TWI511703B - 耳道式量測裝置 - Google Patents

Description

耳道式量測裝置

本發明係關於一種量測裝置，特別關於一種耳道式量測裝置，用於量測血氧、脈搏以及與耳道相關之生理訊號。

近年來，由於高齡化及飲食習慣的改變，心血管疾病(例如腦中風)有逐年增加的趨勢而嚴重威脅人類的生命。根據近幾年醫學文獻的報導，脈搏以及血氧濃度(blood oxygen saturation)可以提供許多關於心血管方面的生理參數，因此，若能隨時量測脈搏以及血氧濃度等生理參數，對心血管疾病的預防有相當多的助益。

為了提早發現或監測心血管方面的病變，有業者開發出一種光學式的量測裝置，其可像耳機一般置於耳道內來量測耳道的微循環血液，進而得到脈搏及血氧濃度等生理參數，因此，不僅在居家照護上，或是在預防醫學的領域上都有相當龐大的市場。

然而，由於人體耳道的大小因人而異，因此，習知之耳道式量測裝置無法完全緊密地貼合住每一個人的耳道，而不完整的貼合將造成許多光源雜訊的干擾，導致脈搏或血氣濃度量測上的誤差。另外，當使用者配戴量測裝置進行活動(例如跑步)時，量測裝置也可能因震動、鬆脫而造成漏光，使量測而得到的數據不準確。

因此，如何提供一種耳道式量測裝置，不僅適合於不同使用者的耳道而具有配戴舒適的優點，更可避免運動時所產生的漏光現象所造成的生理訊號量測上的誤差，已成為重要課題之一。

有鑑於上述課題，本發明之目的為提供一種不僅適合於不同使用者的耳道而具有配戴舒適的優點，更可避免運動時所產生的漏光現象 所造成的生理訊號量測上的誤差之耳道式量測裝置。

達上述目的，依據本發明之一種耳道式量測裝置與一外耳道配合，並包括一耳機本體、一可變機構以及一感測模組。可變機構與耳機本體連接，並與外耳道緊密結合。感測模組設置於可變機構內，並具有一發光元件及一光學感測元件，發光元件發出一光線射向外耳道，且被光學感測元件所接收而產生一感測訊號。

在一實施例中，光線可為紅光、紅外光或綠光。

在一實施例中，外耳道具有一彎折部，感測模組的位置對應於外耳道之彎折部。

在一實施例中，可變機構的材料包含矽膠或橡膠。

在一實施例中，可變機構具有一耳塞墊及一彈性件，耳塞墊與耳機本體連接，並包覆彈性件，感測模組設置於彈性件。

在一實施例中，耳道式量測裝置更包括一耳套墊，其與耳機本體連接。

在一實施例中，當耳道式量測裝置設置於外耳道時，係藉由彈性件之彈性回復力而使耳塞墊與外耳道緊密貼合。

在一實施例中，可變機構具有與彎折部對應之一凹部，感測模組位於凹部。

在一實施例中，可變機構可折卸式地與耳機本體連接。

在一實施例中，耳機本體具有一突出部，可變機構具有一卡勾部，突出部與卡勾部對應設置。

在一實施例中，感測模組更具有一溫度感測元件，溫度感測元件感測外耳道的溫度而得到一體溫。

在一實施例中，感測模組更具有一加速度感測元件，加速度感測元件感測一加速度變化，以得到活動性質、活動熱量的消耗及步數，並可作為消除光學雜訊之用。

在一實施例中，耳道式量測裝置更包括一聲音模組，其設置於耳機本體內。

在一實施例中，耳道式量測裝置更包括一控制模組及一運算 模組，控制模組與感測模組及聲音模組電性連接，運算模組與控制模組電性連接，運算模組依據感測訊號進行計算而產生一處理訊號。

在一實施例中，耳道式量測裝置更包括一傳輸模組，其與控制模組電性連接，傳輸模組接收處理訊號後傳送至一電子裝置。

在一實施例中，傳輸模組包含有線通信模組或無線通信模組。

在一實施例中，感測訊號係為一光體積變化訊號。

承上所述，因本發明之耳道式量測裝置與一外耳道配合，並包括一耳機本體、一可變機構以及一感測模組。可變機構與耳機本體連接，並與外耳道緊密結合。感測模組設置於可變機構內，並具有一發光元件及一光學感測元件，發光元件發出一光線射向外耳道，且被光學感測元件所接收而產生一感測訊號。藉此，與習知相較，本發明之耳道式量測裝置不僅適合於不同使用者的耳道而具有配戴舒適的優點，更可避免運動時所產生的漏光現象所造成的生理訊號量測上的誤差。

1~1c‧‧‧耳道式量測裝置

11、11b、11c‧‧‧耳機本體

111‧‧‧突出部

12、12b、12c‧‧‧可變機構

121‧‧‧耳塞墊

122‧‧‧彈性件

123‧‧‧凹部

124‧‧‧卡勾部

13、13a‧‧‧感測模組

131‧‧‧發光元件

132‧‧‧光學感測元件

133‧‧‧溫度感測元件

134‧‧‧加速度感測元件

14‧‧‧聲音模組

15‧‧‧控制模組

16‧‧‧運算模組

17‧‧‧傳輸模組

18‧‧‧耳套墊

F1、F2、F3‧‧‧力量

PS‧‧‧處理訊號

SS‧‧‧感測訊號

圖1A為本發明較佳實施例之一種耳道式量測裝置的示意圖。

圖1B為本發明之耳道式量測裝置的功能方塊示意圖。

圖1C為本發明之耳道式量測裝置使用時的示意圖。

圖2A至圖2C分別為圖1A之耳道式量測裝置配戴於不同尺寸的外耳道之示意圖。

圖3為本發明另一實施態樣之耳道式量測裝置的功能方塊示意圖。

圖4及圖5分別為本發明又一實施態樣之耳道式量測裝置的示意圖。

以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之耳道式量測裝置，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。另外，本發明所有實施態樣的圖示只是示意，不代表真實尺寸與比例。

請分別參照圖1A至圖1C所示，其中，圖1A為本發明較 佳實施例之一種耳道式量測裝置1的示意圖，圖1B為耳道式量測裝置1的功能方塊示意圖，而圖1C為耳道式量測裝置1使用時的示意圖。

本發明之耳道式量測裝置1可像習知之耳道式耳機般配戴於人體的耳道內。其中，耳道式量測裝置1包括一耳機本體11、一可變機構12以及一感測模組13。另外，耳道式量測裝置1更包括一聲音模組14、一控制模組15、一運算模組16及一傳輸模組17。

可變機構12與耳機本體11連接，並可與人體之外耳道緊密結合。在本實施例中，可變機構12係為一機械式的可變結構，而其材料可包含矽膠或橡膠、或其它軟性材料。其中，可變機構12具有一耳塞墊121及一彈性件122，耳塞墊121與耳機本體11連接，並包覆彈性件122，且感測模組13係設置於彈性件122上。換言之，如圖1A所示，本實施例之耳塞墊121係為具有彈性的構件(例如為一簧片)而與耳機本體11連接，在配戴時，耳塞墊121係塞入外耳道內，透過軟性材質的耳塞墊121，可使耳道式量測裝置1緊密貼合於人體的外耳道內。不過，由於每個人的外耳道尺寸不相同，因此，本發明係透過由耳機本體11內延伸至耳塞墊121之彈性件122，使耳塞墊121可頂抵並緊密地貼合於外耳道內，以下將再進一步說明。

另外，為了讓不同耳朵外型的不同使用者配戴耳道式量測裝置1時都能固定於同樣的位置，因此，如圖1A及圖1C所示，本實施例之耳道式量測裝置1更具有一耳套墊18，耳套墊18與耳機本體11連接。其中，耳套墊18為一軟性的矽膠墊，使耳道式量測裝置1可以塞在人體耳廓上的三角空間，增加耳道式量測裝置1與耳朵的密合度，讓不同耳朵外型的使用者配戴時都能固定於耳廓上的三角空間內。

感測模組13設置於可變機構12內。感測模組13可包含軟體、硬體或韌體。於此，如圖1B所示，感測模組13具有一發光元件131及一光學感測元件132。在實施上，感測模組13也可具有複數發光元件131及複數光學感測元件132，並不加以限定。其中，發光元件131可發出一光線射向外耳道，當光線經由外耳道的反射或光線由外耳道進入人體繞射而出時可被光學感測元件132所接收，光學感測元件132接收後輸出一感測 訊號SS，而感測訊號SS係為一光體積變化訊號。由於人體脈搏產生時，全身血管的血流量亦會產生變化，代表血管內的血紅素及去氧血紅素的含量也會改變。其中，血紅素及去氧血紅素對於特殊波長的光線具有相當敏感的特性(例如：紅光、紅外光或綠光)，因此若以發光元件131(如發光二極體)發出紅光、紅外光或綠光(紅光的波長範圍為622~770nm，紅外光的波長範圍為771~2500nm，綠光的波長長範圍為492~577nm)射向外耳道皮膚底下的組織及血管，然後以光學感測元件132(如光敏元件)接收反射或穿透過皮膚的光線，透過接收回來的光線強弱，可得到血管內血流變化的情形，這種變化稱之為光體積變化信號(Photoplethysmography,PPG)。PPG是一種因血液循環系統而產生的物理量，當心臟在收縮及舒張時，血管內單位面積的血流量會造成週期性的變化。由於PPG信號變化是因心臟搏動造成，因此，光學感測元件132所接收的反射或繞射之光線能量程度即可對應到脈搏。因此，透過耳道式量測裝置1可量測到人體的脈搏及血氧濃度的變化，以及與耳道相關之生理資訊。

另外，由於外耳道的表面並不是平順的表面，而且也不是規則的形狀，其尺寸更是因人而異，不過，每個人的外耳道都具有一共同特性，即是具有一彎折部(圖未顯示)。因此，在本實施例中，感測模組13的位置係對應於外耳道之彎折部，藉此，使感測模組13可正確量測到所要的生理參數。

另外，請參照圖2A至圖2C所示，其分別為圖1A之耳道式量測裝置1配戴於不同尺寸的外耳道之示意圖。於此，圖2A之耳道式量測裝置1係配戴於較小尺寸的外耳道，圖2B之耳道式量測裝置1係配戴於一般尺寸的外耳道，而圖2C之耳道式量測裝置1係配戴於較大尺寸的外耳道。

如圖2A所示，由於可變機構12之彈性件122具有彈性，且不受壓力時會往外側翹地而頂抵於耳塞墊121，因此，當耳道式量測裝置1配戴於較小尺寸的外耳道，外耳道將提供一力量F1透過耳塞墊121而壓迫彈性件122，使彈性件122產生一往外側的彈性回復力，並透過彈性件122往外側之彈性回復力而使耳塞墊121與外耳道緊密地貼合。

另外，如圖2B所示，當耳道式量測裝置1配戴於一般尺寸的外耳道時，外耳道一樣可提供一力量F2(F2<F1)透過耳塞墊121而壓迫彈性件122，彈性件122一樣也會產生一往外側的彈性回復力，並透過彈性件122往外側之彈性回復力而使耳塞墊121可與外耳道緊密地貼合。

此外，如圖2C所示，當耳道式量測裝置1配戴於較大尺寸的外耳道時，外耳道一樣會提供一力量F3(F3<F2<F1)透過耳塞墊121而壓迫彈性件122，彈性件122也會產生一往外側的彈性回復力(只是比較小)，並透過彈性件122往外側之彈性回復力而使耳塞墊121可與外耳道緊密地貼合。因此，耳道式量測裝置1可藉由彈性件122產生一向外的彈性回復力，使可變機構12之耳塞墊121可緊密地貼合於不同大小尺寸外耳道之皮膚表面。當不同使用者配戴耳道式量測裝置1進行活動時(例如運動)，耳道式量測裝置1也不會因震動、鬆脫而造成漏光，因此，與習知相較，本發明不僅適合於不同使用者的耳道而具有配戴舒適的優點，更可避免運動時所產生的漏光現象所造成的生理訊號量測上的誤差。

請再參照圖1A及1B所示，聲音模組14設置於耳機本體11內，並與控制模組15電性連接。其中，聲音模組14具有一聲音處理元件及一揚聲器，當耳道式量測裝置1連接於一音樂播放器時，聲音模組14可輸出音樂，使配戴者可一邊活動一邊聽音樂，使耳道式量測裝置1具有一般耳機的功能。

控制模組15分別與感測模組13及聲音模組14電性連接。其中，控制模組15負責整合及控制耳道式量測裝置1的所有周邊模組。另外，運算模組16與控制模組15電性連接，運算模組16可依據感測模組13產生之感測訊號SS進行計算，以產生一處理訊號PS。於此，處理訊號PS係包含人體的生理參數，並至少包含人體的脈搏及血氧濃度的變化，以及與耳道相關之生理資訊。

傳輸模組17與控制模組15電性連接，傳輸模組17接收運算模組16產生之處理訊號PS後傳送至一電子裝置(例如手機)，使電子裝置可顯示量測得到的人體生理參數(如脈搏及血氧濃度)。其中，傳輸模組17可包含有線通信模組或無線通信模組(例如藍芽)。於此，係以有線通信 模組為例。

另外，在其它的實施例中，請參照圖3所示，其為本發明另一實施態樣之耳道式量測裝置1a的功能方塊示意圖。耳道式量測裝置1a之感測模組13a更可具有一溫度感測元件133及一加速度感測元件134，溫度感測元件133可感測外耳道的溫度，再經運算模組16計算後可得到人體的體溫。另外，加速度感測元件134例如為一三軸加速度計，並可感測使用者配戴並活動時之一加速度變化，再經運算模組16計算後可得到例如活動性質、活動熱量的消耗及行動的步數(即計步)，或是配戴者的其它生理參數，也可作為消除光學雜訊之用。

請參照圖4所示，其為本發明又一實施態樣之耳道式量測裝置1b的示意圖。

與耳道式量測裝置1主要的不同在於，本實施態樣之耳道式量測裝置1b係為一客製化之耳模式的耳道式量測裝置1b。由於外耳道尺寸因人而異，故可依據不同使用者的外耳道尺寸客製化地製作出對應於該使用者之耳道式量測裝置1b，因此，耳道式量測裝置1b可完全緊密地貼於該使用者的外耳道內。當使用者配戴耳道式量測裝置1b進行活動時，由於是客製化製作，故不會因震動、鬆脫而造成漏光，因此，耳道式量測裝置1b不僅具有配戴舒適的優點，更可避免運動時所產生的漏光現象所造成的生理訊號量測上的誤差。

在本實施態樣中，可變機構12b與耳機本體11b連接。其中，可變機構12b係由彈性材料製成，並具有與外耳道之彎折部對應之一凹部123，且感測模組13可位於凹部123。當使用者配戴耳道式量測裝置1b時，由於可變機構12b之凹部123將與外耳道之彎折部對應密合，故位於凹部123之感測模組13也與外耳道緊密貼合。值得一提的是，本實施態樣之傳輸模組(圖未顯示)係為無線通信模組(例如藍芽)，因此可透過無線的傳輸方式將量測得到的生理參數傳輸至電子裝置。

另外，請參照圖5所示，其為本發明又一實施態樣之耳道式量測裝置1c的示意圖。

與耳道式量測裝置1主要的不同在於，本實施態樣之耳道式 量測裝置1c之可變機構12c係為一耳靴(矽膠或橡膠製軟性材質)，並可依據不同使用者的耳道大小更換不同尺寸的耳靴。其中，可變機構12可折卸式地與耳機本體11c連接。於此，耳機本體11c具有一突出部111，而可變機構12c具有一卡勾部124，突出部111與卡勾部124對應設置。換言之，使用者可選用適合自己耳道尺寸之耳靴(可變機構12c)，並將耳靴(可變機構12c)安裝於耳機本體11c上後再配戴。其中，當裝上可變機構12c時，卡勾部124可對應卡合於突出部111。因此，當不同使用者配戴耳道式量測裝置1c進行活動時(例如運動)，由於已選用適合自己外耳道之可變機構12c，故不會因震動、鬆脫而造成漏光，因此，耳道式量測裝置1c不僅具有配戴舒適的優點，更可避免運動時所產生的漏光現象所造成的生理訊號量測上的誤差。

綜上所述，因本發明之耳道式量測裝置與一外耳道配合，並包括一耳機本體、一可變機構以及一感測模組。可變機構與耳機本體連接，並與外耳道緊密結合。感測模組設置於可變機構內，並具有一發光元件及一光學感測元件，發光元件發出一光線射向外耳道，且被光學感測元件所接收而產生一感測訊號。藉此，與習知相較，本發明之耳道式量測裝置不僅適合於不同使用者的耳道而具有配戴舒適的優點，更可避免運動時所產生的漏光現象所造成的生理訊號量測上的誤差。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

1‧‧‧耳道式量測裝置

11‧‧‧耳機本體

12‧‧‧可變機構

121‧‧‧耳塞墊

122‧‧‧彈性件

13‧‧‧感測模組

14‧‧‧聲音模組

15‧‧‧控制模組

16‧‧‧運算模組

18‧‧‧耳套墊

Claims (16)

1. 一種耳道式量測裝置，係與一外耳道配合，並包括：一耳機本體；一可變機構，與該耳機本體連接，並與該外耳道緊密結合；以及一感測模組，設置於該可變機構內，並具有一發光元件及一光學感測元件，該發光元件發出一光線射向該外耳道，且被該光學感測元件所接收而產生一感測訊號，其中，該可變機構具有一耳塞墊及一彈性件，該耳塞墊與該耳機本體連接，並包覆該彈性件，該感測模組設置於該彈性件。
2. 如申請專利範圍第1項所述之耳道式量測裝置，其中該光線包含紅光、紅外光或綠光。
3. 如申請專利範圍第1項所述之耳道式量測裝置，其中該外耳道具有一彎折部，該感測模組的位置對應於該外耳道之該彎折部。
4. 如申請專利範圍第1項所述之耳道式量測裝置，其中該可變機構的材料包含矽膠或橡膠。
5. 如申請專利範圍第1項所述之耳道式量測裝置，更包括：一耳套墊，與該耳機本體連接。
6. 如申請專利範圍第1項所述之耳道式量測裝置，其中當該耳道式量測裝置設置於該外耳道時，係藉由該彈性件之彈性回復力而使該耳塞墊與該外耳道緊密貼合。
7. 如申請專利範圍第3項所述之耳道式量測裝置，其中該可變機構具有與該彎折部對應之一凹部，該感測模組位於該凹部。
8. 如申請專利範圍第1項所述之耳道式量測裝置，其中該可變機構可折卸式地與該耳機本體連接。
9. 如申請專利範圍第8項所述之耳道式量測裝置，其中該耳機本體具有一突出部，該可變機構具有一卡勾部，該突出部與該卡勾部對應設置。
10. 如申請專利範圍第1項所述之耳道式量測裝置，其中該感測模組更具有一溫度感測元件，該溫度感測元件感測該外耳道的溫度而得到一體溫。
11. 如申請專利範圍第1項所述之耳道式量測裝置，其中該感測模組更具有一加速度感測元件，該加速度感測元件感測一加速度變化，以得到活動性質、活動熱量的消耗及步數。
12. 如申請專利範圍第1項所述之耳道式量測裝置，更包括：一聲音模組，設置於該耳機本體內。
13. 如申請專利範圍第12項所述之耳道式量測裝置，更包括：一控制模組，與該感測模組及該聲音模組電性連接；及一運算模組，與該控制模組電性連接，該運算模組依據該感測訊號進行計算而產生一處理訊號。
14. 如申請專利範圍第13項所述之耳道式量測裝置，更包括：一傳輸模組，與該控制模組電性連接，該傳輸模組接收該處理訊號後傳送至一電子裝置。
15. 如申請專利範圍第14項所述之耳道式量測裝置，其中該傳輸模組包含有線通信模組或無線通信模組。
16. 如申請專利範圍第1項所述之耳道式量測裝置，其中該感測訊號係為一光體積變化訊號。