TWI389670B - Sensor head device - Google Patents

Description

感測頭裝置

本發明是有關於一種感測裝置，特別是指一種適於量測脈搏波的感測頭裝置。

脈診是中醫診斷疾病與監控療效的重要診斷方法，傳統中醫的把脈方式是由醫師將一手的三根手指指頭(主要為食指、中指及無名指)放在患者手腕處的橈動脈上，並再施以不同程度的壓力，以利用手指頭去感覺在不同壓力下患者血管的反應狀態，進而進行脈搏分析。

由脈診所得的脈象可探測人體臟腑的氣血、陰陽、生理與病理的狀況，但脈症變化多，訊號也相當微小，需要有敏銳的手指觸覺與長時間的中醫訓練才能學成，”脈經”作者王叔和曾有「在心易了，指下難明」之嘆，指出傳統中醫較無客觀立據的困難。現在，拜科學發達之賜，許多科學化診脈的技術與儀器已逐漸開發出來，並持續被改造以提升其應用功能，藉此，可以較客觀與較科學的方式量測得患者的脈象資料，減少人為主觀指感與判斷所造成的誤差，並能減少經驗不足者診脈誤判的風險，使中醫的診斷方法藉由與現代科學相結合而能獲得更精確而客觀的判斷標準。

科學化診脈的技術主要是以感測器擷取脈波訊號，再經由訊號處理及識別技術將脈波訊號以容易辨識的圖形呈現，以作為受測者生理狀況與病症診斷的參考。因此，感測裝置設計的良窳將影響到量測結果，若所取得的脈波訊號無法形成容易判讀的脈波圖或頻譜圖，仍將導致科學診脈無法實用化。為了擷取到較正確且能夠判讀的脈波訊號，必須以具有適當性能與靈敏度的感測裝置相配合。

目前多是使用能感應壓力變化的材質所配合製成的感測裝置來接收脈搏訊號，其功能猶如醫師診脈的手指指目內的接觸感受器，以醫師把脈為例，如果其指端的感覺受體不敏銳，則第一時間所接觸到的感傳訊號就會不準確，再經由大腦的分析判斷就會出現誤差。而感測裝置隨著本身所能承載的力量與接觸面積的大小不同，則接收的訊號也會有所差異，所呈現的脈圖當然也會不同。雖然其中的差異有時不易直接被察覺，但對於研究脈象中有關脈氣的變化卻相當重要，就像手指的大小、指端皮膚的厚薄等都會影響診脈的結果，導致不同醫師診同一患者也可能會得到不同脈象，發展科學診脈的技術就是要儘量避免發生此種情形，將人為的誤差降到最低，所以感測裝置的選用十分重要，必須有適當的靈敏度與接觸面積，才有利於擷取到適當的脈搏訊號，且後續在以電腦程式分析處理時，也才能獲得較正確的脈圖。

雖然隨著材料科學的發展及新材料的開發與發現，目前，已開發出數種可感應壓力變化的特定材料，並能配合此類材料特性製成適於量測人體脈搏波的感測裝置，但現有的感測裝置在實際應用時仍存有下列缺失：以現有感測裝置量測血流較正常或脈搏波較有力的受測者時，雖然能順利擷取到脈波訊號，但針對身體較虛弱、或血流不足或血管壁彈性較差等脈搏波微弱的受測者(例如，受測者的脈象是屬於中醫脈象中的濡脈或弱脈時)，感測裝置施加於其橈動脈上的壓力會造成血管塌陷，而有無法感應到脈動的情形，並導致其脈波訊號不易被擷取出，若為了能夠擷取到微弱的脈搏波而採用更靈敏的感測裝置，或加大感測裝置與人體皮膚的接觸面積時，則所擷取的脈波訊號將因雜訊過多，或受到橈動脈周圍的其他組織干擾而不易判讀或失真，因此現有感測裝置仍具有無法普遍地應用於量測所有種類的脈動情形的限制，導致其實用價值相對降低，所以目前仍有繼續開發與改進感測裝置的設計的需求。

因此，本發明的目的，是在提供一種定位效果較穩定且能擷取到較佳的脈動訊號的感測頭裝置。

於是，本發明感測頭裝置能夠感應到壓力的變化，而適用於擷取人體橈動脈的脈動訊號，該感測頭裝置包含一感測器單元、一設置於該感測器單元周緣的輔助環件，及一與該感測器單元電連接的訊號線組。

該感測器單元包括呈相間隔設置的一接觸面端，及一輸出端。

該輔助環件是由呈硬質並具有預定彈性的高分子聚合物材質所製成，且是圍繞該感測器單元的接觸面端周緣設置，並包括一與該感測器單元的接觸面端呈水平對齊的環面部，該環面部並與該接觸面端相配合形成一實質上呈橢圓形的平面。

該訊號線組是與該感測器單元的輸出端電連接，以將由該感測器單元所感應到的壓力變化及其所轉換形成的脈動訊號傳送到一訊號處理裝置作進一步的處理。

本發明的有益效果在於：能藉由該輔助環件擴增該感測頭裝置整體與受測部位的接觸面積，進而在適當的範圍內，增加所涵蓋的橈動脈範圍，而能增強所擷取的脈動訊號，此外，配合該輔助環件的材質，可增進該感測器單元的靠合緊密性以避免在擷取脈搏的過程中產生滑動，進而導致脈動訊號失真或不穩的情形，且由於該輔助環件不會吸收脈動壓力，不會使該感測器單元所擷取的脈動訊號減弱，使本發明具有定位效果穩定與易擷取到較佳的脈動訊號的特性與優點。

本發明感測頭裝置的前述以及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式的二較佳實施例的詳細說明中，將可清楚地明白。

參閱圖1與圖2，為本發明感測頭裝置2一第一較佳實施例，其能夠感應到受測部位的壓力變化，而適用於擷取人體橈動脈的脈動訊號，該感測頭裝置2包含一感測器單元3、一結合於該感測器單元3周緣的輔助環件4、一與該感測器單元3電連接的訊號線組5，及一供該感測器單元3連接固定的殼體單元6。

該感測器單元3包括一定位座體31、一覆設於該定位座體31的貼觸膜片32，及一設置於該定位座體31內用以感應該貼觸膜片32所傳來的壓力訊號的感測元件33，在該貼觸膜片32並形成有一適合與待測物表面相靠合接觸的接觸面端321，及在該感測元件33與該貼觸膜片32反向的一端並形成一與該接觸面端321相間隔設置的輸出端331，其中，該接觸面端321的徑寬W1較佳是介於6mm~7mm的範圍。在該較佳實施例中，該貼觸膜片32為一不銹鋼的金屬薄片，但不應以此限制該貼觸膜片32的材質，只要是能夠傳導壓力的材質都可被選用與經進一步的加工製成該貼觸膜片32，該感測元件33則是由壓電材料所製成，藉此，所感應到的壓力變化會造成該感測元件33發生形變，並產生脈動訊號供進一步分析處理。此外，所用的壓電材料可以是壓電單晶，或壓電多晶，或有機壓電材料等，只要是具有能將所承受的壓力轉換為電氣訊號的材料特性者，都能被選用作為該感測元件33的材料。

該輔助環件4是由呈硬質並具有預定彈性的高分子聚合物材質所製成，為呈一預定厚度的環狀薄片型式，且是圍繞該感測器單元3的接觸面端321周緣設置，並包括一與該感測器單元3的接觸面端321呈水平對齊的環面部41，該環面部41並與該接觸面端32相配合形成一實質上呈橢圓形的平面，藉以模擬手指把脈時接觸橈動脈的形狀，且該環面部41具有二相間隔的寬環段411，及二連接於該二寬環段411之間，且寬度小於該寬環段411的寬度的窄環段412，該寬環段411的環寬W2較佳是介於5mm~7mm的範圍，及該窄環段的環寬W3較佳是介於3mm~5mm的範圍。在該較佳實施例中，該輔助環件4是藉由黏膠黏接固定於該感測器單元3的接觸面端321周緣。

其中，該輔助環件4較佳是由一選自下列群組中的材質所製成：聚乙烯(polyethylene，簡稱為PE)、聚氯乙烯(polyvinyl chloride，簡稱為PVC)、聚苯乙烯(polystyrene，簡稱為PS)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate，簡稱為PET)、壓克力(acrylic)，以及丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物(acrylonitrile－butadiene－styrene，簡稱為ABS)。更佳地，該輔助環件4是由聚氯乙烯(PVC)或聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)製成，例如，可直接使用以PVC或PET材質所製成的透明投影片膠片裁剪成預定尺寸的環圈片型式，並將一個具有預定厚度的環圈片，或二個或多數個環圈片重疊黏接為預定厚度，就能製成該輔助環件4，再進一步將該轉助環件4以黏膠固定於該感測器單元3的貼觸膜片32周緣，就能於供量測使用。

該訊號線組5是與該感測器單元3的輸出端331電連接，以接收該感測器單元3因感應壓力變化所產生的脈動訊號並將其傳送到一訊號處理裝置(圖未示)作進一步的處理。

該殼體單元6是呈中空管狀，包括一界定形成一供該感測器單元3容置定位的容置空間611的本體部61，及一設置於該本體部61一側壁，並形成有一與該容置空間611相連通的管道621的側管部62。該感測器單元3是呈一部分位於該容置空間611內地安裝定位於該殼體單元6，且其接觸面端321是與該輔助環件4相組結並一起外露於該殼體單元6外，及該訊號線組5是自該感測器單元3延伸，並穿過該側管部62的管道621而延伸出該殼體單元6外。當然，該殼體單元6也可以不設置該側管部62，該訊號線組5仍然可以通過該容置空間611，從相對於安裝有該感測器單元3的一相反端穿出該殼體單元6外，再與其他的訊號傳送裝置或處理裝置電連接。

值得說明的是，在該較佳實施例中，該感測器單元3是直接選用一般市售的壓力感測器(pressure sensor)成品，且其上已設置有該訊號線組5，再配合該輔助環件4與呈管狀型式的外殼6組合，就能形成具有保護外殼且可被移動到任意部位量測壓力變化的該感測頭裝置2。因此，可直接從各種市售不同規格的壓力感測器中選用具有適當的敏感度與預定種類的感測片作為該感測器單元3，例如，在該較佳實施例中是直接選用KYOWA製造生產的PS－05KC/D、PS－1KC/D、PS－2KC/D及PS－5KC/D等系列型號的壓力感測器作為該感測器單元3，再配合該輔助環件4，就能調整量測時該感測頭裝置2與受測部位表面的貼觸面積，進而能自被量測部位取得較正確清晰的脈動訊號供進一步分析使用。

配合參閱圖3，以量測人體脈動訊號為例，使用時，在定位寸、關、尺部位後，是使該環面部41的二寬環段411沿橈動脈101的長度方向對齊(以對應手指把脈時接觸橈動脈的形狀)，再使該感測器單元3的接觸面端321下壓固定於受測者橈骨動脈101搏動處之皮膚上的預定定位點處，並稍微位移以選擇脈動明顯處向下覆蓋脈管，該輔助環件4可增加該感測頭裝置2整體與受測者手腕102皮膚的接觸面積與對皮膚的附著力，藉以防止該感測器單元3滑動而有較佳的定位效果，進而使所採集的脈管搏動訊號較豐富且較不失真。該輔助環件4雖然是由高分子聚合物材質所製成，但其必須為不具有吸震特性且具有適當硬度的硬質材質，以免因吸震特性導致脈管搏動訊號被吸收，或避免材質因硬度過大而使該感測器單元3所擷取到的脈動訊號減弱，或材質過軟導致感應到的脈動訊號失真。此外，該感測器單元3的接觸面端321的面積大小，與該輔助環件4的環面部41的寬度皆必須適當，以免無法採集到訊號或所採進的訊號雜訊過多，無法作進一步的分析與識別處理。

若該感測器單元3的接觸面端321的面積過小，當受測者的脈象是屬於弱脈、微脈、濡脈等脈力較不足的脈象時，則下壓至橈動脈101的定位點時，與脈管間可能形成類似點的小面積接觸，若受測者的脈力小，則小面積接觸將無法感應到足夠的脈動壓力變化，導致最後無法形成有效的脈動訊號供分析使用。

若該感測器單元3的接觸面端321的面積過大，則當下壓至橈動脈101的定位點時，其所覆蓋的範圍可能超過脈寬大小，所感應壓力變化可能會受脈管周圍組織(例如，骨頭，其他非橈動脈的血管、肌肉等)的干擾，導致最終所採集的脈動訊號雜訊過多，而無法提供有效的脈動訊號供進一步分析，或發生訊號失真造成診斷結果不夠準確的後果。

參閱圖2與圖3，為本發明一第二較佳實施例，該第二較佳實施例與該第一較佳實施例的主要差別僅在於該感測頭裝置2還包含一與該殼體單元6相固接並具有壓力刻度表71的推拉力計7，且該殼體單元6是連接於該推拉力計7下方。

由於該感測器單元3是固定於該殼體單元6，所以該殼體單元6會與該感測器單元3相連動，當該感測器單元3的接觸面端321恰貼觸於受測者皮膚時，該推拉力計7的刻度表71讀數是設定為0，此時，若增加該感測器單元3下壓於受測者皮膚的壓力，則與下壓壓力值相同的反作用力會推抵該推拉力計7，並將該反作用力值顯示在該刻度表71上，藉此，能夠調整該感測器單元3的下壓壓力，並藉由控制不同的下壓壓力值，分別對應到相當於中醫取脈時浮、中、沉等不同深度的部位，以擷取到同一脈位在不同深度的完整脈象資訊，進而提供作為正確的科學診脈的依據。

值得一提的是，該感測頭裝置2可以直接由人手操控進行量測，也可以裝設在一支撐架10上，再配合一可任意移動的機械手臂(圖未示)，或可多向位移的位移調整機構(圖未示)移動到要量測的預定位置處，而藉由該感測頭裝置2所擷取到的脈動訊號則可經由該訊號線組5傳送到一訊號處理單元(圖未示)進行雜訊的濾除與訊號的放大等處理，再透過一主機單元(圖未示)內建的程式將該等訊號轉換成容易判讀的脈波圖或頻譜圖，並呈現在一顯示器(圖未示)上供使用者作進一步的分析與判斷，達到科學診脈的使用目的。

歸納上述，本發明感測頭裝置2可獲致下述的功效及優點，故確實能達到本發明的目的：一、若單獨增加該感測器單元3的貼觸膜片32的接觸面端321的面積，則由於該貼觸膜片32一般是由堅硬的金屬材質製成，所以相對於由高分子聚合物材質製成的該輔助環件4，更容易受到脈管周圍組織(尤其是硬質的組織如骨頭)的干擾而不利於脈動訊號的讀取，該輔助環件4雖然是呈硬質型式，但由於其材質屬高分子聚合物，仍具有適當的折曲性與反彈性，並能將脈管周圍組織所產生的干擾降到最低，此外，高分子聚合物材質的止滑性，及其與人體皮膚組織的靠合緊密性也比金屬材質的貼觸膜片32佳，因此，藉由另外設置該輔助環件4，而能有效減少該感測頭裝置2在量測過程產生滑動，導致脈動訊號不穩或失真，使本發明具有較佳的定位穩定性，及能較順利地擷取到有效的脈動訊號的優點。

二、配合該輔助環件4所擴增的接觸面積，在不超出單一脈位的最大量測範圍的條件下，還能使該感測頭裝置2在進行量測時，能涵蓋較大的橈動脈量測範圍，進而增強所擷取的脈動訊號量，使本發明相對具有能擷取到較佳且較明顯的脈動訊號的優點。

惟以上所述者，僅為本發明之數較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

2．．．感測頭裝置

61．．．本體部

3．．．感測器單元

611．．．容置空間

31．．．定位座體

62．．．側管部

32．．．貼觸膜片

621．．．管道

321．．．接觸面端

7．．．推拉力計

33．．．感測元件

71．．．刻度表

331．．．輸出端

10．．．支撐架

4．．．輔助環件

101．．．橈動脈

41．．．環面部

102．．．手腕

411．．．寬環段

W1．．．徑寬

412．．．窄環段

W2．．．環寬

5．．．訊號線組

W3．．．環寬

6．．．殼體單元

圖1是一立體示意圖，說明本發明感測頭裝置一第一較佳實施例；圖2是圖1的一剖視示意圖，說明該第一較佳實施例的一感測器單元、一輔助環件、一訊號線組及一殼體單元的配置情形；及圖3是一側視的使用示意圖，說明本發明感測頭裝置一第二較佳實施例用於量測脈動訊號的情形。

2．．．感測頭裝置

3．．．感測器單元

31．．．定位座體

32．．．貼觸膜片

321．．．接觸面端

33．．．感測元件

331．．．輸出端

4．．．輔助環件

41．．．環面部

412．．．窄環段

5．．．訊號線組

6．．．殼體單元

61．．．本體部

611．．．容置空間

62．．．側管部

621．．．管道

W1．．．徑寬

W3．．．環寬

Claims (10)

1. 一種感測頭裝置，適用於擷取人體橈動脈的脈動訊號，該感測頭裝置包含：一感測器單元，包括一定位座體、一覆設於該定位座體的貼觸膜片、一設置於該定位座體內用以感應該貼觸膜片所傳來的壓力訊號的感測元件、一位於該貼觸膜片的接觸面端，及一位於該感測元件的輸出端，該接觸面端與該輸出端呈相間隔設置，該接觸面端用以固定於橈動脈博動處之皮膚；一輔助環件，是由呈硬質並具有預定彈性的高分子聚合物材質，且是由一選自下列群組中的材質所製成：聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、壓克力，及丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，且該輔助環件是圍繞該感測器單元的接觸面端周緣設置，並包括一與該感測器單元的接觸面端呈水平對齊的環面部，該環面部並與該接觸面端相配合形成一實質上呈橢圓形的平面；及一訊號線組，是與該感測器單元的輸出端電連接。
2. 依據申請專利範圍第1項所述的感測頭裝置，其中，該輔助環件是由一選自下列群組中的材質所製成：聚氯乙烯，及聚對苯二甲酸乙二醇酯。
3. 依據申請專利範圍第2項所述的感測頭裝置，其中，該輔助環件是藉由黏膠與該感測器單元相結合。
4. 依據申請專利範圍第3項所述的感測頭裝置，其中，該 感測器單元的接觸面端的徑寬介於6mm~7mm的範圍。
5. 依據申請專利範圍第4項所述的感測頭裝置，其中，該輔助環件的環面部具有二相間隔的寬環段，及二連接於該二寬環段之間，且寬度小於該寬環段的寬度的窄環段，該寬環段的環寬是介於5mm~7mm的範圍，及該窄環段的環寬是介於3mm~5mm的範圍。
6. 依據申請專利範圍第5項所述的感測頭裝置，其中，該貼觸膜片為一不銹鋼材質的金屬薄片。
7. 依據申請專利範圍第6項所述的感測頭裝置，其中，該感測元件是由壓電材料所製成。
8. 依據申請專利範圍第7項所述的感測頭裝置，還包含一呈中空管狀的殼體單元，該感測器單元的一部分是被固定於該殼體單元內部，且其接觸面端是與該輔助環件相組結並一起外露於該殼體單元外，及該訊號線組是自該感測器單元延伸並穿設出該殼體單元外。
9. 依據申請專利範圍第8項所述的感測頭裝置，其中，該殼體單元包括一界定出一供該感測器單元容置定位的容置空間的本體部，及一設置於該本體部一側壁，並形成有一與該容置空間相連通的管道的側管部，該訊號線組是穿過該側管部的管道延伸出該殼體單元外。
10. 依據申請專利範圍第9項所述的感測頭裝置，還包含一與該殼體單元相固接並具有一壓力刻度表的推拉力計，且該殼體單元是連接於該推拉力計下方。