TW201438663A - 生理訊號感測裝置 - Google Patents

Abstract

一種生理訊號感測裝置，包括一彈性墊以及一形變感測單元。彈性墊用以接觸於一人體，並對應於上述人體之一血管。形變感測單元設置於上述彈性墊內，並包括一導電元件。上述導電元件對應於上述血管之振動產生形變，且上述導電元件之電阻值對應於上述導電元件之形變產生變動。

Description

生理訊號感測裝置

本發明主要關於一種感測裝置，尤指一種生理訊號感測裝置。

習知之機械式血壓計多半需要搭配加壓氣囊才能進行測量。然而，當加壓氣囊進行加壓過程時，使用者亦會對加壓氣囊所產生之壓力感到不適，無法持續的對使用者進行測量。另外，加壓氣囊之體積較大且重量較重，不方便使用者隨身攜帶。

另一種電子式之血壓計，採用壓電感測器來進行測量，具有體積小，且可長時間持續測量之優點。然而壓電感測器之成本較高，且壓電感測器所產生之微電流較不穩定，無法精確的測量到血壓之數值，主要是針對使用者之心跳速度進行測量。

為了解決上述習知技術之缺失，本發明之目的提供一種生理訊號感測裝置，其製造成本較低，且能持續的對使用者進行測量且具有較精確的測量結果。此外，亦能方便使用者攜帶。

為了達到上述之目的，本發明提供了一種生理訊 號感測裝置，包括一彈性墊以及一形變感測單元。彈性墊用以接觸於一人體，並對應於上述人體之一血管。形變感測單元包括一感測本體以及一導電元件。感測本體設置於上述彈性墊內，且導電元件設置於上述感測本體，並具有可變之一電阻值。上述導電元件對應於上述血管之振動產生形變，且上述電阻值對應於上述導電元件之形變產生變動。

為了達到上述之目的，本發明提供了一種生理訊號感測裝置，包括一彈性墊、一彈性片、一形變感測單元、以及一處理模組。彈性墊用以接觸於一人體，並對應於上述人體之一血管。彈性片設置於上述彈性墊內。形變感測單元設置於上述彈性片，且包括一感測本體以及一導電元件。導電元件設置於上述感測本體，並具有可變之一電阻值。處理模組電性連接於上述導電元件。上述導電元件對應於上述血管之振動產生形變，且上述電阻值對應於上述導電元件之形變產生變動，上述處理模組依據上述電阻值之產生一生理訊號。

綜上所述，本發明之生理訊號感測裝置，利用導電元件之形變而產生之電阻值變化來產生一生理訊號，可提供較精確的測量結果，亦可降低製作成本。另外，本發明之生理訊號感測裝置不需要加壓氣囊即可進行測量，因此可長時間持續對使用者進行偵測，並能大幅降低體積及重量，以方便使用者隨身攜帶。

1、1a、1b‧‧‧生理訊號感測裝置

10、10a、10b‧‧‧感測器

11、11b‧‧‧彈性墊

111‧‧‧接觸面

112‧‧‧壓力面

12‧‧‧形變感測單元

121‧‧‧感測本體

122‧‧‧導電元件

13‧‧‧彈性片

20‧‧‧壓力元件

21‧‧‧固定帶

22、22b‧‧‧殼體

221‧‧‧扣合孔

222‧‧‧容置槽

23‧‧‧彈性元件

24、24b‧‧‧蓋體

241‧‧‧固定槽

242‧‧‧扣合塊

30‧‧‧訊號處理裝置

31‧‧‧處理模組

311‧‧‧惠斯敦電橋組

32‧‧‧顯示模組

33‧‧‧無線傳輸模組

34‧‧‧定位模組

35‧‧‧輸入模組

A1‧‧‧人體

A2‧‧‧皮膚

A3‧‧‧血管

圖式中之形狀、尺寸或是厚度可能為了清楚說明之目的而未依照比例繪製或是被簡化，僅提供說明之用。

第1圖為本發明之第一實施例之生理訊號感測裝置的立體圖。

第2圖為本發明之第一實施例之生理訊號感測裝置的分解圖。

第3圖為本發明之第一實施例之生理訊號感測裝置的剖視圖。

第4圖為本發明之生理訊號感測裝置於一測量過程中的俯視圖。

第5圖以及第6圖為本發明之生理訊號感測裝置於一測量過程中的剖視圖。

第7圖為本發明之第一實施例之生理訊號感測裝置的系統圖。

第8圖為本發明之第二實施例之生理訊號感測裝置的剖視圖。

第9圖為本發明之第三實施例之生理訊號感測裝置的剖視圖。

第1圖為本發明之第一實施例之生理訊號感測裝置1的立體圖，第2圖為本發明之第一實施例之生理訊號感測裝置1的分解圖，第3圖為本發明之第一實施例之生理訊號感測裝置1的剖視圖。生理訊號感測裝置1，可用以測量一使用者之生理訊號以及取得血壓、脈搏(pulse)、心跳速度等相關生理資訊。

生理訊號感測裝置1包括一感測器10以及一壓力 元件20。感測器10設置於壓力元件20。感測器10可接觸於一人體，並對應於一血管。壓力元件20用以對感測器10施加一壓力，以增加感測器10之感測強度。當血管跳動時，感測器10產生形變。

感測器10包括一彈性墊11、一形變感測單元12、以及一彈性片13。彈性墊11之材質可為橡膠、軟性塑膠、液態矽膠、或是高分子有機矽化合物(Polydimethylsiloxane,PDMS)等軟性材質，其蕭氏硬度(Shore A)可為0 HA至50HA或是20HA至50HA，厚度約為0.01 mm至20 mm。於本實施例中，彈性墊11之材質為高分子有機矽化合物，厚度約為7mm。

形變感測單元12設置於彈性墊11之內，包括一感測本體121以及一導電元件122。感測本體121可為一片狀結構，並可為一絕緣材質，例如一橡膠或一軟性塑膠。導電元件122可為片狀結構或一導線，設置於感測本體121內部。於另一實施例中，導電元件122亦可設置於感測本體121之一表面。

彈性片13可設置於彈性墊11之內，且設置於感測本體121，彈性片13可位於彈性墊11之一接觸面111以及感測本體121之間，並距離彈接觸面111約0.01 mm至10 mm，於本實施例可約為2 mm。彈性片13可平行於感測本體121與導電元件122，且彈性片13的面積可大於感測本體121本體之面積。彈性片13可為金屬材質，例如碳鋼，且彈性片13的抗張強度(tensile strength)可約為600 Mpa至1000 Mpa、降伏 強度(yield strength)可約為350 Mpa至500 Mpa、勃式硬度(brinell hardness)約為248，以及厚度可為0.1 um~500 um。

壓力元件20可設置於彈性墊11之一壓力面112以及側面。壓力面112以及接觸面111分別位於彈性墊11之兩相反側。壓力元件20可包括一固定帶21、一殼體22、以及多個彈性元件23。固定帶21可為一彈性材質，例如彈性布料，於另一實施例中，固定帶21可包括兩相互扣合之帶狀結構，例如錶帶。

殼體22設置於固定帶21，於本實施例中，固定帶21之兩端分別固定於殼體22之兩相對側。殼體22可具有二扣合孔221以及一容置槽222。扣合孔221位於殼體22之側壁，且與容置槽222相互連通。彈性元件23可為彈簧設置於容置槽222內。

蓋體24設置於彈性元件23以及彈性墊11之間，並位於殼體22之容置槽222內，蓋體24具有一固定槽241以及與固定槽241相互連通之二扣合塊242。彈性墊11之壓力面112可固定於蓋體24之固定槽241內，扣合塊242位於扣合孔221內，以限制蓋體24於容置槽222內移動。

整體而言，壓力元件20可製作為一手錶(watch)狀之結構，因此生理訊號感測裝置1可藉由固定帶21固定於使用者之手腕，彈性元件23可藉由蓋體24對彈性墊11施加壓力以使感測器10之彈性墊11緊密貼附於人體之皮膚，以方便感測器10長時間持續對使用者進行偵測。

於另一實施例中，彈性元件23可為彈性材質，例 如橡膠，且可不需要蓋體24。彈性元件23之兩相對側分別固定於容置槽222以及彈性墊11之壓力面112。

第4圖為本發明之生理訊號感測裝置1於一測量過程中的俯視圖。第5圖以及第6圖為本發明之生理訊號感測裝置1於一測量過程中的剖視圖。為了簡潔以及明確之目的，第4至6圖省略了壓力元件20。

當使用者欲以生理訊號感測裝置1進行測量時，可先將生理訊號感測裝置1固定於人體A1(例如手腕)，並讓彈性墊11接觸於人體A1之皮膚A2，且對應於人體A1之一血管A3。意即，彈性墊11、形變感測單元12、以及彈性片13可位於血管A3之上方，並鄰近於血管A3。前述之血管A3可為一動脈，例如橈動脈(radial artery)。

由於彈性墊11為軟性之材質，因此可增加使用者配戴時之舒適度，亦可以減少除了血管A3跳動以外所產生之雜訊。另外，由於彈性片13之長度大於血管A3之直徑(於本實施例中為大於兩倍)以及具有彈性之金屬材質，因此本實施例之彈性片13可精確的反應血管A3收縮或膨脹所產生之微弱變化，並產生對應之形變。由於形變感測單元12貼合於彈性片13，因此形變感測單元12可和彈性片13產生相同之彎曲程度。

形變感測單元12內之導電元件122可為一導線，並彎曲地設置於感測本體121內，如第4圖所示，導電元件122可包括多個相互平行之平直區段，且上述平直區段可大至垂直於血管A3以獲得較佳之測量結果。於第5圖中，血管A3為 一收縮狀態，此時彈性墊11、形變感測單元12、以及彈性片13並未產生彎曲或是配合皮膚A2之表面而彎曲。於第6圖中，血管A3為一舒張狀態。當血管A3進行收縮及舒張而產生振動時，皮膚A2亦會對應於前述之振動產生振動。彈性墊11以及彈性片13對應於上述皮膚A2以及血管A3之振動之幅度產生不同之形變。而形變感測單元12會對應於上述彈性片13之形變產生形變，進而使形變感測單元12之形變對應於上述血管A3以及皮膚之振動之幅度。尤其是彈性墊11、形變感測單元12及其導電元件122、以及彈性片13對應於血管A3上方之區域會因為血管A3膨脹呈現彎曲或是隆起之狀態。

由於導電元件122呈現彎曲或是隆起之形變，會使得導電元件122之長度及/或曲度改變，並因此改變了導電元件122之電阻值。也就是說，導電元件122會對應於每一次血管A3收縮或是舒張的程度，具有不同之長度及/或曲度，以及具有對應於導電元件122之長度及/或曲度的電阻值。換句話說，導電元件122的電阻值對應了血管A3振動幅度，而電阻值改變之頻率對應了使用者的心跳速度。

由於本發明是利用感測器10本身因血管跳動而產生微弱之形變來進行測量，因此可長時間持續對使用者進行測量。此外，感測器10本身具有體積小、重量輕的優點，可方便使用者隨身攜帶。

第7圖為本發明之第一實施例之生理訊號感測裝置1的系統圖。生理訊號感測裝置1更包括一訊號處理裝置30，電性連接於感測器10，用以依據感測器10之形變而產生 之生理訊號。訊號處理裝置30可選擇性地設置於固定帶21上。訊號處理裝置30可包括一處理模組31、一顯示模組32、一無線傳輸模組33、一定位模組34、以及一輸入模組35。處理模組31電性連接於顯示模組32、無線傳輸模組33、定位模組34、一輸入模組35、以及導電元件122。

處理模組31偵測和紀錄導電元件122因長度以及曲度等形變而變化的電阻值，並根據上述所紀錄之電阻值產生一生理訊號。於本實施例中，處理模組31可包括惠斯敦電橋組311(Wheatstone Bridge)。惠斯敦電橋組311電性連接導電元件122，且處理模組31利用惠斯敦電橋組311偵測上述導電元件122之電阻值。上述之生理訊號可為一波形訊號，對應了血管A3振動幅度，因此處理模組31可依據生理訊號以及時間計算出使用者之脈搏、血壓、以及心跳速度等相關生理資訊。處理模組31可控制顯示模組32顯示上述生理訊號以及生理資訊。

定位模組34用以收接收一座標訊號，並傳遞給處理模組31。處理模組31依據生理訊號、以及座標訊號控制無線傳輸模組33傳輸一無線訊號於遠端之行動電話、電腦等電子裝置，以方便醫生或是使用者之親屬能對使用者之健康狀況作一分析以及追蹤。若使用者之健康狀況出現問題，亦可得知使用者之位置，以提供救援。

輸入模組35可為一按鈕，以方便使用者操作後切換顯示模組顯示之資訊。例如切換顯示使用者之血壓、脈搏或是心跳速度等資訊。

於另一實施例中，訊號處理裝置30可僅包括處理模組31以及無線傳輸模組33，可進一步簡化生理訊號感測裝置1a之體積以及重量。

第8圖為本發明之第二實施例之生理訊號感測裝置1a的剖視圖。生理訊號感測裝置1a可不包括第一實施例之壓力元件20。感測器10a可以黏貼的方式或是利用使用者之手部設置於人體A1(如第5、6圖所示)，且依據感測器10a本身之重量提供壓力，且彈性片13亦可選擇性的設置，可簡化生理訊號感測裝置1a之體積以及重量。

第9圖為本發明之第三實施例之生理訊號感測裝置1b的剖視圖。第三實施例與第一實施例不同之處在於，第三實施例可不具有第一實施例之彈性元件23。殼體22b可不具有第一實施例之扣合孔221，蓋體24b可不具有第一實施例之扣合塊242。感測器10b形變感測單元12與彈性墊11b之一壓力面112之距離較大，因此可藉由殼體22b以及彈性墊11b本身之重力，藉以增加彈性墊11b對於皮膚A2(如第5、6圖所示)之壓力。

於本實施例中，可不需設置固定帶21。生理訊號感測裝置1b可結合於另一裝置上，例如筆、行動電話等，使用者可直接或間接施力於生理訊號感測裝置1b以將生理訊號感測裝置1b設置於人體。另於上述已揭露之實施例中，亦可不需設置固定帶21。於本實施例中，亦可不需要設置蓋體24a，彈性墊11a之壓力面112直接接觸殼體22a。

綜上所述，本發明之生理訊號感測裝置，利用導 電元件之形變而產生之電阻值變化來產生一生理訊號，可提供較精確的測量結果，亦可降低製作成本。另外，本發明之生理訊號感測裝置不需要加壓氣囊即可進行測量，因此可長時間持續對使用者進行偵測，並能大幅降低體積及重量，以方便使用者隨身攜帶。

上述已揭露之特徵能以任何適當方式與一或多個已揭露之實施例相互轉用、置換、改變或組合，並不限定於特定之實施例。

本發明雖以各種實施例揭露如上，然而其僅為範例參考而非用以限定本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾。因此上述實施例並非用以限定本發明之範圍，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。

1‧‧‧生理訊號感測裝置

10‧‧‧感測器

11‧‧‧彈性墊

111‧‧‧接觸面

112‧‧‧壓力面

12‧‧‧形變感測單元

121‧‧‧感測本體

122‧‧‧導電元件

13‧‧‧彈性片

20‧‧‧壓力元件

21‧‧‧固定帶

22‧‧‧殼體

221‧‧‧扣合孔

222‧‧‧容置槽

23‧‧‧彈性元件

24‧‧‧蓋體

242‧‧‧扣合塊

Claims (12)

1. 一種生理訊號感測裝置，包括：一彈性墊，用以接觸於一人體，並對應於上述人體之一血管；以及一形變感測單元，且包括：一感測本體，設置於上述彈性墊內；以及一導電元件，設置於上述感測本體，並具有可變之一電阻值；其中上述導電元件對應於上述血管之振動產生形變，且上述電阻值對應於上述導電元件之形變產生變動。
2. 如申請專利範圍第1項所述之生理訊號感測裝置，更包括一彈性片，設置於上述彈性墊內，上述彈性片對應上述血管之振動產生形變，且上述導電元件之形變對應於上述彈性片之形變。
3. 如申請專利範圍第1項所述之生理訊號感測裝置，其中當上述血管收縮時，上述導電元件之曲度對應於上述血管之振動改變。
4. 如申請專利範圍第1項所述之生理訊號感測裝置，更包括一處理模組，電性連接於上述導電元件，其中上述處理模組依據上述電阻值產生一生理訊號。
5. 如申請專利範圍第4項所述之生理訊號感測裝置，其中上述處理模組更包括一惠斯敦電橋組，電性連接上述導電元件，且上述處理模組利用上述惠斯敦電橋組偵測上述電阻值。
6. 如申請專利範圍第4項所述之生理訊號感測裝置，更包括一顯示模組，電性連接於上述處理模組，且上述處理模組控制上述顯示模組顯示上生理訊號。
7. 如申請專利範圍第4項所述之生理訊號感測裝置，更包括一無線傳輸模組，電性連接於上述處理模組，且上述處理模組依據上述生理訊號控制上述無線傳輸模組傳輸一無線訊號。
8. 如申請專利範圍第1項所述之生理訊號感測裝置，更包括一壓力元件，設置於上述彈性墊，並用以對上述彈性墊施加一壓力。
9. 如申請專利範圍第8項所述之生理訊號感測裝置，其中上述壓力元件更包括：一固定帶；一殼體，設置於上述固定帶；以及一彈性元件，設置於上述殼體，並用以對上述彈性墊施加上述壓力。
10. 如申請專利範圍第8項所述之生理訊號感測裝置，其中上述壓力元件更包括：一固定帶；以及一殼體，設置於上述固定帶以及上述彈性墊，並對上述彈性墊施加上述壓力。
11. 一種生理訊號感測裝置，包括：一彈性墊，用以接觸於一人體，並對應於上述人體之一血管； 一彈性片，設置於上述彈性墊內；一形變感測單元，設置於上述彈性片，且包括：一感測本體；以及一導電元件，設置於上述感測本體，並具有可變之一電阻值；以及一處理模組，電性連接於上述導電元件；其中上述導電元件對應於上述血管之振動產生形變，且上述電阻值對應於上述導電元件之形變產生變動；其中上述處理模組依據上述電阻值產生一生理訊號。
12. 如申請專利範圍第11項所述之生理訊號感測裝置，其中上述處理模組更包括一惠斯敦電橋組，電性連接上述導電元件，且上述處理模組利用上述惠斯敦電橋組偵測上述電阻值。