TW201431532A - 脈搏訊號處理與分析方法及其裝置 - Google Patents

Abstract

一種脈搏訊號處理與分析方法及其裝置，該裝置包含一脈搏訊號量測模組、一座標轉換模組、一特徵擷取模組、一資料庫及一運算模組，上述裝置所執行之方法包含一脈搏訊號量測步驟、一三維座標轉換步驟、一封閉曲線擷取步驟及一比對步驟。藉此，本發明之方法及其裝置可擷取一脈搏訊號之一封閉曲線，並根據該封閉曲線進行比對，以提高該脈搏訊號之應用廣度與分析準確度。

Description

脈搏訊號處理與分析方法及其裝置

本發明係關於一種脈搏訊號處理與分析方法及其裝置，尤其是利用特徵擷取模組所擷取之封閉曲線，以進行脈搏訊號處理與分析之方法及其裝置。

脈搏(Pulse)係為動物體表可觸摸到的動脈搏動。以人體而言，當血液因心臟的心室收縮而擠壓流入主動脈後，便可隨即流動到全身其他動脈，由於動脈係由具有彈性的締結組織所形成，因此當大量血液注入動脈後，該動脈會因為壓力提升而產生徑向擴張，若產生徑向擴張之動脈位於人體的體表淺處時，便可在該處感受到動脈的搏動，此搏動即為所謂的脈搏。

由上可知，脈搏的產生主要是因為血液的流動造成，且脈搏的快慢與強弱更與心臟收縮的速度與力道具有高度相關。當人體臟腑產生病變時，該病變勢必影響體內的血液循環，而該血液循環的改變亦會造成動脈搏動的改變。因此，脈搏訊號所隱含的訊息，在病徵診斷中具有相當重要的參考價值。

習知針對脈搏的量測與分析，主要係藉由醫生的手指之觸覺或其他脈搏偵測裝置進行感測或量測，並藉由所感測或量測之脈搏判斷病人身體狀況。惟，直接感測或量測之脈搏訊號僅能呈現該脈搏的快慢或強弱等片斷訊息，若未對該脈搏訊號作更進一步的處理與分析，不僅無法精 確的解讀該脈搏訊號所隱含的訊息意義，更無法將該脈搏訊號廣泛應用於各式不同的病徵診斷，尤其在進行脈象診斷的教授與學習等經驗傳承時，亦會掉入只能意會不可言傳之缺憾。

本發明之主要目的係提供一種脈搏訊號處理與分析方法及其裝置，該方法及其裝置可將脈搏訊號之進行圖像化，變成2維或3維之圖形，進而將身體病徵具象化，搭配資料庫比對功能，除了提高病徵診斷準確度外，更能提供較佳之遠端醫療服務。

為達到前述發明目的，本發明係提供一種脈搏訊號處理與分析方法，係包含：一脈搏訊號量測步驟，係由一脈搏訊號量測模組量測一受測者在一個單位時間下的數個動脈搏動，並輸出一脈波訊號；一三維座標轉換步驟，係由一座標轉換模組接收該脈波訊號，並將該脈波訊號轉換為一三維座標脈波圖，且該三維座標脈波圖具有由數個動脈搏動所轉換形成之數個脈衝波；一封閉曲線擷取步驟，係由一特徵擷取模組接收該三維座標脈波圖，並在該三維座標脈波圖之一脈衝壓力座標軸上，擷取該數個脈衝波在一預設脈衝壓力下的各點所連接形成之一封閉曲線；及一比對步驟，係由一運算模組接收該特徵擷取模組所輸出之該封閉曲線，並於一資料庫中比對出該封閉曲線所相對代表之病徵，其中，該資料庫係預先接收該特徵擷取模組所輸出之封閉曲線，並儲存各該封閉曲線及相對之病徵間的對應關係。

本發明之脈搏訊號處理與分析方法，其中該封閉曲線具有一曲線輪廓，該曲線輪廓即為該封閉曲線所形成之曲線形狀。

本發明之脈搏訊號處理與分析方法，其中該比對步驟在比對該封閉曲線時，係根據接收自該特徵擷取模組之該封閉曲線的曲線輪廓，比對該資料庫中之各該封閉曲線的曲線輪廓，並找出相對該預設脈衝壓力 下最接近的曲線輪廓及其相對之病徵。

本發明之脈搏訊號處理與分析方法，其中該數個脈衝波分別具有不同之該預設脈衝壓力。

本發明之脈搏訊號處理與分析方法，其中該數個脈衝波皆具有相同之該預設脈衝壓力。

本發明之脈搏訊號處理與分析裝置，係包含：一脈搏訊號量測模組，係用以量測一受測者在一個單位時間下的數個動脈搏動，並輸出一脈波訊號；一座標轉換模組，電性連接該脈搏訊號量測模組，該座標轉換模組用以接收該脈波訊號，並將該脈波訊號轉換為一三維座標脈波圖，且該三維座標脈波圖具有由數個動脈搏動所轉換形成之數個脈衝波；一特徵擷取模組，電性連接該座標轉換模組，該特徵擷取模組用以接收該三維座標脈波圖，並在該三維座標脈波圖之一脈衝壓力座標軸上，擷取該數個脈衝波在一預設脈衝壓力下的各點所連接形成之一封閉曲線；一資料庫，電性連接該特徵擷取模組，該資料庫用以接收該特徵擷取模組所輸出之封閉曲線，並儲存各該封閉曲線及相對之病徵間的對應關係；及一運算模組，電性連接該特徵擷取模組及資料庫，該運算模組用以接收該特徵擷取模組所輸出之該封閉曲線，並於該資料庫中比對出該封閉曲線所相對之病徵。

本發明之脈搏訊號處理與分析裝置，其中該封閉曲線具有一曲線輪廓，該曲線線輪廓即為該封閉曲線所形成之曲線形狀。

本發明之脈搏訊號處理與分析裝置，其中該運算模組在比對該封閉曲線時，係根據接收自該特徵擷取模組之該封閉曲線的曲線輪廓，比對該資料庫中之各該封閉曲線的曲線輪廓，並找出相對該預設脈衝壓力下最接近的曲線輪廓及其相對之病徵。

本發明之脈搏訊號處理與分析裝置，其中該數個脈衝波分別具有不同之該預設脈衝壓力。

本發明之脈搏訊號處理與分析裝置，其中該數個脈衝波皆具有相同之該預設脈衝壓力。

1‧‧‧脈搏訊號量測模組

2‧‧‧座標轉換模組

3‧‧‧特徵擷取模組

4‧‧‧資料庫

5‧‧‧運算模組

6‧‧‧脈波訊號

61‧‧‧動脈搏動

7‧‧‧三維座標脈波圖

71‧‧‧脈衝波

72‧‧‧封閉曲線

S1‧‧‧脈搏訊號量測步驟

S2‧‧‧三維座標轉換步驟

S3‧‧‧封閉曲線擷取步驟

S4‧‧‧比對步驟

第1圖：本發明之脈搏訊號處理與分析裝置圖。

第2圖：本發明之脈搏訊號處理與分析方法流程圖。

第3a圖：本發明之脈搏訊號量測示意圖。

第3b圖：本發明之三維座標轉換示意圖。

第3c圖：本發明之特徵擷取示意圖。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：本發明所述之「脈衝等高線」，係指以三維立體座標系統表示之一脈波圖中，當該脈波圖之垂直座標軸為脈衝壓力時，該脈波圖上具有相同脈衝壓力的各點所連接形成之封閉曲線，即為該「脈衝等高線」。

請參照第1圖所示，其係本發明脈搏訊號處理與分析裝置圖，該裝置包含一脈搏訊號量測模組1、一座標轉換模組2、一特徵擷取模組3、一資料庫4及一運算模組5。

該脈搏訊號量測模組1係用以量測一受測者的動脈搏動，並輸出一脈波訊號。在本實施例中，該脈搏訊號量測模組1可為任何習知量測動脈搏動之儀器，且動脈搏動的量測處可位於該受測者之橈動脈或頸動脈等。當該脈搏訊號量測模組1在一個單位時間下量測到數個動脈搏動後，可將上述量測結果轉換為具有波動起伏之該脈波訊號，其中，該脈波 訊號即可呈現該單位時間下之數個動脈搏動，並可透過習知顯示器以二維方式表現。例如該脈波訊號係位於二維座標系統，且時間為橫座標，並以秒或分為單位，脈衝壓力為縱座標，並以Nt/m²為單位。

該座標轉換模組2電性連接該脈搏訊號量測模組1，用以接收該脈波訊號，並將該脈波訊號轉換為一三維座標脈波圖，且該三維座標脈波圖具有由數個動脈搏動所轉換形成之數個脈衝波。在本實施例中，該座標轉換模組2係為具有座標轉換軟體或程式之處理器，且該二維轉三維之方式可為任何習知轉換方式，例如利用具有MATLAB之處理器等，在此並不設限。其中，該座標轉換模組2係可根據該脈波訊號之各該動脈搏動的時間與振幅，轉換為相對之三維座標脈波圖，且該三維座標脈波圖具有三個座標軸，分別為一時間座標軸、一序列座標軸及一脈衝壓力座標軸。

該特徵擷取模組3電性連接該座標轉換模組2，用以接收該三維座標脈波圖，並在該三維座標脈波圖之該脈衝壓力座標軸上，擷取該數個脈衝波在一預設脈衝壓力下的各點所連接形成之一封閉曲線。在本實施例中，該特徵擷取模組3係為可執行數值運算軟體或程式之處理器，例如具有MATLAB之處理器等。其中，該封閉曲線具有一曲線輪廓，該曲線輪廓即為該封閉曲線所形成之曲線形狀，且該預設脈衝壓力的設定在此並不設限，可在該三維座標脈波圖中，對該數個脈衝波分別設有不同之該預設脈衝壓力，例如各該預設脈衝壓力即為各該脈衝波之一半的脈衝壓力，並輸出相對之該封閉曲線；或在該三維座標脈波圖中，對該數個脈衝波皆設有相同之該預設脈衝壓力，以形成並輸出一脈衝等高線型態之該封閉曲線。

該資料庫4電性連接該特徵擷取模組3，用以接收該特徵擷取模組3所輸出之封閉曲線，並儲存各該封閉曲線及相對之病徵間的對應關係。該資料庫4可為一般儲存裝置，並可儲存各該三維座標脈波圖所相 對之該封閉曲線，此外，該資料庫4中亦可內建一處理器，並可根據統計資料或相關的醫療資訊，建立各該封閉曲線之曲線輪廓所相對之病徵，並將上述資料儲存於該資料庫4中。

該運算模組5電性連接該特徵擷取模組3及資料庫4，用以接收該特徵擷取模組3所輸出之該封閉曲線，並於該資料庫4中比對出該封閉曲線所相對之病徵。該運算模組5係為可進行統計、運算或比較之處理器，且該運算模組5接收該特徵擷取模組3所輸出之該封閉曲線後，可根據該封閉曲線之曲線輪廓，比對該資料庫4中之各該封閉曲線的曲線輪廓，並找出在相同預設脈衝壓力下最接近的曲線輪廓及其相對之病徵，以進行更有效的脈搏訊號病徵分析。

請參照第2圖所示，本發明脈搏訊號處理與分析方法係包含一脈搏訊號量測步驟S1、一三維座標轉換步驟S2、一封閉曲線擷取步驟S3及一比對步驟S4。

該脈搏訊號量測步驟S1，係由該脈搏訊號量測模組1量測該受測者在一個單位時間下的數個動脈搏動，並輸出該脈波訊號。

請參閱第3a圖所示，更詳言之，當該脈搏訊號量測模組1在一個單位時間下量測到數個動脈搏動後，可將上述量測結果轉換為具有波動起伏之該脈波訊號6，其中，該脈波訊號6即可呈現該單位時間下之數個動脈搏動61，並可透過習知顯示器以二維方式表現。例如該脈波訊號6係位於二維座標系統，且時間為橫座標，並以秒或分為單位，脈衝壓力為縱座標，並以Nt/m²為單位

該三維座標轉換步驟S2，係由該座標轉換模組2接收該脈波訊號，並將該脈波訊號轉換為該三維座標脈波圖，且該三維座標脈波圖具有由數個動脈搏動所轉換形成之數個脈衝波。

請參閱第3b圖所示，更詳言之，該座標轉換模組2可透過 任何習知轉換方式以將脈波訊號6轉換為三維座標脈波圖7，例如該座標轉換模組2係可將該脈波訊號6中之各該動脈搏動61，轉換為相對之三維座標脈波圖7中之各該脈衝波71，且該三維座標脈波圖7具有三個座標軸，分別為該時間座標軸、該序列座標軸及該脈衝壓力座標軸。在第3b圖中，該時間座標軸及該序列座標軸係為二水平座標軸，該脈衝壓力座標軸係為一垂直座標軸。

該封閉曲線擷取步驟S3，係由該特徵擷取模組3接收該三維座標脈波圖，並在該三維座標脈波圖之該脈衝壓力座標軸上，擷取該數個脈衝波在該預設脈衝壓力下的各點所連接形成之一封閉曲線。

請參閱第3c圖所示，更詳言之，在該三維座標脈波圖7上，該數個脈衝波71在該預設脈衝壓力下之各點，可連接形成該封閉曲線72。其中，該封閉曲線72具有該曲線輪廓，該曲線輪廓即為該封閉曲線72所形成之曲線形狀，且該預設脈衝壓力的設定個數在此並不設限，可在該三維座標脈波圖7中，對該數個脈衝波71分別設有不同之該預設脈衝壓力，例如各該預設脈衝壓力即為各該脈衝波71之一半的脈衝壓力，並輸出相對之該封閉曲線；或在該三維座標脈波圖7中，對該數個脈衝波71皆設有相同之該預設脈衝壓力，以形成並輸出一脈衝等高線型態之該封閉曲線72。

該比對步驟S4，係由該運算模組5接收該特徵擷取模組3所輸出之封閉曲線，並於該資料庫4中比對出該封閉曲線所相對之病徵，其中，該資料庫4係預先接收該特徵擷取模組3所輸出之封閉曲線，並儲存各該封閉曲線及相對之病徵間的對應關係。

更詳言之，該資料庫4中亦可內建一處理器，並可根據統計資料或相關的醫療資訊，建立各該封閉曲線之曲線輪廓所相對之病徵，並將上述資料儲存於該資料庫4中。且該運算模組5接收該特徵擷取模組3所輸出之該封閉曲線後，可根據該封閉曲線之曲線輪廓，比對該資料庫4 中之各該封閉曲線的曲線輪廓，並找出相對該預設脈衝壓力下最接近的曲線輪廓及其相對之病徵，以進行更有效的脈搏訊號病徵分析。

綜上所述，本發明脈搏訊號處理與分析方法及其裝置，係將所量測之該脈波訊號轉換為三維座標脈波圖，再由該三維座標脈波圖中擷取不同預設脈衝壓力所形成之封閉曲線，並在該資料庫4中，比對出最接近該封閉曲線之曲線輪廓及其相對之病徵。由於該封閉曲線係包含該脈搏跳動的頻率與振幅，且更能清楚表現出在該預定脈衝壓力下之不同的封閉曲線輪廓，可應用於心率變易、神經病變及精神狀態變化等各式各樣的病徵診斷，具有精確分析脈搏訊號及提高病徵診斷準確度等功效。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

S1‧‧‧脈搏訊號量測步驟

S2‧‧‧三維座標轉換步驟

S3‧‧‧封閉曲線擷取步驟

S4‧‧‧比對步驟

Claims (10)

1. 一種脈搏訊號處理與分析方法，係包含：一脈搏訊號量測步驟，係由一脈搏訊號量測模組量測一受測者在一個單位時間下的數個動脈搏動，並輸出一脈波訊號；一三維座標轉換步驟，係由一座標轉換模組接收該脈波訊號，並將該脈波訊號轉換為一三維座標脈波圖，且該三維座標脈波圖具有由數個動脈搏動所轉換形成之數個脈衝波；一封閉曲線擷取步驟，係由一特徵擷取模組接收該三維座標脈波圖，並在該三維座標脈波圖之一脈衝壓力座標軸上，擷取該數個脈衝波在一預設脈衝壓力下的各點所連接形成之一封閉曲線；及一比對步驟，係由一運算模組接收該特徵擷取模組所輸出之該封閉曲線，並於一資料庫中比對出該封閉曲線所相對之病徵，其中，該資料庫係預先接收該特徵擷取模組所輸出之封閉曲線，並儲存各該封閉曲線及相對之病徵間的對應關係。
2. 根據申請專利範圍第1項之脈搏訊號處理與分析方法，其中該封閉曲線具有一曲線輪廓，該曲線輪廓即為該封閉曲線所形成之曲線形狀。
3. 根據申請專利範圍第2項之脈搏訊號處理與分析方法，其中該比對步驟在比對該封閉曲線時，係根據接收自該特徵擷取模組之該封閉曲線的曲線輪廓，比對該資料庫中之各該封閉曲線的曲線輪廓，並找出相對該預設脈衝壓力下最接近的曲線輪廓及其相對之病徵。
4. 根據申請專利範圍第1項之脈搏訊號處理與分析方法，其中該數個脈衝波分別具有不同之該預設脈衝壓力。
5. 根據申請專利範圍第1項之脈搏訊號處理與分析方法，其中該數個脈衝波皆具有相同之該預設脈衝壓力。
6. 一種脈搏訊號處理與分析裝置，係包含：一脈搏訊號量測模組，係用以量測一受測者在一個單位時間下的數個動脈搏動，並輸出一脈波訊號；一座標轉換模組，電性連接該脈搏訊號量測模組，該座標轉換模組用以接收該脈波訊號，並將該脈波訊號轉換為一三維座標脈波圖，且該三維座標脈波圖具有由數個動脈搏動所轉換形成之數個脈衝波；一特徵擷取模組，電性連接該座標轉換模組，該特徵擷取模組用以接收該三維座標脈波圖，並在該三維座標脈波圖之一脈衝壓力座標軸上，擷取該數個脈衝波在一預設脈衝壓力下的各點所連接形成之一封閉曲線；一資料庫，電性連接該特徵擷取模組，該資料庫用以接收該特徵擷取模組所輸出之封閉曲線，並儲存各該封閉曲線及相對之病徵間的對應關係；及一運算模組，電性連接該特徵擷取模組及資料庫，該運算模組用以接收該特徵擷取模組所輸出之該封閉曲線，並於該資料庫中比對出該封閉曲線所相對之病徵。
7. 依據申請專利範圍第6項之脈搏訊號處理與分析裝置，其中該封閉曲線具有一曲線輪廓，該曲線輪廓即為該封閉曲線所形成之曲線形狀。
8. 依據申請專利範圍第7項之脈搏訊號處理與分析裝置，其中該運算模組在比對該封閉曲線時，係根據接收自該特徵擷取模組之該封閉曲線的曲線輪廓，比對該資料庫中之各該封閉曲線的曲線輪廓，並找出相對該預設脈衝壓力下最接近的曲線輪廓及其相對之病徵。
9. 根據申請專利範圍第6項之脈搏訊號處理與分析裝置，其中該數個脈衝波分別具有不同之該預設脈衝壓力。
10. 根據申請專利範圍第6項之脈搏訊號處理與分析方法，其中該數個脈衝波皆具有相同之該預設脈衝壓力。