TW201934077A

TW201934077A - 生理感測器裝置及系統、校正方法及穿戴式裝置

Info

Publication number: TW201934077A
Application number: TW107129978A
Authority: TW
Inventors: 楊明桓; 范光慶; 吳彥葶; 呂奕徵; 莊瑞彰
Original assignee: 財團法人工業技術研究院
Priority date: 2018-02-12
Filing date: 2018-08-28
Publication date: 2019-09-01
Also published as: CN110151130A; CN110151130B; TW201934080A; TWI674880B; TWI664951B

Abstract

一種生理感測器裝置及系統、校正方法及穿戴式裝置。生理感測器裝置包括生理訊號感測器、第一補償感測器以及訊號處理裝置。生理訊號感測器貼附於待測物以感測生理訊號值。第一補償感測器配置於生理訊號感測器。訊號處理裝置耦接生理訊號感測器和第一補償感測器。訊號處理裝置藉由第一補償感測器獲得生理訊號感測器從待測物部分脫落的失效區域，並依據失效區域獲得第一失效補償值，以對由生理訊號感測器所感測的生理訊號值進行補償。

Description

生理感測器裝置及系統、校正方法及穿戴式裝置

本發明是有關於一種訊號偵測及處理技術，且是有關於一種生理感測器裝置、生理感測系統、生理訊號的校正方法及相對應的穿戴式裝置。

以穿戴式生醫測量技術而言，可將生理訊號測量設備（如，感測電極貼片或感測器）穿戴於身上，並以非侵入式方式隨時記錄穿戴者的各項生理訊號，從而得知穿戴者的體溫、脈搏、心跳、呼吸頻率…等人體生理狀態。並且，還可對可能的生理異變狀況加以提醒或預防，甚至當症狀發生時更可達到迅速提醒及求救的效果。因此，穿戴式生醫測量技術對於例如在家修養的病人、具有心臟病史的患者、或是獨居老人…等穿戴者來說是極為方便的科技進步。

然而，基於現有技術的侷限，需要緊貼於穿戴者皮膚上的感測電極貼片經常發生翹曲、脫落等情況，導致使用者體驗仍須改進。詳細來說，一般的生理訊號測量設備（如，感測電極貼片或感測器）通常需要緊貼於穿戴者的皮膚上才能獲得準確的生理訊號，但由於穿戴者皮膚產生的汗液、因動作而形成的拉扯或其他因素，感測電極貼片的一部分或整體可能發生脫落、無法緊貼皮膚…等問題，導致量測到的生理訊號失真。以往技術的解決方案通常是增強感測電極貼片的黏著性以強化與皮膚之間的附著力，但通常會使穿戴者更為不舒服、還是有脫落疑慮，或是讓感測電極貼片的設置更為不方便。並且，穿戴者在許多情況下並不知道感測電極貼片已脫落而讓生理訊號失真，致使生理訊號的精準度不佳。

本發明實施例提供一種生理感測器裝置、生理感測系統、生理訊號的校正方法及相對應的穿戴式裝置，其可偵測並回饋感測電極與待測物（如，使用者的皮膚）之間部分脫落的失效區域，並依此失效區域來補償及校正生理訊號，使得本發明實施例所量測的生理訊號具備高準確性。

本發明實施例的生理感測器裝置包括生理訊號感測器、第一補償感測器以及訊號處理裝置。生理訊號感測器貼附於待測物以感測生理訊號值。第一補償感測器配置於生理訊號感測器。訊號處理裝置耦接生理訊號感測器和第一補償感測器。訊號處理裝置藉由第一補償感測器獲得生理訊號感測器從待測物部分脫落的失效區域，並依據失效區域獲得第一失效補償值，以對由生理訊號感測器所感測的生理訊號值進行補償。

本發明實施例的生理訊號的校正方法適用於包括生理訊號感測器以及第一補償感測器的生理感測器裝置。第一補償感測器配置於生理訊號感測器。所述校正方法包括下列步驟：回應於生理訊號感測器貼附於待測物時，從生理訊號感測器獲得生理訊號值；藉由第一補償感測器獲得生理訊號感測器從待測物部分脫落的失效區域；以及，依據失效區域獲得第一失效補償值，以對由生理訊號感測器所感測的生理訊號值進行補償。

本發明實施例中具校正功能的穿戴式裝置包括生理訊號感測器、第一補償感測器以及訊號處理裝置。生理訊號感測器貼附於待測物以感測生理訊號值。第一補償感測器配置於生理訊號感測器。訊號處理裝置耦接生理訊號感測器和第一補償感測器。訊號處理裝置藉由第一補償感測器獲得生理訊號感測器從待測物部分脫落的失效區域，並依據失效區域獲得第一失效補償值，以對由生理訊號感測器所感測的生理訊號值進行補償。

本發明實施例的生理感測系統包括主機裝置以及生理感測器裝置。主機裝置與生理感測器裝置相互通訊。主機裝置獲得由生理感測器裝置提供經補償的生理訊號值以進行數據運算並呈現經數據運算後的生理訊號值。生理感測器裝置包括生理訊號感測器、第一補償感測器以及訊號處理裝置。生理訊號感測器貼附於待測物以感測生理訊號值。第一補償感測器配置於生理訊號感測器。訊號處理裝置耦接生理訊號感測器和第一補償感測器。訊號處理裝置藉由第一補償感測器獲得生理訊號感測器從待測物部分脫落的失效區域，並依據失效區域獲得第一失效補償值，以對由生理訊號感測器所感測的生理訊號值進行補償。

基於上述，本發明實施例所述的生理感測器裝置及穿戴式裝置利用配置於生理訊號感測器的感測區域邊緣的第一補償感測器來偵測生理訊號感測器從待測物部分脫落的失效區域，並藉由失效區域的面積與生理訊號感測器的感測區域的面積的比值來對生理訊號值進行補償，從而校準生理訊號值。詳細來說，本發明實施例的生理感測器裝置將第一補償感測器中的多個補償電極配置於生理訊號感測器中感測區域的邊緣處。當生理訊號感測器發生部分脫落時，部分的補償電極將不會連接到待測物，而另一部分的補償電極尚還連接到待測物。因此，便可利用生理訊號感測器中感測區域的預設形狀（如，矩形、圓形、橢圓形或預設已知的複合形狀）來得知失效區域的類別（如，角落區域或弓形區域），並且利用未連接至待測物的補償電極以及尚連接至待測物的補償電極之間的多個失效位置來計算出失效區域的面積，從而依據失效區域的面積以及感測區域的面積來對生理訊號值進行補償。

為讓本發明能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1是依照本發明一實施例的一種生理感測器裝置100的方塊圖。圖2是依照本發明實施例的一種生理感測系統200的方塊圖。請同時參照圖1及圖2，生理感測系統200主要包括生理感測器裝置100以及主機裝置220。生理感測器裝置100可利用傳輸模組140、有線或無線的網路210以及相關的傳輸協定（如，藍芽、WIFI…等）與主機裝置220相互通訊。生理感測器裝置100提供經補償的生理訊號值給主機裝置220。主機裝置220獲得上述生理訊號值後將可進行數據運算並呈現經數據運算後的所述生理訊號值，例如，主機裝置220將生理訊號值以表格化、圖形化和/或以特定的使用者介面呈現在其顯示器上，以供使用者知悉其生理信號的數值及其變化。本實施例的主機裝置220可以是消費型計算裝置（如，筆記型電腦、平板電腦、智慧型手機），亦可以是雲端伺服器（或稱，雲端運算平台）。換句話說，主機裝置220主要是用來呈現穿戴者的生理訊號值（如，體溫、脈搏、心跳、呼吸頻率、動態肌電流數值），也可將統整或校正後的生理情況或生理資訊（如，穿戴者的肌耐力、肌肉強度、肌肉疲勞度、身體情況、運動週期、健康狀態、異常警示）利用顯示器進行顯示。

生理感測器裝置100主要包括生理訊號感測器110、第一補償感測器120以及訊號處理裝置130。生理感測器裝置100還可包括傳輸模組140及第二補償感測器122。生理訊號感測器110具備一個或多個感測電極。生理訊號感測器110貼附於待測物以從感測電極獲得生理訊號值。本實施例的『生理訊號』可以是體溫、脈搏、心跳、呼吸頻率、動態肌電流數值、腦波訊號（EEG）、肌電訊號（EMG）、神經電訊號（ENG），視網膜電訊號（ERG）、胃電訊號（EGG），神經肌電訊號（ENMG）、腦皮質電訊號（ECoG）、眼球電訊號（E0G）、眼球震顫電訊號（ENG）…等，端視生理感測器裝置100的用途及需求而決定生理訊號感測器110對生理訊號的偵測類別。本實施例的『生理訊號值』則是上述類型的生理訊號的數值。本發明實施例的『待測物』主要是使用者（或稱為，穿戴者，例如人或動物）的皮膚，應用本實施例者亦可以其他物件視為是待測物，只要可以從待測物上感測到生理訊號值即可。第一補償感測器120配置於生理訊號感測器110。生理訊號感測器110以及第一補償感測器120可由可塑形或可撓曲的材質構成。

第一補償感測器120具備多個第一補償電極。本實施例的多個第一補償電極配置於生理訊號感測器110中由感測電極形成的感測區域的邊緣處，以方便讓訊號處理裝置130偵測出是否有感測區域從待測物（皮膚）處局部或部分脫落。若生理訊號感測器110從待測物上脫落，想必是部分區域（如，角落區域）局部性脫落，致使部分的第一補償電極無法連接至待測物，且尚有另一部分的第一補償電極還是連接至待測物的。換句話說，當部分的第一補償電極並未連接至待測物時，其所產生的第一補償信號將與尚連接至待測物時的第一補償電極所產生的第一補償信號不同。因此，訊號處理裝置130便可得知未連接至待測物的部分第一補償電極以及尚連接至待測物的部分第一補償電極之間的多個失效位置，並且利用這些失效位置且以幾何數學運算的方式來計算失效區域的面積。

訊號處理裝置130耦接生理訊號感測器110和第一補償感測器120。訊號處理裝置130藉由第一補償感測器120獲得生理訊號感測器110從待測物部分脫落的失效區域，並依據此失效區域獲得第一失效補償值。藉此，訊號處理裝置130可利用第一失效補償值對由生理訊號感測器110所感測的生理訊號值進行補償。

訊號處理裝置130可包括處理器132、補償電路134以及記憶體136。補償電路134耦接處理器132。記憶體136則同時耦接處理器132以及補償電路134。記憶體136包括校正資料庫138。校正資料庫138中至少包括與生理訊號感測器110、第一補償感測器120及第二補償感測器122所產生的補償數據相對應的校正資訊與相關參數。本實施例的處理器132可透過傳輸模組140中的收發器142與主機裝置2 20相互通訊，並可從主機裝置2 20更新校正資料庫138中的內容，以使對於生理訊號值的校正更為精確。以下以各個實施例來詳細說明之。

圖3A及圖3B是依照本發明實施例的一種生理感測器裝置100的外觀示意圖。圖3A的生理感測器裝置100A與圖3B的生理感測器裝置100B是以可撓曲的軟性貼片型態呈現，其包括外殼310、黏著層320、感測區域330及332、補償電極340、342及344以及參考電極350。生理感測器裝置100還可選擇性地包括側翼黏貼區域360及362。

外殼310可由軟性材質實現。黏著層320讓生理感測器裝置100可與待測物（皮膚）黏貼固定。感測區域330及332為生理訊號感測器110中的多個補償電極所圍繞的區域。本實施例的感測區域330、332以及參考電極350皆為圓形，應用本實施例者亦可將感測區域330及332調整為矩形、橢圓形、梯形、其他幾何形狀或這些幾何形狀的結合。在圖3A中，感測區域330、332以及參考電極350的直徑A1、A2及A3為相同。相對地，在圖3B中，感測區域330及332直徑A1及A2為相同，但參考電極350的直徑A3則小於直徑A1及A2。應用本實施例者可依其需求調整這些感測區域及參考電極的接觸面積以及其數量，這些接觸面積將會與待測物（皮膚）接觸。符合本發明的部分實施例亦可以具備三個或以上的感測區域，亦可僅具備單一個感測區域；可具備多個參考電極，或者不設置參考電極。

生理感測器裝置100除了包括感測電極與補償電極以外，還可包括參考電極350。參考電極350用以作為感測電極在進行初始化時的判斷依據，參考電極所感測到的起始數值可作為感測電極的數值的比對參考。換句話說，參考電極的功能在於作為感測電極進行電壓準位的校準之用。補償電極340、342及344分別對應地設置在感測區域330、感測區域332以及參考電極350的邊緣處，以讓訊號處理裝置130能藉由補償電極340、342及344來得知感測區域330、感測區域332以及參考電極350是否有部分區域從待測物上脫落。側翼黏貼區域360及362上亦分布有黏著層320，用途是為了讓生理感測器裝置100跟待測物（如皮膚）之間的黏貼更為牢靠。側翼黏貼區域360及362可以泡棉跟黏膠組成，使其更不易於從皮膚上因形變和/或流汗而脫落。

圖4是圖3A中生理感測器裝置100A依據分割線LA1裁切的橫截面示意圖。在圖4的橫截面示意圖中呈現外殼310、黏著層320、感測區域330、332（形成感測區域330、332的感測電極之高度約為0.5mm）、補償電極340、342及344、以及參考電極350的相關位置關係。此外，圖4中還包括軟性基板410（其高度約為100μm至200μm）、電路走線420以及設置於軟性基板410上的積體電路430（其高度約為2μm至5μm）。積體電路430可以是訊號處理裝置130、傳輸模組140中的元件，如中央處理器、記憶體元件、補償電路…等。

本實施例的電路走線420可為由金屬銅形成的導線。感測區域330、332與參考電極350可由碳膠、銀膠、氯化銀、銅、金或其他導電性元素/化合物的其中之一或其組合所構成。補償電極340、342及344的外圍可由增厚層所包覆，且增厚層可以由矽膠、樹脂…等非導電性填充物來實現。於本實施例中，圖4的感測區域330、332與參考電極350將跟與其相連接的電路走線420利用同個製程以及利用相同的導電性元素（如，銅）來實現，因此感測區域330與電路走線420之間、感測區域332與電路走線420之間以及參考電極350與電路走線420之間以虛線呈現。於其他實施例中，亦可將感測區域330、332與參考電極350採用焊接或打件方式與電路走線420進行物理性連接，只要感測區域330、332與參考電極350跟與其相對應的電路走線420相互電性耦接即可。

圖5是生理訊號感測器110、第一補償感測器120以及固定件540的示意圖。本實施例中的生理訊號感測器110與第一補償感測器120可利用不同製程製作，然後將生理訊號感測器110與第一補償感測器120相結合（如箭頭510所示），讓兩者配置到相應的位置（如箭頭520所示）。然後，利用物理方式以固定件540（如，固定貼片）將兩者的相對物理關係進行固定（如箭頭530所示），使得這兩者將會一同位移，亦即，一同黏著於待測物或是一同脫落，從而讓本發明實施例能發揮更大功效。

圖6A及圖6B分別是以不同態樣呈現圖5的生理訊號感測器110、第一補償感測器120以及固定件540依據分割線LA2裁切後的橫截面示意圖。在圖6A及圖6B中，固定件540包括光學黏著膠層630、聚氨酯（PU）固定膠層640及固定層650。光學黏著膠層630用以將固定層650與生理訊號感測器110緊密黏合。聚氨酯（PU）固定膠層640作為固定層650、生理訊號感測器110以及第一補償感測器120的載體，且其亦具備黏著性。舉例來說，在生理訊號感測器110、第一補償感測器120以及固定件540因受力而致使發生彎曲、且其彎曲半徑約略微30mm的作用之下，生理訊號感測器110與聚氨酯固定膠層640之間的介面處壓應力提升1.7%。並且，若生理訊號感測器110兩側皆有膠材（如，光學黏著膠層630與聚氨酯PU固定膠層640）固定的話，則介面處壓應力僅提升0.28%，從而降低生理訊號感測器110與第一補償感測器120兩者彼此脫落的風險。固定層650的最高高度可達1.5mm，感測電極610的高度可為0.03mm。本實施例的聚氨酯固定膠層640的黏著強度可大於250gf/25mm。若在設計時將相關的膠材材料特性限制於此範圍的話，可避免貼片型態的生理感測器裝置100與皮膚脫落的問題。

圖6A是將第一補償感測器120中的各個第一補償電極620設置於第一補償感測器120的感測電極610的下方。圖6A中第一補償電極620的外圍/周圍由增厚層660所包覆。圖6B則是將第一補償感測器120中的各個第一補償電極620設置於第一補償感測器120的感測電極610的側邊；增厚層660除了用來包覆第一補償電極620的外圍/周圍以外，還用來填補第一補償電極620與感測電極610之間的高度差。圖6A及圖6B的增厚層660可以由矽膠、樹脂…等非導電性填充物來實現。

在圖3A、圖3B及圖5中，第一補償感測器120中的第一補償電極（如，圖3A、圖3B的補償電極340及342）可以為單一類型或單一樣式的感測元件，例如是脫落感測器（delamination sensor）。應用本實施例者可經由設計來將不同類型或樣式的感測元件作為第一補償電極。圖7A與圖7B分別是以不同態樣呈現的第一補償感測器120A、120B的示意圖。在圖7A中，第一補償感測器120A所具備的部分第一補償電極（如，補償電極710）仍為原本的脫落感測器，而另一部分的第一補償電極（如，補償電極720）則可以替換為其他類型的感測元件，如汗液感測器、加速度感測器、角速度感測器…等。在圖7B中，第一補償感測器120B除了原本所具備第一補償電極（如，補償電極710）以外，還增加了其他類型的感測元件來作為第一補償電極。例如，補償電極720可以是汗液感測器、加速度感測器、角速度感測器、應變感測器、溫度感測器…等，而補償電極730則可以是拉伸感測器或其他長形感測器。

在第一補償感測器的布局設計中，訊號處理裝置可利用第一補償感測器中的多個第一補償電極來得知這些第一補償電極與皮膚的接觸與否。圖8A及圖8B分別為以阻抗形式及電容形式作為脫落感測器而形成第一補償感測器的示意圖。圖8A中以阻抗形式呈現的多個第一補償電極810A分別具備各自的電阻值VE1至VEn，n為自然數。位於訊號處理裝置中的補償電路820A可偵測各個第一補償電極810A的阻抗變化來得知未連接至待測物的第一補償電極與尚連接至待測物的第一補償電極之間的失效位置，從而進行失效區域的估算。圖8B中以電容形式呈現的多個第一補償電極810B則分別具備各自的電容值VC1至VCn，n為自然數。位於訊號處理裝置中的補償電路820B可將這些電容值VC1至VCn進行加總以獲得總電容值，藉以得知未連接至待測物的第一補償電極與尚連接至待測物的第一補償電極之間的失效位置，從而進行失效區域的估算。

在此說明如何利用生理訊號感測器中已知感測區域的幾何圖形來計算失效區域的面積，從而對生理訊號值進行補償。圖9是在感測區域910為矩形的情況下的感測區域910及失效區域的示意圖。如圖9所示，在此設定矩形的感測區域910的長度與寬度分別以L跟W表示，第一補償區域920中具備多個第一補償電極922，第一補償區域920的寬度設定為C。當貼片型態的生理感測器裝置發生部分脫落時，感測區域910的脫落部分通常為角落區域930，這些角落區域930將被統稱為是失效區域。換句話說，失效區域為感測區域910中已與待測物脫落的至少一個角落區域930；當有已與待測物脫落的多個角落區域時，這些角落區域930的總和便為失效區域。為方便說明，圖9的實施例僅以單一個角落區域930作為舉例。

訊號處理裝置可依據未連接至待測物的第一補償電極以及尚連接至待測物的第一補償電極來獲得包括失效區域（亦即，角落區域930）的補償區域940的邊界長度A與B以及脫落長度X與Y。A、B、C、X、Y、W與L皆用以表示長度。藉此，訊號處理裝置便可依據邊界長度A與B來計算失效區域（亦即，角落區域930）的面積A930，並利用面積A930與感測區域910的面積來計算對應生理訊號值的第一失效補償值。詳細來說，因補償區域940與角落區域930應為相同形狀的直角三角形，因此可利用方程式(1)及(2)表示A、B、C、X與Y之間的關係：

…………………………………………… (1)

…………….………………… (2)

因此，角落區域930的面積A930等於方程式(3)所示：

………………………… (3)

在獲知失效區域（角落區域930）的總面積（面積A930）之後，便可計算出生理訊號值的損失率α為方程式(4)所示：

…………………………..………… (4)

所謂的『損失率α』即是因為部分的感測區域因脫落而成為失效區域後，所損失的生理訊號值的百分比。

在獲知『損失率α』後，便可計算出補償參數ρ為方程式(5)所示：

…………………………..…………….…… (5)

補償參數ρ應為大於1的數值。

假定此時訊號處理裝置利用生理訊號感測器量測得到的生理訊號值為PSV，則經補償的生理訊號值則為『』。

圖10是在感測區域910為矩形的情況下的感測區域910及失效區域的另一示意圖。類似於圖9的相關設定，在此假設圖10的實施例有兩個角落區域930及1030及作為舉例。在圖10中，失效區域便包括感測區域910中的兩個角落區域930及1030。訊號處理裝置依據未連接至待測物的第一補償電極（僅繪示部份）以及尚連接至待測物的第一補償電極來獲得包括角落區域930的補償區域940的邊界長度A與B以及包括角落區域1030的補償區域1040的邊界長度A’與B’。藉此，訊號處理裝置便可依據邊界長度A、B、A’與B’來計算角落區域930的面積A930與角落區域1030的面積A1030，並利用面積A930、A1030與感測區域910的面積來計算對應生理訊號值的第一失效補償值。詳細來說，面積A930與面積A1030的總和可利用方程式(6)所示：

…(6)

損失率α可為方程式(7)所示：

……………………... (7)

補償參數ρ類似於上述方程式(5)所示，且經補償的生理訊號值（『』）亦如同圖9描述般的計算方式即可獲得。

經由圖9與圖10的教示，應用本實施例者應可知曉本實施例所述的失效區域可以包括至少一個至最多四個角落區域的脫落，並且藉以來計算失效區域的總和面積，從而計算經補償的生理訊號值。

圖11是在感測區域1110為圓形的情況下的感測區域1110及失效區域的示意圖。在此設定圓形的感測區域1110的半徑以r表示，感測區域1110的圓心以NO表示。當生理感測器裝置發生脫落時，失效區域則會包括感測區域1110中的至少一個弓型區域1130。圖11中以單個弓型區域1130作為舉例，應用本實施例者可知悉可利用本實施例中的描述來計算一個或多個弓型區域的面積。第一補償區域1120中具備多個第一補償電極，訊號處理裝置可利用未連接至待測物的所述第一補償電極（僅繪示部份）以及尚連接至待測物的所述第一補償電極之間的失效位置NA及NB來計算失效區域的面積。

當知曉失效位置NA及NB後，訊號處理裝置可利用圓心NO、半徑r與失效位置NA及NB之間的關係來得知失效位置NA與圓心NO之間的線段與失效位置NB與圓心NO之間的線段之間的夾角θ。如此一來，弓形區域1130的面積A1130便為由失效位置NA、NB及圓心NO形成的扇形面積減去由失效位置NA、NB及圓心NO形成的三角形面積，如方程式(8)所示：

............................................................................. (8)

在獲知失效區域（弓形區域1130）的總面積（面積A1130）之後，便可計算出生理訊號值的損失率α為方程式(9)所示：

................ (9)

補償參數ρ類似於上述方程式(5)所示，且經補償的生理訊號值（『』）亦如同圖9至圖10描述般的計算方式即可獲得。

圖12是在感測區域1210為橢圓形的情況下的感測區域1110及失效區域的示意圖。在此設定橢圓形的半長軸以r1表示、橢圓形的半短軸以r2表示，感測區域1210的中心點以NO表示。與橢圓形的感測區域1210相對應的虛擬圓1250將圓心NO作為其圓心，且將橢圓形的半長軸r1作為其半徑。當生理感測器裝置發生脫落時，失效區域則會包括感測區域1210中的至少一個弓型區域1230。圖12中以單個弓型區域1230作為舉例，應用本實施例者可知悉可利用本實施例中的描述來計算一個或多個弓型區域的面積。第一補償區域1220中具備多個第一補償電極，訊號處理裝置可利用未連接至待測物的所述第一補償電極（僅繪示部份）以及尚連接至待測物的所述第一補償電極之間的失效位置NA及NB來計算失效區域的面積。

詳細來說，當知曉失效位置NA及NB後，可分別利用與通過圓心NO的長軸L1相垂直的線段L2及L3來得知位於虛擬圓1250上的位置NC及ND；即位置NC與失效位置NA位於線段L2上，位置ND與失效位置NB位於線段L1上。在此假設，失效位置NA的座標（a1, a2）；失效位置NB的座標（b1, b2）；位置NC的座標（c1, c2）；位置ND的座標（d1, d2）。訊號處理裝置可利用圓心NO、虛擬圓1250的半徑（即，半長軸r1）與位置NC及ND之間的關係來得知位置NC與圓心NO之間的線段與位置ND與圓心NO之間的線段之間的夾角θ。然後，由失效位置NA、NB及圓心NO形成的橢圓扇形面積Φ如方程式(10)所示：

.................................................... (10)

虛擬圓1250中由位置NC、ND及圓心NO形成的扇形面積為。

因此，夾角θ可由方程式(11)至(12)得知：

................... (11)

........................................... (12)

另一方面，由於且，因此且。如此一來，橢圓扇形面積Φ可如方程式(13)所示：

........................... (13)

由失效位置NA、NB及圓心NO形成的三角形面積為。

如此一來，弓形區域1230的面積A1230便如方程式(14)所示：

... (14)

損失率α可為方程式(15)所示：

補償參數ρ類似於上述方程式(5)所示，且經補償的生理訊號值（『』）亦如同圖9至圖11描述般的計算方式即可獲得。

圖9至圖12的實施例是以基本的幾何圖形作為計算失效區域的面積的舉例，應用本實施例者亦可應用上述基本的幾何圖形相互進行結合，從而讓感測區域的態樣能夠具備更多變化。圖13是在感測區域1310為兩個半圓形結合矩形的情況下的感測區域1310及失效區域的示意圖。感測區域1310為兩個半圓形結合矩形的範例。由於訊號處理裝置可從第一補償區域1320中的多個第一補償電極得知未連接至待測物的所述第一補償電極（僅繪示部份）以及尚連接至待測物的所述第一補償電極之間的失效位置（如，失效位置NA、NB及失效位置NA’、NB’），因此可以得知失效位置NA、NB或NA’、NB’位在感測區域1310的半圓形區域1340還是矩形區域1342。若失效位置（如，失效位置NA、NB）及失效區域（如，弓形區域1330）僅位在感測區域1310的半圓形區域1340中，此時的訊號處理裝置便可利用上述圖11的弓形區域面計算方式來獲知失效區域的面積。若失效位置（如，失效位置NA’、NB’）皆位在感測區域1310的矩形區域1342中，表示整個半圓形區域1340已脫落，此時的訊號處理裝置便可利用整個半圓形區域1340的面積加上矩形區域中已脫落的梯型區域的面積來獲知失效區域的面積。

圖14是生理感測器裝置中生理訊號感測器110及第二補償感測器122的示意圖。本實施例除了在生理訊號感測器110的邊緣配置第一補償感測器中的多個第一補償電極以外，還將第二補償感測器122中的第二補償電極1410以矩陣形式配置於生理訊號感測器110的感測電極上。於本實施例中，生理訊號感測器110的感測電極上可包括多個通孔1420，以便於第二補償電極1410透過通孔1420來判別生理訊號感測器110與待測物之間是否發生形變。換句話說，訊號處理裝置可依據第二補償感測器122中各個第二補償電極1410所產生的第二補償信號來判斷生理訊號感測器110與待測物之間是否發生形變或皺褶，並依據此形變或皺褶對由生理訊號感測器110所感測的生理訊號值進行補償。

圖15是依照本發明實施例一實施例的一種生理訊號的校正方法的流程圖。所述校正方法適用於上述各實施例中包括生理訊號感測器110以及第一補償感測器120的生理感測器裝置100，且第一補償感測器120配置於生理訊號感測器110。請參照圖15，於步驟S1510中，回應於生理訊號感測器110貼附於待測物時，生理感測器裝置100中的訊號處理裝置130從生理訊號感測器110獲得生理訊號值。於步驟S1520中，訊號處理裝置130藉由第一補償感測器120獲得生理訊號感測器110從待測物部分脫落的失效區域。於步驟S1530中，訊號處理裝置130依據失效區域獲得第一失效補償值，以對由生理訊號感測器110所感測的生理訊號值進行補償。上述步驟的詳細實現方式請見上述實施例。

綜上所述，本發明實施例所述的生理感測器裝置及穿戴式裝置利用配置於生理訊號感測器的感測區域邊緣的第一補償感測器來偵測生理訊號感測器從待測物部分脫落的失效區域，並藉由失效區域的面積與生理訊號感測器的感測區域的面積的比值來對生理訊號值進行補償，從而校準生理訊號值。詳細來說，本發明實施例的生理感測器裝置將第一補償感測器中的多個補償電極配置於生理訊號感測器中感測區域的邊緣處。當生理訊號感測器發生部分脫落時，部分的補償電極將不會連接到待測物，而另一部分的補償電極尚還連接到待測物。因此，便可利用生理訊號感測器中感測區域的預設形狀（如，矩形、圓形、橢圓形或預設已知的複合形狀）來得知失效區域的類別（如，角落區域或弓形區域），並且利用未連接至待測物的補償電極以及尚連接至待測物的補償電極之間的多個失效位置來計算出失效區域的面積，從而依據失效區域的面積以及感測區域的面積來對生理訊號值進行補償。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100、100A、100B‧‧‧生理感測器裝置

110‧‧‧生理訊號感測器

120、120A、120B‧‧‧第一補償感測器

122‧‧‧第二補償感測器

130‧‧‧訊號處理裝置

132‧‧‧處理器

134、820A、820B‧‧‧補償電路

136‧‧‧記憶體

138‧‧‧校正資料庫

140‧‧‧傳輸模組

142‧‧‧收發器

200‧‧‧生理感測系統

210‧‧‧網路

220‧‧‧主機裝置

310‧‧‧外殼

320‧‧‧黏著層

330、332‧‧‧感測區域

340、342、344‧‧‧補償電極

350‧‧‧參考電極

360、362‧‧‧側翼黏貼區域

410‧‧‧軟性基板

420‧‧‧電路走線

430‧‧‧積體電路

510、520、530‧‧‧箭頭

540‧‧‧固定件

610‧‧‧感測電極

620、810A、810B、922‧‧‧第一補償電極

630‧‧‧光學黏著膠層

640‧‧‧聚氨酯（PU）固定膠層

650‧‧‧固定層

660‧‧‧增厚層

710、720、730‧‧‧補償電極

910、1110、1210、1310‧‧‧感測區域

920、1120、1220、1320‧‧‧第一補償區域

930、1030‧‧‧角落區域

940、1040‧‧‧補償區域

1130、1230、1330‧‧‧弓形區域

1250‧‧‧虛擬圓

1340‧‧‧半圓形區域

1342‧‧‧矩形區域

1410‧‧‧第二補償電極

1420‧‧‧通孔

A1、A2、A3‧‧‧直徑

VE1~VEn‧‧‧第一感測電極的電阻值

VC1~VCn‧‧‧第一感測電極的電容值

W‧‧‧矩形的感測區域的長

L‧‧‧矩形的感測區域的寬

LA1、LA2‧‧‧分割線

C‧‧‧第一補償區域的寬度

A、B、A’、B’‧‧‧補償區域的邊界長度

X、Y‧‧‧脫落長度

NA、NB‧‧‧失效位置

NC、ND‧‧‧位置

NO‧‧‧圓心

θ‧‧‧夾角

r‧‧‧半徑

r1‧‧‧半長軸

r2‧‧‧半短軸

L1‧‧‧長軸

L2、L3‧‧‧線段

圖1是依照本發明一實施例的一種生理感測器裝置的方塊圖。圖2是依照本發明一實施例的一種生理感測系統的方塊圖。圖3A及圖3B是依照本發明一實施例的一種生理感測器裝置的外觀示意圖。圖4是圖3A中生理感測器裝置依據分割線LA1裁切的橫截面示意圖。圖5是生理訊號感測器、第一補償感測器以及固定件的示意圖。圖6A及圖6B分別是以不同態樣呈現圖5的生理訊號感測器、第一補償感測器以及固定件依據分割線LA2裁切後的橫截面示意圖。圖7A與圖7B分別是以不同態樣呈現的第一補償感測器的示意圖。圖8A及圖8B分別為以阻抗形式及電容形式作為脫落感測器而形成第一補償感測器的示意圖。圖9是在感測區域為矩形的情況下的感測區域及失效區域的示意圖。圖10是在感測區域為矩形的情況下的感測區域及失效區域的另一示意圖。圖11是在感測區域為圓形的情況下的感測區域及失效區域的示意圖。圖12是在感測區域為橢圓形的情況下的感測區域及失效區域的示意圖。圖13是在感測區域為兩個半圓形結合矩形的情況下的感測區域及失效區域的示意圖。圖14是生理感測器裝置中生理訊號感測器及第二補償感測器的示意圖。圖15是依照本發明實施例一實施例的一種生理訊號的校正方法的流程圖。

Claims

一種生理感測器裝置，包括：生理訊號感測器，貼附於待測物以感測生理訊號值；第一補償感測器，配置於所述生理訊號感測器；以及訊號處理裝置，耦接所述生理訊號感測器和所述第一補償感測器，其藉由所述第一補償感測器獲得所述生理訊號感測器從所述待測物部分脫落的失效區域，並依據所述失效區域獲得第一失效補償值，以對由所述生理訊號感測器所感測的所述生理訊號值進行補償。
如申請專利範圍第1項所述的生理感測器裝置，其中所述第一補償感測器包括多個第一補償電極，且所述第一補償電極配置於所述生理訊號感測器中的感測區域的邊緣處。
如申請專利範圍第2項所述的生理感測器裝置，其中所述訊號處理裝置依據未連接至所述待測物的所述第一補償電極以及尚連接至所述待測物的所述第一補償電極之間的多個失效位置來計算所述失效區域的面積。
如申請專利範圍第2項所述的生理感測器裝置，其中在回應所述生理訊號感測器中的所述感測區域為矩形、且所述失效區域包括所述感測區域中的至少一角落區域時，所述訊號處理裝置依據所述失效位置獲得所述至少一角落區域的邊界長度並依據所述邊界長度計算所述至少一角落區域的所述面積，且依據所述至少一角落區域的所述面積以及所述感測區域的面積計算所述第一失效補償值。
如申請專利範圍第2項所述的生理感測器裝置，其中在回應所述生理訊號感測器中的所述感測區域為圓形或橢圓形、且所述失效區域包括所述感測區域中的至少一弓形區域時，所述訊號處理裝置依據所述失效位置以及所述感測區域的中心點計算所述至少一弓形區域的所述面積，且依據所述至少一弓形區域的所述面積以及所述感測區域的面積計算所述第一失效補償值。
如申請專利範圍第2項所述的生理感測器裝置，更包括：參考電極，貼附於所述待測物以感測參考訊號值，從而作為所述生理訊號感測器中的感測電極進行校準的比對依據。
如申請專利範圍第2項所述的生理感測器裝置，其中所述生理感測器裝置更包括：第二補償感測器，包括多個第二補償電極，所述第二補償電極以矩陣形式配置於所述生理訊號感測器的感測電極上，其中，所述訊號處理裝置依據所述第二補償感測器所產生的第二補償信號來判斷所述生理訊號感測器與所述待測物之間是否發生形變或皺褶，並依據所述形變或所述皺褶對由所述生理訊號感測器所感測的所述生理訊號值進行補償。
如申請專利範圍第1項所述的生理感測器裝置，更包括固定件，用以固定所述生理訊號感測器與所述第一補償感測器。
一種生理訊號的校正方法，適用於包括生理訊號感測器以及第一補償感測器的生理感測器裝置，所述第一補償感測器配置於所述生理訊號感測器，其中所述校正方法包括：回應於所述生理訊號感測器貼附於待測物時，從所述生理訊號感測器獲得生理訊號值；藉由所述第一補償感測器獲得所述生理訊號感測器從所述待測物部分脫落的失效區域；以及依據所述失效區域獲得第一失效補償值，以對由所述生理訊號感測器所感測的所述生理訊號值進行補償。
如申請專利範圍第9項所述的校正方法，其中所述第一補償感測器包括多個第一補償電極，且所述第一補償電極配置於所述生理訊號感測器中的感測區域的邊緣。
如申請專利範圍第10項所述的校正方法，依據所述第一補償感測器獲得所述生理訊號感測器從所述待測物部分脫落的所述失效區域包括以下步驟：依據未連接至所述待測物的所述第一補償電極以及尚連接至所述待測物的所述第一補償電極之間的多個失效位置來計算所述失效區域的面積。
如申請專利範圍第10項所述的校正方法，依據所述失效區域獲得所述第一失效補償值包括以下步驟：依據所述至少一角落區域的所述面積以及所述感測區域的面積計算所述第一失效補償值。
如申請專利範圍第10項所述的校正方法，計算所述失效區域包括以下步驟：在回應所述生理訊號感測器中的所述感測區域為矩形、且所述失效區域包括所述感測區域中的至少一角落區域時，依據所述失效位置獲得所述至少一角落區域的邊界長度並依據所述邊界長度計算所述至少一角落區域的面積。
如申請專利範圍第10項所述的校正方法，計算所述失效區域包括以下步驟：在回應所述生理訊號感測器中的所述感測區域為圓形或橢圓形、且所述失效區域包括所述感測區域中的至少一弓形區域時，依據所述失效位置以及所述感測區域的中心點計算所述至少一弓形區域的所述面積。
如申請專利範圍第10項所述的校正方法，其中所述生理感測器裝置更包括第二補償感測器，其包括多個第二補償電極，且所述所述第二補償電極以矩陣形式配置於所述生理訊號感測器的感測電極上，其中所述校正方法更包括：依據所述第二補償感測器所產生的第二補償信號來判斷所述生理訊號感測器與所述待測物之間是否發生形變或皺褶；以及依據所述形變或所述皺褶對由所述生理訊號感測器所感測的所述生理訊號值進行補償。
一種具校正功能的穿戴式裝置，包括：生理訊號感測器，貼附於待測物以感測生理訊號值；第一補償感測器，配置於所述生理訊號感測器；以及訊號處理裝置，耦接所述生理訊號感測器和所述第一補償感測器，其藉由所述第一補償感測器獲得所述生理訊號感測器從所述待測物部分脫落的失效區域，並依據所述失效區域獲得第一失效補償值，以對由所述生理訊號感測器所感測的所述生理訊號值進行補償。
一種生理感測系統，包括：主機裝置；以及生理感測器裝置，其中所述主機裝置與所述生理感測器裝置相互通訊，所述主機裝置獲得由所述生理感測器裝置提供經補償的生理訊號值以進行數據運算並呈現經數據運算後的所述生理訊號值，其中，所述生理感測器裝置包括：生理訊號感測器，貼附於待測物以感測生理訊號值；第一補償感測器，配置於所述生理訊號感測器；以及訊號處理裝置，耦接所述生理訊號感測器和所述第一補償感測器，其藉由所述第一補償感測器獲得所述生理訊號感測器從所述待測物部分脫落的失效區域，並依據所述失效區域獲得第一失效補償值，以對由所述生理訊號感測器所感測的所述生理訊號值進行補償。