TW201634001A - 生理監控裝置 - Google Patents

Abstract

一種生理監控裝置可包括：一感測器室，其由一第一側上之一可撓性膜片及一或多個壁界定；及一外室，其在除了該第一側以外的所有側上圍繞該感測器室。除了一壓力通氣孔以外，該感測器室可係氣密的。該外室可包括一或多個外通氣孔，且可經配置以在該一或多個外通氣孔被堵塞時允許壓力通過該壓力通氣孔逸出以使該感測器室達到平衡。

Description

生理監控裝置 相關申請案的交叉參考

本申請案主張於2015年2月23日提出申請之美國臨時申請案第62/119,732號之優先權，其全部揭示內容以引用方式併入本文中。

100‧‧‧生理監控裝置/裝置

101‧‧‧膜片

102‧‧‧壁

103‧‧‧保護性柵格/柵格

104‧‧‧電子印刷電路板

105‧‧‧小孔/孔

106‧‧‧麥克風

107‧‧‧外室

108‧‧‧通氣孔

110‧‧‧感測器室/室

202‧‧‧微控制器單元/微控制器/微控制器電路

203‧‧‧充電及/或資料埠/資料埠

204‧‧‧無線傳輸器

205‧‧‧電池或其他電源供應器

圖1係根據本發明之一實施例之一生理監控裝置之一剖視圖。

圖2係根據本發明之一實施例之一感測器室之一透視圖。

圖3係根據本發明之一實施例之一電路之一方塊圖。

圖4係根據本發明之一實施例之一OPAMP電路圖。

圖5係根據本發明之一實施例之一微控制器電路圖。

圖6係根據本發明之一實施例之一無線傳輸器電路圖。

本文揭示用於對在懷孕期間的胎兒及母親心跳之聲波監控之無創、方便且低成本方法及系統。一種實例性監控裝置可僅使用被動感測醫療器械且如此，可係絕對安全的且可不同於各種基於聲納之胎兒監控裝置。

實例性系統可包含含有麥克風之一個或數個聲波感測器模組，可在由一微控制器對該等麥克風之信號進行取樣之前使用一電子網路放大且調節該等信號，該微控制器隨後可經由無線通信頻道將此等原始信號傳輸至一智慧型電話、平板裝置或可包含專用硬體、韌體及/或軟體之其他電腦以用於後續資料分析及演算法。

感測器模組可含有容納於一外殼內之一或多個麥克風(例如，一駐極體或MEMS麥克風)及/或其他感測器，其等可經最佳化以以用於心臟或腹部聲波發射之機械放大。在使用期間，此模組可抵靠受測者之腹部或上恥骨放置。舉例而言，外殼可係圓柱形形狀或可呈一抛物線形、橢圓形，或錐形聲波放大器喇叭之形狀。經組態以接觸腹部的感測器模組之表面可經密封(例如，利用聚合物、橡膠或乳膠材料)以形成麥克風容納於其內之一氣密室。除麥克風以外，感測器模組亦可容納一或多個電路。舉例而言，感測器模組可容納一印刷電路板(PCB)，其可包含一運算放大器(OPAMP)或其他類比信號調節網路、一微控制器單元、一USB或其他充電及/或資料埠、一藍芽無線電及/或其他無線裝置、一電池或其他電源供應器，及/或其他硬體。硬體可提供一內建式類比帶通濾波器以增加動態範圍，提供所要效能，且限制對外部資料獲取及/或傳輸系統之要求。

信號處理硬體、韌體及/或軟體可裝載於一遠端裝置(舉例而言，諸如運行Android或iOS作業系統之一平板電腦或智慧型電話)上。此等元件可使用演算法以改良所捕獲信號之信號雜訊比(SNR)，計算母親及胎兒心跳，分離母親與胎兒心音，重建母親與胎兒之聲波信號，及/或提供高品質音訊檔案以用於經由一軟體應用程式之記錄、播放及/或共享。信號處理可自其他聲音(諸如環境雜訊、母親心跳聲、消化道活動聲、蠕動聲及/或其他聲音)辨別並提取胎兒心音。即使有不確定感測器耦合、感測器位置及/或信號特性，亦可提取該信號。

實體監控裝置可係一手持型設備，其包含：一個或數個感測器模組，其含有駐極體或MEMS麥克風；一信號調節網路，其執行放大及去疊頻；一微控制器裝置，其對經調節信號進行取樣；及/或一藍芽無線電模組，其將所獲取資料傳輸至一後端智慧型電話或平板裝置。其他組件可包含一鋰離子充電器，其具有橡膠保護性密封、鋰聚 合物電池、用於防水之橡膠密封、用以防止氯丁橡膠(neoprene)密封之滲透之一塑膠腳板，以及用以完成印刷電路板總成之其他電子組件。熟習此項技術者將理解可在其他實施例(例如，其他感測器類型、其他控制器、其他無線或有線傳輸器、其他電源供應器、其他模組組件等)中使用其他組件。

每一麥克風可含納於一氣密外殼中，該外殼經最佳化以用於與胎兒及母親心臟活動相關聯之聲波及壓力特徵之機械放大。舉例而言，圖1係根據本發明之一實施例之一生理監控裝置100之一剖視圖。裝置100可包含由一膜片101、壁102及一電子印刷電路板(PCB)104界定之一幾乎氣密感測器室110。膜片101可在某些實施例中由彈性體材料製成，且壁102可在某些實施例中係塑膠，但可使用其他材料。除了可允許排放來自室110之壓力之一小孔105(舉例而言，在某些實施例中，其可具有約0.6mm之直徑)以外，PCB 104可係不透空氣的。除了此特徵以外，感測器室110可係完全氣密的。孔105可允許排放由於應用壓力或其他擾動引起之低頻壓力改變。此可減小系統在可不含有胎兒心跳聲之低頻率下之增益而不影響系統在較高頻率下之敏感性。因此，感測器室110可用作移除具有低於(舉例而言)約20Hz之頻率之輸入之一機械高通濾波器。

麥克風106可安裝於PCB 104之頂部上，向下朝向感測器室110引導，且PCB 104中由麥克風106覆蓋之一孔可允許聲波能量通過至麥克風106。麥克風106與PCB 104之間的介面可由一雙面黏合劑形成且可係氣密的。類似地，PCB 104可使用一雙面黏合劑以一氣密方式附接至壁102。可在某些實施例中使用其他黏合劑(諸如環氧樹脂或氰基丙烯酸甲酯)。

可提供保護性柵格103以保護膜片101免受過度偏轉以及作為一安全特徵防止使用者接觸任何電子元件。在某些實施例中，柵格103 可由與壁102相同之材料(例如，ABS或其他塑膠)製成。在某些實施例中，柵格103可向內彎曲，如在圖1中所展示。此可允許膜片101在按壓一使用者皮膚時向內變形以防止或減小使用者不適感。

感測器室110可安裝於一外室107內側。此室107可包含一或多個通氣孔108且藉此不係氣密的，從而允許自感測器室110排放之壓力自裝置100逸出且藉此快速地達到平衡。然而，即使一使用者意外地覆蓋此等通氣孔，外室107相對於感測器室110之較大體積仍可允許來自感測器室110之壓力之有效排放直至通氣孔108不被使用者覆蓋為止。

圖2係根據本發明之一實施例之一感測器室110之一透視圖。舉例而言，感測器室110可係具有約32mm之內徑及約22mm之高度之一塑膠圓柱形管，但可在某些實施例中使用具有不同內部體積之其他外殼。外殼之形狀可經選擇以使由麥克風記錄之環境雜訊最小化同時使麥克風之放大最大化。

膜片101可由一乳膠或其他彈性體材料(舉例而言，諸如具有一彈性體塗層之氯丁橡膠)製成。其他實例性材料可包含三都平橡膠(santoprene)或聚矽氧。氯丁橡膠、三都平橡膠或聚矽氧可提供一可撓性外殼，且彈性體塗層可強化氯丁橡膠、三都平橡膠或聚矽氧且為外殼提供一光澤表面。乳膠或其他彈性體材料可經設計以提供與人體組織之經改良阻抗匹配且可係足夠可撓的以順應使用者皮膚之輪廓，藉此增強聲波信號至感測器室110中之傳送。

圖3係根據本發明之一實施例之一電路200之一方塊圖。電路200可整體地或部分地形成於PCB 104上。電路200可包含麥克風106、一OPAMP 210、一微控制器單元202、一USB或其他充電及/或資料埠203、一藍芽無線電及/或其他無線傳輸器或收發器204、一電池或其他電源供應器205，及/或其他硬體。電路200可執行與自麥克風106捕獲信號並將資料發送至一遠端裝置(例如，經由資料埠203及/或無線 傳輸器204)相關聯之處理。

舉例而言，由於與胎兒心臟事件相關聯之聲波發射之特徵為極低振幅，因此可放大及/或調節由麥克風106捕獲之信號。為此，OPAMP 210可用以提供增益及去疊頻能力。為避免飽和，可使用一相對低增益(例如，20dB)。所使用之OPAMP 210可經選擇以最佳化其他放大器參數(諸如，高通及去疊頻濾波器)。圖4係根據本發明之一實施例之一OPAMP電路300，其包含OPAMP 210及相關電路元件。OPAMP電路300可包含具有帶通濾波之一多級類比放大器。OPAMP電路300可在約40Hz下達到約20dB之一總體增益，從而引起輸入心跳信號之放大。頻率回應可使得信號於低端(約15Hz)上轉降，接著係在約40Hz下增益銳增達到峰值。隨著輸入信號之頻率增加，OPAMP電路300可過濾掉較高頻率以將信號減少至低於峰值增益值之約40dB，從而產生可調節胎兒心跳信號且排斥其他頻率/雜訊之一窄頻率回應。

可由微控制器202透過微控制器之板上類比轉數位轉換器(ADC)能力對經放大且經調節類比信號進行取樣。舉例而言，微控制器202可係來自Texas Instruments之一MSP430I2021或來自Nordic Semiconductor之一RFDUINO(nRF51822)。在某些情形中，微控制器202可包含一無線傳輸器204。舉例而言，nRF51822以與一Bluetooth Smart ®無線電裝置(亦即，無線傳輸器204)整合之一32位元ARM Cortex M0核心為特徵。在其他情形中(例如，在使用MSP430I2021時)，無線傳輸器204可係一獨立元件，諸如來自Murata Electronics之一經LBCA2HNZYZ認證之BLE無線電模組。圖5係根據本發明之一實施例之一微控制器電路202，其圖解說明一MSP430I2021可如何經組態以在電路200內起作用。圖6係根據本發明之一實施例之一無線傳輸器204電路圖，其圖解說明一LBCA2HNZYZ可如何經組態以在電路 200內起作用。

微控制器202可對經放大麥克風信號(例如，在1kHz至2kHz之一速率下)進行取樣且在將資料以時間間隔(例如，約略50mS)經由無線傳輸器204傳輸之前將該資料暫時儲存於緩衝器中。此相對低取樣率可能夠準確地捕獲特徵為通常低於200Hz之低頻率之心音。其他微控制器202可用於其他實施例中且可執行類似功能。

微控制器202可執行家政任務，諸如連續地監控或週期性地檢查輸入並回應於使用者輸入而執行適當操作。微控制器202可能夠偵測何時插入一USB以用於電池再充電目的。微控制器202亦可量測系統電池健康且經由(舉例而言)無線傳輸器204將電池健康資料傳達至一遠端裝置。經由單獨OPAMP類比量測電路300及一內建式ADC，微控制器202可判定系統電池狀態且經由無線傳輸器204將系統電池狀態傳達至一遠端裝置。其他電源管理電路可包含用以調節系統電源之LDO電壓調節器以及可在偵測到一低電池時切斷至該系統之主要電源之一類比比較器/PFET電路。一按鈕控制器電路可在偵測到一按鈕按下達至少一預定時間量時啟用系統啟動及關閉。一適用電池充電器IC可用以在將裝置插入至一USB電源時以一預定速率為板上電池充電。

無線傳輸器204可將此資料傳輸至一遠端處理裝置(諸如運行一Android、iOS或其他作業系統之一平板電腦或智慧型電話)。已知或專屬信號處理演算法可裝載於遠端裝置上。演算法可改良所捕獲信號之信號雜訊比(SNR)，計算母親及胎兒心跳，分離母親與胎兒心音，重建母親與胎兒之聲波信號，及/或提供高品質音訊檔案以用於經由一軟體應用程式之記錄、播放及共享。

儘管上文已闡述各種實施例，但應理解，該等實施例僅以實例方式而非限制方式呈現。熟習此項技術者將瞭解，可在不背離精神及範疇之情況下在其中做出形式及細節之各種改變。事實上，在閱讀以 上闡述之後，熟習此項技術者將瞭解如何實施替代實施例。

另外，應理解突出功能性及優點之任何圖僅以實例目的呈現。所揭示之方法論及系統各自係足夠靈活的且可組態使得其可除了所展示的以外之方式被利用。

儘管通常可在說明書、申請專利範圍及圖式中使用術語「至少一個」，但說明書、申請專利範圍及圖式中之術語「一(a/an)」、「該(等)(the/said)」等亦表示「至少一個」或「該至少一個」。

最後，申請人之意圖係依據35 U.S.C.112(f)解讀包含表達語言「用於……之構件」或「用於……之步驟」之僅請求項。不依據35 U.S.C.112(f)解讀不在表達上包含片語「用於……之構件」或「用於……之步驟」請求項。

100‧‧‧生理監控裝置/裝置

101‧‧‧膜片

102‧‧‧壁

103‧‧‧保護性柵格/柵格

104‧‧‧電子印刷電路板

105‧‧‧小孔/孔

106‧‧‧麥克風

107‧‧‧外室

108‧‧‧通氣孔

110‧‧‧感測器室/室

Claims (19)

1. 一種生理監控裝置，其包括：一感測器室，其由一第一側上之一膜片及一或多個壁界定，除了一壓力通氣孔以外，該感測器室係氣密的；及一外室，其在除了該第一側以外的所有側上實質上圍繞該感測器室且包括一或多個外通氣孔，該外室經配置以在該一或多個外通氣孔被堵塞時允許壓力通過該壓力通氣孔逸出以使該感測器室達到平衡。
2. 如請求項1之裝置，其中該感測器室進一步由與該第一側對置之一第二側上之一印刷電路板(PCB)界定。
3. 如請求項2之裝置，其中該一或多個壁包括分離該膜片與該PCB之一實質上圓柱形壁。
4. 如請求項2之裝置，其中該PCB容納包括一麥克風之一電路，該麥克風經配置以偵測該感測器室內之聲音。
5. 如請求項4之裝置，其中該電路進一步包括：一放大器，其經組態以放大一麥克風輸出；一處理器，其經組態以處理來自該放大器之一經放大輸出；及一傳輸器，其經組態以傳輸來自該處理器之一經處理輸出。
6. 如請求項4之裝置，其中該電路進一步包括經組態以將一麥克風輸出濾波之一類比帶通濾波器。
7. 如請求項1之裝置，其進一步包括經配置以偵測該感測器室內之聲音之一麥克風。
8. 如請求項7之裝置，其進一步包括一電路，該電路包括：該麥克風； 一放大器，其經組態以放大一麥克風輸出；一處理器，其經組態以處理來自該放大器之一經放大輸出；及一傳輸器，其經組態以傳輸來自該處理器之一經處理輸出。
9. 如請求項1之裝置，其進一步包括安置於該感測器室內且經配置以限制該膜片之偏轉之一柵格。
10. 如請求項1之裝置，其中該感測器室經組態為一機械高通濾波器。
11. 如請求項1之裝置，其中該機械高通濾波器移除具有低於約20Hz之頻率之輸入。
12. 如請求項1之裝置，其中該感測器室經組態為具有約32mm之一內徑及約22mm之一高度之一圓柱形管。
13. 如請求項1之裝置，其中該壓力通氣孔具有約0.6mm之直徑。
14. 如請求項1之裝置，其中該外室界定該感測器室之一外側與該外室之一內側之間的一體積。
15. 如請求項14之裝置，其中通過該壓力通氣孔逸出之該壓力排放至由該外室界定之該體積中。
16. 如請求項13之裝置，其中通過該壓力通氣孔逸出之該壓力排放至由該外室界定之該體積中。
17. 如請求項1之裝置，其中該膜片包括一彈性材料。
18. 如請求項17之裝置，其中該彈性材料包括乳膠、氯丁橡膠、聚矽氧橡膠、三都平橡膠、彈性經塗佈氯丁橡膠，或其等之任何組合。
19. 如請求項1之裝置，其中該外室包括一通氣孔。