TWI292707B - Respiration measurement system and method - Google Patents

Description

1292707 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及一種量測系統，尤其是一種呼吸頻率的量測 糸統。 ' 【先前技術】

呼吸作用是生物體重要的生命跡象。生物體所有細胞都 需要氧氣才可以生存。呼吸作用是指氧氣到達全身細胞進行氣 體交換以產生能量。整個呼吸過程係由肺部、胸肌與腹肌收縮 擴張來完成。 於許多情況下，諸如手術或受傷的時候，包括人類在内 的動物體可能會有呼吸停止、窒息、休克的危險，故必須對呼 吸次數與頻率進行量測以進行藥物控制、疼痛療程或是麻 措硫。 —曰則得統的呼吸置測器多是透過裝設於鼻端的呼吸罩’ =量，進出呼吸道氣體的方向、速率與質量，來量測呼吸次 紗純下，妨触於齡咖鼻端呼 ίfir呼數。諸如當臉部有嚴重外傷、使用呼吸罩合 =機，，下’使用傳統的4 ί，使用的傳統呼吸量測_過於昂貴巨 穴亚不此適用於居家照護的環境。 測呼ίίίί目#類式呼吸解_彳祕以達成量 【發明内容】 求，本I明^ 了符合產業上某些利益之需 量測器未輯成之標^ u統可㈣解決上述傳統之呼吸 本發明之-目的係提供—種呼吸量測系統，其包含一呼 1292707 ι電量測模組以量測呼吸肌肉之一肌電信號，以及一呼吸信 號计數模組以接收該肌電信號並且計算呼吸次數。 本發明之一另一目的係提供一種呼吸量測方法，其包含 一1吸肌電量測步驟以量測呼吸肌肉之一肌電信號，以及一呼 吸信號計數步驟以接收該肌電信號並且計算呼吸次數。 【實施方式】 、本發明在此所探討的方向為一種呼吸量測系統與方法。 為了能徹底地瞭解本發明，將在下列的描述中提出詳/盡的步驟 及其組成。顯然地，本發明的施行並未限定於量測系統之技藝 者所熟習的特殊細節。另-方面，眾所周知的組成或步驟並^ 描述於細節中，以避免造成本發明不必要之限制。本發明的較 佳^施例會詳細描述如下，然而除了這些詳細描述之外，本發 明還可以;| S地施行在其他的實施例巾，且本發明的範圍不^ 限定，其以之後的專利範圍為準。 -般而言’人體呼吸換氣是由兩種肺部擴張收縮方式來 元成。第-種是藉由橫麵的上升與下降來改變胸腔 备

人體靜止時是採用這種呼吸方式。吸氣時橫隔膜下降以擴張; 腔產生内壓差；呼氣時橫隔膜放鬆，藉_肺與腹腔的彈 收作用壓_腔。第二種呼吸方式係透獅骨的提升卿 令胸腔的前後徑增減。吸氣時肋骨提升以增加胸腔的前^· 啤氣時肋骨下降以減少胸腔的前後徑。據此，凡將=的 就稱為吸氣肌；反之，凡將_下降的就稱為呼氣肌。= 知’呼吸作用的整個動作過程皆需要肌肉參與。 當肌肉在進行收縮動作時會產生_種她纖維 的動作電位組成的肌電信號。利用電極量測上述肌 ^ ，電圖。據此，树明係利用呼吸作用中進行肌肉 性，透過肌電信號的量測以判別呼吸的次數與頻率。链旦4寸 方法的重要性在於提供輕巧方便的量測方式二、 檀I測

6 1292707 參考第一圖所示，其係為根據本發明一實施例之一呼吸 量測系統100之一方塊示意圖。此呼吸量測系統100包含一呼 吸肌電量測模組110以量測肌電信號與接收此肌電信號以計 算呼吸次數之一呼吸信號計數模組120。

於本實施例中，上述之呼吸肌電量測模組110包含用以 量測呼吸肌肉之肌電信號的一電極112、一肌電信號放大模組 114以放大此電極112所量測之肌電信號，與一濾波模組ι16 以濾除上述已放大之肌電信號。於本實施例之一實施範例中， 此濾波模組116更包含一 20Hz之高通濾波電路117與一 500Hz 之低通濾波電路118以過濾雜訊。於本實施例之另一實施範例 中’此肌電信號放大模組114係將所量測之肌電信號放大一萬 倍。 如第一圖所示，上述之呼吸信號計數模組12〇包含一絕 對值取樣模組122將已放大之肌電信號設定為絕對正值、一低 通濾波模組124以取得上述絕對正值肌電信號的波動包覆 J ’與-波峰計數模組⑽計算超出一閥值之上述包= <的個數。於本實施例之一實施範例中，上述之閥值係為一預 被事歧定。於本實施例之另—實施範射，上述之 二^透過辑方式取得。例如以最高波峰之值乘以一個分 2將==某波峰值大於最高波峰值的四分之三時， 明® a上 个卞及1吕娓叶數模組120可更包含一哞 5率以侧呼吸頻率異常的狀況。所謂的呼吸 呼吸解職或顯，甚至於呼吸停止的产 數之呼吸\欠數與i “時間 ，"sj-；|旱出:甘 *、、、、 此令吸頻率與—正常呼吸頻率之日=吸頻率。接著，再將 ^ ^ ；28 7 1292707 率較高之示警信號；反之’若呼吸頻率低於此區間範圍，則此 呼吸異常偵測模組128將會發出一表示呼吸頻率較低之示警 仏號，表後，右呼吸·^數為零，亦即呼吸頻率為零時，此呼吸 異常偵測模組128將會發出一表示呼吸中止之示鏊信號。請注 意本發明並不限定前述示警信號之形式，其可能為\;類1 可感知 之燈光、音響或電子元件所能接收的電壓電流等形式。 請參考第二圖所示，其係為根據本發明另一實施例之一 哞吸量測方法的一流程示意圖。此方法包含一步驟21〇以量測 呼吸肌電彳§號以及另一步驟220根據呼吸肌電信號以計算呼 吸次數。 於本實施例中，上述之步驟210更包含一電極量測步驟 212以利用電極量測呼吸肌肉之肌電信號、一信號放大步驟 214以放大電極所量測之肌電信號，與一濾波步驟216以濾除 上述已放大肌電信號之雜訊。於本實施例之一實施範例中，此 濾波步驟216更包含一 20Hz之高通濾波步驟217與一 5〇〇Hz 之低通，波步驟218以過濾雜訊。於本實施例之另一實施範例 中’此#號放大步驟214係將所量測之肌電信號放大一萬倍。 如第二圖所示，上述步驟220可更包含一絕對值取樣步 ，222將已放大之肌電信號設定為絕對正值、一低通濾波步驟 2^4以利用低通濾波取得上述絕對正值肌電信號的波動包覆 ^ ’與-波峰計數步驟226以計算超出一閥值之上述包覆線波 μ的個數、。於本實施例之一實施範例中，上述之閥值係為一預 =值]可被事先設定。於本實施例之另一實施範例中，上述之 j值係透過統計方式取得。例如以最高波峰之值乘以一個分 〇·75亦即虽某波峰值大於最高波峰值的四分之三時， 始將其視為一次呼吸。 #^228 1292707 常i測步呼吸停止的情況。此呼吸異 與量_，即f=6所計數之呼吸次數 一正當哞明瓶邀+ r« 吁及頻率。接者，再將此呼吸頻率與 此呼吸異常_步=目8^f=頻^高於此關範圍，則 警信號；反之，若啤吸吸頻率較高之示 測步驟228將會發出^羊一t於此區間錢，則此呼吸異常偵 若呼吸次數之示警信號；最後， ⑽將會如-絲呼财號此呼㈣常偵測步驟 率，33貞率 上述高通與低通濾波電路的頻 毛明亦不限定上述高通與低通遽波電路與步驟的先後次序。本 的佟iiia’ =實齡彳巾的财’本㈣可能有許多 理^，除、了上诚在其附加的權利要求項之範圍内加以 杏#彳述砰巧的描述外，本發明還可以廣泛地在其他的 二鈿行。上述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用 ;m:請專利範圍;凡其它未脫離本發明所揭示之精 =下斤疋成的纽改變或修飾，均應包含在下述申請專利範圍 【圖式簡單說明】 第一圖係為根據本發明 方塊示意圖；以及 一實施例之一呼吸量測系統之— 明另一實施例之一呼吸量測方法的 弟一圖係為根據本發 一流程示意圖。 【主要元件符號說明】 100 呼吸量測系統 no 呼吸肌電量測模組 112 電極 1292707 114 肌電信號放大模組 116 濾波模組 117 高通濾波電路 118 低通濾波電路 120 呼吸信號計數模組 122 絕對值取樣模組 . 124 低通濾波模組 126 波峰計數模組 128 呼吸異常偵測模組 210 量測呼吸肌電信號 • 212 利用電極量測呼吸肌肉之肌電信號 214 放大電極所量測之肌電信號 216 濾除已放大肌電信號之雜訊 217 高通濾波步驟 218 低通濾波步驟 220 根據呼吸肌電信號以計算呼吸次數 222 將已放大之肌電信號設定為絕對正值 224 利用低通濾波取得絕對正值肌電信號的波動包覆線 226 計算超出一閥值之包覆線波峰的個數 A 228 計算呼吸頻率以偵測呼吸異常狀況 10

Claims (1)

1292707 ¥年1 η 曰修(更)正本 十、申請專利範圍·· 1·一種呼吸量測系統，包含： 呼吸肌電量測模組以量測呼吸肌肉之一肌 肌電信號並且計i;次數，其 i皮峰計數敎算超之触純i針波峰的 範=1項之呼吸量_、統，其巾上述之呼吸肌電 1則杈組包3 一電極以量測該肌電信號。 量，丄項之呼吸5測系統，其中上述之呼舰 電信號。I3電彳5號放大模組以放大該電極所量測之該肌 4·根量狀呼吸制祕，料上叙呼吸肌電 5根攄申二ίί模組以遽除已放大該肌電信號之雜訊。 包圍/4項之呼吸量測系統’其中上述之濾波模組 3同通濾波電路以濾除低頻雜訊。 4項之呼吸量測系統’其中上述之滤波模組 3低通濾波電路以濾除高頻雜訊。 項之呼吸量編純巾上叙高通遽波 電路係濾除20Hz以下之低頻雜訊。 圍第6項之呼吸制祕，其中上述之低通滤波 路係濾除500Hz以上之高頻雜訊。 94=t請專利範圍第3項之呼吸量測系統，其中上述之肌電信號 杈組係將該電極所量測之該肌電信號放大一萬倍。 i艮專娜㈣1項之呼吸制系統，其中上述之閥值係 為事先設定之一預設值。 x〇 1292707 11·根據申請專利範圍第1項之呼吸量測系統，其中 為最高波峰值之-分數。 4之閥值係 12·根據申請專利範圍第1項之呼吸量測系統，其中上 號計數模組更包含一呼吸異常偵測模組，該呼吸里;^ ^ 接收該波峰計數模組所計數之呼吸次數與量測時間以中一、哞 吸頻率。 亇 13·根據申請專利範圍第12項之呼吸量測系統，其中上 常偵測模組更包含下列可能變化之某一種或其任意組人··-當該呼吸頻率高於-正常呼吸辭之關時，該^吸&常 模組發出一表示呼吸頻率較高之示警信號； 、、“ 當該呼吸頻率低於-正常呼吸頻率之區間時，該啤吸 模組發出一表示呼吸頻率較低之示警信號；以及 /、、“ 示呼吸中 當該呼吸頻率為零時，該呼吸異^麵組發出 止之示警信號。 14·一種呼吸量測方法，包含： 一呼吸肌電量測步驟以量測呼吸肌肉之一肌 -呼吸信號計數步㈣接收該肌電信餘 ^ 中上述之哞吸信號計數步驟更包含： 丁开吁及-人數，其 將已放大之該肌電信號設定為絕對正值； 絕對正值肌電信號的—波動包覆線；以及 计算超it{-随之該波動包觀巾波峰的個數。。 5·根，申請專利範圍第14項之呼吸量 ϊ量測轉包含-雜料铸《_-電極 12 1292707 18. 根據申請專利範圍第17項之呼吸量測方法，其中上述之濾波步 驟包含一高通濾波步驟以濾除低頻雜訊。 19. 根據申請專利範圍第17項之呼吸量測方法，其中上述之濾波步 驟包含一低通濾波步驟以濾除高頻雜訊。 20·根據申請專利範圍第18項之呼吸量測方法，其中上述之高通濾 波步驟係濾除20Hz以下之低頻雜訊。 21 ·根據申請專利範圍第18項之呼吸量測方法，其中上述之低通濾 波步驟係濾除500Hz以上之高頻雜訊。 22·根據申請專利範圍第16項之呼吸量測方法，其中上述之肌電信 號放大步驟係將該電極所量測之該肌電信號放大一萬倍。 23·根據申請專利範圍第14項之呼吸量測方法，其中上述之閥值係 為事先設定之一預設值。 24·根據f請專利範圍第14項之呼吸量測方法，其中上述之閥值 為最高波峰值之一分數。 7 25. 根據申請專利範圍第14項之呼吸量測方法，其中上踢 26. ==專利範圍第25項之呼吸量測方法 列:能變化之某-種或其任意= 抬4 ^及頻率同於一正常呼吸頻率之區間時，該啐揭显A处 當警信號；… :;且;出-表示呼吸頻ί較;二^時^^ 示呼吸中 二示為零時’該呼吸異㈣測模組發出-表 13