TW202333619A - 電子裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種電子裝置，包括：一第一構件，具有第一內側面與一與所述第一內側面相對的一第一外側面。一光學傳感器，位於所述第一內側面上，用以接觸使用者的第一位置，所述光學傳感器用以取得所述使用者的第一生理訊號。一第一電極組，包括至少一個電極，位於所述第一內側面上，用以接觸所述使用者的所述第一位置。一第二電極組，包括至少一個電極，位於所述第一外側面上，用以接觸所述使用者的第二位置，所述第一電極組與所述第二電極組用以取得所述使用者的第二生理訊號。一控制器，位於所述第一構件內，與所述光學傳感器、所述第一電極組、與所述第二電極組耦接，所述控制器根據所述第一生理訊號與所述第二生理訊號得到所述使用者的第三生理訊號。

Description

電子裝置

本發明是有關於一種電子裝置。

目前安養中心、照護中心與睡眠中心等醫療院所，依病患照護需求程度不同，往往需要外接血氧機、血壓機與十二導程之心電圖機等，以便量測病患之心電圖、心跳、血氧、血壓、等生理數據。在測量過程中，上述血氧機，血壓計與心電圖機皆須單獨安裝、設置，待量測完畢後再行卸除，並需要護理師定時量測上述生理數據並記錄測量結果，因此對醫療人力造成負擔。

另一方面，現代人由於生活習慣與工作壓力，罹患心血管疾病的患者日益增加。因此在家中對心電圖、心跳、血氧、血壓、等生理數據進行快速方便的自我檢查，是了解個人健康狀況的重要方法。

本發明提供一種電子裝置，以同時檢測多種生理數據。

根據本發明的一些實施例，提供一種電子裝置，包括：一第一構件，具有一第一內側面及與所述第一內側面相對的一第一外側面；一光學傳感器，位於所述第一內側面上，用以接觸使用者的第一位置，所述光學傳感器用以取得所述使用者的第一生理訊號；一第一電極組，包括至少一個電極，位於所述第一內側面上，用以接觸所述使用者的所述第一位置；一第二電極組，包括至少一個電極，位於所述第一外側面上，用以接觸所述使用者的第二位置，所述第一電極組與所述第二電極組用以取得所述使用者的第二生理訊號；一控制器，位於所述第一構件內，與所述光學傳感器、所述第一電極組、與所述第二電極組耦接，所述控制器根據所述第一生理訊號與所述第二生理訊號得到所述使用者的第三生理訊號。

基於上述，本發明的電子裝置可以同時測量多個生理訊號，並將測量到的生理訊號傳輸至外部裝置，可大幅減少量測時間與人力。

圖1A至圖1D分別是依照本發明的實施例的一種電子裝置的剖面圖、前視圖、後視圖、與仰視圖。在圖1A至圖1D中，方向D1、D2、D3三者相互垂直。方向D1為手指伸入容置空間的方向，方向D2為水平方向，方向D3為垂直方向。

請同時參考圖1A與圖1B。如圖1A所示，電子裝置10，包括：第一構件100與第二構件200。根據一些實施例，第一構件100與第二構件200的材質為塑膠，以減輕電子裝置10的重量，並使電子裝置10的外殼具有足夠強度，但並不以此為限。

第一構件100，具有第一內側面100S1及與第一內側面100S1相對的第一外側面100S2。第二構件200，具有第二內側面200S1及與第二內側面200S1相對的第二外側面200S2。第一內側面100S1與第二內側面200S1形成容置空間S。當使用者的手指伸入容置空間S時，電子裝置10可測量使用者的多種生理訊號。

電子裝置10更包含光學傳感器110、第一電極組120與第二電極組130，用以對使用者測量多種生理訊號。

光學傳感器110，位於第一構件100的第一內側面100S1上，用以接觸使用者的第一位置，光學傳感器110用以取得使用者的第一生理訊號。根據一些實施例，使用者的第一位置為右手的手指。在另一些實施例中，使用者的第一位置為左手的手指。根據一些實施例，第一生理訊號包括光體積脈搏波圖 (Photoplethysmography，PPG)。第一生理訊號的量測方式將於後文中敘述。

光學傳感器110包括：光源112A與光源112B，用以發射一入射光至使用者的第一位置。光學傳感器110更包括光接收器114，用以接收自使用者的第一位置所反射或穿透使用者的第一位置的入射光。在一些實施例中，由光源112A所發出的入射光經使用者的第一位置反射而進入光接收器114。因此光源112A與光接收器114又稱為反射式光學傳感器。在另一些實施例中，光源112B與光接收器114分別位於第二構件200與第一構件100上。由光源112B所發出的入射光透射使用者的第一位置而進入光接收器114。因此光源112B與光接收器114又稱為透射式光學傳感器。

根據一些實施例，使用者的第一位置為使用者的手指，例如右手或左手的手指。如圖1A所示，光源112A與光接收器114均位於第一構件100上。光源112B與光接收器114分別位於第二構件200與第一構件100上。在一些實施例中，光學傳感器110可具有光源112A或光源112B其中之一，或同時具有光源112A與光源112B，本發明並不以此為限。

根據一些實施例，光源112A與光源112B可為發光二極體(light emitting diode，LED)，或其他具有類似發光功能的元件，本發明並不以此為限。根據一些實施例，光接收器114可為光電二極體(photodiode)，或其他具有類似功能的元件，本發明並不以此為限。根據一些實施例，入射光可為紅光或紅外光，其中紅光的波長範圍為655-665奈米，紅外光的波長範圍為935-945奈米，但本發明並不以此為限。

請同時參考圖1A與圖1D。電子裝置10的第一電極組120，包括至少一個電極120，位於第一內側面100S1上，用以接觸使用者的第一位置。圖1A中，第一電極組120具有一個電極120，但第一電極組120的電極數量並不以此為限。電子裝置10的第二電極組130，包括至少一個電極130A、130B，位於第一外側面100S2上，用以接觸使用者的第二位置。圖1A中，第二電極組130具有兩個電極130A、130B，但第二電極組130的電極數量並不以此為限。第一電極組120與第二電極組130用以取得使用者的第二生理訊號。根據一些實施例，使用者的第一位置為右手手指，使用者的第二位置為左手，或左胸。根據一些實施例，使用者的第二生理訊號包括心電圖。第二生理訊號的量測方式將於後文中敘述。

請同時參考圖1A與圖1C，電子裝置10更包括連接埠140。連接埠140位於第一構件100的與第一外側面100S2相連的側表面100S3。連接埠140用以對電子裝置10提供電力，或透過連接埠140以向外部裝置傳輸資料。根據一些實施例，連接埠140為USB連接埠，例如type C USB連接埠，或具有類似性質的連接埠，本發明並不以此為限。根據一些實施例，外部裝置包括雲端伺服器、電腦、平板電腦、智慧型手機或穿戴式裝置，本發明並不以此為限。

請參考圖1A。電子裝置10更包括控制器150，位於第一構件100內。控制器150與光學傳感器110、第一電極組120、第二電極組130與連接埠140耦接。控制器150根據第一生理訊號與第二生理訊號得到使用者的第三生理訊號。根據一些實施例，使用者的第三生理訊號包括血壓值。第三生理訊號的量測方式將於後文中敘述。

根據一些實施例，控制器150例如是包括微控制器單元（Microcontroller Unit，MCU）、中央處理單元（central processing unit，CPU)、微控制器（microprocessor）、數位訊號控制器（digital signal processor，DSP）、可程式化控制器、可程式化邏輯裝置（programmable logic device，PLD）或其他類似裝置或這些裝置的組合，本發明並不加以限制。此外，在一實施例中，控制器150的各功能可被實作為多個程式碼。這些程式碼會被儲存在一個記憶體中，由控制器150來執行這些程式碼。或者，在一實施例中，控制器150的各功能可被實作為一或多個電路。本發明並不限制用軟體或硬體的方式來實作控制器150的各功能。

請參考圖1A，電子裝置10更包括傳輸模組160。傳輸模組160位於第一構件100內，與控制器150耦接。控制器150利用傳輸模組160與外部裝置進行無線資料傳輸，將電子裝置10所量測到的生理訊號傳輸到一個或多個外部裝置。根據一些實施例，傳輸模組160為藍芽模組或Wi-Fi模組，或其他具有類似功能的模組，本發明並不以此為限。根據一些實施例，外部裝置包括雲端伺服器、電腦、平板電腦、智慧型手機或穿戴式裝置，本發明並不以此為限。

請參考圖1A，電子裝置10更包括儲存模組170。儲存模組170位於第一構件100內，與控制器150耦接。儲存模組170用以儲存由控制器150所產生的第一生理訊號、第二生理訊號與第三生理訊號，或儲存由連接埠140或傳輸模組160所接收的來自外部裝置的訊號。根據一些實施例，儲存模組170為快閃記憶體或記憶卡等儲存裝置，本發明並不以此為限。

圖1E是依照本發明的實施例的一種電子裝置的剖面圖。在一些實施例中，電子裝置10可不包括第二構件200，也就是電子裝置10僅包括第一構件100，如圖1E所示。第一構件100的結構如圖1A-圖1D所述，在此不再贅述。這時第一構件100藉由一固定裝置(例如圖2B的固定裝置12)將電子裝置10固定於使用者身上。根據一些實施例，固定裝置可為錶帶形接線，或是以固定帶以纏繞方式固定在使用者身上，或其他具有類似功能的裝置。而第一構件100的第一內側面100S1可用以接觸使用者的手指、手腕、腳掌，或其他可用以測量使用者的多種生理訊號的部位。

以下實施例用以介紹以電子裝置10測量多種生理訊號的方式。

圖2A是依照本發明的實施例的一種電子裝置的一種量測方式示意圖。圖2B是依照本發明的實施例的一種電子裝置的一種量測方式示意圖。在對使用者進行量測時，使用者可以將右手RH的手指伸入電子裝置10的容置空間中進行量測。當電子裝置10僅具有第一構件100而沒有第二構件200時，電子裝置10以固定裝置12固定在使用者的手指F上。此時，使用者的手指F與第一構件的第一內表面100S1相接觸。

圖3是依照本發明的實施例的一種電子裝置的另一種量測方式示意圖。圖4是依照本發明的實施例的一種電子裝置的光學傳感器示意圖。圖5是依照本發明的實施例的一種電子裝置所量測到的光體積脈搏波圖(PPG)與心電圖(ECG)的示意圖。

請同時參考圖2與圖4。當使用者的第一部位，例如右手RH的手指F，伸入圖1A中的容置空間S的時候，手指F與光學傳感器110相接觸。光學傳感器110包括光源112A或光源112B或兩者兼具。光源112A與112B所發出的入射光L為紅光或紅外光。

根據一些實施例，如圖4所示，光源112A發出入射光L入射使用者的手指F，經手指F中的血管BV反射後，入射光接收器114。根據另一些實施例，如圖4所示，光源112B發出入射光L入射使用者的手指F，透射手指F中的血管BV後，入射光接收器114。由於血管中的血液具有血紅素，因此當入射光L的紅光或紅外光入射血管BV時，入射光L的部分紅光或紅外光會遭血管中的血紅素吸收，因此改變入射光接收器114的入射光L的強度。藉由比較光源112A與112B所發出的入射光L的強度，與光接收器114所接收到的入射光L的強度，可以用來估計血管中的血紅素濃度，以計算血氧飽和濃度SpO2，更可進一步藉由血氧飽和濃度計算血氧濃度下降指數(oxygen desaturation index，ODI)。

另一方面，在每個心跳週期中，心臟收縮以將血液輸送到人體各個角落，這時血管BV會隨著心臟收縮而產生週期性的體積變化。因此，當入射光L入射血管BV時，入射光L會產生對應的週期性的強度變化。藉由光接收器114所接收到的入射光L的強度對時間的變化，可以得到脈博引起血管體積隨時間的變化圖。這種藉由光學方式測量脈博引起的血管體積變化，稱為光體積變化描記圖法(Photoplethysmography，PPG)，如圖5的PPG圖所示。

因此，在上述操作方式中，當手指F插入電子裝置10的時候，電子裝置10的光學傳感器120可以測量使用者的第一生理訊號，包括血氧濃度，與使用者的PPG變化。

請同時參考圖3與圖4。當使用者的第一部位，例如手指F，伸入圖1A中的容置空間S的時候，手指F除了與光學傳感器110接觸外，手指F同時與第一電極組120接觸。根據一些實施例，如圖3所示，手指F為右手RH的手指，例如食指。使用者將電子裝置10的第一外側面100S2上的第二電極組130(包括電極130A、電極130B)與使用者的左手LH的手掌接觸。因此第一電極組120與第二電極組130形成導電迴路，以量測使用者的第二生理訊號，例如心電圖，如圖5的心電圖(ECG)圖所示。

根據一些實施例，在量測使用者的心電圖時，也可以將電子裝置10置於使用者的左胸上，使第二電極組130的電極130A與130B直接與使用者的左胸接觸，以形成導電迴路。

圖6是使用者測量心電圖的位置示意圖。傳統上，以多個電極貼片測量心電圖時，除了放置電極貼片於使用者的四肢之外，另外放置電極貼片於使用者胸前的六個位置，分別為V1、V2、V3、V4、V5與V6，如圖6所示。

請參考圖7，當使用電子裝置10測量心電圖時，手指F位於電子裝置的容置空間S中與第一電極組120接觸。而電子裝置10的第二電極組130則是與圖6所示的V4位置相接觸，也就是貼於指用者的第5肋間鎖骨中線處，以量得使用者的第二生理訊號，例如圖5的心電圖(ECG)圖。藉由圖5所示的心電圖，可以量得使用者的心率變異（heart rate variability，HRV）並藉以推算呼吸速率(Respiratory Rate)。

當以圖3或圖7的使用方式測量使用者的心電圖時，由於使用者的手指依舊位於電子裝置10的容置空間中，因此電子裝置10可同時量測或分別量測使用者的第一生理訊號(例如光體積脈搏波圖)與第二生理訊號(例如心電圖)。

請參考圖5。當使用者以圖3或圖7的使用方式測量光體積脈搏波圖與心電圖的時候，可藉由同時測量光體積脈搏波圖與心電圖，得到使用者的第三生理訊號，例如血壓。

請參考圖5。在心電圖的量測中，A點是心臟跳動時，因心室去極化所產生的R波的頂點。當心臟收縮時，血液由心臟輸送到身體各處，例如手指處的血管。因此血管會隨心臟收縮而產生收縮，因而在光體積脈搏波圖的脈搏波中產生對應的波峰，如B點所示。藉由測量心電圖中A點與光體積脈搏波圖中B點的時間差Δt，可以計算血液的流速。此外，當血管壓力大時，血液流速快，血管壓力小時，血液流速慢。因此可以藉由這些性質以心電圖圖與光體積脈搏波圖計算使用者的血壓值。

圖8是依照本發明的實施例的一種電子裝置的另一種量測方式示意圖。根據一些實施例，電子裝置10更包括第三電極組180，第三電極組180包括至少一個外接電極，用以接觸使用者的至少一個第三位置。如圖8所示，第三電極組180包括外接電極180A、外接電極180B、外接電極180C，但第三電極組180的外接電極的數量並不以此為限。根據一些實施例，第三電極組180的外接電極180A、外接電極180B、外接電極180C為心電圖電極貼片。第三電極組180藉由電子裝置10的連接埠140與控制器150耦接。

如圖8所示，使用者將安裝第三電極組180的電子裝置10配戴於左手。在另一些實施例中，安裝第三電極組180的電子裝置10可配戴於右手。將第三電極組180的外接電極180A、外接電極180B、外接電極180C貼在使用者身上，以測量多導程心電圖。

當使用者以圖3或圖7的方式測量使用者的心電圖時，使用者以同時接觸第一電極組120與第二電極組130的方式進行量測。由於第二電極組130的電極為乾式電極，乾式電極與使用者的皮膚接觸時容易產生雜訊，因此會影響心電圖的測量結果。若以外接第三電極組180的方式測量心電圖，由於第三電極組180的電極為心電圖電極貼片，因此可以更有效的與使用者的皮膚貼合，以減少測量心電圖時的雜訊。此外，藉由第三電極組180的心電圖電極貼片，可以對使用者進行短時間(例如30秒)至長時間不間斷的心電圖量測。

圖9A與圖9B是依照本發明的實施例的資料傳輸方式示意圖。當電子裝置10記錄使用者的生理數據後，例如第一生理訊號，第二生理訊號以及第三生理訊號，電子裝置10將所記錄的生理數據，例如由處理器150所產生的生理數據，或是儲存於儲存模組170的生理數據，傳輸到外部裝置20。根據一些實施例，電子裝置10藉由連接埠140，以有線方式與外部裝置20連接，將電子裝置10的數據透過訊號線SL傳輸到外部裝置20，如圖9A所示。根據另一些實施例，電子裝置10藉由通訊模組160，以無線方式與外部裝置20連接，將電子裝置10的數據透過無線傳輸方式傳輸到外部裝置20，如圖9B所示。根據一些實施例，外部裝置20包括雲端伺服器、電腦、平板電腦、智慧型手機或穿戴式裝置，但並不以此為限。

藉由本發明所提供的電子裝置10，可以測量得到多種生理訊號。例如，可用以收集使用者於照護/睡眠期間的即時與非即時生理訊息，例如可透過心電圖得到心率變異，進一步推算呼吸速率(Respiratory Rate)。或是透過血氧飽和度(SpO2)計算氧減指數（ODI）。藉由提供上述數據，亦可提供睡眠分析結果，用以判斷睡眠品質與睡眠呼吸中止症。

綜上所述，本發明提供一種電子裝置，可以快速方便的量測使用者的多種生理訊號，並對該些訊號進行短時間或長時間的量測。本發明的電子裝置也可將所取得的生理訊號傳輸至外部裝置，以利醫療人員即時檢視各種生理數據，有效減低醫療人員工作負擔，提高醫療效率。

10:電子裝置 20:外部裝置 100:第一構件 100S1:第一內側面 100S2:第一外側面 110:光學傳感器 112A、112B:光源 114:光接收器 120:第一電極組 130:第二電極組 130A、130B:電極 140:連接埠 150:控制器 160:傳輸模組 170:儲存模組 180:第三電極組 180A、180B、180C:電極 200:第二構件 200S1:第二內側面 200S2:第二外側面 BV:血管 D1、D2、D3:方向 F:手指 L:入射光 S:容置空間

圖1A是依照本發明的實施例的一種電子裝置的剖面圖。 圖1B是依照本發明的實施例的一種電子裝置的前視圖。 圖1C是依照本發明的實施例的一種電子裝置的後視圖。 圖1D是依照本發明的實施例的一種電子裝置的仰視圖。 圖1E是依照本發明的實施例的一種電子裝置的剖面圖。 圖2A是依照本發明的實施例的一種電子裝置的一種量測方式示意圖。 圖2B是依照本發明的實施例的一種電子裝置的另一種量測方式示意圖。 圖3是依照本發明的實施例的一種電子裝置的另一種量測方式示意圖。 圖4是依照本發明的實施例的一種電子裝置的光學傳感器示意圖。 圖5是依照本發明的實施例的一種電子裝置所量測到的光體積脈搏波圖(PPG)與心電圖(ECG)的示意圖。 圖6是使用者測量心電圖的位置示意圖。 圖7是依照本發明的實施例的一種電子裝置的另一種量測方式示意圖。 圖8是依照本發明的實施例的一種電子裝置的另一種量測方式示意圖。 圖9A與圖9B是依照本發明的實施例的資料傳輸方式示意圖。

10:電子裝置

100:第一構件

100S1:第一內側面

100S2:第一外側面

110:光學傳感器

112A、112B:光源

114:光接收器

120:第一電極組

130:第二電極組

130A、130B:電極

140:連接埠

150:控制器

160:傳輸模組

170:儲存模組

200:第二構件

200S1:第二內側面

200S2:第二外側面

D1、D3:方向

S:容置空間

Claims (18)

1. 一種電子裝置，包括： 一第一構件，具有一第一內側面及與所述第一內側面相對的一第一外側面； 一光學傳感器，位於所述第一內側面上，用以接觸使用者的第一位置，所述光學傳感器用以取得所述使用者的第一生理訊號； 一第一電極組，包括至少一個電極，位於所述第一內側面上，用以接觸所述使用者的所述第一位置； 一第二電極組，包括至少一個電極，位於所述第一外側面上，用以接觸所述使用者的第二位置，所述第一電極組與所述第二電極組用以取得所述使用者的第二生理訊號； 一控制器，位於所述第一構件內，與所述光學傳感器、所述第一電極組、與所述第二電極組耦接，所述控制器根據所述第一生理訊號與所述第二生理訊號得到所述使用者的第三生理訊號。
2. 如請求項1所述的電子裝置，所述電子裝置更包括； 一第二構件，具有一第二內側面，所述第一內側面與所述第二內側面形成一容置空間。
3. 如請求項1所述的電子裝置，所述第一生理訊號為光體積脈搏波圖。
4. 如請求項1所述的電子裝置，所述第二生理訊號為心電圖。
5. 如請求項1所述的電子裝置，所述第三生理訊號為血壓。
6. 如請求項1所述的電子裝置，所述控制器根據所述第一生理訊號與所述第二生理訊號的時序關係得到第三生理訊號。
7. 如請求項1所述的電子裝置，其中所述光學傳感器包括： 一光源，用以發射一入射光至所述使用者的所述第一位置；以及 一光接收器，用以接收自所述使用者的所述第一位置所反射或穿透所述使用者的所述第一位置的所述入射光。
8. 如請求項1所述的電子裝置，其中所述入射光為紅光或紅外光。
9. 如請求項1所述的電子裝置，其中所述第一位置為所述使用者的右手的手指。
10. 如請求項1所述的電子裝置，其中所述第二位置為所述使用者的左手。
11. 如請求項1所述的電子裝置，其中所述第二位置為所述使用者的左胸。
12. 如請求項1所述的電子裝置，其中所述電子裝置更包括： 一連接埠，位於所述第一構件的與所述第一外側面相連的側表面，用以對所述電子裝置提供電力，並與外部裝置傳輸資料。
13. 如請求項12所述的電子裝置，其中所述連接埠為USB連接埠。
14. 如請求項12所述的電子裝置，其中所述電子裝置更包括： 一第三電極組，所述第三電極組包括至少一個外接電極，用以接觸所述使用者的至少一個第三位置，所述第三電極組藉由所述連接埠與所述控制器耦接，所述第一電極組與所述第三電極組用以取得所述使用者的所述第二生理訊號。
15. 如請求項1所述的電子裝置，更包括： 一傳輸模組，位於所述第一構件內，與所述控制器耦接，所述控制器利用所述傳輸模組與一外部裝置進行無線資料傳輸。
16. 如請求項15所述的電子裝置，其中所述傳輸模組為藍芽模組或Wi-Fi模組。
17. 如請求項15所述的電子裝置，其中所述外部裝置包括雲端伺服器、電腦、平板電腦、智慧型手機或穿戴式裝置。
18. 如請求項1所述的電子裝置，其中所述電子裝置更包括： 一儲存模組，位於所述第一構件內，與所述控制器耦接，用以儲存所述第一生理訊號、所述第二生理訊號與所述第三生理訊號。

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