TWI448271B - 血壓量測裝置及方法和雜訊消除單元 - Google Patents

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TWI448271B TW097148333A TW97148333A TWI448271B TW I448271 B TWI448271 B TW I448271B TW 097148333 A TW097148333 A TW 097148333A TW 97148333 A TW97148333 A TW 97148333A TW I448271 B TWI448271 B TW I448271B
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Description

血壓量測裝置及方法和雜訊消除單元
本發明相關於一種血壓量測裝置及方法，尤指一種在馬達與薄袋間設有一雜訊消除單元之血壓量測裝置及測量方法，藉此可達到於穩定升壓過程中測量血壓及縮短測量時間的目的。
習知有各種不同的血壓量測方法與裝置可用以測得血壓值，最常見的方式大多是以一綁在上臂的扁平薄袋(cuff)，經由充氣膨脹後壓迫手臂動脈內的血液流動，之後再藉由和緩的洩出薄袋內的氣體，同時利用聽診器聽脈搏的聲音，即所謂的柯羅得科夫(Korotkoff)聲，此Korotkoff聲為伴隨血液恢復正常流動所產生的聲音，當薄袋內的壓力進一步的降低便會聽不到此Korotkoff聲。所以當聽到第一次的Korotkoff音所對應的薄袋壓力代表的便是收縮壓，而當聽不到Korotkoff聲的時候便可量得舒張壓。以上這種量測血壓的方式一般稱之為“聽診的方法(auscultatory method)”。另外，聽診方式亦可應用於電動的血壓量測裝置上，利用一幫浦自動將薄袋充氣，再由一擴音器將Korotkoff聲轉換成電子的訊號由一電路偵測，便可量得收縮壓與舒張壓。
不過，除了上述“聽診方式”以外，另一種最常採用的血壓量測方式便是所謂的“脈波的方法(oscillometric method)。脈波方式的原理是基於心臟注入血液會造成動脈的脈動，即使是鄰近或位於薄袋包覆的手臂區域都有此種脈動的變化存在。實際上壓力變化造成的脈動會經由動脈傳到薄袋本身，藉由此微小的變化與薄袋提供的壓力相比對，便可由一設置在薄袋處的壓力轉送器(transducer)量測到動脈脈動的變化量。此一脈動稱之為複合波(complexes)，已發現其具有一峰值振幅(peak-to-peak amplitude)介於收縮壓與舒張壓之間，當昇高至最大值時，就生理學來說，則接近於MAP“平均動脈壓(mean arterial pressure，MAP)代表的是以時間為加權平均的血壓值；更進一步發現薄袋壓力造成的複合波振幅等於收縮壓及舒張壓時，則具有與振幅為最大值一特定的對應關係。因此，“脈波的方法”便是基於偵測在不同薄袋壓力時的複合波振幅來量得血壓值。
然而，上述“脈波的方法”都有其缺點，即量測時需將薄袋充氣持續加壓至遠高於正常收縮壓的值，為保險起見一般是充氣至接近180mmHg至240mmHg不等，以符合能量得具有高血壓患者的血壓值。但是如此一來便造成血壓量測的過程有相當的不舒適感，原因在於充氣壓力過高使得薄袋有一段時間將緊束著手臂，造成使用者必需忍受相當的痛苦才能量得血壓，尤其對於較肥胖的人來說，其引起的不舒適感將更為嚴重，更甚者也可能因薄袋束緊的過程中造成對使用者的傷害。另外，對於低血壓患者也相當地不經濟有效，即使不需要加壓到那麼高的壓力，但是因為產品無法兼顧人性化的設計，導致使用上有不舒適的情況。
另外，由於藉由脈波方法來測量時，主要係為了得到該複合波而測量得血壓值，因此若由充氣壓力過程中測量該複合波，理論上應該也可獲得類似的結果，若由充氣過程中測量動脈脈波則可降低加壓過高的缺點，亦可節省時間。然而，目前所使用的方法係藉由馬達將薄袋充氣至所需壓力值後，再經由洩氣閥將薄袋內之空氣慢速洩氣而量得動脈脈動，因此，若要在充氣壓力過程中測量動脈脈動，則必須穩定控制馬達的運作，此即為技術之困難點，因馬達的運作係利用活塞將空氣打入薄袋中，因此造成雜訊過多，請參考第六圖所示，其係為由充氣過程中隨時間所測量得之壓力值，因馬達所造成的雜訊導致波形出現上下波動，無法獲得正確的測量值，而其雜訊的頻率又與人體頻率接近，因此無法使用濾波器將之去除，故而，若要運用於充氣過程中測量血壓的目的即需克服以上缺失。
為解決習知技術之缺失，本發明之一技術特徵在於提供一種血壓量測裝置、血壓量測方法以及用於血壓量測裝置之雜訊消除單元，其係包括一用以增加動能損耗而降低雜訊干擾的單元，藉此達到於充氣加壓過程中測量血壓值的目的，進而避免使用者充氣過高所產生的不舒適。
為了達到上述目的，本發明係提供一種血壓量測裝置，其係包括：一薄袋，其係用以充氣加壓以及洩氣釋壓；一馬達，其係用以將薄袋充氣至一壓力；一雜訊消除單元，其係設於該馬達與薄袋間，且包括一主體，該主體內包括一腔體、一微小通道以及兩開口分別連接該馬達與該薄袋，其中該腔體用以提供氣體膨脹空間，該微小通道之最大截面寬度小於10mm，用以提供氣體壓縮空間，且與該腔體交替連接；一壓力感測單元，與該薄袋連接用以偵測該薄袋在升高壓力下一段時間內的脈動並取得脈搏波；及一微處理器，其係用以控制馬達，並接收且分析該壓力感測單元所偵測之脈搏波進而計算獲得血壓值。
較佳地，本發明所述之血壓量測裝置中，該雜訊消除單元係可包括至少二腔體及一微小通道，該微小通道係連接於該二腔體間。
另一方面，本發明所述之血壓量測裝置中，該雜訊消除單元之主體內與馬達連接之結構較佳地為腔體且與該薄袋連接之結構較佳地為腔體。
於本發明之一較佳實施例中，本發明所述之血壓量測裝置中，該雜訊消除單元主體之腔體截面積為微小通道截面積之2至500倍；較佳地，該雜訊消除單元主體之腔體截面積為微小通道截面積之4至250倍。
於本發明之一較佳實施例中，本發明所述之血壓量測裝置中，該雜訊消除單元主體之微小通道的截面包括但不限於為圓形、半圓形、六角形、五角形、梯形、三角形、橢圓形或半橢圓形。
再者，本發明之一較佳實施例中，本發明所述之血壓量測裝置中該微小通道之截面最大寬度小於10mm；較佳地，該微小通道之截面最大寬度為0.1~5mm；更佳地，該微小通道之截面最大寬度為0.1~0.6mm。
於本發明之另一較佳實施例中，本發明所述之血壓量測裝置的該微小通道之截面為圓形且其直徑為0.1~0.6mm。
較佳地，本發明所述之血壓量測裝置係可進一步包括一語音單元，該語音單元與該微處理器電連接且用以使得該血壓量測裝置具有語音發聲的功能；另外，本發明所述之血壓量測裝置亦可進一步包括一通訊單元與該微處理器電連接且用以使得該血壓量測裝置具有通訊功能。
另一方面，本發明提供一種血壓量測方法，其係包括：提供一血壓量測裝置，其係包括一選擇性地充氣加壓與洩氣釋壓的薄袋、一與薄袋連接之馬達以及一設於該薄袋與馬達間之雜訊消除單元；套設該薄袋於一待測物上；充氣加壓該薄袋，其中充氣加壓步驟係藉由該馬達經由該雜訊消除單元後將氣體輸入該薄袋，其中該雜訊消除單元係包括一主體，該主體內包括一腔體與一微小通道，其中該腔體用以提供氣體膨脹空間，該微小通道之最大截面寬度小於10mm，用以提供氣體壓縮空間，且與該腔體交替連接；偵測充氣加壓時動脈所產生之訊號；轉換及計算該訊號而獲得血壓值。
較佳地，本發明所述之方法係進一步包括於獲得血壓值之後洩除該薄袋內之氣體。
又一方面，本發明提供一種用於血壓量測裝置之雜訊消除單 元，其係包括一主體，該主體內包括一腔體及一微小通道與該腔體連接，且該主體外僅由二開口所組成，其一開口連接至該薄袋，而另一開口連接至該馬達；其中，該腔體用以提供氣體膨脹空間，該微小通道之最大截面寬度小於10mm，用以提供氣體壓縮空間，且與該腔體交替連接。
較佳地，本發明所述之雜訊消除單元係可進一步包括二腔體及一微小通道連接於該二腔體間；更佳地，該雜訊消除單元係可進一步包括三腔體且各腔體間以一微小通道連接；或者，該雜訊消除單元主體可包括複數的腔體與微小通道交替連接，且該腔體間係連接設有二微小通道；也或者，該雜訊消除單元主體可包括複數的腔體與微小通道交替連接，且該腔體係連接設有二微小通道並連接至不同之腔體。
藉此，本發明所提供之雜訊消除單元設於馬達與薄袋和壓力感測單元間，即可將馬達所產生的雜訊去除，以達到在持續加壓中偵測待測血壓值，增加偵測的準確度，亦可降低加壓過高壓力造成使用者不舒適的缺點，再者可縮短測量的時間。
請參考本發明第一圖之一較佳實施例的功能方塊圖所示，其係為一種血壓量測裝置，包括一薄袋(10)、一雜訊消除單元(100)、一壓力感測單元(20)、一訊號處理單元(24)、一類比/數位轉換單元(30)、一馬達(50)、一洩氣閥(60)以及一微處理器(40)。
該薄袋(10)係可充氣加壓以及洩氣釋壓，且可適用於手腕或手臂。該壓力感測單元(20)係偵測該薄袋(10)內在各個不同壓力值上每一動脈反壓所產生的脈動。該訊號處理單元(24)係接收壓力感測單元(20)所偵測到之脈動並進行處理，其係用以轉換該脈動為一電壓訊號，並連接至該類比/數位轉換單元(30)，該類比/數位轉換單元(30)係將所接收的類比訊號轉換為數位訊號再將之傳送至該微處 理器(40)，該微處理器(40)係接收該數位訊號並進行運算及分析。該微處理器(40)更進一步包括一馬達驅動單元(42)以及一洩氣閥驅動單元(44)，由該微處理器(40)控制馬達(50)以及洩氣閥(60)，藉由馬達(50)充氣該薄袋(10)，而該洩氣閥(60)則用以將該薄袋(10)進行洩氣。
該雜訊消除單元(100)係設於該馬達(50)以及該薄袋(10)間，且以管線連接壓力感測單元(20)，請參閱第二圖所示，該馬達(50)較佳地為氣壓馬達，將該雜訊消除單元(100)與該馬達(50)連結，藉此獲得如第七圖所示之時間壓力關係圖。以下詳細說明該雜訊消除單元(100)之結構以及所達成之功效。
請參閱第六圖所示，其係直接由該馬達(50)輸出後連續偵測所測量得之時間壓力關係圖，可導出之公式如下：Pin(t)=A e-bt +C Sin(2 π N t)
其中A e-bt 為穩態解(steady state solution)；C Sin(2 π N t)為暫態解(transient solution)，而其中C>0；係因馬達會產生上下波動的雜訊干擾，而此干擾的雜訊頻帶與人體頻帶接近，因此無法藉由濾波器將該雜訊濾除，故而本發明提供該雜訊消除單元(100)連接於該馬達(50)與薄袋(10)間，將該雜訊消除單元(100)與該馬達(50)連接而輸出測量得之時間壓力關係圖如第七圖所示，可導出之公式如下：Pout(t)=A e-bt +C Sin(2 π N t)+Phuman(t)
其中C約為0，而Phuman(t)為人體血壓之時間函數，藉此而降低雜訊的干擾以獲得血壓值。
該雜訊消除單元(100)之外觀結構如第三圖所示，其內部結構如第四圖所示，其原理係將馬達(50)輸出之氣體經由該雜訊消除單元(100)進行複數次交替的膨脹壓縮，經過膨脹壓縮所產生的虛工因而造成能量的耗損，進行幾次重 複的膨脹壓縮即可將C Sin(2 π N t)忽略為0，降低雜訊的干擾。
該雜訊消除單元(100)包括一主體，該主體內之結構可有不同組合。請參考第四圖A所示，其係本發明該雜訊消除單元之第一較佳實施例，該主體包括二腔體(102)中間由二微小通道(104)連接，該二微小通道(104)的長度可不同，藉此，由馬達(50)輸出的氣體經由腔體(102)、微小通道(104)及腔體(102)後送出至薄袋(10)，空氣經由膨脹、壓縮、膨脹而增加動能的損耗降低干擾。
請參考第四圖B所示，其係本發明該雜訊消除單元之第二較佳實施例，該主體包括三腔體(102)中間分別由一微小通道(104)連接，藉此，該馬達輸出的氣體經由腔體(102)、微小通道(104)、腔體(102)、微小通道(104)以及腔體(102)，空氣經由膨脹、壓縮、膨脹、壓縮以及膨脹增加動能的損耗降低干擾。
請參考第四圖C所示，其係本發明該雜訊消除單元(100)之第三較佳實施例，該主體內包括三腔體(102)，其中第一腔體(102)以及第二腔體(102)間由二微小通道(104)連接，該二微小通道(104)的長度可以不同，而第二腔體(102)與第三腔體(102)則由一微小通道(104)連接，藉此，該馬達輸出的氣體經由腔體(102)、微小通道(104)、腔體(102)、微小通道(104)以及腔體(102)，空氣經由膨脹、壓縮、膨脹、壓縮以及膨脹增加動能的損耗降低干擾。或者，該第二腔體(102)與第三腔體(102)間亦以二微小通道(104)連接，如第四圖D所示。
另外，請參考第四圖E所示，該雜訊消除單元(100)之主體內包括四個腔體(102)，第一腔體(102)分別經由一微小通道(104)與第二腔體(102)和第三腔體(102)連接，而第二腔體(102)和第三腔體(102) 再分別由一微小通道(104)連接至第四腔體(102)，空氣經由膨脹壓縮交替而達到增加動能損耗降低干擾的目的。在第二腔體(102)與第三腔體(102)間亦可連接一微小通道(104)，如第四圖F所示。
又或者，請參閱第四圖G所示，第一腔體(102)先經由一微小通道(104)再連接二微小通道(104)分別連接至第二腔體(102)和第三腔體(102)，而該第二腔體(102)和第三腔體(102)再分別連接一微小通道(104)後合併為一微小通道(104)連接至第四腔體(102)。另外，在第二腔體(102)與第三腔體(102)間進一步可包括一微小通道(104)將兩者連接，如第四圖H所示。
該腔體(102)的截面積與該微小通道(104)的比例約為2至500倍，較佳地為4至250倍。該微小通道(104)的截面積形狀可為各種形狀，包括但不限於圓形(如第五圖A)、半圓形(如第五圖B)、六角形(如第五圖C)、五角形(如第五圖D)、梯形(如第五圖E)、三角形(如第五圖F)、橢圓形(如第五圖G)或半橢圓形(如第五圖H或I)。
該微小通道(104)的截面最大寬度小於10mm，較佳地為0.1~5mm，更佳地為0.1~0.6mm，以截面積圓形為例，該圓形之直徑為0.1~0.6mm。
該雜訊消除單元(100)之腔體(102)與微小通道(104)可結合為各種適合的結構，即該主體之形狀包括但不限於正方體、長方體或圓柱體等。例如第三圖所示，在一長方體內包括所有之腔體(102)和微小通道(104)的各種組合。較佳地，該雜訊消除單元(100)之主體包括兩個開口經由管路分別連接該馬達(50)與該薄袋(10)。
另一方面，該壓力感測單元(20)與訊號處理單元(24)間進一步地包括一放大單元(22)，其係用以接收該壓力感測單元(20)的訊號並將之放大後傳送至該訊號處理單 元(24)。
當該馬達(50)開始充氣後，壓力感測單元(20)於不斷穩定升高的壓力下偵測動脈反壓所產生的脈動，藉此繪出時間壓力關係圖，並經由該微處理器(40)的分析，即可得知血壓值。該運算技術為習知技術不再贅述。
再者，本發明之微處理器(40)可進一步包括一記憶體(48)，該記憶體(48)係用於儲存結果和操作程序等等，較佳地，該記憶體(48)為可寫入記憶體，更佳地，該記憶體(48)為電子式可清除程式化唯讀記憶體(electrically erasable programmable read-only memory,EEPROM)。
於本發明之一較佳實施例中，本發明之裝置可進一步地包括一顯示器(70)，其係用以顯示結果、操作步驟、日期或時間等等功能，另一方面，該微處理器(40)可進一步包括一顯示器驅動單元(46)，其係用以驅動該顯示器(70)。另外，本發明之裝置可進一步包括一血壓波形輸出介面，可方便於顯示器(70)上顯示血壓波形。
於本發明之一較佳實施例中，本發明之裝置可進一步包括一語音單元(80)，該語音單元(80)可提供本裝置語音的功能，方便使用者經由語音的提示進行操作或者聽取測量結果。另外，該語音單元(80)之發音更可以選擇不同語言發音，或者可以由親人錄音讓使用者感覺更為親切。
另一方面，本發明之裝置可進一步包括一通訊單元(90)，該通訊單元(90)可提供通訊的功能，方便於測量時或結束後將結果以及資料傳輸至接收端，以利於資料的收集或分析。
藉由本發明所提供之雜訊消除單元設於馬達與薄袋和壓力感測單元間，即可將馬達所產生的雜訊去除，以達到在持續加壓中偵測待測血壓值。
綜上所述，本發明之血壓量測裝置及方法具有以下優點：
一、本發明藉由設計一雜訊消除單元以達到增加動能損耗 的目的，藉此，以獲得低雜訊的脈波訊號，進而分析出更為準確的測量值。
二、本發明係藉由設計之雜訊消除單元使得馬達所輸出的氣壓降低雜訊，因此可於升壓過程中測量血壓值，藉此避免使用者因加壓至過高壓力所產生的不舒適。
三、本發明藉由雜訊消除單元內所運用之將空氣連續交替的膨脹壓縮，進而增加動能的損耗，得以將雜訊去除而可在穩定升壓下測量脈波波形，故而可縮短測量的時間。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
(10)‧‧‧薄袋
(20)‧‧‧壓力感測單元
(22)‧‧‧放大單元
(24)‧‧‧訊號處理單元
(30)‧‧‧類比/數位轉換單元
(40)‧‧‧微處理器
(42)‧‧‧馬達驅動單元
(44)‧‧‧洩氣閥驅動單元
(46)‧‧‧顯示器驅動單元
(48)‧‧‧記憶體
(50)‧‧‧馬達
(60)‧‧‧洩氣閥
(70)‧‧‧顯示器
(80)‧‧‧語音單元
(90)‧‧‧通訊單元
(100)‧‧‧雜訊消除單元
(102)‧‧‧腔體
(104)‧‧‧微小通道
第一圖係本發明較佳實施例之功能方塊圖。
第二圖係本發明第一圖之部分單元示意圖。
第三圖係本發明雜訊消除單元之外觀示意圖。
第四圖係本發明雜訊消除單元之主體不同結構實施例示意圖。
第五圖係本發明雜訊消除單元之主體微小通道之不同截面形狀的實施例示意圖。
第六圖係經由馬達輸出所偵測得之時間壓力關係圖。
第七圖係本發明經雜訊消除單元處理過後之時間壓力關係圖。
(10)．．．薄袋
(20)．．．壓力感測單元
(50)．．．馬達
(60)．．．洩氣閥
(100)．．．雜訊消除單元

Claims (18)

  1. 一種血壓量測裝置，其係包括：一薄袋，其係用以充氣加壓以及洩氣釋壓；一馬達，其係用以將薄袋充氣至一壓力；一雜訊消除單元，其係設於該馬達與薄袋間，且包括一主體，該主體內包括一腔體、一微小通道以及兩開口分別連接該馬達與該薄袋，其中該腔體用以提供氣體膨脹空間，該微小通道之最大截面寬度小於10mm，用以提供氣體壓縮空間，且與該腔體交替連接；一壓力感測單元，與該薄袋連接用以偵測該薄袋在升高壓力下一段時間內的脈動並取得脈搏波；及一微處理器，其係用以控制馬達，並接收且分析該壓力感測單元所偵測之脈搏波進而計算獲得血壓值。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之血壓量測裝置，其中該雜訊消除單元係包括至少二腔體及一微小通道，該微小通道係連接於該二腔體間。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之血壓量測裝置，其中該雜訊消除單元之主體內與馬達連接之結構為腔體且與該薄袋連接之結構為腔體。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之血壓量測裝置，其中該雜訊消除單元主體之腔體截面積為微小通道截面積之2至500倍。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之血壓量測裝置，其中該雜訊消除單元主體之腔體截面積為微小通道截面積之4至250倍。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之血壓量測裝置，其中該雜訊消除單元主體之微小通道的截面為圓形、半圓形、六角形、五角形、梯形、三角形、橢圓形或半橢圓形。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之血壓量測裝置，其中該微小通道之截面最大寬度為0.1~5mm。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之血壓量測裝置，其中該微小通道之截面最大寬度為0.1~0.6mm。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之血壓量測裝置，其中該微小通道之截面為圓形且其直徑為0.1~0.6mm。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之血壓量測裝置，其係進一步包括一語音單元，該語音單元與該微處理器電連接且用以使得該血壓量測裝置具有語音發聲的功能。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之血壓量測裝置，其係進一步包括一通訊單元與該微處理器電連接且用以使得該血壓量測裝置具有通訊功能。
  12. 一種血壓量測方法，其係包括：提供一血壓量測裝置，其係包括一選擇性地充氣加壓與洩氣釋壓的薄袋、一與薄袋連接之馬達以及一設於該薄袋與馬達間之雜訊消除單元，其中該雜訊消除單元係包括一主體，該主體內包括一腔體與一微小通道，其中該腔體用以提供氣體膨脹空間，該微小通道之最大截面寬度小於10mm，用以提供氣體壓縮空間，且與該腔體交替連接；套設該薄袋於一待測物上；充氣加壓該薄袋，其中充氣加壓步驟係藉由該馬達經由該雜訊消除單元後將氣體輸入該薄袋；偵測充氣加壓時動脈所產生之訊號；轉換及計算該訊號而獲得血壓值。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其進一步包括於獲得血壓值之後洩除該薄袋內之氣體。
  14. 一種用於血壓量測裝置之雜訊消除單元，該血壓量測裝置包括一薄袋以及一馬達，其係包括：一主體，該主體內包括一腔體及一微小通道與該腔體連接，且該主體外僅由二開口所組成，其一開口連接至該薄袋，而另一開口連接至該馬達；其中，該腔體用以提供氣體膨脹空間，該微小通道之最大截面寬度小於10mm，用以提供氣體壓縮空間，且與該腔體交替連接。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之雜訊消除單元，其中該主體係包括二腔體及一微小通道連接於該二腔體間。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之雜訊消除單元，其中該主體係包括三腔體且各腔體間以一微小通道連接。
  17. 如申請專利範圍第14項所述之雜訊消除單元，其中該主體包括複數的腔體與微小通道交替連接，且該腔體間係連接設有二微小通道。
  18. 如申請專利範圍第14項所述之雜訊消除單元，其中該主體包括複數的腔體與微小通道交替連接，且該腔體係連接設有二微小通道並連接至不同之腔體。
TW097148333A 2008-12-11 2008-12-11 血壓量測裝置及方法和雜訊消除單元 TWI448271B (zh)

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