TW201907863A - 具有確定頸動脈血壓的多功能量測裝置 - Google Patents

具有確定頸動脈血壓的多功能量測裝置 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種具有確定頸動脈血壓的多功能量測裝置，其包括：一心搏感測單元，其係設於胸口部位，藉以獲取心搏訊號；一脈搏感測單元，其係設置於頸部部位相對於頸動脈的位置，藉以獲取脈搏訊號；及一數據計算單元，其係與該心搏感測單元及該脈搏感測單元通訊，處理來自該心搏感測單元及來自該脈搏感測單元的訊號，並進一步獲得頸動脈的平均動脈壓。本發明不僅可偵測頸動脈血壓及脈波速度，更可進一步利用量測結果判別頸動脈狹窄與腦血流容積，可快速篩檢心血管疾病高風險族群之頸動脈狹窄程度，在全球醫療市場上有相當高的需求性。

Description

具有確定頸動脈血壓的多功能量測裝置
本發明係關於一種血壓量測裝置，特別係關於一種用以確定頸動脈血壓之多功能量測裝置。
腦血管疾病(cerebrovascular accident)長年位居我國前五大死因，更是造成青壯年人口失能與殘障的主因之一，是國人健康的重要敵人。在腦血管疾病中，缺血性腦中風(stroke)肇因於腦部供血量不足，導致中樞神經的損害，易好發於六十到七十歲的病患，其危險因素包括：粥狀動脈硬化、高血壓、糖尿病、高血脂、抽煙、家族病史等等，而粥狀動脈硬化主要為頸動脈狹窄的阻塞約佔20-25%、而與高血壓有關之小洞性梗塞約佔20%、跟心房顫動有關的心律不整所造成的阻塞佔25%、其他不明原因所造成之阻塞則為30%。
在各項危險因素中，頸動脈狹窄與之後同側大腦的缺血性腦中風有相當強的統計學相關性，且頸動脈狹窄程度超過80%的病患之後產生缺血性腦中風及其他併發症的風險，相較於頸動脈狹窄程度低於80%的病患高出將近六十倍(92.3%與1.5%)。此外，隨著時間的進展，頸動脈狹窄 會逐漸嚴重，之後對於身體的損傷亦相對更大。
由此可知，為預防腦中風的發生，臨床上頸動脈的狹窄的偵測與定量十分重要。傳統頸動脈狹窄的診斷方法，一般常用有都卜勒超音波掃描、核磁共振血管攝影、頸動脈血管攝影等方法，分別簡述如下：頸部都卜勒超音波掃描係利用都卜勒效應來檢測顱內底動脈環上各個主要動脈血流動力學，可對血管的流動狀態進行觀察。然而，頸動脈都卜勒超音波因為顱骨限制，故在工程技術上或臨床應用上有所侷限，只能檢測到頸動脈位於頸部相當受限一部分，此限制雖可用穿透頭顱骨都卜勒超音波來補強，但效果有限。
核磁共振血管攝影係利用磁場將人體組織中的氫原子暫時磁化，再藉由無線電波與氫原子共振作用，以線圈收集組織訊號而產生影像，因此，核磁共振血管攝影係利用血流速度再外加磁場中所表現的向量特性，決定所要觀察的血管條件，故所產生的是對血流速度敏感的影像，如果需要觀察更精確的血管解剖構造時，並不如傳統的血管攝影精確。
頸動脈血管攝影是經由鼠蹊部的股動脈或其他週邊動脈穿刺後，在放射線透視監視下，把導管導入頸動脈近端，再注射對比劑，並同時用快速間隔X光照射，藉以攝取顱內或頭頸部血管內腔的影像及血流情況。血管攝影雖可獲得較精確的血管構造影像，但有文獻指出，頸動脈血管攝影與頸動脈內皮刮除術之手術結果病理切片相較下，偽陰性率高達40%。
對於頸動脈狹窄患者而言，罹患缺血性中風和其他併發症的機率要遠遠高於狹窄程度低的病人。頸動脈狹窄與腦血流容積密切相關，腦血流量則與癡呆症有很大的關係。為了防止中風和癡呆的發生，頸動脈狹窄的臨床檢測是非常重要的，常用於診斷頸動脈狹窄和腦血流容積的傳統方法如：頸動脈數位減影血管造影、核磁共振血管攝影、都卜勒超音波掃描等，不僅各有其侷限性、檢查費用高昂，且往往需要花費相當長的時間完成檢測，以最簡便的都卜勒超音波而論，完成一次檢查至少需要二十分鐘，至於核磁共振核磁攝影(MRA)以及血管攝影則更為耗時，而血管攝影及近年來逐漸普及的電腦斷層血管攝影(computed tomography)更有侵襲性以及顯影劑過敏的風險，因此，現行的傳統診斷方法並不適合用於快速篩選測試。對於年長者、有中風病史或是心血管疾病高風險族群而言，發展一種方便且適用於快速篩檢的頸動脈狹窄偵測裝置或技術，對於腦中風和癡呆症的預防乃當務之急，且對於全球醫療市場亦具有相當高的需求性。
有鑑於此，為解決上述問題，本發明之主要目的在於提供一種具有確定頸動脈血壓的多功能量測裝置，其包括：一心搏感測單元，其係設於胸口部位，藉以獲取心搏訊號；一脈搏感測單元，其係設置於頸部部位相對於頸動脈的位置，藉以獲取脈搏訊號；及一數據計算單元，其係與該心搏感測單元及該脈搏感測單元通訊，處理來自該心搏感測單元及來自該脈搏感測單元的訊號；其中，該數據計算單元藉由計算來自該心搏感測單元之該心搏訊號及來自該脈搏感測單元之該脈搏訊號獲得頸動脈的平均動脈壓(mean arterial pressure,MAP)。
於一較佳實施例，該心搏感測單元係一種聲波感測器。
於一較佳實施例，該心搏感測單元係設置於胸口部位之相對於主動脈出口、肺動脈出口、三尖瓣或二尖瓣週側的位置。
於一較佳實施例，該脈搏感測單元係都卜勒雷達(doppler radar)、壓電壓力感測器(Piezoelectric sensor)、阻抗壓力感測器、電容壓力感測器、聲波感測器(acoustic wave sensor)、超音波感測器(ultrasound sensor)或光體積描述信號儀(Photoplethysmographic sensor,PPG)。
於一較佳實施例，該脈搏感測單元係設置於頸部部位之脈搏量測點，該脈搏量測點係以喉結最突點向左側或右側水平外推3±0.3公分為起始點0公分，自起始點0公分至以135度角往離心方向4公分內之範圍。
於一較佳實施例，該平均動脈壓是利用如下公式(I)或公式(II)獲得： 其中，Lp為主動脈出口至該脈搏量測點脈波經過動脈的路徑長度，TPA為脈波抵達時間(pulse arrival time)，a、b、c及A、B、C為校正參數。
於一較佳實施例，該脈搏感測單元包含一具有喉結定位部之貼片。
於一較佳實施例，該多功能量測裝置更進一步包含有一連接至該數據計算單元的通訊模組，該通訊模組係為藍芽通訊模組、WIFI通訊模組、RFID通訊模組、NFC通訊模組、或Zigbee通訊模組。
於一較佳實施例，該數據計算單元係設置於該心搏感測單元、該脈搏感測單元及/或一可攜式裝置。
於一較佳實施例，該多功能量測裝置可進一步獲取心音、血流聲、脈波速度、頸動脈狹窄程度。
本發明之多功能量測裝置可利用非侵入性的電子貼片方式藉由以聲波感測器貼附於心瓣週側的位置，並搭配多種可選擇的脈搏感測單元貼附於頸動脈週側，不僅可偵測頸動脈血壓及脈波速度，更可進一步利用本發明之量測結果診斷頸動脈狹窄與腦血流容積。本發明之多功能量測裝置體積輕便、可手持、可攜帶，且可即時、快速量測頸動脈狹窄程度，適用於醫院、居家行動、醫師診斷、看護中心及研究中心等，對於年長者、有中風病史或心血管疾病高風險族群等在全球醫療市場上有相當高的需求性。
100‧‧‧多功能量測裝置
11‧‧‧心搏感測單元
12‧‧‧脈搏感測單元
121‧‧‧貼片
122‧‧‧喉結定位部
13‧‧‧數據計算單元
131‧‧‧振幅濾波器
132‧‧‧類比數位轉換器
14‧‧‧通訊模組
15‧‧‧顯示單元
200‧‧‧手持式裝置
300‧‧‧穿戴式裝置
圖1，係本發明多功能量測裝置之方塊示意圖(一)。
圖2，係本發明多功能量測裝置之方塊示意圖(二)。
圖3，係本發明多功能量測裝置實施態樣1之使用狀態示意圖。
圖4，係本發明多功能量測裝置實施態樣1之波型圖。
圖5，係本發明多功能量測裝置實施態樣2之使用狀態示意圖。
圖6，係本發明多功能量測裝置實施態樣2之主動脈瓣區心音聲波圖。
圖7，係本發明多功能量測裝置實施態樣2之右頸動脈波型圖。
圖8，係本發明實施例1之波型影像圖。
圖9，係本發明實施例1之相關性分析圖。
圖10，係本發明實施例2之相關性分析圖(一)。
圖11，係本發明多功能量測裝置實施例2之相關性分析圖(二)。
圖12，係本發明多功能量測裝置實施例2之相關性分析圖(三)。
圖13，係本發明多功能量測裝置實施例3之波型影像圖。
有關本發明之詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下。再者，本發明中之圖式，為說明方便，其比例未必照實際比例繪製，該等圖式及其比例並非用以限制本發明之範圍，在此先行敘明。
本文中所稱之「包含或包括」意指不排除一或多個其他組件、步驟、操作和/或元素的存在或添加至所述之組件、步驟、操作和/或元素。「一」意指該物的語法對象為一或一個以上(即，至少為一)。
下文中，將進一步以詳細說明及實施態樣描述本發明，然而，應理解這些實施態樣僅用於幫助可更加容易理解本發明，而非用以限制本發明之範圍。
以下請一併參照「圖1」及「圖2」，其所示為本發明多功能量測裝置較佳實施態樣之方塊示意圖，如圖所示：本發明之主要目的在於提供一種具有確定頸動脈血壓的多功 能量測裝置100，其包括：一心搏感測單元11，其係設於胸口部位，藉以獲取心搏訊號；一脈搏感測單元12，其係設置於頸部部位相對於頸動脈的位置，藉以獲取脈搏訊號；及一數據計算單元13，其係與該心搏感測單元11及該脈搏感測單元12通訊，處理來自該心搏感測單元11及來自該脈搏感測單元12的訊號；其中，該數據計算單元13藉由計算來自該心搏感測單元11之該心搏訊號及來自該脈搏感測單元12之該脈搏訊號獲得頸動脈的平均動脈壓(mean arterial pressure,MAP)。
本文所述之「頸動脈」係指負責頭顱和頸部血流之動脈，其分成左右兩邊，每邊有三段主要的分支，從主動脈分流上來的總頸動脈(common carotid artery)分支成外頸動脈(External Carotid Artery)和內頸動脈(internal carotid artery)，外頸動脈主要為面部血流的來源，內頸動脈主要負責供應腦部組織血流。頸動脈位置表淺，易於探測，因此是發現動脈硬化等疾病的良好窗口。
本文所述之「心搏感測單元11」係指具有實時獲取心搏訊號功能之元件組合，其中可包含硬體或軟體，或是進一步結合輔助件，例如可包含量測心搏的感測器、接收並記錄數據的儲存器、用於數據處理的處理器及其他相關元件，本發明不予限定。前述相關元件例如但不限於：訊號增幅器、供電裝置、微控制單元、通訊單元、功率單元、顯示單元等。前述軟體例如但不限於：數據採集或特徵提取軟體、訊號增幅擴增軟體、數據演算分析軟體等。前述輔助件例如但不限於：貼片、電子貼片、手持式輔助件等。於一較佳實施態樣中，該心搏感測單元11是一種聲波感測器，即利用聲波感測器獲取心臟搏動的聲音/聲波訊號(或稱心音訊號)，由於心 音訊號係對應為心臟瓣膜的運作，故心音訊號可被轉換為心搏訊號。此外，由於心音可反應心臟瓣膜的運作情形，故該心搏感測單元11除可與脈搏感測單元12及數據計算單元13進行通訊外，亦可獨立運作用以獲取用戶心音訊號，利用心音的頻率、強度和相互關係可以反應出心臟瓣膜、心肌功能及心臟內血流的狀況，以進一步判定是否出現例如不規則心音或其他心臟異常情形。關於該心搏感測單元11的設置位置，於一較佳實施態樣中，該心搏感測單元11係設置於胸口部位，該胸口部位係相對於心瓣週側，例如二尖瓣或三尖瓣之房室瓣週側，或是主動脈出口或肺動脈出口之離心動脈出口週側(亦即主動脈瓣或肺動脈瓣之半月瓣週側)。
本文所述之「脈搏感測單元12」係指具有實時獲取脈搏訊號功能之元件組合，其中可包含硬體或軟體，或是進一步結合輔助件，例如可包含量測脈搏的感測器、接收並記錄數據的儲存器、用於數據處理的處理器及其他相關元件，本發明不予限定。前述相關元件例如但不限於：訊號增幅器、供電裝置、微控制單元、通訊單元、功率單元、顯示單元等。前述軟體例如但不限於：數據採集或特徵提取軟體、訊號增幅擴增軟體、數據演算分析軟體等。前述輔助件例如但不限於：貼片、電子貼片、手持式輔助件等。於一較佳實施態樣中，該脈搏感測單元12是一種脈波感測器，其利用所獲得的脈波訊號將其轉換為脈搏訊號，該脈搏感測單元12例如但不限於：都卜勒雷達(Doppler radar)、壓電壓力感測器(Piezoelectric sensor)、阻抗壓力感測器、電容壓力感測器、聲波感測器、超音波或光體積描述信號儀(Photoplethysmography,PPG)、或其他可感測脈波訊號之感測器等。該脈搏感測單元12除可與心搏感測單元11及數據計算單元13進行 通訊外，亦可獨立運作，例如可用於獲取用戶脈波訊號，以進一步判定是否出現不規則脈搏/心律的症狀。關於該脈搏感測單元12的設置位置，於一較佳實施態樣中，該脈搏感測單元12係設置於頸部部位相對於頸動脈的位置，該頸部部位不限於左頸動脈或右頸動脈。於一更佳實施態樣中，該脈搏感測單元12係設置於頸部部位之脈搏量測點，該脈搏量測點之最適位置係以喉節最突點(或是以嘴唇中間點往下至頸部最突點)為中心，向左側或右側水平外推3±0.3公分為起始點0公分，自起始點0公分至以135度角往離心方向4公分內之範圍；其中，該水平外推3±0.3公分例如但不限於：2.7公分、2.8公分、2.9公分、3公分、3.1公分、3.2公分、3.3公分等，該脈搏量測點範圍例如：自起始點0公分至以135度角往離心方向上推1公分、2公分、3公分、或4公分內之範圍，然而，本發明之脈搏量測點不限於該等範圍，前述示例僅係可量測到較佳脈搏訊號之量測範圍。此外，為便於使用者將該脈搏感測單元12設置於頸部相對於頸動脈的位置上(即頸部脈搏量測點)，於一較佳實施態樣中，該脈搏感測單元12包含一具有喉結定位部之貼片，該喉結定位部可以係例如但不限於：定位孔、定位標記或其他類此具有定位功能之設置，本發明對於定位手段不予限定。更進一步地，本發明之脈搏感測單元12除可獲取頸動脈之脈波及脈搏訊號外，依據不同種類的脈波感測器可具有進一步的功能，例如：若使用聲波感測器，則可獲得頸部血流聲；若使用都卜勒雷達，則可獲得頸部血流/脈波傳導速度；該設置之優勢在於，該脈搏感測單元12不僅可監測頸動脈脈搏，還可實時量測頸動脈血流變化。
本文所述之「數據計算單元13」係指具有處理及運算訊號功 能之元件組合，其中可包含硬體或軟體，或是進一步結合輔助件，例如可包含接收並記錄數據的儲存器、用於數據處理的處理器及其他相關元件，本發明不予限定。前述相關元件例如但不限於：訊號增幅器、供電裝置、微控制單元、通訊單元、功率單元、顯示單元等。前述軟體例如但不限於：數據採集或特徵提取軟體、訊號增幅擴增軟體、數據演算分析軟體等。該數據計算單元13係與該心搏感測單元11及該脈搏感測單元12連接、耦接、或耦合進行通訊，該數據計算單元13可處理該心搏感測單元11及該脈搏感測單元12所獲得的訊號及/或其他數據參數，進行各種參數的運算。該數據計算單元13作為感測器(心搏感測單元11、脈搏感測單元12)的前置裝置，如「圖2」所示，該數據計算單元13係可以配置有振幅濾波器131、類比數位轉換器132，用以進行訊號的預處理，將感測器的訊號轉換為數位訊號後進行運算。於一較佳實施態樣中，該數據計算單元13係與該心搏感測單元11及該脈搏感測單元12通訊，處理來自該心搏感測單元11及來自該脈搏感測單元12的訊號，利用心搏及其所對應脈搏的時間差，計算出平均動脈壓(mean arterial pressure,MAP)，再利用平均動脈壓推算出使用者的收縮壓及舒張壓。關於該數據計算單元13的設置位置，於一較佳實施態樣中，該數據計算單元13係設置於該心搏感測單元11、該脈搏感測單元12或一可攜式裝置上；於另一較佳實施態樣中，該數據計算單元13係設置於該心搏感測單元11或該脈搏感測單元12以及一可攜式裝置上。於一較佳實施態樣中，該數據計算單元13還可與一通訊模組14連接，該通訊模組14係用以與該可攜式裝置配置進行配對，以透過該可攜式裝置配置存取該數據計算單元13所獲得的數據或輸出該數據計算單元13經運算後所獲得的結果。
本文所述之「通訊」可以透過有線或無線的傳輸方式進行通訊，例如該心搏感測單元11、該脈搏感測單元12及該數據計算單元13之間可以藉由線路互相連接，亦可藉由無線通訊模組進行彼此間的耦合通訊等，前述無線的通訊模組例如但不限於：藍芽(Bluetooth)通訊模組、WIFI通訊模組、射頻識別(RFID)通訊模組、近場通訊(NFC)通訊模組、紫蜂(Zigbee)通訊模組、無線區域網路(WLAN)通訊模組等或其他類此的通訊方式，本發明對通訊方式不予限定。
本文所述之「可攜式裝置」可以係例如手持式裝置200、穿戴式裝置300、智慧型行動裝置或其他類此之便於攜帶之電子裝置。於一較佳實施態樣中，本發明之多功能量測裝置100可以配合手持式裝置200或穿戴式裝置300配置，經由手持式裝置200或穿戴式裝置300存取多功能量測裝置100所量測到的數據，並將該等數據進行處理。
本發明之多功能量測裝置100可獲取頸動脈血壓、心音、血流聲、脈波速度、頸動脈狹窄程度等多項生理數據。
本文所述之「血壓」、「脈波速度/脈波傳導速度」可以係利用以下方式獲得：心臟將血液搏動性地射入主動脈，主動脈壁產生脈搏壓力波，並以一定的速度沿血管壁向外周血管傳導，這種脈搏壓力波在動脈壁的傳導速度叫脈波傳導速度(PWV)。
脈波速度(PWV)與動脈壁的生物力學特性、血管的幾何特性及血液的密度等因素有一定的關係，其大小是反映動脈僵硬度(狹窄度)的早期敏感指標，數值越大，表示血管壁越硬(或越狹窄)，PWV的正常標準 指數為140mm/ms。
頸動脈之脈波速度(PWV)可通過測量兩個動脈記錄部位(如主動脈出口與頸動脈)之間的脈搏波傳導時間和距離求得，計算公式為：。其中，t為兩個波形的時間差，即傳播時間；L是脈波經過動脈的路徑長度(如主動脈出口與頸動脈量測部位的距離)。
頸動脈之脈波速度(PWV)增大，表示頸動脈硬度增高(或狹窄度增大)，順應性差；反之，則血管硬度低順應性佳。年齡和血壓是PWV最重要的影響因素。降壓治療仍是目前已知最有效的降低PWV的方法。
此外，頸動脈脈波速度演算法的概念是基於其與壓力間的關係。每次心動週期，每次左心室的收縮都會形成一個壓力脈波通過動脈到達血管末稍，脈波傳導的速度取決於動脈的彈性(stiffness of artery)，如方程式(a)表示：
在方程式(a)中，ρ是血液的密度。頸動脈的彈性是基於血管內外壓差(transmural pressure)在動脈壁的作用。這個壓力是根據由於血管幾何和血管壁的黏彈性。典型地，外部壓力在壁上的作用是可忽略，因此，彈性和脈波傳導速度是動脈的功能，其所傳導之脈波形成量測頸動脈狹窄的基礎。
脈波傳導和動脈血壓，形成的基礎非侵入式血壓量測之相關性。而脈波傳導速度和舒張壓與平均動脈壓相關性最大，如方程式(b)：PWV=f cn(MAP)......方程式(b)。
脈波傳導速度和平均動脈壓之間的關係是可以用線性模型精凖的敘述。脈波傳導速度和平均動脈壓的關係，如方程式(c)：PWV(t)=a．MAP(t)+pwv 0......方程式(c)
其中的斜率a和常數pwv0是受測者之特定參數。為了追跡病人脈搏壓力速度，本發明利用心搏感測單元11及脈搏感測單元12監測一個已知的參數，即脈波抵達時間(pulse arrival time,PAT)。藉由測量，每個脈波抵達時間的數值量測是由兩個不同的時間間隔總和，速度決定於血管運輸時間(vascular transit time,VTT)和射血前期(pre-ejection period,PEP)，血管運輸時間是壓力脈搏在經歷動脈路徑的時間，射血前期是複合波波峰之間的間隔和主動脈瓣的開啟的時間間隔。射血前期包含電機延遲期和左心室等容收縮期(isovolumic contraction)，如方程式(d)針對脈波抵達時間，參數L敘述壓力脈波經過動脈的路徑：
假定射血前期於被監控期間不變，脈波抵達時間的改變將直接地導致血管運輸時間改變，這兩個參數和平均動脈壓的改變將會有關聯。為了得到脈波抵達時間和平均動脈壓之間的關係，和平均動脈壓與脈波傳導速度之間的線性關係，其表現就像是方程式(b)必須被抽象和限定在量測脈波延遲時間在單獨量測脈波抵達時間，如方程式(e)：
於一較佳實施態樣中，前述平均動脈壓是經由如下公式(I)獲得：
其中LP為主動脈出口至脈搏量測點之脈波經過動脈的路徑長度(path length)，TPA為脈波抵達時間(pulse arrival time)，a、b及c為校正參數。前述校正參數是以目標受測族群所建置之資料庫進行演算法的較佳調整。
於一較佳實施態樣中，前述平均動脈壓是經由如下公式(II)獲得：
其中LP為主動脈出口至脈搏量測點之脈波經過動脈的路徑長度(path length)，TPA為脈波抵達時間(pulse arrival time)，A、B及C為校正參數。前述校正參數是以目標受測族群所建置之資料庫進行演算法的較佳調整。
其中，該平均動脈壓係藉由該胸口部位及該頸部部位於脈波響應的時間差計算而獲得。於一較佳實施態樣中，脈波抵達時間(pulse arrival time)係經由心搏感測單元11的波峰值與脈搏感測單元12的波峰值之間的時間差而獲得。於另一較佳實施態樣中，脈波抵達時間亦可透過心搏感測單元11以及脈搏感測單元12訊號的波谷作為時間觸發條件偵測其間的時間差而獲得，於本發明中不予以限制。
經由上述的演算法，可以取得胸口部位及頸部部位之間(目標區段)的脈波波速、並基於脈波波速計算獲得頸動脈的平均動脈壓(MAP)。經由分析平均動脈壓的指數，可評估患部粥狀動脈硬化的嚴重程度，相關的數據亦可供照護人員進行即時性的追蹤。
上述的演算法除了可以經由多功能量測裝置100的數據計算單元13執行運算外，亦可以透過安裝於手持式裝置200或穿戴式裝置300上的程式執行，並透過手持式裝置200或穿戴式裝置300的控制器進行運算，以減少多功能量測裝置100所需的功率，同時讓多功能量測裝置100的數據計算單元13得以微型化，減輕多功能量測裝置100的重量。
本文所述之「心音」可以係利用如後所述之方式獲得：心音係指心臟的聲音，泛指心臟運作時所產生的各種聲音，醫學領域上常利用心動週期中，心臟瓣膜開啟與關閉時所產生的聲音，例如：心縮期起始產生的第一心音(S1)，通常由二尖瓣和三尖瓣處發出；及心舒期起始產生的第二心音(S2)，通常因大動脈的瓣膜關閉所發出。因此，可利用心音訊號來瞭解心動週期而轉換為心搏訊號。於一較佳實施態樣中，該心搏感測單元11係一設置於胸口部位的聲波感測器，該胸口部位是相對於主動脈出口、肺動脈出口、三尖瓣或二尖瓣之週側位置，故該心搏感測單元11藉由附接於脈瓣區位置，可用於獲取脈瓣區雜音/異音，該些資訊可用於協助診斷瓣膜性心臟病，諸如二尖瓣狹窄及閉鎖不全、三尖瓣狹窄及閉鎖不全、主動脈狹窄及閉鎖不全、肺動脈瓣疾病等。
本文所述之「頸動脈的狹窄」可以係利用以下方式獲得：頸動脈具有總頸動脈、外頸動脈及內頸動脈等三段主要分支，面部血流分布的來源同時要了解內、外頸動脈的互相交通，即外頸動脈和內頸動脈的解剖交流(anatomical anastomosis)，亦即部份面部血流可能透過上述交通自內頸動脈而過，例如：外頸動脈可由內顎動脈(internal maxillary artery)與內頸動脈交流；或是由面頸動脈(facial artery)與眼動脈交通。雖然面部血流主要是來自外頸動脈，但其與直接供應腦組織容易引 起腦中風的內頸動脈依然有重要之相關性，相關性主要有三點，第一，大部份的粥狀動脈硬化斑塊分佈在內外頸動脈交通的分流之處，所以外頸動脈狹窄，鄰近的內頸動脈也會有連續的動脈硬化斑塊影響，甚至影響到原本的總頸動脈血流；第二，如上所述，內頸動脈和外頸動脈有解剖交流，故在內頸動脈狹窄時，發生所謂的血流盜取現象(steal phenomenon)，使得同側臉部血流下降；第三，外頸動脈原本即負責頭顱內血流(cerebral blood flow)的百分之十二，因而外頸動脈狹窄引起的頸部血流下降，也與同側的顱內血流不足有相關性，所以預期外頸動脈狹窄造成的血流降低，應與同一側內頸動脈狹窄，有相當相關性。因此，本發明之多功能量測裝置100根據上述原理，藉由獲取頸部血流脈波之相關資訊，達到偵測頸動脈的狹窄狀況之功效。傳統係以頸動脈脈波峰值收縮波速度(Peak systolic velocity,PSV)作為判別頸動脈狹窄程度的標準，分類如表1所示。
本發明為了獲取頸動脈脈波速度及其他參數，該脈搏感測單元12係設置於頸部部位相對於頸動脈的位置上。為便於使用者操作尋找較適的頸動脈量測位置，於一較佳實施態樣中，該脈搏感測單元12係設置於頸部部位之脈搏量測點，該脈搏量測點之最適位置係以喉節最突點(或是以嘴唇中間點往下至頸部最突點)為中心，向左側或右側水平外推3±0.3公分 為起始點0公分，自起始點0公分至以135度角往離心方向4公分內之範圍；其中，該水平外推3±0.3公分例如但不限於：2.7公分、2.8公分、2.9公分、3公分、3.1公分、3.2公分、3.3公分等，該脈搏量測點範圍例如：自起始點0公分至以135度角往離心方向上推1公分、2公分、3公分、或4公分內之範圍，然而，本發明之脈搏量測點不限於該等範圍，前述示例僅係可量測到較佳脈搏訊號之量測範圍。於一更佳實施態樣中，男性受測者該脈搏量測點之最適位置係以喉節最突點(或是以嘴唇中間點往下至頸部最突點)為中心，向左側或右側水平外推3±0.3公分並以135度角往離心方向外推3公分之位點；女性受測者該脈搏量測點之最適位置係以喉節最突點(或是以嘴唇中間點往下至頸部最突點)為中心，向左側或右側水平外推3公分並以135度角往離心方向外推3公分之位點。於一較佳實施態樣中，該脈搏感測單元12係設置在相對於左頸動脈或右頸動脈之任一位置的頸部部位。於一較佳實施態樣，該脈搏感測單元12的設置位置可以係對應於受測者的患部或高風險部位而定，例如但不限於：該脈搏感測單元12係設置在相對於左頸動脈或右頸動脈之總頸動脈上的頸部部位、該脈搏感測單元12係設置在相對於左頸動脈或右頸動脈之總頸動脈出口位置(亦即外頸動脈及內頸動脈的分支位置)的頸部部位。由於外頸動脈及內頸動脈均為總頸動脈的分支，故總頸動脈的流速係可直接評估外頸動脈及內頸動脈粥狀動脈硬化的可能性。若欲單獨評估外頸動脈的狀態或內頸動脈的狀態，該脈搏感測單元12可視需求調整其設置位置。此外，本發明除可透過該脈搏感測單元12進行演算頸動脈感測之外，本發明亦不排除設定多組感測器分區段評估頸動脈血流聲波、脈波速度、脈波波型分析、或其他所需之生理參數，以進一步獲得頸 動脈及其分支相對完整的評估數據。
I. 實施態樣1：
以下請一併參照「圖3」及「圖4」，其所示分別為本發明多功能量測裝置之使用狀態示意圖及波型圖，如圖所示：本實施態樣之多功能量測裝置100包括一心搏感測單元11、一脈搏感測單元12及一數據計算單元13，其中該數據計算單元13係以安裝於一手持式裝置200之程式執行，該心搏感測單元11、該脈搏感測單元12及該數據計算單元13間係以藍芽進行無線通訊。
該心搏感測單元11包含一聲波感測器及一貼片，使該心搏感測單元11可貼附於受測者胸口相對於主動脈出口的位置，以獲取心音及心搏訊號等。
該脈搏感測單元12包含一壓力感測器及一貼片121，該脈搏感測單元12係貼附於受測者頸部相對於右頸動脈之總頸動脈出口的位置，以獲取頸動脈脈波波型及脈搏訊號等。
所獲得之波型影像如圖4所示，下方曲線為主動脈出口之血流聲波，上方曲線為右頸動脈血流脈波，影像中虛線部分為該心搏感測單元11獲得之第一心音波峰(表示心縮期起始)與該脈搏感測單元12獲得之脈波波峰，對應心動週期後的時間差，即為脈波抵達時間(TPA)，主動脈出口至該脈搏量測點之距離視為脈波經過動脈的路徑長度(Lp)，該數據計算單元13可進一步計算出頸動脈血壓及脈波傳導速度等結果。
II. 實施態樣2：
以下請一併參照「圖5」、「圖6」及「圖7」，其所示分別為本發明多功能量測裝置之使用狀態示意圖、主動脈瓣區心音聲波圖及右頸動脈波型圖，如圖所示：本實施態樣之多功能量測裝置100包括一心搏感測單元11、一脈搏感測單元12及一數據計算單元13，其中該數據計算單元13係以線路連接方式安裝於該心搏感測單元11中，該心搏感測單元11及該數據計算單元13與該脈搏感測單元12間係以藍芽進行無線通訊。
該心搏感測單元11包含一聲波感測器、一顯示單元15及一貼片，使該心搏感測單元11可貼附於受測者胸口相對於主動脈出口的位置，以獲取心音及心搏訊號等，該顯示單元15可顯示例如：心音波型、該數據計算單元13之計算結果等資訊。該心搏感測單元11所獲得之波型圖如圖6所示。
該脈搏感測單元12包含一聲波感測器及一具有喉結定位部122之貼片121，該喉結定位部122是一孔洞，便於使用者將該貼片121之喉結定位部122對準喉結後，該脈搏感測單元12係貼附於受測者頸部相對於左頸動脈或右頸動脈之總頸動脈的位置上，以獲取頸動脈脈波波型及脈搏訊號等，本實施態樣以右頸動脈為例所獲得之波型圖如圖7所示。使用聲波感測器作為該脈搏感測單元12之偵測器的優勢在於，除可獲得脈搏數據以外，亦可獲得頸動脈血流聲，以提供臨床診斷頸動脈血流是否有雜音或異音等異常狀況。
該數據計算單元13藉由該心搏感測單元11獲得之第一心音波峰(表示心縮期起始)與該脈搏感測單元12獲得相對應之脈搏波峰間的時 間差，獲得脈波抵達時間(TPA)，而主動脈出口至該脈搏量測點之距離視為脈波經過動脈的路徑長度(Lp)，以進一步計算出頸動脈血壓及脈波傳導速度。
[比較例1及2]
比較例1使用傳統臨床檢測技術，邁瑞(Mindray)彩色都卜勒超聲波診斷系統，以手動即時量測方式檢測右頸動脈，並記錄檢測數據。
比較例2係市售動脈硬化儀/脈波記錄儀(Sphygmomanometer)記錄頸動脈血流聲波。
[實施例1]
以下請一併參照「圖8」及「圖9」，其所示分別為實施態樣1與比較例1之波型影像圖及相關性分析圖，如圖所示：將本發明與相似產品進行比對，以進行確效驗證。本實施例同時使用實施態樣1及傳統超聲波診斷系統(即比較例1)，對25位包括健康或可能患有頸動脈狹窄的受測者進行量測，藉由使用兩個感測器的螢幕(如圖8所示)，以分析實施態樣1獲得的脈波速度與比較例1記錄的峰值收縮速度之間的相關性。
在30秒內同時進行實施態樣1和比較例1的量測，包括記錄從主動脈瓣區到頸動脈約25個主動脈脈波速度，結果顯示，實施態樣1獲得的脈波速度與比較例1獲得的峰值收縮速度間呈現顯著相關性(相關係數R=0.897)，實施態樣1之動脈脈波速度散佈圖顯示出一線性趨勢線(如圖9所示)。
因此，可利用本發明所獲得之頸動脈脈波速度以作為頸動脈狹窄程度之判別方式，如表2所示。
表2
[實施例2]
請一併參閱「圖10」、「圖11」及「圖12」，其分別係係實施態樣1與比較例2的相關性分析圖(一)、(二)、及(三)，如圖所示：在進行多名患者的測試中，針對不同人數的組群進行測試，同時分析了實施態樣1記錄之頸動脈脈波與市售動脈硬化儀(即比較例2)記錄之頸動脈血流聲波，並將兩裝置所獲得的脈波速度結果進行統計的相關性分析。
於5人的群組中，如圖10所示，在同步記錄頸動脈壓測量的30秒期間，實施態樣1所測得之脈波速度與比較例2獲得的脈波速度顯著相關(相關係數R=0.967)，圖中可看出明顯的線性關係。
於10人的群組中，如圖11所示，在同步記錄頸動脈壓測量的30秒期間，實施態樣1所測得之脈波速度與比較例2獲得的脈波速度顯著相關(相關係數R=0.968)，圖中可看出明顯的線性關係。
於11人的群組中，如圖12所示，在同步記錄頸動脈壓測量的30秒期間，實施態樣1所測得之脈波速度與比較例2獲得的脈波速度顯著相關(相關係數R=0.950)，圖中可看出明顯的線性關係。
本發明所獲得之頸動脈脈波速度與市售動脈硬化儀比較下，具有顯著相關性，因此，可利用本發明之量測結果進行頸動脈狹窄程度之 判定與頸動脈血壓之計算。
[實施例3]
以下請參照「圖13」，其所示為本發明之脈搏感測單元12設置於不同脈搏量測點之頸動脈波型影像圖。
本實施例使用實施態樣1分別對男性受測者及女性受測者進行量測，惟其中脈搏感測單元12之脈搏量測點係貼附於受測者喉節最突點向右側水平外推2.7公分(下稱A-0.3點)、3公分(下稱B0點)、3.3公分(下稱A+0.3點)，以及以喉節最突點向右側水平外推3公分為起始點0公分(即B0點)，以及距起始點以135度角往離心方向上推1公分(下稱B1點)、2公分(下稱B2點)、3公分(下稱B3點)、4公分(下稱B4點)、5公分(下稱B5點)之位點。
結果顯示，男性受測者在A-0.3點、A0點及A+0.3點皆可獲取良好頸動脈脈波訊號，而女性受測者在A-0.3點、A0點及A+0.3點亦可獲取頸動脈脈波訊號，但A-0.3點及A+0.3點訊號較弱，A0點訊號較佳。
此外，無論男女性受測者，在B0點(如圖13下方曲線)、B1點、B2點、B3點(如圖13上方曲線)及B4點皆可獲取頸動脈脈波訊號，其中以B3點的訊號較佳，B4點的訊號較弱，B5點則較難量測到脈波訊號，推測B4點及B5點受軟骨結構影響而阻礙頸動脈脈波訊號的獲取。
綜上所述，本發明之多功能量測裝置可利用非侵入性的電子貼片方式藉由以聲波感測器貼附於主動脈出口、肺動脈出口、三尖瓣或二尖瓣週側的位置，並搭配多種可選擇的脈搏感測單元貼附於頸動脈週側，不僅可偵測頸動脈血壓及脈波速度，更可進一步利用本發明之量測結果診斷頸動脈狹窄與腦血流容積。本發明之多功能量測裝置體積輕便、可手持、 可攜帶，且可即時、快速量測頸動脈狹窄程度，適用於醫院、居家行動、醫師診斷、看護中心及研究中心等，對於年長者、有中風病史或心血管疾病高風險族群等在全球醫療市場上有相當高的需求性。
以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅惟本發明之一較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬本發明之專利涵蓋範圍內。

Claims (10)

  1. 一種具有確定頸動脈血壓的多功能量測裝置，其包括：一心搏感測單元，其係設於胸口部位，藉以獲取心搏訊號；一脈搏感測單元，其係設置於頸部部位相對於頸動脈的位置，藉以獲取脈搏訊號；及一數據計算單元，其係與該心搏感測單元及該脈搏感測單元通訊，處理來自該心搏感測單元及來自該脈搏感測單元的訊號；其中，該數據計算單元藉由計算來自該心搏感測單元之該心搏訊號及來自該脈搏感測單元之該脈搏訊號獲得頸動脈的平均動脈壓(mean arterial pressure,MAP)。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之具有確定頸動脈血壓的多功能量測裝置，其中，該心搏感測單元係一種聲波感測器。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之具有確定頸動脈血壓的多功能量測裝置，其中，該心搏感測單元係設置於胸口部位之相對於主動脈出口、肺動脈出口、三尖瓣或二尖瓣週側的位置。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之具有確定頸動脈血壓的多功能量測裝置，其中，該脈搏感測單元係都卜勒雷達(doppler radar)、壓電壓力感測器(Piezoelectric sensor)、阻抗壓力感測器、電容壓力感測器、聲波感測器(acoustic wave sensor)、超音波感測器(ultrasound sensor)或光體積描述信號儀(Photoplethysmographic sensor,PPG)。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之具有確定頸動脈血壓的多功能量測裝置，其中，該脈搏感測單元係設置於頸部部位之脈搏量測點，該脈 搏量測點係以喉結最突點向左側或右側水平外推3±0.3公分為起始點0公分，自起始點0公分至以135度角往離心方向4公分內之範圍。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之具有確定頸動脈血壓的多功能量測裝置，其中，該平均動脈壓是利用如下公式(I)或公式(II)獲得： 其中，L p為主動脈出口至該脈搏量測點脈波經過動脈的路徑長度，T PA為脈波抵達時間(pulse arrival time)，a、b、c及A、B、C為校正參數。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之具有確定頸動脈血壓的多功能量測裝置，其中，該脈搏感測單元包含一具有喉結定位部之貼片。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之具有確定頸動脈血壓的多功能量測裝置，更進一步包含有一連接至該數據計算單元的通訊模組，該通訊模組係為藍芽通訊模組、WIFI通訊模組、RFID通訊模組、NFC通訊模組、或Zigbee通訊模組。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之具有確定頸動脈血壓的多功能量測裝置，其中，該數據計算單元係設置於該心搏感測單元、該脈搏感測單元及/或一可攜式裝置。
  10. 如申請專利範圍第1至9任一項所述之具有確定頸動脈血壓的多功能量測裝置，其中，可進一步獲取心音、血流聲、脈波速度、頸動脈狹窄程度。
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