TWI459926B - Pulse pressure signal measurement system and its measurement method - Google Patents

Description

脈搏壓力訊號的量測系統及其量測方法

本發明係有關於一種脈搏壓力訊號的量測系統及其量測方法，特別是一種利用陣列組合之氣囊感測人體四肢脈搏訊號的量測系統及其量測方法。脈搏壓力訊號係指由感測器獲取壓脈袋內的壓力訊號，以下簡稱為脈壓訊號。

在人體的循環系統中，對於診斷心血管系統疾病的方法，西醫方面有心電圖、血管攝影術、超音波照影術、侵入式導管血壓波形量測等方式。然而，傳統中國醫學方面也有一套完整的診脈法，此方法亦是許多研究欲將之科學化的目標。

一般人手腕上的動脈有二條(即橈骨動脈和尺骨動脈)，大拇指下端的是橈骨動脈，一般是診脈時所取用的位置。中醫脈診即是透過探尋橈動脈的搏動所得到資訊，以判斷人體內外的生理病理變化。有些研究認為這些資訊與血液的流變狀態、分配比例及心臟的頻率、節律等參數有關，因此中醫脈診的內容豐富，是值得探究的一種診斷方法。

中醫對脈診的定義與西醫對血壓的定義具有相似之處，兩者皆是從血管外施以壓力，而後逐漸降低壓力，以觀察血管的反應狀態。傳統中醫脈診乃是透過醫者手指之指腹放至腕部橈骨動脈位置，同時利用三指施予特殊按壓技巧進而感知脈象變化，經由綜合所有訊息以輔助病證之診斷。目前，雖有脈診儀器之先前技術，但大多係採以單點感測器以垂直直立於單一橈動脈血管進行量測，不僅無法簡便且精確地模擬醫者三指按壓血管，其量測的過程亦具有相當之困難度，並且費時費力。

本發明之主要目的係在提供一種脈壓訊號的量測系統及其量測方法，其係利用陣列組合的氣囊在充氣與洩氣時不同程度的膨脹狀態，間接地施予壓力於動脈血管上，達到阻撓血流並且量測脈搏壓力之功效。

本發明之另一目的係在提供一種脈壓訊號的量測系統及其量測方法，其係透過不同施壓樣式的序列組合條件，控制氣囊之充氣與洩氣，進一步地模擬中醫師把脈時手指的複雜操作手法。

本發明之再一目的係在提供一種脈壓訊號的量測系統及其量測方法，可運用於監視心血管生理功能或中醫脈診科學化之領域，藉由非侵入式電子診斷儀器所測得之脈壓訊號及參數，評估心血管功能或建立中醫脈診之圖譜資料庫，提供實際的數據作為判斷及參考的依據，並且輔助醫師在臨床上長期監測及心血管生理分析之用途。

為達到上述之目的，本發明提出一種脈壓訊號的量測系統及其量測方法，不僅可量化醫者脈診時所施予的壓力大小及客觀紀錄，更可模擬醫者以經驗性三指手法按壓血管之技巧。

本發明揭露一種脈壓訊號的量測系統，包括：一感測裝置與一主機裝置。感測裝置包含至少一氣囊，且氣囊係位於一人體四肢動脈上。主機裝置用以控制氣囊的囊內壓力，並且量測其囊內壓力的變化，以取得人體四肢動脈之脈壓訊號。

本發明另揭露一種脈壓訊號的量測方法，包括以下步驟：將具有至少一氣囊的感測裝置置於一人體四肢動脈上；控制氣囊之囊內壓力至一特定壓力值；以及當氣囊之囊內壓力達到特定壓力值時，紀錄人體四肢動脈之脈壓訊號。

底下藉由具體實施例配合所附的圖式詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

請參閱第1圖，係為根據本發明實施例之量測系統的系統示意圖，此種量測系統適於感測一人體四肢動脈之脈壓訊號。以下所述之實施例，係以量測系統感測人體之腕部的脈壓訊號為例，但其可量測之脈壓訊號並不以此為限。此一量測系統包括有一感測裝置10與一主機裝置20。其中，感測裝置10包含有一個或一個以上的氣囊12，並藉由一氣管30與主機裝置20相連接。根據本發明之實施例，主機裝置20係負責控制感測裝置10內各氣囊12的囊內壓力(包括充氣及洩氣氣囊12)，並且量測氣囊12之囊內壓力的變化，藉此進行脈壓訊號的量測與分析。

請參見第2A圖至第2C圖所示，其中第2A圖係以感測裝置10包含有六個氣囊12，排列為2乘3的矩陣陣列為例，然而本發明並不以此為限，熟習此項技術領域者當可根據實際應用上所需之氣囊數目決定氣囊12之個數或排列形狀。第2B圖與第2C圖則分別為氣囊在充氣前與充氣後之形狀，其細部結構請一併參閱第3圖所示。

氣囊12包含有一氣口102、一上蓋104、複數個摺翼層106與一下蓋108，其中氣口102連接氣管30，使得主機裝置20可經由相互連通的氣管30與氣口102，對氣囊12進行充氣與洩氣的動作。複數個摺翼層106疊置於上蓋104與下蓋108之間，並在其中心具有開孔106a連通氣口102。根據本發明之實施例，摺翼層106可以複數層塑膠薄片疊合密封而成，並以低彈性材料製成。藉此，當主機裝置20經由氣口102重複充氣及洩氣，以調節氣囊12之囊內壓力時，摺翼層106的設計不僅可用以維持氣囊12的原始外型、強化氣囊12充氣後的結構、並且增加氣囊12膨脹後之體積。

第4A圖係為根據本發明實施例之量測系統的系統方塊圖，本實施例之感測裝置10以具有2乘3個氣囊12為例。各氣囊12具有一壓力感測器12a，舉例而言，壓力感測器12a可以是但不限於一電阻式壓力感測器，以偵測氣囊12之囊內壓力。各氣囊12對應連接一電磁氣閥306，電磁氣閥306與主機裝置20之間更具有一空氣幫浦302與一洩氣閥304。藉此，主機裝置20中的微處理器202控制空氣幫浦302、洩氣閥304與電磁氣閥306，以調節各氣囊12的進氣量。其中，圖示中較粗的線係代表空氣管線，而較細者係代表電子訊號線。

請配合參閱第5圖所示，當感測裝置10置於使用者的手腕18之動脈上，且其氣囊12被充氣至一特定壓力值時，該腕部血管將因脈搏跳動而推擠氣囊12，造成氣囊12囊內壓力的變化。在此情況下，壓力感測器12a感測該壓力變化，並將其氣壓訊號輸出予主機裝置20。之後，如第4A圖所示，主機裝置20中的壓力感測電路208便將壓力感測器12a輸出之氣壓訊號轉換為一電子訊號。微處理器202接收該電子訊號，並藉由與其連接的一類比數位轉換器214，轉換該電子訊號為數位資料儲存及處理。因此，根據本發明之實施例，主機裝置20不僅控制氣囊12的囊內壓力，量測其壓力變化，以紀錄手腕18之動脈的脈壓訊號。並且，主機裝置20更可根據處理運算後之結果再次控制空氣幫浦302與洩氣閥304，達到重複充氣及洩氣氣囊12之動作。

為增加本發明量測系統之精度，如第4B圖所示，主機裝置20更可包括一濾波電路212，電性連接於壓力感測電路208與微處理器202之間。濾波電路212用以接收並且濾除壓力感測電路208所輸出電子訊號中之高頻雜訊，藉由與其連接的類比數位轉換器214，以提高微處理器202分析脈壓訊號之精確度。

第4C圖係為根據本發明另一實施例之量測系統的系統方塊圖，除前所述之微處理器202、類比數位轉換器214及壓力感測電路208之外，主機裝置20更可包括電性連接於微處理器202的一儲存裝置204、一通訊裝置206或一顯示裝置210。儲存裝置204例如為SD記憶卡儲存裝置，以將微處理器202測量得之訊號紀錄於其中。通訊裝置206例如為USB規格的通訊傳輸裝置，以將微處理器202測量得之訊號傳送出來。顯示裝置210例如為繪圖型的液晶顯示器，用以顯示微處理器202測得之訊號，包括：即時脈搏訊號、微分訊號、積分訊號、心跳頻率及氣囊內壓力值，以提供給醫師作為脈診判斷及參考之用途。

除此之外，根據本發明所揭示之量測系統，當所有的氣囊12皆被充氣致能時，微處理器202所量測到之脈壓訊號更可視為一血壓訊號，以達到量測血壓之效。

其次，如第5圖所示，在量測過程中，感測裝置10更可以一定位架16限制其氣囊12與手腕18之間的位置。定位架16可以是但不限於一C型環，除了可依照不同手腕18的寬度來調整感測裝置10的位置，使得氣囊12服貼於腕部動脈。定位架16更可固定感測裝置10於受測部位，使得量測過程中氣囊12膨脹的推擠力量，不致造成感測裝置10的偏移，而影響到測量精度。

第6圖係為根據本發明實施例之脈壓訊號的量測方法之步驟流程圖，以下有關本發明量測方法之說明，請一併參閱第1圖及第5圖所示。然需說明的是，本發明提出之量測方法並不以應用於第1、5圖之量測系統為限，以下說明僅作為解釋本發明技術思想之一示範實施例而已。本發明提出之量測方法主要包括以下步驟：步驟S21：將具有至少一氣囊12的感測裝置10置於手腕18之動脈上；步驟S22：控制氣囊12之囊內壓力至一特定壓力值；以及步驟S23：當氣囊12之囊內壓力達到特定壓力值時，手腕18之動脈血管將因脈搏跳動而推擠氣囊12，造成氣囊12囊內壓力的變化。

此時，主機裝置20紀錄手腕18之動脈的脈壓訊號。

本發明根據不同的特定壓力值，將氣囊的充氣程度定義為無、輕、中、重四段施壓模式之設計，其壓力之工作區間.分別設定在：無壓0毫米汞柱(mmHg)、輕壓30~80毫米汞柱(mmHg)、中壓80~120毫米汞柱(mmHg)及重壓120~180毫米汞柱(mmHg)之壓力範圍，藉此將不同的氣囊工作條件分別定義為無壓力工作氣囊、輔助量測氣囊、主要量測氣囊及封阻血管氣囊四種氣囊名稱。依據各個氣囊充至上述之四種壓力狀態，可達到不同排列組合之量測時施壓樣式的變化，第7圖係為根據第4A圖之氣囊在不同排列組合下量測時的施壓樣式，其為2×3陣列式氣囊多種排列組合之一種應用，目的在於量測血管受到壓迫時壓力訊號的變化。為能說明其施壓樣式之功能，以第7圖中A組為例，其目的為壓阻後方血管，量測前方血管之脈搏訊號；C組則為壓阻前方血管，量測後方血管之脈搏訊號。

除此之外，根據本發明所揭示之量測方法，當所有氣囊皆被充氣致能至特定壓力值時，其可視為一完整之氣囊。藉此，此一完整氣囊所反應出之脈壓訊號更可視為一血壓訊號，以達到量測血壓之效。

請一併參閱第8圖所示，本發明提出之量測方法包括主機裝置自動控制與操作者手動控制兩種量測模式。首先，如步驟S32所示，系統判斷操作者是否選擇自動模式，若是，則進行自動模式。其後，如步驟S34所示，系統再次判斷操作者是否選擇記憶模式，若是，則直接載入氣囊於前次量測時的充氣數量與充氣樣式，即進入量測程序。若操作者在步驟S34非選擇記憶模式，則如步驟S36所示，操作者可自第7圖中選擇任一預設的氣囊充氣樣式，然後進入量測程序。

至於，當操作者在步驟S32未選擇自動模式時，則系統進入步驟S38至S42，即操作者手動控制模式。在此手動模式下，操作者可視需求擴建其量測程序，使其設定較自動模式更具彈性。舉例來說，操作者可預先設定氣囊的充氣數量與充氣樣式，輸入小於10之數字後開始設定氣囊之施壓壓力，並且安排各氣囊充氣之程度，至系統確定操作者設定之樣式皆設定完成，系統即進入量測程序。

之後，如步驟S44所示，系統開始量測程序，並接著如步驟S46所示，由微處理器控制空氣幫浦、電磁氣閥、及洩氣閥，以對氣囊充氣至指定模式與特定壓力值。之後，如步驟S48所示，系統判斷氣囊是否達到特定壓力值，若否，則持續充氣直到氣囊充氣完成。若是，則系統開始執行步驟S50，進行人體脈博訊號量測及記錄。待記錄完成後，如步驟S52所示，系統判斷所有樣式是否皆量測完成，若否，即進入步驟S54，開始下一量測樣式之量測，直至系統判定完成所有氣囊選擇樣式之量測，則結束所有流程。

本發明揭露之主機裝置的運算核心不僅可以極易實現之單晶片微處理器完成系統的控制與資料存取，並可透過自動及手動兩種模式進行訊號的量測。自動模式可依照系統預設程序快速完成量測，其氣囊陣列之施壓樣式不限定一種序列組合。為能增加本系統之量測使用彈性，如需要量測不同按壓模式時，使用者可藉由手動模式給予系統量測程序之調整，依照使用者自行設定需要序列個數及施壓樣式，並可按照設定進行訊號量測，即可得到該種設定模式下之量測訊號，並儲存至儲存裝置。

綜上所述，本發明提出之脈壓訊號的量測系統及其方法，可利用一個或一個以上的氣囊(例如：M×N陣列式氣囊)進行脈搏訊號的測量，其實施方式可在不同陣列樣式的組合條件下，達到阻撓血流並且量測脈搏壓力之效用。除此之外，本發明之量測系統及其方法，更可依據不同需求而改變氣囊之囊內壓力，並且氣囊陣列亦不限定以一種排列量測方式為限，其方法可在不同施壓樣式之序列組合條件下，進而模擬中醫師手指在把脈時之複雜操作手法。

更進一步而言，本發明所揭示之脈壓訊號的量測系統及其方法係為一種量測動脈壓力的系統及方法，不僅可用以量測本發明實施例所述之脈搏壓力，亦可自人體的四肢取得如：橈動脈、足背動脈等位在身體淺表靠近骨骼的動脈訊號。以上所述之實施例僅為解釋本發明技術思想之用，本發明並不以量測人體腕部之脈壓訊號為限。

以上所述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。

10．．．感測裝置

12．．．氣囊

12a．．．壓力感測器

16．．．定位架

18．．．手腕

20．．．主機裝置

30．．．氣管

102．．．氣口

104．．．上蓋

106．．．摺翼層

106a．．．開孔

108．．．下蓋

202．．．微處理器

204．．．儲存裝置

206．．．通訊裝置

208．．．壓力感測電路

210．．．顯示裝置

212．．．濾波電路

214．．．類比數位轉換器

302．．．空氣幫浦

304．．．洩氣閥

306．．．電磁氣閥

第1圖係為根據本發明實施例之量測系統的系統示意圖。

第2A圖係為根據本發明實施例之感測裝置的結構示意圖。

第2B圖係為根據本發明實施例之氣囊在充氣前的結構示意圖。

第2C圖係為根據本發明實施例之氣囊在充氣後的結構示意圖。

第3圖係為根據本發明實施例之氣囊結構的分解示意圖。

第4A圖係為根據本發明實施例之量測系統的系統方塊圖。

第4B圖係為根據本發明另一實施例之量測系統的系統方塊圖。

第4C圖係為根據本發明另一實施例之量測系統的系統方塊圖。

第5圖係為根據本發明實施例之量測系統的操作示意圖。

第6圖係為根據本發明實施例之脈壓訊號的量測方法之步驟流程圖。

第7圖係為根據第4A圖之氣囊在不同排列組合下量測時的施壓樣式圖。

第8圖係為根據本發明實施例之脈壓訊號的量測方法之步驟流程圖。

10．．．感測裝置

12．．．氣囊

16．．．定位架

20．．．主機裝置

30．．．氣管

204．．．儲存裝置

206．．．通訊裝置

210．．．顯示裝置

Claims (15)

1. 一種脈壓訊號的量測系統，包括：一感測裝置，係位於一人體四肢動脈上，並包括複數個氣囊，且該些氣囊係排列為一矩陣陣列；以及一主機裝置，控制該些氣囊的囊內壓力為無壓0毫米汞柱(mmHg)、輕壓30~80毫米汞柱(mmHg)、中壓80~120毫米汞柱(mmHg)或重壓120~180毫米汞柱(mmHg)，以形成不同排列組合之施壓樣式，該主機裝置藉由量測該些囊內壓力的變化，以取得該人體四肢動脈之脈壓訊號。
2. 如請求項1所述之脈壓訊號的量測系統，更包括一空氣幫浦、一洩氣閥與至少一電磁氣閥，該空氣幫浦與該洩氣閥連接該至少一電磁氣閥，該主機裝置控制該空氣幫浦與該洩氣閥，使得該至少一電磁氣閥調節該至少一氣囊之囊內壓力。
3. 如請求項1所述之脈壓訊號的量測系統，其中該感測裝置具有至少一壓力感測器，用以偵測該至少一氣囊之囊內壓力，該主機裝置包括一壓力感測電路與一微處理器，該壓力感測電路連接該至少一壓力感測器，以將該至少一壓力感測器輸出之氣壓訊號轉換輸出為一電子訊號，該微處理器根據該電子訊號紀錄該人體四肢動脈之脈壓訊號。
4. 如請求項3所述之脈壓訊號的量測系統，其中該主機裝置更包括一濾波電路，電性連接於該壓力感測電路與該微處理器之間，該濾波電路接收並濾除該電子訊號中之高頻訊號，以使該微處理器紀錄該人體四肢動脈之脈壓訊號。
5. 如請求項3所述之脈壓訊號的量測系統，其中該主機裝置更包括一儲存裝置，用以儲存該微處理器所紀錄之該人體四肢動脈之脈壓訊號。
6. 如請求項3所述之脈壓訊號的量測系統，其中該主機裝置更包括一通訊裝置，用以傳輸該微處理器所紀錄之該人體四肢動脈之脈壓訊 號。
7. 如請求項1所述之脈壓訊號的量測系統，其中各該氣囊包括一氣口、一上蓋、一下蓋與複數個摺翼層，該主機裝置藉由該氣口調節各該氣囊之囊內壓力，該些摺翼層係疊置於該上蓋與該下蓋之間，以增加各該氣囊膨脹後之體積。
8. 如請求項1所述之脈壓訊號的量測系統，更包括一定位架，用以固定該感測裝置，以限制該些氣囊與該人體四肢動脈之間的位置。
9. 如請求項1所述之脈壓訊號的量測系統，其中當該些氣囊皆被充氣致能時，該人體四肢動脈之脈壓訊號可視為一血壓訊號。
10. 一種脈壓訊號的量測方法，包括以下步驟：將一具有複數個氣囊，且該些氣囊係排列為一矩陣陣列的感測裝置置於一人體四肢動脈上；控制該些氣囊之囊內壓力至一特定壓力值，該特定壓力值係可為無壓0毫米汞柱(mmHg)、輕壓30~80毫米汞柱(mmHg)、中壓80~120毫米汞柱(mmHg)或重壓120~180毫米汞柱(mmHg)，以形成不同排列組合之施壓樣式；以及當該些氣囊之囊內壓力達到該特定壓力值時，紀錄該人體四肢動脈之脈壓訊號。
11. 如請求項10所述之脈壓訊號的量測方法，在控制該些氣囊之囊內壓力至該特定壓力值前，更包括步驟：決定該些氣囊之充氣數量與充氣樣式，以控制被選定之氣囊的囊內壓力至該特定壓力值。
12. 如請求項10所述之脈壓訊號的量測方法，在控制該些氣囊之囊內壓力至該特定壓力值前，更包括步驟：載入該些氣囊之前次充氣數量與前次充氣樣式，以控制該些氣囊的囊內壓力至該特定壓力值。
13. 如請求項10所述之脈壓訊號的量測方法，其中控制該些氣囊之囊內壓力至該特定壓力值的步驟係由一主機裝置自動控制，或由操作 者手動控制。
14. 如請求項10所述之脈壓訊號的量測方法，其中當該些氣囊之囊內壓力未達該特定壓力值時，持續充氣該些氣囊。
15. 如請求項10所述之脈壓訊號的量測方法，其中當該些氣囊之囊內壓力皆達到該特定壓力值時，該些氣囊可視為一完整之氣囊，以量測血壓。