)產生一脈波，經一電阻連接至某一電極，然後將另一電極連接至微控制器的模擬輸入端，量測其振幅或頻率或出力週期，即知其阻抗。若小於某一臨界值，即判定為接觸不良。對於多於兩個電極的場合，若想偵測每一個電極是否接觸不良，可以在衣物上加一個環繞身體、手臂、或大腿的電極，確定此電極可不會因肢體動作而接觸不良，脈波即可由此電極送入，再由其他電極讀出，以偵測各電極是否接觸不良。此方法可參考PCT/CN2010/001931，是利用當人體與電極之間有壓力、拉力、扭力或張力，而使人體表面與電極之間的阻抗變化，由一電路發出信號，以頻率、電壓或電流變化來表現。此方法不止用於判別電極是否接觸不良，同時也可用來讀呼吸、或姿勢、或步態分析。圖22可以放在主動電極電路，以降低外界電磁干擾，有益於判定雜訊。

第二，參考實施例二，微控制器若在一段時間(例如一分鐘)內都無法得到正常的R波、Q波或S波之間隔時間(正常的間隔時間約為1.5秒至0.3秒)，即判定為電極與皮膚接觸不良。

第三，如圖23，在任一電極輸入端連接一限流電阻(約10 K Ohms)、由被動元件組成之高通濾波器(截止頻率約50K Hz)、和一高頻訊號產生器(產生約70K Hz正弦波)，其他電極的輸入端則連接一高通濾波器(截止頻率約50K Hz)、放大電路，再連接至微控制器的模擬輸入端。若該電極的放大電路可得足夠大的70K Hz正弦波，即代表該電極的阻抗夠低。儀錶放大器前端則是連接低通濾波器，讓低頻的心電訊號(低於40 Hz)傳導至儀錶放大器，並阻止70K Hz正弦波進入以免干擾心電訊號。圖23可以放在主動電極電路，以降低外界電磁干擾，有益於判定雜訊。

第四、以習知之阻抗式呼吸描計圖(impedance pneumogram)技術，若能由呼吸描計圖讀到呼吸率，則表示電極有貼在身上。在第2及3實施例中本發明揭露了由雜訊推估身體活動之方法，同理，本實施亦可由偵測電極阻抗來推估身體活動，例如某電極位於腋下，當其接觸不良時，即表示手臂未緊靠身體。本實施例亦可應用於腦電圖、肌電圖、經皮電刺激治療、電擊治療的電極，測試其電極是否有良好接觸。

第6實施例.　電容耦合式電極

在溫濕度很低或使用者本身皮膚很乾燥的情況下，電極與皮膚之間的電導會變得太低，不利於擷取心電訊號，只剩下電容性。在這種狀況下，或可使用電容耦合式電極及電路，即電極與皮膚之間沒有直流的電導，而是以電容耦合來傳遞心電訊號。然而就生理監視衣而言，必須承受洗滌之力，而電容耦合式電極上的絕緣層可能會因為洗滌而破損，就不再是完美的電容而兼有電導特性。綜言之，考慮實際應用情況，生理監視衣最好是能兼有這兩種電極，以因應環境變化。因此，本實施在衣物上裝有前述之織品電極和電容耦合式電極，兩種電極並用有下列數種型式：

一是以彈性材料為導體，嵌入導電布電極之彈性體內，如圖24b；

二是以彈性導體覆一絕緣層，安置在衣物與人體之間，電阻式織品電極之側，如圖24c；

三是以彈性導體，嵌入在衣物之內，電阻式織品電極之側，如圖24d；

四是以彈性導體，安置在衣物之外，電阻式織品電極之側，如圖24e；

五是以彈性導體覆一絕緣層，安置在衣物與人體之間，電阻式織品電極之上，如圖24f；

六是以彈性導體，嵌入在衣物之內，電阻式織品電極之上，如圖24g；

七是以彈性導體，安置在衣物之外，電阻式織品電極之上，如圖24h；

在處理器中也裝設電阻式電極用之前級放大電路，以及電容耦合式電極用之前級放大電路，如圖25。其中，微控制器可以切換S1及S2，選擇穿戴式電極或電容耦合式電極(有四種組合)，以選擇是否要取負回授電流以抑制雜訊(有三種組合)，再仿第二實施例，計算其雜訊，取12種組合中雜訊最低者，再加以輸出至微控制器。

在一實施場合中，當要選擇S1及S2時，微控制器先嘗試選電阻式電極，再試電容耦合式電極，可能較快找到理想的電極。如果是電阻式電極被切至電容式電極電路才能讀到，則表示皮膚很幹，但電極仍貼在身上。若是被切至電容式電極電路都不能讀到，則可能是衣服穿太松，電極離開身體太遠了。

在另一實施場合中，可一併採用第五實施例之方法，先測量各電極之阻抗，微控制器即可控制S1及S2，直接選取阻抗最低的電極。

由選擇的結果可推知人體的動作，例如選取結果為自腋下之電容耦合式電極可得最佳訊號，即可推論該處有手臂緊靠身體。

第7實施例.　由波型判斷身體姿勢

當使用者穿短袖或長袖衣，在左右兩側於腋下前後各置一電極，各側兩個電極皆並聯連接至處理器。當手臂向前舉時，衣袖會牽引腋下衣布往前，使得腋下後方電極貼近身體，而腋下前方電極遠離身體。同理，當手臂向後拉時，則是腋下後方電極遠離身體，而腋下前方電極貼近身體。不同手臂姿勢，造成擷取心電訊號電極的位置也不同，因而心電訊號的型態也不同，如圖26至圖29。其中，圖26為右臂在後左臂在前所得之心電圖，圖27為雙臂皆在前所得之心電圖，圖28為雙臂皆在後所得之心電圖，圖29為右臂在前左臂在後所得之心電圖比較圖26與圖29，可知相對於R波，圖26之Q波較大而圖32之Q波較小；圖26之T波較小而圖29之T波較大。

比較圖28與圖29，可知相對於R波，圖29之Q波較小而圖28之Q波較大。

比較圖27與圖28，可知圖27之T波較小而圖28之T波較大。

對於上述四種心電圖，本實施例以下列步驟來辨識：

1.　取連續10次心跳，先找到每個R波，再找每個Q與T波，計算Q/R與T/R平均值；

2.　若T/R>0.3，則可能為右臂在前左臂在後，或雙臂皆在後，即執行步驟3；否則執行步驟4；

3.　若Q/R>0.3，則為雙臂皆在後，否則為右臂在前左臂在後；

4.　若Q/R>0.9，則為右臂在後左臂在前，否則為雙臂皆在前；

以上僅為一個例子，由不同面積，更多位置電極，皆可由心電圖之比例、加袖口、胸前、後臂等位置，與第2實施例相較，本實施例是在心電訊號清晰可識之下，由波型分析得其姿勢，第2實施例則是由雜訊分析得其動作，兩者恰可相輔成。

第8實施例.加裝胸導電極

穿戴式電極在衣物寬鬆時與皮膚之阻抗較高，不易傳導心電訊號，而受壓迫時阻抗較低。利用此一特性，本實施例在左臂、右臂、左腿處各設一電極，形成標準的Einthoven三角，不只產生Lead I,Lead II,Lead III肢導，也可產生測量胸導的參考電位，並在胸前設一個面積為2*2 cm的電極，位置為標準胸導V4(V4在左銷骨中線第五肋間)；或是二個2*2 cm電極，位置為標準胸導V2及V5；或是兩塊面積較大的電極，一個涵蓋V1,V2,V3，另一個涵蓋V4,V5,V6；或是一塊更大的電極，涵蓋V1至V6，如圖30a,30b。由於衣物有彈性，使用者可以用手持胸前電極，挪移至V1,V2,V3,V4,V5,V6位置，或是在V1至V6任一位置上稍加壓力，分別記錄，即可得六個胸導之心電圖。

由上述肢導與胸導，本實施例可產生平均心電軸，供診斷心臟健康之用。每一次心動週期的心電活動，可以概括地用一系列順序出現的暫態綜合心電向量來表達。左、右心室除極過程的總方向，正常時大多與其最大向量相一致，在心電圖學中採用“平均心電軸”，簡稱為“心電軸”。一般採用與額面心電向量圖相同的座標，並規定I導聯左(正)側端為0°，右(負)側端為±180°，循0°的順鐘向的角度為正，逆鐘向者為負。正常心電圖的額面平均心電軸對向左下。通常可根據肢體I、III導聯QRS波群的主波方向，以估測心電軸的大致方位。檢測方法有目測法(如圖31)、作圖法(如圖32)，正常心電軸與其偏移在臨床上的判讀，如圖33。亦可由胸導產生心電軸，如圖34。本實施例也可是在下腹部安置一參考電極，連接至處理器之負端輸入，其正端連接上述之胸導電極。此外，也可在身體背面安裝如上所述之電極，當背靠椅或仰臥時即可自背後取得心電圖。

由於V1至V6心電訊號波型有顯著差異，本實施例可連續記錄心電訊號，而使用者在日常生活中會碰觸到不同部位，例如雙手抱胸，處理器即會收到不同的胸導心電訊號，仿第7實施例分析其波型，即可知其是那一個胸導產生的，即可推估其動作。同理，此法也可應用於肢導。

本實施例是只用一個感測電極和一個參考電極，就可以分時方式擷取六個胸導的心電圖，具多導程功能。

第9實施例.　在電極上面加氣囊

微控制器控制一泵可推動空氣、油或水，此泵經由一密閉管連接至一固定在電極與衣物之間的膠囊。當偵測到任一電極阻抗太高致訊號太小時，微控制器可開啟泵使膠囊膨脹，以壓迫膠囊緊貼皮膚。當使用油或水以膨脹膠囊時，處理器內另有一油或水的儲存槽。

40．．．電極

50．．．處理器

60．．．連接器

65．．．導電布

70．．．處理器

75．．．導體

80．．．導線

85．．．布料

90．．．彈性體

圖1.無袖日衣與處理器架構

圖2.無袖日衣之電極與導線

圖3.處理器架構

圖4a.正常Lead I心電圖各段之定義與心臟活動

圖4b.狹窄的帶通濾波器造成過大的Q波

圖4c.正常與異常的QRS波

圖4d.由R-R interval做HRV分析

圖5a.由R波的振幅導出呼吸曲線

圖5b.由Q波的振幅繪出的呼吸描記圖圖

圖6.長袖日衣

圖7.穿戴者靜止不動時心電圖

圖8.穿戴者運動干擾下之心電圖

圖9由一分鐘Q波間隔時間作統計圖求得心率

圖10雜訊被誤判成Q波之統計圖

圖11由心電圖雜訊累計而成之七小時睡眠活動圖

圖12連身衣褲

圖13儀錶放大器與負回授電流電路

圖14a導電布電極剖面圖

圖14b導電彈性體電極剖面圖

圖15電極固定在布料上與導電線連接

圖16由手腕之生理電極取得之心電圖

圖17由腋下之生理電極取得之心電圖

圖18由4*4 cm電極取得之心電圖(平均振幅約1.6 mV)

圖19由6*6 cm電極取得之心電圖(平均振幅約2.1 mV)

圖20由8*8 cm電極取得之心電圖(平均振幅約1.8 mV)

圖21由生理電極取得之心電圖(平均振幅約1.2 mV)

圖22由脈波偵測電極是否接觸不良

圖23由弦波測電極是否接觸不良

圖24a電容耦合式電極心電信號放大器

圖24b兩種電極並用第一種型式

圖24c兩種電極並用第二種型式

圖24d兩種電極並用第三種型式

圖24e兩種電極並用第四種型式

圖24f兩種電極並用第五種型式

圖24g兩種電極並用第六種型式

圖24h兩種電極並用第七種型式

圖25可連接電容耦合式電極與電阻式織品電極之電路

圖26右臂在後左臂在前所得之心電圖

圖27雙臂皆在前所得之心電圖

圖28雙臂皆在後所得之心電圖

圖29右臂在前左臂在後所得之心電圖

圖30a V1至V6胸導電極位置(自胸前平視)

圖30b V1至V6胸導電極位置(自頭上俯視)

Claims (20)

1. 一種偵測心跳或電極接觸良好與否的物品，包含有一件衣物，及一處理器，其中：衣物有至少兩個電極；處理器與上述電極電性連接以擷取心電訊號，
2. 根據權利要求1所述的物品，其特徵在於其中所述的電極之表層為導電材料，總面積至少為4平方公分。
3. 根據權利要求1所述的物品，其特徵在於其中所述的兩個電極放置於胸腋下或袖腋下。
4. 根據權利要求1所述的物品，其特徵在於其中所述的電極為電阻式電極，在其旁邊或同一位置上另含有至少兩個電容耦合式電極。
5. 一種偵測心跳或電極接觸良好與否的方法，包含一處理器，和至少兩個電極，利用處理器所擷取的雜訊或阻抗，來偵測電極是否貼近人體。
6. 根據權利要求5所述的方法，其特徵在於其中所述的電極，除了用於偵測心跳之外，尚可用於偵測肌電圖，腦電圖、經皮電刺激、或電擊治療。
7. 根據權利要求5所述的方法，其特徵在於其中所述的阻抗，可為表皮阻抗、肌肉阻抗或呼吸阻抗(impedance pneumography)。
8. 一種偵測心跳或電極接觸良好與否的方法，包含有一件衣物，及一處理器，其中：衣物有至少兩個電極；處理器與上述電極電性連接來產生心電訊號。
9. 根據權利要求8所述的方法，其特徵在於其中所述的電極，僅以一組電極即可產生不同導程之心電訊號。
10. 根據權利要求8所述的方法，其特徵在於其中所述的心電訊號，可用來偵測精神狀態、或步態、或姿勢。
11. 根據權利要求8所述的方法，其特徵在於其中所述的心電訊號之振幅大小，可用來偵測電極與人體接觸面積之大小。
12. 根據權利要求8所述的方法，其特徵在於其中所述的處理器由電極取得心電訊號，並由心電訊號之中伴隨的雜訊，用來偵測電極是否貼緊人體。
13. 根據權利要求8述的方法，其特徵在於利用量測人體表皮組織之阻抗，用來偵測電極是貼緊身體。
14. 根據權利要求8所述的方法，其特徵在於同時可以量測呼吸、或姿勢、或步態分析。
15. 根據權利要求8所述的方法，其特徵在於利用量測人體之呼吸阻抗，用來偵測電極是貼緊人體。
16. 根據權利要求8所述的方法，其特徵在於利用量測人體肌肉組織之阻抗，用來偵測電極是貼緊人體。
17. 根據權利要求8所述的方法，其特徵在於其中所述的處理器由電極取得心電訊號，並由心電訊號之中伴隨的雜訊，用來偵測姿勢、精神狀態及心理狀態。
18. 根據權利要求8所述的方法，其特徵在於其中所述的兩電極為為電阻式電極，在其旁邊或同一位置上另含有至少兩個電容耦合式電極，由處理器在此四個電極中選出心電訊號最佳的兩個電極。
19. 根據權利要求8所述的方法，其特徵在於其中所述的兩電極為為電阻式電極，在其旁邊或同一位置上另含有至少兩個電容耦合式電極，由處理器在此四個電極中選出心電訊號最佳的兩個電極。
20. 一種偵測心跳或電極接觸良好與否的系統，包含有一件衣物，及一處理器，其中：衣物有至少兩個電極；處理器包含一微控制器，用以對電極所得到的訊號進行處理，以產生心電訊號。