TWI472314B - 皮膚訊號電容量測方法及其裝置 - Google Patents

Description

皮膚訊號電容量測方法及其裝置

本發明係揭露關於一種皮膚訊號電容量測方法及其裝置，尤其是量測皮膚在外加電壓調變器及在不同調變頻率條件下之電容變化的量測與所有與皮膚訊號電容量測相關的身體內部之生理、心理訊號的量測方法及其裝置。

在眾多的醫學研究中發現，當人體產生病變時，人體內之離子偶極的擴散與旋轉或重新分佈之狀態改變下生理電位便會產生改變，而離子偶極所呈現的改變會瞬間造成人體生理電位的改變。由此可知，若能準確偵測人體電位的改變，便可準確的判斷出人體健康。

習知偵測人體電位的方法，一般係將至少一感應電極貼附於人體皮膚，利用該感應電極感應皮膚表面之一電阻值，再將該電阻值與健康狀態下的皮膚表面電阻值相比，以判斷人體的電位變化與健康狀況。

惟，以感應電極感應皮膚表面之電阻值，該電阻值的量測會在許多狀況產生失準，例如貼附感應電極處之皮膚毛細孔產生開合，又如貼附感應電極處之皮膚肌肉抖動及收縮，或是貼附感應電極處之皮膚出汗而過度潮濕時，以上種種狀況皆會造成該感應電極無法正確感應皮膚之電阻值。

利用感應電極感應皮膚電阻值之方法，其目的無非是想利用該電阻值變化判斷身體電位變化，進而推測身體健康狀況。若量測皮膚電阻值之方法存在著許多實施上的缺陷，導致量測出的電阻值無法正確反應身體電位變化，則量測皮膚電阻值便不是一個能用以判斷身體健康的正確作法。有鑑而此，必須重新建立要有一套量測皮膚其他型式的電訊號之方法。

本發明之主要目的係提供一種皮膚訊號電容量測方法及其裝置，該方法所量測出之電容值變化可準確代表人體電位變化。

為達到前述發明目的，本發明之皮膚訊號電容量測方法，係包含：一電極貼附步驟，係將一第一電極與一第二電極分別貼附於一受測者皮膚之一第一部位及一第二部位，且該第一電極與第一部位之接觸面積相同於該第二電極與第二部位之接觸面積，該第一電極之一感應面為圓形，該第二電極之一感應面為環形，該第二電極環設於該第一電極之外側；一外加電壓輸入步驟，利用一外加電壓調變器對該第一電極及第二電極施予相同頻率值與相同電壓值範圍的一交流電壓，並藉由該第一電極與第二電極分別將該交流電壓傳至該受測者皮膚之第一部位及第二部位；一電容值量測步驟，係利用一電容量測器，在施予交流電壓後的第一電極與第二電極間，量測該第一電極與第二電極間之電容值，以作為受測者皮膚之第一部位及第二部位間之電容值；及藉由一處理器讀取該電容量測器所量測之電容值，及讀取一資料庫所儲存之同一受測者之該皮膚訊號 電容資訊，並對該電容值及該皮膚訊號電容資訊進行比對。

本發明之皮膚訊號電容量測方法，其中該外加電壓調變器輸出至該第一電極及第二電極的交流電壓具有一相位差，該相位差為180°。

本發明之皮膚訊號電容量測方法，其中該外加電壓調變器輸出之電壓值範圍介於-50V至50V。

本發明之皮膚訊號電容量測方法，其中該外加電壓調變器輸出之頻率值範圍介於0.1kHz至100MHz。

本發明之皮膚訊號電容量測裝置，係包含：一第一電極，具有一感應面，該第一電極之該感應面為圓形；一第二電極，具有一感應面，該第二電極之該感應面為環形，該第二電極之感應面的面積相同於該第一電極之感應面的面積，且該第二電極環設於該第一電極之外側；一外加電壓調變器，電性連接該第一電極及第二電極，以輸出一交流電壓至該第一電極及第二電極；一電容量測器，電性連接該第一電極及第二電極，以量測該第一電極與第二電極間之電容值；一資料庫，用以儲存至少一受測者之一皮膚訊號電容資訊；及一處理器，該處理器電性連接該電容量測器及該資料庫，該處理器係讀取該電容量測器所量測之電容值，及讀取該資料庫之同一受測者之該皮膚訊號電容資訊，並對該電容值及該皮膚訊號電容資訊進行比對。

本發明之皮膚訊號電容量測裝置，其中該第一電極具有數個第一延伸部，該第二電極具有數個第二延伸部，且該第一延伸部與第二延伸部交錯排列。

本發明之皮膚訊號電容量測結果更顯示許多重要應用，其中包括在某些偏壓條件下，電容值具有重覆出現之恆定值且任何兩個人皆不相同之特徵值，此特性可開發成身份辨識系統之應用。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：本發明所述之「頻率」，係指外加交流偏壓去探測皮膚訊號電容特性改變量時之週期性變化次數。

本發明所述之「相位」，係指週期性訊號波形變化的度量，一次完整的週期性訊號為360°。

本發明所述之「相位差」，係指二週期性訊號間之波形變化的度量差。

請參照第1圖所示，本發明之皮膚訊號電容量測方法係包含：一電極貼附步驟S1、一外加電壓輸入步驟S2及一電容值量測步驟S3。

請參照第2圖所示，其係本發明之皮膚訊號電容量測方法一較佳實施裝置，該裝置係包含：一第一電極1、一第二電極2、一外加電壓調變器3及一電容量測器4。該第一電極1及第二電極2皆電性連接該外加電壓調變器3及電容感應器4。

本發明之皮膚訊號電容量測方法，該電極貼附步驟S1 係將該第一電極1與第二電極2分別貼附於一受測者皮膚之一第一部位及一第二部位，且該第一電極1與第一部位之接觸面積相同於該第二電極2與第二部位之接觸面積。

為了檢測該受測者皮膚之第一部位及第二部位間之一電容值變化，該第一電極1與第二電極2必須分別貼附於該第一部位及第二部位，且該第一電極1與該第二電極2以相同之接觸面積貼附於該第一部位與第二部位，可避免因接觸面積不同使得該第一電極1與第二電極2間之電力線產生扭曲或交叉，以增加該受測者皮膚之第一部位及第二部位間之電容值的檢測準確度。

該外加電壓輸入步驟S2，利用該外加電壓調變器3對該第一電極1及第二電極2施予相同頻率值與相同電壓值範圍的一交流電壓，並藉由該第一電極1與第二電極2分別將該交流電壓傳至該受測者皮膚之第一部位及第二部位。

該交流電壓之電壓值範圍在此並不設限，較佳可介於-50V至50V之間。該交流電壓的頻率值在此並不設限，較佳可介於0.1KHz至100MHz之間，在上述電壓值範圍與頻率值的範圍中，可在不傷害人體的情況下，偵測到較明顯之皮膚訊號電容值變化，以達到較佳之電容值量測結果。其中，該外加電壓調變器3可為一直流或交流電壓調變器，且當該外加電壓調變器3選擇為一交流電壓調變器時，由該外加電壓調變器3輸出至該第一電極1及第二電極2的交流電壓，可為依照固定頻率值而變動之一方波或一弦波，且該第一電極1與第二電極2之交流電壓之波形較 佳為反向，亦即該第一電極1與第二電極2所接收之交流電壓的相位差為180°，藉此達到佳加之電容值量測結果。舉例而言，藉由該外加電壓調變器3所輸出之交流電壓，該電壓值範圍可設於+10V至-10V之間，該頻率值可設於6000Hz，使該交流電壓之電壓值能以6000Hz的頻率在-10V與+10V之間作周期性的變動，並令該第一電極1與第二電極2係接收相同電壓值、相同頻率值且相位差180°之交流電壓。

該電容值量測步驟S3，係利用該電容量測器4，在施予交流電壓後的第一電極1與第二電極2間，量測該第一電極1與第二電極2間之電容值，以作為受測者皮膚之第一部位及第二部位間之電容值。

更詳言之，人體皮膚係包含一真皮層及一角質層，該角質層係包覆於該真皮層外，其中該真皮層為導體，該角質層為絕緣體。當該第一電極1及第二電極2貼附於人體皮膚之角質層並被施予電壓後，可間接影響該角質層與真皮層間之電荷偶極變化，並在該第一電極1與第二電極之間產生相對之電容值，該電容值亦可視為該受測者皮膚之第一部位及第二部位的電容值，故該電容量測器4便可藉由量測該第一電極1與第二電極2間之電容值，並以該電容值作為該受測者皮膚之第一部位及第二部位的電容值。

此外，當該交流電壓沿一頻率值產生週期性的電壓值變化時，該人體皮膚之電荷偶極變化也會隨之改變，亦即不同的電壓值可使該受測者皮膚之第一部位及第二部位產生不同之電容值，且在相同電壓值範圍但不同頻率值之交 流電壓下，人體皮膚之電荷偶極變化速度也不同，即使對該受測者皮膚之第一部位及第二部位施予相同電壓值，不同的頻率值也會使該受測者皮膚之第一部位及第二部位產生不同之電容值。為了完整記錄該受測者皮膚之電容值與電壓值變化及頻率值高低間的相對關係，該電容量測器4係於該第一電極1與第二電極2被施予一交流電壓後，持續量測該第一電極1與第二電極2間之電容值變化，以完整記錄該受測者皮膚之第一部位及第二部位在不同電壓值及不同頻率值下之電容效應。

該受測者皮膚之第一部位及第二部位之電容量測方法，係於該第一部位及第二部位分別貼附該第一電極1及第二電極2，藉由該第一電極1與第二電極2以周期性的電壓變化分別刺激該受測者皮膚之第一部位及第二部位，使該角質層與真皮層間產生電荷偶極變化並具有電容效應，該電容效應不會受到皮膚表面的毛細孔開合、受測者肢體移動或皮膚表面潮濕所影響，故量測該皮膚訊號電容值，可正確反應出人體的電位變化，便可準確的且有重覆性的判斷出除了人體健康之外還可透露出所有與生理或心理狀態相關的訊息。。

請再參照第2圖所示，本發明皮膚訊號電容涼測方法之較佳實施裝置，該第一電極1具有一感應面以貼附受測者皮膚，該第二電極具有一感應面以貼附受測者皮膚，且該第一電極之感應面的面積相同於該第二電極之感應面的面積。其中，該第一電極1與第二電極2之形狀在此並不設限，可如第3圖之第二實施例中，該第一電極1具有數 個第一延伸部11，該第二電極2具有數個第二延伸部21，且該第一延伸部11與第二延伸部21交錯排列，藉由上述設置，可使該第一電極1與第二電極2間之電力線具有較佳之分布，避免電力線彼此交錯，以達到較佳之電容量測效果。請參照第4圖所示，其係本發明第四實施例，該第一電極1之感應面為圓形，該第二電極2之感應面為環形，該第二電極2環設於該第一電極1之外側，藉由上述設置，可使該第一電極1與第二電極2間之電力線具有較佳之分布，避免電力線彼此交錯，以達到較佳之電容量測效果。該外加電壓調變器3電性連接該第一電極1及第二電極2，以輸出該交流電壓至該第一電極1及第二電極2。該電容量測器4電性連接該第一電極1及第二電極2，以量測該第一電極1與第二電極2間之電容值。

請參照第5圖所示，其係本發明皮膚訊號電容量測方法及其裝置之應用情形，該電容量測器4係電性連接一處理器5，該處理器5電性連接一資料庫6。該處理器5係用以讀取該電容量測器4所量測之電容值，並可對該電容值進行資料處理，以產生一電容-電壓關係表或一電容-頻率關係表等數種皮膚訊號電容資訊。該資料庫6可為一雲端資料庫，並用以儲存至少一受測者之皮膚訊號電容資訊，在本實施例中，該資料庫係儲存至少一受測者在健康狀態下之皮膚訊號電容資訊，當該處理器5接收到該電容量測器4所量測之受測者當下之皮膚訊號電容時，可先將該皮膚訊號電容匯整成皮膚訊號電容資訊，接著，該處理器5再利用有線或無線等雲端傳輸技術，讀取資料庫6中同一 受測者在健康狀態下之皮膚訊號電容資訊，並將資料庫6之皮膚訊號電容資訊與接收至電容量測器4之皮膚訊號電容資訊進行比對，以判斷該受測者之身體電位狀況，進而推測該受測者的健康與否，藉由上述應用方式，該皮膚訊號電容量測方法不僅可作為健康檢查之項目，更可結合雲端醫療等多樣化之手段，達到較完善之個人身體健康監測、遠端醫療、雲端自主健康管理。

本發明闡述之皮膚訊號電容量測方法及其所需的裝置，所量測之皮膚訊號電容值不受皮膚表面之潮濕度或肢體移動所影響，具有準確且有重覆再現性呈現出身體生理、心理所牽動之電位變化之功效。因此，所量測之皮膚訊號電容值不僅可作為遠端醫療或健康檢查的項目，且由於任何兩個人之皮膚訊號電容值皆不相同，故亦可藉由此特性開發為身份辨識系統之應用。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，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之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，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。

〔本發明〕

1‧‧‧第一電極

11‧‧‧第一延伸部

2‧‧‧第二電極

21‧‧‧第二延伸部

3‧‧‧外加電壓調變器

4‧‧‧電容量測器

5‧‧‧處理器

6‧‧‧資料庫

S1‧‧‧電極貼附步驟

S2‧‧‧外加電壓輸入步驟

S3‧‧‧電容值量測步驟

第1圖：本發明皮膚訊號電容量測方法流程圖。

第2圖：本發明皮膚訊號電容量測裝置第一實施例。

第3圖：本發明皮膚訊號電容量測裝置第二實施例。

第4圖：本發明皮膚訊號電容量測裝置第三實施例。

第5圖：本發明皮膚訊號電容量測裝置應用示意圖。

S1．．．電極貼附步驟

S2．．．外加電壓輸入步驟

S3．．．電容值量測步驟

Claims (5)

1. 一種皮膚訊號電容量測方法，係包含：一電極貼附步驟，係將一第一電極與一第二電極分別貼附於一受測者皮膚之一第一部位及一第二部位，且該第一電極與第一部位之接觸面積相同於該第二電極與第二部位之接觸面積，該第一電極之一感應面為圓形，該第二電極之一感應面為環形，該第二電極環設於該第一電極之外側；一外加電壓輸入步驟，利用一外加電壓調變器對該第一電極及第二電極施予相同頻率值與相同電壓值範圍的一交流電壓，並藉由該第一電極與第二電極分別將該交流電壓傳至該受測者皮膚之第一部位及第二部位；一電容值量測步驟，係利用一電容量測器，在施予交流電壓後的第一電極與第二電極間，量測該第一電極與第二電極間之電容值，以作為受測者皮膚之第一部位及第二部位間之電容值；及藉由一處理器讀取該電容量測器所量測之電容值，及讀取一資料庫所儲存之同一受測者之該皮膚訊號電容資訊，並對該電容值及該皮膚訊號電容資訊進行比對。
2. 如申請專利範圍第1項所述之皮膚訊號電容量測方法，其中該外加電壓調變器輸出至該第一電極及第二電極的交流電壓具有一相位差，該相位差為180°。
3. 如申請專利範圍第1項所述之皮膚訊號電容量測方法，其中該外加電壓調變器輸出之電壓值範圍介於-50V 至50V。
4. 如申請專利範圍第1項所述之皮膚訊號電容量測方法，其中該外加電壓調變器輸出之頻率值範圍介於0.1KHz至100MHz。
5. 一種皮膚訊號電容量測裝置，係包含：一第一電極，具有一感應面，該第一電極之該感應面為圓形；一第二電極，具有一感應面，該第二電極之該感應面為環形，該第二電極之感應面的面積相同於該第一電極之感應面的面積，且該第二電極環設於該第一電極之外側；一外加電壓調變器，電性連接該第一電極及第二電極，以輸出一交流電壓至該第一電極及第二電極；一電容量測器，電性連接該第一電極及第二電極，以量測該第一電極與第二電極間之電容值；一資料庫，用以儲存至少一受測者之一皮膚訊號電容資訊；及一處理器，該處理器電性連接該電容量測器及該資料庫，該處理器係讀取該電容量測器所量測之電容值，及讀取該資料庫之同一受測者之該皮膚訊號電容資訊，並對該電容值及該皮膚訊號電容資訊進行比對。