TWI483707B - Wear - type respiratory physiological measurement device - Google Patents

Description

穿戴型呼吸生理量測裝置

本發明係一種量測裝置，尤指一種量測受測者呼吸模式的穿戴型呼吸生理量測裝置。

隨著醫療科技的進步，許多需要進行呼吸生理訊號量測的病患可以透過設備進行量測。這些病患類型繁多，例如在開胸手術後的病患在呼吸時會產生疼痛，因此需要有經驗之醫師以及復健師透過繁瑣且耗時的訓練過程，引導病患使用正確的呼吸動作，以減輕病患呼吸時的生理疼痛，並且達到復健的效果；若未經正確有效的訓練，病患在自行練習復健時，將無法以正確的呼吸型態進行呼吸，導致復健效果緩慢且難以評估。因此，如何在引導病患使用正確的呼吸動作時，適當的使用呼吸生理訊號量測裝置，即可獲得事半功倍之效果。

除了醫學上的復健用途之外，近年來人們逐漸採用以運動調養身心，其中呼吸調控運動受到廣泛的重視，然而呼吸調控運動的方法眾多，且不易習得正確的方法，使呼吸調控運動的過程難以標準化以及量化。目前市售的呼吸量測裝置，不但在量測時呈現明顯的力學遲滯現象，而且價格昂貴，缺乏經濟效益。

於中華民國專利公告號509053中，其揭露了一種生理測試器，特別是關於一種能夠測試出生理狀態係屬虛寒性、正常性、實熱性、複合性等性質之測試器。其中，其具有一呼吸感測電路， 能夠量測出呼吸狀態，並提供其中央微處理器判斷出生理狀態。然而該呼吸感測電路雖然可以量測每分鐘呼吸次數，但是無法量呼吸的強度大小、胸腹擴張收縮等生理訊號，也沒辦法簡易的穿戴應用或是洗滌。

再於中華民國專利號I274577中，其揭露了一種可穿戴型生理量測系統，其係將生理感測元件設置於生理量測系統本體之量測表面，用以接觸或接近被測者之皮膚，進而量測被測者之生理訊號。此一可穿戴型生理量測系統可隨時穿戴於被測者之身體，以隨時量測被測者之生理訊號。然而此發明中，雖然可以較簡易的穿戴應用，但並未包有量測呼吸生理訊號的功能。

若再進一步參考中華民國專利申請號097124988、美國專利號5454376以及美國專利公開號2011/0054341，該些專利申請案皆係以胸腔或腹部之擴張與收縮，進而帶動量測元件的張力變化而偵測呼吸之生理資訊；然而該些參考前案中，對於所能偵測到的呼吸生理資訊並不能達到較好的量測結果，實用性較低。

因此，本發明提出一種透過彈性導電纖維為量測標準依據之穿戴型呼吸生理量測裝置，可順利排除與克服過去技術中所未能達到的精確性與量測方便性。

本發明之主要目的，係提供一種穿戴型呼吸生理量測裝置，使用者穿戴後即可透過呼吸時所造成的胸腔或腹部之外擴內縮而取得呼吸型態的資料。

本發明之次要目的，係提供一種穿戴型呼吸生理量測裝置，其利用高彈性與高回彈性導電感測紡織品的特性，使所取得的呼 吸型態資料精密且貼近實際值。

本發明之另一目的，係提供一種穿戴型呼吸生理量測裝置，其設有防護電磁干擾之設計，進一步確保呼吸型態的量測係為準確。

為了達到上述之目的，本發明係揭示一種穿戴型呼吸生理量測裝置，其係包含：一種穿戴型呼吸生理量測裝置，其係包含：一固定部，其係為帶狀，具有一首端及一尾端；一彈性導電部，其係為帶狀，與該固定部之該首端及該尾端相連接，形成環狀結構，其材質係為一紡織品，該紡織品具有複數個導電纖維、複數個定位調整纖維及複數個彈性纖維；一第一電極，係設於該首端，並同時環套且接觸該彈性導電部之一端；及一第二電極，係設於該首端，並同時環套且接觸該彈性導電部之另一端。

10‧‧‧固定部

101‧‧‧低摩擦係數區

102‧‧‧首端

103‧‧‧尾端

20‧‧‧彈性導電部

21‧‧‧導電纖維

22‧‧‧定位調整纖維

23‧‧‧彈性纖維

30‧‧‧第一電極

31‧‧‧第二電極

40‧‧‧連接件

50‧‧‧電磁防護導線

第一圖：其係為本發明之一較佳實施例之結構示意圖；第二圖：其係為本發明之一較佳實施例之彈性導電部纖維結構圖；第三圖：其係為本發明之一較佳實施例之電阻變化圖；第四A圖：其係為本發明之一較佳實施例之功效示意圖；及第四B圖：其係為本發明之一較佳實施例之功效示意圖。

為使 貴審查委員對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後：於先前技術之該些穿戴型呼吸生理量測裝置，其所需要較為 複雜的裝置，或是沒有辦法精確反應使用者的呼吸狀態，使得到的數據有較低的參考價值，故本發明針對該些缺失，設計此一穿戴型呼吸生理量測裝置以達到經濟實用且結果具高參考價值的目標。

首先，請參考第一圖，本發明包含了一固定部10；一首端102；一尾端103；一彈性導電部20；及一第一電極30及一第二電極31。

其中，該固定部10具有該首端102及該尾端103；彈性導電部20係與該固定部10之該首端102及該尾端103相連接，形成環狀結構；而該第一電極30設於該首端102，並同時環套且接觸該彈性導電部20之一端；至於該第二電極31，其亦設於該首端102，並同時環套且接觸該彈性導電部20之另一端。

除了上述元件之外，本發明還更進一步包含一低摩擦係數區101，設於該固定部10之該首端102；一連接件40，設於該固定部10之該尾端103；以及複數個電磁防護導線50，設於該第一電極30及該第二電極31。

本發明於使用時，使用者係透過固定部10將本發明固定於胸部或是腹部，由於固定部10為帶狀結構，故可以將之環繞於軀體做束縛固定。而之所以選擇固定於胸部或是腹部，乃是因為本發明所量測之標的係為使用者的胸式呼吸或是腹式呼吸的狀態，故於使用時，係將本發明束縛環繞固定於胸部或是腹部。

此固定部10為了不影響量測結果，因此選用不導電且非具有彈性的材質；而為了強化固定的效果，還會進一步在與使用者軀體接觸之一面塗覆具有止滑性質的材料，其中以乳膠為佳。止滑材料使用於本發明固定部10時，塗覆方式可以為點狀、線狀、面 狀或多孔狀。

使用者將本發明固定於胸部或腹部後，在彈性導電部20、第一電極30與第二電極31的配合之下即可進行呼吸狀態的量測。

彈性導電部20與固定部10同為帶狀，與該固定部10之該首端102及該尾端103相連接，形成環狀結構。而彈性導電部20在材質上，其係為一紡織品，請參考第二圖，該紡織品包含複數個導電纖維21、複數個定位調整纖維22及複數個彈性纖維23；其中，該些導電纖維21係選自於金屬纖維、碳纖維或有機導電纖維等具有導電性質的纖維；該些定位調整纖維22係選自於聚酯纖維、聚醯胺纖維、聚丙烯腈纖維、聚乙烯纖維、聚丙烯纖維、芳香族聚醯胺纖維、聚氟纖維所組成之群組中至少之一者；而至於該些彈性纖維23，則為聚氨酯彈性纖維。

透過紡織工藝，該些導電纖維21、該些定位調整纖維22與該些彈性纖維23可被合織成具有高彈性和高回彈性的導電感測紡織品，在形態上可為一次元紗線繩索、二次元織品或是三次元織品等實心或中空之紡織結構。當此導電感測紡織品被拉伸時，再請參考第二圖，由於導電纖維21複合於彈性纖維23，並具有撓曲結構，因此導電纖維21可與彈性纖維23有共同之拉伸長度；而當導電感測紡織品收縮時，彈性纖維23牽動定位調整纖維22以及導電纖維21，使導電纖維21回復成原來的拉伸前狀態。意即，彈性導電部20藉由定位調整纖維22定位導電纖維21於彈性纖維23，可讓彈性纖維23拉伸或收縮時，讓導電纖維21隨著彈性纖維23拉伸或收縮，並且可藉由定位調整纖維22限制彈性纖維23拉伸或收縮之幅度。

第一電極30與第二電極31於本發明中係採用一銅金屬材料， 但除了銅之外，選擇使用其他具有高導電率的材料亦可。第一電極30設於首端102，並同時環套且接觸該彈性導電部20之一端，第二電極31也是設於首端102，並同時環套且接觸該彈性導電部20之另一端。在此結構之下，彈性導電部20可與第一電極30及第二電極31形成一連通電路，讓外接電流自第一電極30或第二電極31流入後，經過彈性導電部20，再由第二電極31或第一電極30流出。除此之外，由於第一電極30與第二電極31係為環套而非固定該彈性導電部20，因此彈性導電部20仍可在此區段順利地進行拉伸或收縮。

在使用者吸氣-吐氣的呼吸過程中，胸腔或腹部會因而有擴張-收縮的大小變化，而受到胸腔或腹部的擠壓推動，此時彈性導電部20將會因此發生拉伸或是收縮。由於電極在設置時，依其機制並不會與彈性導電部20同時作動，因此在第一電極30與第二電極31之間的距離內，彈性導電部20的長度將會為拉伸或是收縮而有所改變，而在變化的過程中，受到彈性導電部20的長度不同，因而導致連通迴路具有的不同電阻值，進而讓電流流通的大小產生變化。本發明透過外接的一數據處理裝置，將可在胸腔或腹部做擴張-收縮變化的時候，藉著量測電流的大小，產生一個可相互對應到的波形數據，這也就是使用者呼吸-吐氣的呼吸狀態量測結果。

除此之外，為了使彈性導電部20在作動的過程中不受其他外力影響，本發明設計彈性導電部20面向使用者軀體之一側，也就是與固定部10相接觸的一面，在此彈性導電部20與固定部10之首端102接觸之面上，固定部10於此面設有低摩擦係數區101，其為選用低摩擦係數之材質，例如聚四氟乙烯( Polytetrafluoroethylene，PTFE)薄膜，其摩擦係數小於或等於0.1。

請參考第三圖，其係為本發明之彈性導電部20在30%拉伸範圍內所具有的電阻值變化量。彈性導電部20在拉伸率0~300%之間可呈現完全彈性與完全回彈性，因此當外力釋放時可以迅速完全回彈至原來長度。而其電阻變化範圍在10³Ω/%~10^-3Ω/%之間，當外力釋放時可以迅速回復至未變化前之電阻值，故彈性導電部20的彈性伸長率和彈性回復率與電阻值變化具有線性相關。是以，由圖中可以判斷出此種具有高彈性和高回彈性的彈性導電部20在合理的使用範圍內具有非常線性的電阻值變化表現，非常適合用於為量測依據，並且有優異的準確度。

至於設於尾端103之連接件40，其具有調整長度的功能。其可透過黏扣帶或是任何調整長度功能的方式，讓本發明之穿戴型呼吸生理量測裝置可以適用於各種大小之人體胸圍或是腰圍，依不同使用個體的差異，提供適當的長度。

由於本發明係透過彈性導電纖維之電阻及通過之電流為量測標準，因此本發明另設有防止電磁波干擾之電磁防護導線50，設於第一電極30及第二電極31，該些電磁防護導線50具有抗水性、抗油性，以及耐酸鹼的能力，經水洗亦不會被破壞。其可以削減環境電磁波對偵測結果可能造成的影響。

為了證明本發明所量測到之呼吸-吐氣的呼吸量測結果能反應真實狀態，請參考第四A圖以及第四B圖，其係為本發明與非接觸呼吸量測與分析系統(Opto-Electronic Plethysmography，OEP)所量測到的胸腔準確變化量做比對。OEP為義大利BTS公司的生物工程團隊開發出的量測系統，其係透過在受測者胸廍部貼 上反光標記，再用紅外線攝影機取得各個反光球的三維資料，由軟體演算重建胸廍體積，由於反光球會隨著呼吸而為上下起伏，因此OEP系統可以提供在呼吸中的胸腔準確變化量。

於第四A圖及第四B圖中，下方線為本發明之穿戴型呼吸生理量測裝置之量測結果，上方線為OEP之量測結果；而於X軸座標上，第1~20秒為自然呼吸，第20~50秒為胸式呼吸，第50~118秒為腹式呼吸，第118~141秒則再為胸式呼吸。如圖所示，本發明充分揭露了在各種呼吸形式下，使用者所表現的胸部與腹部的呼吸形態。

除此之外，於第四A圖中，本發明所測得的胸部呼吸狀態與OEP所取得的胸腔變化量有高度的相符，而於第四B中，本發明所測得的腹部呼吸狀態亦與OEP之曲線相符；因此，本發明之穿戴型呼吸生理量測裝置，在簡單之構造之下，亦被證明具有非常精確的量測水準。

透過本發明所提供的穿戴型呼吸生理量測裝置，使用者可以充分且確實的表現與記錄其呼吸的方式、呼吸的形態等等資訊，並且其構造較簡單，相較於複雜之醫療器材係為相對非常便宜的選擇，故具有極高的經濟價值存在，為一兼具實用性與效益之發明。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

本發明係實為一具有新穎性、進步性及可供產業利用者，應符合我國專利法所規定之專利申請要件無疑，爰依法提出發明專 利申請，祈 鈞局早日賜准專利，至感為禱。

10‧‧‧固定部

101‧‧‧低摩擦係數區

102‧‧‧首端

103‧‧‧尾端

20‧‧‧彈性導電部

30‧‧‧第一電極

31‧‧‧第二電極

40‧‧‧連接件

50‧‧‧電磁防護導線

Claims (8)

1. 一種穿戴型呼吸生理量測裝置，其係包含：一固定部，其係為帶狀，具有一首端及一尾端；一彈性導電部，其係為帶狀，與該固定部之該首端及該尾端相連接，形成環狀結構，其材質係為一紡織品，該紡織品具有複數個導電纖維、複數個定位調整纖維及複數個彈性纖維；一第一電極，係設於該首端，並同時環套且接觸該彈性導電部之一端；及一第二電極，係設於該首端，並同時環套且接觸該彈性導電部之另一端；其中，該紡織品係由該些彈性纖維與該些定位調整纖維交錯纏繞於該些導電纖維。
2. 如申請專利範圍第1項所述之穿戴型呼吸生理量測裝置，其中該固定部材質為不導電且非彈性。
3. 如申請專利範圍第1項所述之穿戴型呼吸生理量測裝置，其中該固定部更進一步包含一低摩擦係數區，設於該首端。
4. 如申請專利範圍第1項所述之穿戴型呼吸生理量測裝置，其中該些導電纖維係選自於金屬纖維、碳纖維以及有機導電纖維所組成之群組之一者。
5. 如申請專利範圍第1項所述之穿戴型呼吸生理量測裝置，其中該些定位調整纖維係選自於聚酯纖維、聚醯胺纖維、聚丙烯腈纖維、聚乙烯纖維、聚丙烯纖維、芳香族聚醯胺纖維以及聚氟纖維所 組成之群組中至少之一者。
6. 如申請專利範圍第1項所述之穿戴型呼吸生理量測裝置，其中該些彈性纖維係為聚氨酯彈性纖維。
7. 如申請專利範圍第1項所述之穿戴型呼吸生理量測裝置，進一步包含一連接件，設於該尾端。
8. 如申請專利範圍第1項所述之穿戴型呼吸生理量測裝置，進一步包含複數個電磁防護導線，設於該第一電極及該第二電極。