TW201726052A

TW201726052A - 分散式心血管活動監測系統

Info

Publication number: TW201726052A
Application number: TW105116823A
Authority: TW
Inventors: chang-an Zhou
Original assignee: Sen Science Inc; chang-an Zhou
Priority date: 2016-01-22
Filing date: 2016-05-30
Publication date: 2017-08-01

Abstract

一種分散式心血管活動監測系統，包括一處理單元以及二生理訊號擷取裝置，其中，該二生理訊號擷取裝置是透過二個穿戴結構而設置於一使用者身上，以取得至少二種心血管訊號，另外，該處理單元會建立該兩種心血管訊號間的一時序關係，以使得該時序關係可在心血管活動監測的一執行期間內被作為分析該兩種心血管訊號間之相互關係的基礎，並據以提供該使用者一心血管活動資訊。

Description

分散式心血管活動監測系統

本發明相關於一種分散式心血管活動監測系統，以及特別地是，相關於一種透過穿戴結構而設置於使用者身上，以取得至少二心血管資訊的分散式心血管活動監測系統。

心血管活動的監測對於生理狀況的掌握有其重要性，尤其對於有心臟疾病的患者而言，於日常生活中的心血管活動監測，將有助於掌握自身的生理狀況，也有助於即時得知、紀錄下臨時發生的心血管活動情形，例如，血壓值，血氧濃度，心律不整事件的發生等。

最常見的心血管活動連續監測裝置，是採用光感測器者，透過配戴於身上的方式，光感測器可透過血液而取得脈波訊號，進而得知心率、血氧濃度等，且也由於光感測的設置難度較低，因此，是一種當前普遍被接受的連續心血管活動監測裝置。

另一方面，心電圖檢測亦是得知心臟電氣活動的一種常見手段，尤其，近年來，已發展出利用乾式電極進行測量，不但使用方便，亦具有相當良好的精準度，雖然不適合長時間測量，但相當具優勢地是讓使用者可即時進行測量，例如，當發生心血管事件時，或是覺得需要測量時而啟動測量。

因此，各種不同的心血管活動監測裝置皆有其優勢，故若可結合多種心血管活動監測裝置的優點，相信將可提供更完整監測心血管活動資訊。

本發明的目的在於提供一種分散式心血管活動監測系統，透過訊號擷取裝置的特殊設置位置及經選擇的生理訊號組合而提供周全的心血管活動連續監測方案。

本發明的又一目的在於提供一種分散式心血管活動監測系統，其藉由採用無線溝通技術以及符合人體工學的穿戴結構而將使用者將系統穿戴於身上時的複雜度以及負擔感降至最低。

本發明的又一目的在於提供一種分散式心血管活動監測系統，其藉由建立所監測之至少二個生理訊號間的一時序關係而達到正確整合各個生理訊號的效果，進而最大化心血管活動監測結果的內容。

本發明的另一目的在於提供一種分散式心血管活動監測系統，其透過穿戴式脈波訊號擷取裝置配合上胸前心電訊號擷取裝置的組合，可在達到連續監測心血管活動的同時亦取得多元且詳細的心血管活動相關資訊。

本發明的再一目的在於提供一種分散式心血管活動監測系統，其透過分散設置的二個血液心血管訊號擷取裝置以及適合日常生活的穿戴結構，進而達到穿戴於身上進行即時連續訊號擷取，以及兩種訊號間相互參照而得出更多生理資訊的目的。

10‧‧‧處理單元

12‧‧‧指戴式脈波訊號擷取裝置

14‧‧‧頸戴式心電訊號擷取裝置

141‧‧‧頸戴結構

142、143、42‧‧‧電極

22‧‧‧腕戴式脈波訊號擷取裝置

24‧‧‧眼鏡式脈波訊號擷取裝置

26‧‧‧耳塞式脈波訊號擷取裝置

27‧‧‧耳掛式脈波訊號擷取裝置

28‧‧‧耳夾式脈波訊號擷取裝置

30‧‧‧光感測器

32‧‧‧頸戴結構

34‧‧‧殼體

圖1A顯示根據本發明一較佳實施例的方塊示意圖；圖1B顯示根據本發明一較佳實施例的實施示意圖；圖2A-2F顯示根據本發明之頸戴式心電訊號擷取裝置的可能實施實例；圖3A顯示根據本發明之脈波訊號擷取裝置實施為腕戴形式的示意圖；圖3B顯示根據本發明之脈波訊號擷取裝置實施為眼鏡形式的示意圖；圖3C-3E顯示根據本發明之脈波訊號擷取裝置實施為耳戴形式的示意圖；圖3F顯示根據本發明之脈波訊號擷取裝置以及頸戴式心電訊號擷取裝置同時利用頸戴結構進行設置的示意圖；以及圖4顯示根據本發明一較佳實施例實施為衣物形式的示意圖。

由於本發明的目的在於，在心血管活動監測期間內，一方面，針對所有可能發生的心血管狀態，盡可能詳細地提供足以完整判讀的資訊，另一方面，則是不犧牲使用者的使用方便性，因此，在此前提下，提出了採用至少二個生理訊號擷取裝置的系統，以利用兩者所取得之生理訊號間的相關性及差異性而最大化心血管活動監測所產生的效益。

首先，在本發明其中一方面的構想中，分別採用的是心電訊號以及脈波訊號。

其中，心電訊號是透過心電電極而取得；至於脈波訊號的取得，則可以有不同的選擇，舉例而言，可利用光感測器取得，例如，光容積變化(PPG，photoplethysmography)感測器是利用光容積變化原理而取得光信號的感測器，其可通過偵測脈搏的連續變化而得知心率序列，另外，也可使用壓力傳感器，以透過偵測心臟跳動所產生的動脈或身體(如胸腔)的振動，例如，藉由設置於脈搏處，而取得心率資訊，另外，PPG感測器亦可取得相關血氧的資訊，例如，當具有紅外線(Infrared)以及紅色光線(Red)兩種光源時，可取得血氧濃度(SPO₂)，也因此，通常光感測器所取得的訊號亦可稱為血液心血管訊號，以代表其多重的生理意義。

心電訊號以及脈波訊號都是經常被用來確認心血管狀況的生理訊號，但長久以來，由於兩者取得生理訊號之各種設置條件的不同，故一直呈現各自獨立發展的情形，然而，對心血管活動偵測而言，兩者的結合事實上有著更多的意義。

首先，脈波訊號的取得，當採用光感測器時，由於僅需單點設置於血管經過位置，不但設置簡單，對使用者的負擔亦小，故適合長時間配戴，以藉此取得連續的脈波訊號，但相對地，脈波訊號所能提供的心血管生理資訊亦有一定的限制，例如，無法取代心電圖所能獲得之心臟電氣活動詳細資訊，然而，對於一般目的的生理監測而言，脈波訊號所能提供的生理資訊即已足夠進行初步判斷，例如，可得知心率變化(Heart rate variation)，自律神經活動，RSA(Respiratory Sinus Arrhythmia)呼吸資訊等，另也可分析出是否發生心律不整可能事件。

再者，心電訊號則是由至少二心電電極分別接觸身體足以產生相位差的不同部位而取得，其能夠提供完整的心臟資訊，例如，心電圖波形，且至今仍是判斷各種心臟疾病的最終依據，然而，由於心電電極的設置較為複雜，例如，電極設置位置、電極與皮膚間接觸情形等都會影響心電訊號的品質，進而影響判斷結果，因此，一般多僅在需進一步確認心臟疾病時才進行心電訊號的測量；再者，若採用一般傳統的黏貼式電極進行測量，長時間使用極可能造成皮膚不適，而近年來開始使用的乾式電極，雖解決了此一問題，卻又面臨了心電訊號品質極容易受操作期間電極與皮膚間的接觸穩定性以及伴隨出現之肌電訊號等情形的影響，此外，長時間的檢測將產生大量的資料，無論是儲存於裝置內、或是上傳至雲端，皆會消耗大量的儲存空間，而且事後分析與解讀的進行，無論是傳統上由醫護人員人工進行分析解讀，或是採用雲端計算的方式，都是需要耗費大量計算資源才能完成。

故由上述可知，對於心血管訊號檢測領域而言，透過脈波訊號或是心電訊號各有其優點，也因此，本發明選擇透過結合兩者優點的方式而最大化心血管訊號檢測的效益。

舉例而言，其中一種可能是，可透過監測脈波訊號而得知心率變化(Heart rate variation)，進而偵測是否發生心血管事件，例如，心律不整可能事件，並在偵測到發生心血管事件時，進行心電訊號的擷取，以結合連續監測以及即時獲得詳細心臟資訊的優勢，完整地記錄下心血管活動監測過程中的所有生理狀況。

或者，也可實施為使用者在發覺心臟出現不舒服狀況時，才進行心電訊號的檢測，並在心電訊號的分析結果顯示心臟確實出現異常時，再開始脈波訊號的連續偵測，以接著即時連續監測心血管活動情形，亦即，在確認有監測需求的情形下才啟動連續偵測。

另一種可能則是可同時擷取心電訊號以及脈波訊號，以透過兩者間的關係而計算得出脈波傳遞時間(PTT，Pulse Transmit Time)，其中，脈波傳遞時間是指動脈脈波從心臟收縮開始(心電訊號檢出QRS波)傳至某一分支動脈血管之間的時間差，而基於PTT與血壓之間的特定關係式，就可得出有關血壓的相關數值。

因此，無論心電訊號以及脈波訊號的擷取先後順序為何，當兩者相結合時，所帶來將不僅止於單純取得兩種訊號，而是可以獲得更進一步的其他效益。

而為了讓使用者可簡易且無負擔地進行操作，本發明更進一步採用分散式的訊號擷取裝置架構，並以穿戴的形式實施。

請參閱圖1A-1B，其分別顯示根據本發明一較佳實施例的方塊示意圖以及實施示意圖。如圖所示，本發明的系統包括一處理單元(processing unit)10，一指戴式脈波訊號擷取裝置12，以及一頸戴式心電訊號擷取裝置14，其中，該處理單元10是作為系統的控制中心，例如，控制心電訊號、脈波訊號的擷取、顯示、分析、儲存、及/或傳輸等；該指戴式脈波訊號擷取裝置12包括一指戴結構，以將裝置設置於使用者的一手指，至少一光感測器，以及一電路，以透過該至少一光感測器而自使用者身上取得脈波訊號；而該頸戴式心電訊號擷取裝置14則是包括一頸戴結構141，以將裝置於使用者的胸前，至少二心電電極142，143(顯示於圖2中)，以及一電路，以透過該至少二心電電極而自使用者身上取得心電訊號。在此，需要注意地是，上述電路中尚包括如類比數位轉換器，濾波器，電池等各種達成生理訊號擷取所需的電路元件，皆為本領域具通常知識者所熟知，故即不贅述。

首先，為了連續取得脈波訊號，在此實施例中，是利用指戴結構將光感測器固定於手指。選擇指戴形式的原因在於，指戴形式對一般使用者而言，就如同配戴戒指一樣，不但是熟悉且無須重新學習的使用方式，且長時間配戴亦不會感到負擔，而且，特別地是，手指由於生理結構的關係，可取得相當良好且穩定的光訊號，故特別適合用於心率、SPO₂的連續測量。

在此，需要注意地是，指戴結構於手指上的設置位置以近節指骨或中節指骨所在的指節為佳，不但可避免因位置接近手指末端而發生因手部動作脫落的情形，也可最大程度地不影響使用者的手部動作，更適合於日常生活中使用。

接著，會選擇頸戴形式作為設置心電訊號檢測裝置之媒介的原因則在於：

1.透過頸掛的形式，裝置可自然地被置於軀幹前方，如鎖骨下方、胸前、腹部前方等位置，因為正如本領域具通常知識者所知，軀幹是心電訊號最強的區域，因此，這樣的設置首先確保了所取得的訊號有足夠的強度；而且，由於位在心臟周圍心電訊號強度夠的位置，故電極設置的限制小，例如，距離可以很短。

2.另外，頸戴形式也讓裝置可自然地位在衣服與軀幹之間，電極接觸軀幹的動作只需舉手壓住裝置即可完成，不但自然、簡單，亦無任何的場合限制，而且也更具即時性，解決了一般手持式心電檢測裝置必須特地自袋中取出才能進行檢測的問題。

3.再者，由於壓住裝置的動作相當穩定，無論實施為二心電電極同時接觸胸膛、或分別接觸胸膛及按壓手，肌電訊號所造成的干擾都可被降至最低。

4.此外，頸戴形式也讓使用者可長期地穿戴於身上，就如同配戴項鍊一樣，符合一般使用習慣，不額外增加負擔，即使於運動期間亦適合使用。

故由上述可知，頸戴形式的心電檢測裝置正好是達成本發明構想的最適合心電檢測裝置設置方式，不但可輕易取得清晰訊號、肌電訊號干擾被減至最小，更讓使用者可在不覺負擔的情形下最迅速地進行心電訊號擷取。

在此，該頸戴結構可以實施為各種形式，例如，可以是一般常見的項鍊、項圈，或者，也可以是任何環繞於頸部、並可將裝置設置於使用者胸前的帶體，沒有限制；另外，指戴結構同樣沒有限制，可以實施為戒指的形式，環繞帶體的形式，或是非封閉式的指戴結構，例如，C型結構，只要能將確保光感測器與皮膚間的相對位置維持穩定即可，沒有限制。

另外，電極的設置亦有各種可能，舉例而言，可設置於透過頸戴結構而設置於胸前之殼體的表面上，例如，如圖2A所示，二個電極142，143皆位於朝向胸膛的表面上，因而就只需方便地利用手掌將裝置壓向胸膛即可(如圖2B所示)；或者，如圖2C所示，也可以一個電極142位於朝向胸膛的表面，另一電極143位於相對的表面，以接觸按壓殼體的手部，在此，由於按壓的手部亦需完成與電極間的接觸，因此，較佳地是利用手指進行按壓(如圖2D所示)，而特別地是，亦可透過採用電容式、感應式、電磁式等的非導電電極形式而達到隔著衣服進行檢測；另外，電極也可設置於頸戴結構與皮膚接觸的表面上，例如，如圖2E所示，其中一個電極位於殼體上接觸胸膛142，而另一電極143位於頸戴結構上，接觸胸膛及/或頸部周圍的位置，此時，由於手部按壓殼體的動作可連帶地使得頸戴結構與皮膚間的接觸更緊密，因此，同樣可達成良好的電極接觸，而在此，特別地是，該頸戴結構亦可實施為由導電材質製成，以直接作為電極，因此，可以有各種實施可能，沒有限制。

此外，特別地是，請參閱圖2F所示之頸戴式心電訊號擷取裝置，其與圖2A之間等於是將長方形殼體旋轉90度所達到的效果，而這樣的旋轉所帶來的優勢則在於：當進行心電圖測量時，每兩電極就可得出一個角度的心電圖，也就是，電極的設置位置決定了心電圖所反應之心臟電氣活動的投影角度，而由於心臟是立體的，且產生病變的心臟部位可能位在任何心臟位置，例如，心肌梗塞的檢查需要察看心電波形中是否出現因心肌壞死而出現的ST飄移，但往往可能因為其發生位置的關係而在某些角度下無法被察覺，此時，就需要透過不同角度的心電圖才有可能檢查得出來，因此，取得不同角度之心電圖對於判斷心臟疾病有很大的幫助，而在本發明的實施方式中，由於電極皆位於殼體上，除了電極位置可很簡單地透過移動殼體而移動，再加上殼體位在軀體前方，與心臟距離很近，即使短距離的移動亦可獲得角度差別很大的不同心電圖，甚至即使只是轉動殼體，也可以有同樣的效果，因此，透過這樣的設置，即使是很簡單的一個頸戴式心電檢測裝置，同樣可以為使用者提供多角度的心電圖，並提供更多有關心臟狀態的資訊。

另一方面，為了進一步提升使用簡易度，兩個裝置皆實施為具備無線傳輸模組，以執行無線通訊功能，進而將接線複雜度降至最低，例如，可用於生理資訊的傳輸，或是用於進行無線溝通等，如此一來，即使同時穿戴兩個裝置，使用者亦不會感到配置複雜，將會是類似同時配戴戒指及項鍊的感覺。

再一方面，由於本發明的主要目的之一在於藉由結合兩種生理訊號而獲取更多的心血管活動資訊，因此，重要地是，在採用無線傳輸的情形下，必須明確地保留分開穿戴的裝置所分別取得的生理訊號間的時序關係，如此一來，才能確保接下來所進行的分析、解讀、判斷的正確性。

據此，根據本發明的該處理單元進一步被建構以建立心電訊號以及脈波訊號間的一時序關係，而在具有此時序關係的情形下，則無論兩個裝置所取得之生理訊號的先後順序為何，皆不會對分析、解讀、判斷造成影響。

舉例而言，當因為分析連續測得之脈波訊號而發現心血管事件，例如，心律不整可能事件，進而起始心電訊號測量時，透過時序關係的建立，事後分析就可很清楚地透過時間軸的對齊而得知心電訊號測量的同時，脈波訊號的變化情形，此時，若心電訊號亦同時記錄下相同的心率變化(Heart rate variation)特徵，則就可藉此得知發生心血管事件時的脈波訊號變化，進而回推而得知未測量心電訊號前的脈波變化中是否亦存在有類似的心率變化特徵，也可多注意是否有不同類型的心律不整可能事件，例如，有些患者於一開始僅有SVEB(Supraventricular Ectopic Beat，室上性異位搏動)的症狀，但隨著時間可能演變成AF(Atrial Fibrillation，心房顫動)；另外，若心電訊號未測得心血管事件，則亦可藉由觀察同時間記錄下的脈波訊號而回推確認先前的心血管可能事件是否為誤判，並可藉此對分析連續脈波訊號的演算式進行校正，相當具有助益。再者，透過連續記錄下的脈波訊號(開始心電測量之前以及之後)所獲得的連續心率變化，還能進行HRV分析，並得知自律神經的活動情形，以藉此瞭解心律不整可能事件的發生是否與自律神經活動有關。所以透過這樣的設計，就可在不增加使用複雜性且亦有效減少資料量的情形下，完整地記錄下心血管活動監測過程中的所有生理狀況。

或者，替代地，時序關係的建立亦有助於下列的情形，例如，可實施為使用者一開始僅穿戴心電訊號擷取裝置以及脈波訊號擷取裝置，但不執行訊號擷取，然後，在穿戴期間內，當發覺心臟出現不舒服狀況時，先利用按壓方式進行心電訊號的檢測，並在心電訊號的分析結果顯示心臟確實出現異常時，再啟動脈波訊號擷取裝置執行連續偵測，以接著即時監測心血管活動情形，並因此記錄下連續的心血管活動資訊，以供後續進行分析、解讀，亦即，僅在確認有監測需求的情形下才啟動連續偵測，例如，在利用心電訊號擷取裝置測得心房顫動(AF，Atrial Fibrillation)症狀時，一般會採用藥物治療的方式，而服藥後則是需要追蹤觀察是否症狀獲得緩解，而由於持續的心電訊號擷取並不容易達成，此時，藉由脈波訊號擷取裝置進行連續偵測就是最好的選擇。而且，進一步地，透過這樣的方式，還可達到節省裝置電量以及減少資料量的優勢。

再進一步地，透過時序關係的建立，在心電訊號以及脈波訊號實施為同步擷取時，可提升脈波傳遞時間(PTT，Pulse Transmit Time)的計算結果精準度，而透過PTT與血壓之間的特定關係式，將可有助於提供更具意義的血壓變化相關數值。所以，透過這樣的方式，使用者就可在已進行脈波訊號連續偵測的情形下，隨時在出現測量血壓的需求時，藉由按住胸前的心電檢測裝置、並啟動心電訊號的擷取的方式，而輕易地記錄下血壓變化，相當方便。

且進一步地，透過建立此一時序關係，還可帶來更多的優勢，例如，當心電訊號的判讀發生困難時，例如，由於訊號強度過小、及/或肌電訊號干擾而導致難以確認R波的波峰時，可在脈波訊號與心電訊號進行時序對齊後，透過脈波訊號的波峰位置而在一定的時間窗(Time Window)內反推確認心電圖R波的位置，這則是對於獲得精準心率以及PTT的正確計算有著顯著的幫助。

在此，該時序關係的建立可以有各種方式，舉例而言，可以是該處理單元驅動兩個分散設置之生理訊號擷取裝置間的直接時間同步，如此一來，所產生的兩個生理訊號即會具有相同的時間軸；另一方面，也可以是透過該處理單元送出同步訊號的方式，而在所取得的生理訊號上產生時間戳記(Time Stamp)，或是藉此記錄下兩個分散設置之生理訊號擷取裝置與該處理單元間的時間差，之後，當結合兩種生理訊號時，該處理單元就可以時間戳記、及/或時間差為基礎而調整生理訊號時間軸。舉例而言，在先進行脈波訊號測量，之後基於出現心血管可能事件而進行心電訊號測量的情形中，由於兩種生理訊號開始測量的時間不一樣，但卻需要藉由兩者相互比對才能取得更多如前所述的各種生理資訊，因此，若無法正確地建立兩個訊號間的時序關係，即無法獲得結合兩種訊號所帶來的進一步效益。

在此，需要注意地是，該時序關係的建立可以在任何時間點進行，例如，可以在開始進行監測之前，可以在監測進行的期間，也可以是在監測完成之後，更可以是在整合兩種生理訊號的時候等，例如，可以透過即時傳輸，也可在該處理單元下載訊號/資料的時候，沒有任何的限制。

有鑑於本發明系統採用分散的形式，因此，該處理單元是依實際需求的不同而結合於不同的裝置中，例如，該處理單元可實施為結合於一外部裝置中，或者，替代地，也可直接實施為結合於該頸戴式心電檢測裝置中，或是結合於該指戴式脈波訊號擷取裝置中，沒有限制。在此，該外部裝置可實施為各種具無線傳輸能力且可執行相對應應用程式的裝置，例如，但不限制於，智慧手機，智慧手錶，智慧眼鏡，平板電腦，筆記型電腦，個人電腦，以及智慧電視等。

而且，處理單元建立兩個裝置間時序關係的方式亦無限制，例如，可以是該外部裝置分別與兩個穿戴裝置進行無線溝通而建立時序關係，也可以是該外部裝置在接收或下載來自兩個裝置的訊號時建立兩種訊號間的時序關係，也可以是兩個穿戴裝置間進行無線溝通而建立時序關係，因此，有各種可能，可依實施方式不同而改變。

其中，該外部裝置亦可利用有線傳輸介面，例如，USB介面，而與兩個裝置進行溝通，尤其在該外部裝置實施為於檢測結束後才自兩個裝置下載生理訊號或生理資訊的情形中，訊號擷取裝置可自身上取下，故利用有線連接方式同樣可行。

當該處理單元設置於外部裝置中時，該外部裝置將可透過無線溝通的方式，例如，透過手機上的應用程式，而分別控制兩個裝置，並且，由於外部裝置無須穿戴於身上，在體積上限制較小，因此，將更適合即時顯示更多元的生理資訊，例如，除了心率數值顯示外，還可透過螢幕顯示即時的心電波形變化等，另外，亦可提供更多計算、分析，進一步增加可獲得的資訊，例如，可提供自律神經活動情形、HRV、RSA呼吸資訊等。

而且，透過外部裝置，還可進一步連接至遠端伺服器，例如，將所取得的生理訊號及/或分析結果傳送至雲端進行分析、儲存，或是透過遠端伺服器而傳送給醫護人員，進一步擴大使用效益。

進一步地，該處理單元還可實施為，當脈波訊號的分析結果中發現心血管事件時，產生通知訊號，例如，聲音、振動、閃光等，以藉此通知使用者心血管事件的發生，並讓使用者得知此時適合進行心電訊號測量，例如，舉起手按壓胸前的裝置，以達成電極的接觸。

而在此，除了實施為讓使用者自行決定是否進行心電訊號測量外，也可實施為在產生通知訊號的同時即啟動心電訊號測量，此時，只要使用者執行按壓動作而達成電極接觸後，心電訊號馬上開始進行擷取，或者，也可在偵測確定電極與皮膚間接觸以穩定後，例如，透過偵測皮膚阻抗(impedance)或皮膚導電路，再啟動心電訊號測量，因此，沒有限制。

因此，在一較佳實施例中，使用者的生理監測過程可以如下所述：使用者於日常生活中在手指上配戴指戴式脈波訊號擷取裝置，並在胸前配置戴頸戴式心電訊號擷取裝置，並利用智慧型手機上的應用程式監控即時心血管活動的情形，其中，透過指戴結構確保脈波訊號的連續擷取，使用者就可在手機上即時地獲得心率資訊，以及根據心率而可得出的其他生理資訊，例如，自律神經活動情形，HRV，RSA呼吸資訊等，而在連續監測的過程中，若分析結果發現出現心血管事件，例如，心律不整可能事件，則手機即發出通知，例如，聲音、閃燈、螢幕出現訊息、振動等，讓使用者即時得知出現生理狀況，而透過這樣的提醒，由於使用者已於胸前配戴有心電訊號擷取裝置，故此時，若使用者覺得有需要記錄下心電訊號時，就只需透過按壓胸前的裝置啟動測量即可，相當方便。

若使用者進行了心電訊號的擷取，則手機上的應用程式將會即時地提供相關的分析，讓使用者可先行瞭解自身的生理狀況，另外，心電訊號亦會被記錄下來，以供醫生進行分析判讀以及用於長期追蹤等。由於手機已成為現代人隨身必備的裝置，因此，透過這樣的設計，就可將心血管活動監測自然地融入日常生活中，大大提升大眾接受度。

另一方面，替代地，該處理單元亦可實施為設置於該指戴式脈波訊號擷取裝置中，並由設置於手指上的裝置作為控制中心，例如，該指戴式脈波訊號擷取裝置可具有一操作介面，讓使用者透過該操作介面而控制脈波訊號及/或心電訊號的擷取，分析，是否進行儲存，是否對外傳輸等。

或者，將該處理單元設置於該頸戴式心電訊號擷取裝置中亦是選擇之一，例如，該頸戴式心電訊號擷取裝置可具有一開關，可因手部按壓裝置進行心電訊號檢測的動作而被切換，進而啟動心電訊號的擷取，在此，進一步地，該開關亦可實施為與電極相結合，如此一來，透過達成電極接觸的動作就可同時啟動心電訊號的擷取，讓操作更為方便。

因此，本發明透過處理單元所提供的特殊時序關係建立功能，讓整體系統即使採用無線分散模式，仍可完整且正確地提供有關心血管活動的資訊，並且也讓使用者輕鬆、簡單地進行操作，不感複雜，大大增加使用者的使用接受度。

另外，很重要地是，在利用連續脈波訊號而判斷心血管可能事件時，除了透過演算式分析是否具心血管事件特徵外，尚可進一步地於分析前先行判斷所取得之脈波訊號的品質，以確保所提供之心血管活動資訊的正確性。

採用訊號品質判斷資訊的原因在於，希望可以提供正確的心血管活動資訊給使用者。一般習知的心率監測裝置在不考慮訊號品質的情形下，很容易因是以品質不佳的訊號作為分析基礎而導致提供給使用者的心血管資訊不正確，例如，錯誤的心率資訊，或是誤判為發生心血管事件等，反而造成使用者的困擾，因此，若能先瞭解訊號品質的高低，就可避免這樣的情形，也讓使用者可獲得即時且正確的心血管活動資訊。

影響訊號品質的因素有很多，而不同的因素對訊號產生的影響也不同，例如，生理訊號的人為干擾源(artifacts)及/或雜訊(noises)，生理感測元件設置的穩定度，裝置本身所帶來的干擾，周圍環境所帶來的干擾等都是可能的因素，其中，使用者的生理訊號出現人為干擾源及/或雜訊是很常見的情形，尤其當使用者正在移動或運動時，不過，由於根據本發明的裝置本意就在於讓使用者穿戴於身上持續進行檢測，因此，使用者出現身體移動是自然且被預期的情形；另外，生理感測元件出現設置未完全的情形，例如，與皮膚間的接觸不足或不夠穩定，也是很常見的情形之一，但只要特別注意就可以被避免；此外，來自外部的干擾，例如，裝置本身之連接線的擺動、或是外在環境的電磁波干擾等都可能為所取得的生理訊號帶來雜訊，故也都是需要考慮到的因素，因此，影響訊號品質的因素有許多可能，沒有一定的限制。

在本發明中，訊號品質的判斷方式是，在取得生理訊號的同時，亦會取得一訊號品質相關資訊，而當該訊號品質相關資訊符合一預設條件時，例如，穩定度、清晰度、訊號雜訊比(S/N比，Signal to noise ratio)等高於一預設值時，表示訊號品質高，而當該訊號品質相關資訊不符該預設條件時，例如，穩定度、清晰度、S/N比等低於一預設值時，則表示訊號品質低。

據此，進一步地，根據本發明的該處理單元還可實施為預載多個演算式，並可根據訊號品質的判斷結果，而選擇性地執行不同的演算式，舉例而言，可設定為，當訊號品質不符合預設條件時，即受限地僅能執行部分的演算式，例如，僅能提供平均心率，而只有當訊號品質符合預設條件時，才可執行所有的演算式，例如，可提供即時心率、心律不整可能事件等；或者，進一步地，在決定該訊號品質時，還會判斷所取得的訊號是否適合執行計算，例如，使用者身體移動過於激烈而造成訊號品質太差，此時，該處理單元就可選擇不執行任何計算，並待訊號品質恢復至足以執行演算式時，才執行演算式的選擇。

而且，較佳地是，該訊號品質除了作為決定要採用哪一種演算法的基礎外，亦可作為另一種資訊而顯示予使用者，舉例而言，當使用者處於靜止時，品質指數/等級卻顯示為低，則使用者就可因為這樣的提醒而知道可能是因生理感測元件設置未完全所造成的品質不佳，進而即時進行調整；或者，該訊號品質也可作為使用者於安裝或測量期間的操作指引，例如，當使用者將裝置安裝到身上時，可透過訊號品質資訊判斷是否已正確安裝，或是，當有需要手動進行測量時，也可透過即時提供的訊號品質資訊而得知當下的操作是否正確，因此，無論何種狀況，都將可減少因為不當操作而產生的誤差。

在本發明另外的較佳實施例中，脈波訊號的取得位置除了手指之外，亦可以有不同的選擇。由於相較於心電訊號，光感測器/壓力傳感器的設置位置選擇限制較小，只要是可穩定取得血液心血管訊號的位置皆可，例如，手腕、耳朵、頭部等都是常見的取樣位置，此時，只需再考量穿戴結構不造成使用者的負擔即可。

舉例而言，圖3A顯示了腕戴式脈波訊號擷取裝置22，其透過腕戴結構而以手腕作為取樣位置。在手腕上配戴手錶、手鍊、飾品等是現代人熟悉且廣為接受的形式，因此，使用者可透過與配戴手錶類似的使用方式而在日常生活中取得連續的脈波訊號，進而獲得心血管活動資訊，而且，若有需要設置顯示或操作介面，腕部亦是相當適合且自然的位置。

另外，圖3B則顯示眼鏡式脈波訊號擷取裝置24，其透過眼鏡結構設置於頭上，進而自頭部取得血液心血管訊號。近年來，眼鏡已不再限於近視患者配戴，逐漸成為裝飾配件，是一般人日常生活中常見且經常使用的配件，因此，採用眼鏡形式除了符合連續配戴的要求外，更有助於提升使用者的接受度。

在此所敘述的眼鏡結構是指，藉由耳廓以及鼻子作為支撐點而設置於頭上、且會與頭部及/或耳朵之皮膚產生接觸的穿戴結構，因此，不限於一般的眼鏡結構，亦包括其變形，舉例而言，可以是對頭顱兩側具夾力的結構，或實施為兩邊鏡腳不對稱的形式，例如，一邊鏡腳於耳廓後方具有彎曲部分，另一邊鏡腳則不具彎曲部分僅架於耳廓上方，並且，亦可不具鏡片，因此，有各種可能性，沒有限制。

光感測器則可設置於眼鏡結構上貼近頭顱及/或耳朵的位置，例如，鼻梁，山根，兩眼間區域，太陽穴，耳廓背面，耳廓與頭顱間V型凹陷，以及耳廓附近的頭顱等，沒有限制。

另外，如圖3C-3E所示，也可透過耳戴結構而自耳朵及/或耳朵附近的頭部區域取得血液心血管訊號。在現代人的生活中，耳機的使用越來越普遍，尤其在搭乘大眾交通工具、行走期間，很常使用耳機聽音樂，因此，採用耳戴形式不但不顯突兀，亦可自然融入日常生活中，而且，更具優勢地是，可直接實施為與耳機相結合的形式，例如，與用來聽音樂的耳機，或是用來收發聲音的耳機麥克風等相結合，且亦不限於是雙邊耳戴或單邊耳戴形式，或是採用耳塞或耳掛形式，如此一來，還可直接利用耳機作為資訊提供介面，以將生理資訊、通知訊息等提供予使用者，相當具便利性。

當光感測器實施為藉由耳戴結構而設置於耳朵上及/或耳朵附近時，其設置位置可依耳戴結構的實際實施情形而改變，例如，如圖3C所示，當該耳戴結構實施為耳塞形式時，即成為耳塞式脈波訊號擷取裝置26，可被設置於耳道內、耳道口、耳甲腔、耳甲艇、耳甲牆、耳甲底部、耳屏、耳屏間切跡、對耳屏等位置，亦即，耳塞設置於耳廓內面時可接觸到的位置，或者，如圖3D所示，當該耳戴結構實施為耳掛結構時，即成為耳掛式脈波訊號擷取裝置27，光感測器可被設置於耳後部件上，以自耳廓背面，耳廓與頭顱間V型凹陷，或耳廓附近的頭顱取得訊號，或者，也可實施為耳塞配合耳掛的結構，再或者，也可如圖3E所示，實施為耳夾式脈波訊號擷取裝置28，以夾設於耳垂上，因此，沒有限制。

另外，特別地是，光感測器亦可透過頸戴結構而設置於頸後的位置，如圖3F所示。當在決定光感測器的測量位置時，最需要考慮的是於該位置所能取得之訊號的強度及品質，因其對分析結果有著極大的影響，故在此考量下，經由實驗測試得知，當採用頸戴形式時，頸戴結構所能觸及的生理位置，再配合頸戴結構與人體接觸的特性，頸後是可取得強度高且品質佳之光訊號的位置。

而這個位置正好可以配合頸戴式心電檢測裝置14的頸戴結構141，如此一來，使用者將僅需配戴單一個穿戴結構就可達到兩種生理訊號檢測裝置的配置，相當方便，並且，配置於胸前之心電訊號檢測裝置的重量，也有助於頸後光感測器的設置穩定性。

在此，該光感測器30可透過直接結合於該頸戴結構上的方式，或如圖3F所示，可透過結合在該頸戴結構141所承載的一殼體34上的方式而設置於頸部後方，而無論採用何種方式，較佳地是，採用符合頸部後方人體工學的材質及/或結構，舉例而言，該頸戴結構可實施為長度較短，剛好圍繞頸部，減少位移，或者，也可將該頸戴結構接觸頸部後方的部分實施為符合頸部的曲度、及/或採用彈性材質製成，例如，矽膠，橡膠，泡棉，記憶金屬，可撓曲塑膠材質等，以增加服貼性，減少位移，另外，同樣較佳地是，當光感測器是設置於殼體表面時，殼體的形狀實施為符合頸部的曲度、及/或殼體採用彈性材質製成，因此，沒有限制，只要能增加光感測器設置於頸部後方之穩定性的方式屬本發明的範疇。

另外，在本發明再一的較佳實施例中，根據本發明的分散式系統亦適合實施為衣服的形式，如圖4所示，以透過彈性布料而提供與身體表面間的服貼性，無論是光感測器30、或心電電極42皆可達成穩定的設置，而且，衣服形式更有利於連續監測的進行，使用者只要穿上衣服即可，相當方便。

舉例而言，由於電極與皮膚間的接觸就可透過選擇彈性布料而達成，因此，電極設置位置將可以有更多的選擇，例如，可設置於胸前、背後等，至於電極實施的形式則亦有許多可能，例如，可利用導電纖維而在製造衣服時直接形成電極，或者，可將電極直接結合於布料上，例如，金屬片、導電橡膠等，或是透過依附元件而固定於布料上，例如，透過釦子、魔鬼氈、別針等，沒有限制。

至於光感測器，則可利用衣領與頸部周圍的服貼性而設置於頸後的位置，在此，該光感測器可實施為直接與衣領結合在一起，或者，也可透過依附元件而固定於衣領上，例如，透過釦子、魔鬼氈、別針等，然而，光感測器的設置位置並不限於頸部周圍，只要是衣服覆蓋範圍中可取得血液心血管訊號的位置皆可設置，例如，胸前、手臂等位置，因此，沒有限制。

而且，進一步地，透過上述的穿戴結構，將使得根據本發明的系統被應用於取得PTT(脈波傳遞時間)時，可更具優勢，其中，當採用耳戴結構、眼鏡結構、頸戴結構時，光感測器的設置位置在測量期間，無論使用者的姿勢為何，與心臟間的相對高度皆維持固定，另外，若腕戴結構或指戴結構實施為設置在按壓胸前裝置的該肢體上時，則由於按壓動作於心電訊號檢測間不產生移動，故其與心臟間的相對高度亦可維持固定，而根據血液動力學可知，PTT會受到測量位置與心臟位置間高度差的影響，因此，透過這樣的方式，一般PPT測量時常見之因取樣位置相對於心臟不固定所產生的影響，將可被排除，如此一來，只要經過校準(calibration)之後，就可穩定地獲得精準的血壓值，而且，這樣的測量方式還可不受站姿或坐姿的影響，相當具有優勢。

根據本發明另一方面的構想中，亦可選擇兩個脈波訊號的組合，例如，於身體的兩位置分別設置光感測器，以分別取得脈波訊號。

而選擇此種組合的原因在於，高血壓是相關於如心臟病及糖尿病等各種慢性疾病的危險因子之一，故對現代人而言，血壓是相當重要、且需要長期監控的生理參數，而當二個光感測器分別設置於身體不同的位置時，就可透過計算兩處脈波傳遞的時間差而獲得相關脈波傳播速度(Pulse Wave Velocity，PWV)的資訊，而經由其與血壓值間特定的關係式，即可計算出參考的血壓值。

正如前所述，光感測器的設置相當簡單且方便，再配合上穿戴結構而實現連續訊號擷取，因此，使用者將可在日常生活中隨時瞭解自己的血壓變化趨勢，舉例而言，只需簡單地設置二個穿戴結構，例如，指戴結構，腕戴結構，耳戴結構，眼鏡結構，頸戴結構，衣物等，並啟動訊號擷取，則接下來的穿戴期間無須任何的檢測動作，就可輕鬆掌握血壓的狀態，不但方便，亦不造成負擔。在此，特別地是，基於眼鏡結構特性，亦可實施為兩個光感測器分別位於兩邊鏡腳上，如此一來，單一個眼鏡結構即可達到取得血壓資訊的目的，相當具有優勢；另外，若實施為衣物形式時，亦很適合透過在同一件衣物的兩個位置上設置光感測器的方式而達到檢測目的。

另一方面，如此之組合的檢測方式亦可實施為，其中一個光感測器執行連續的脈波訊號擷取，而另一個光感測器則是在有需要時才被啟動，在此情形下，連續取得的脈波訊號同樣可用於提供即時生理資訊，例如，心率，及/或用來判斷是否發生心血管事件，例如，心律不整可能事件，以作為長時間監測之用。

至於另一光感測器的啟動時機，則可以有各種選擇，例如，可以是在偵測發現心血管事件時，啟動執行偵測，一來可再取得另一脈波訊號而用於相互確認，避免誤判的發生，二來亦可取得血壓參考數值，進而瞭解血壓與該心血管事件間的關係。

而在此情形下，時序關係的建立則更顯重要，因為無論是兩個訊號間的相互參照，或是用以計算取得血壓參考數值，一切的基礎皆在於兩個訊號間的時序關係，因此，本發明所提出建立時序關係的程序，對於本發明的系統是否能正確地提供生理資訊有著決定性的影響。

另外，由於PPG感測器亦可取得相關血氧的資訊，例如，當具有紅外線(Infrared)以及紅色光線(Red)兩種光源時，可取得血氧濃度(SPO₂)，因此，亦可實施為，因出現心血管事件而被啟動的光感測器是用以血氧濃度，以藉此得知血氧濃度變化與此心血管事件間的關係。

在此，由於光感測器是藉由穿戴結構而設置於身上，處於可直接取得生理訊號的狀態，因此，可實施為在有需求時由該處理單元自動起始訊號擷取，或者，也可實施為由使用者手動啟動，例如，透過手機應用程式的操作，沒有限制。

綜上所述，透過分散式的硬體設計、多穿戴結構的採用、以及無線溝通技術，根據本發明的心血管活動監測系統實現了即時且完整取得心血管活動資訊，卻不造成使用者負擔的可能，而且，藉由採用多種心血管生理訊號，再配合上各種心血管生理訊號間的相關性，檢測的效益可被最大化，再者，進一步地，透過建立多個生理訊號間的時序關係，無論是心血管活動資訊的提供，或是心血管事件的判斷，都可確保結果的正確性。

Claims

一種分散式心血管活動監測系統，包括：一脈波訊號擷取裝置，包括：一第一穿戴結構，用以將該脈波訊號擷取裝置設置於一使用者身上；一光感測器；一第一電路，被建構以透過該光感測器而自使用者身上取得一脈波訊號；以及一第一無線傳輸模組，用以執行無線通訊功能；一心電訊號擷取裝置，包括：一第二穿戴結構，用以藉由該使用者的頸部而將該心電訊號擷取裝置設置於該使用者的胸前；一殼體；一第一心電電極以及一第二電極，設置為該殼體的表面，其中，該第一心電電極位在該殼體朝向胸前的一表面上；一第二電路，被建構以透過該第一心電電極以及該第二心電電極而自使用者身上取得一心電訊號；以及一第二無線傳輸模組，用以執行無線通訊功能；以及一處理單元，用以建立該脈波訊號以及該心電訊號間的一時序關係，其中，在心血管活動監測的一執行期間內，該時序關係被作為分析該脈波訊號以及該心電訊號間之相互關係的基礎，並據以提供該使用者一心血管活動資訊。
如申請專利範圍第1項所述之系統，其中，該脈波訊號進一步得出下列的其中之一或多，包括：心率變化(Heart Rate Variation)，以及血氧濃度。
如申請專利範圍第1項所述之系統，其中，該心血管活動資訊實施為下列的其中之一或多，包括：脈波傳遞時間(PTT，Pulse Transmit Time)，以及心律不整可能事件。
如申請專利範圍第1項所述之系統，其中，當該脈波訊號符合一預設條件時，一通知訊號被產生，以通知該使用者。
如申請專利範圍第1項所述之系統，其中，該穿戴結構實施為下列的其中之一，包括：指戴結構，耳戴結構，頸戴結構，眼鏡結構，以及腕戴結構。
如申請專利範圍第1項所述之系統，其中，該第二電極被建構為設置於下列的位置的其中之一，包括：該殼體朝向胸前的該表面，與該表面相鄰的表面，以及與該表面相對的表面。
如申請專利範圍第1項所述之系統，其中，在執行心電訊號的擷取時，該使用者的一手部以朝向胸前的方向對該殼體施力，以達成該第一心電電極以及該第二心電電極與使用者皮膚間的接觸。
如申請專利範圍第7項所述之系統，其中，該第二電極實施為接觸下列的其中之一，包括：使用者的胸膛，以及該手部。
如申請專利範圍第1項所述之系統，其中，該心電訊號擷取裝置進一步包括一起始開關，可在該手部對該殼體施力時達成切換，進而起始該心電訊號的擷取。
如申請專利範圍第1項所述之系統，其中，該處理單元實施為與下列的其中之一相結合，包括：該脈波訊號擷取裝置，該心電訊號擷取裝置，以及一外部裝置。
如申請專利範圍第10項所述之系統，其中，該外部裝置實施為下列的其中之一，包括：智慧手機，智慧手錶，智慧眼鏡，平板電腦，筆記型電腦，個人電腦，以及智慧電視。
如申請專利範圍第1項所述之系統，其中，該處理單元進一步提供下列功能的其中之一或多，包括：控制訊號擷取，分析訊號，顯示訊號，儲存訊號，以及傳輸訊號。
一種分散式心血管活動監測系統，包括：一第一心血管訊號擷取裝置，包括：一第一穿戴結構，用以將該第一心血管訊號擷取單元設置於一使用者身上；至少一第一生理感測元件；一第一電路，被建構以透過該至少一第一生理感測元件而自使用者身上取得一第一心血管訊號；以及一第一無線傳輸模組，用以執行無線通訊功能；一第二心血管訊號擷取裝置，包括：一第二穿戴結構，用以將該第二心血管訊號擷取單元設置於該使用者身上；至少一第二生理感測元件；一第二電路，被建構以透過該至少一第二生理感測元件而自使用者身上以取得一第二心血管訊號；以及一第二無線傳輸模組，用以執行無線通訊功能；以及一處理單元，用以建立該第一心血管訊號以及該第二心血管訊號間的一時序關係，其中，在心血管活動監測的一執行期間內，該時序關係被作為分析該第一心血管訊號以及該第二心血管訊號間之相互關係的基礎，並據以提供該使用者一心血管活動資訊。
如申請專利範圍第13項所述之系統，其中，該心血管活動資訊包括下列的其中之一或多，包括：脈波傳遞時間(PTT，Pulse Transmit Time)，脈波傳播速度(PWV，Pulse Wave Velocity)，以及心律不整可能事件。
如申請專利範圍第13項所述之系統，其中，該第一心血管訊號擷取裝置實施為血液心血管訊號擷取裝置，以及該至少一第一生理感測元件實施為一光感測器，以及該第二心血管訊號擷取裝置實施為心電訊號擷取裝置，以及該至少一第二生理感測元件實施為包括一第一心電電極以及一第二心電電極。
如申請專利範圍第13項所述之系統，其中，該第一心血管訊號擷取裝置實施為第一血液心血管訊號擷取裝置，以及該至少一第一生理感測元件實施為一第一光感測器，該第二心血管訊號擷取裝置實施為第二血液心血管訊號擷取裝置，以及該至少一第二生理感測元件實施為一第二光感測器。
如申請專利範圍第13項所述之系統，其中，該第一穿戴結構以及該第二穿戴結構實施為下列的至少其中之一，包括：指戴結構，腕戴結構，耳戴結構，頸戴結構，眼鏡結構，胸帶，以及衣物。
如申請專利範圍第13項所述之系統，其中，當其中一心血管訊號符合一預設條件時，另一心血管訊號的擷取被起始。
如申請專利範圍第13項所述之系統，其中，當其中一心血管訊號符合一預設條件時，一通知訊號被產生，以驅使使用者手動起始另一心血管訊號的擷取。