TWI530276B - 具去噪功能之生理偵測模組及其生理偵測方法 - Google Patents

具去噪功能之生理偵測模組及其生理偵測方法 Download PDF

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Description

具去噪功能之生理偵測模組及其生理偵測方法
本發明係關於一種生理偵測模組，特別是關於一種具有去噪功能之生理偵測模組。
習知血氧飽和儀(pulse oximeter)係利用非侵入式的方式來偵測使用者之血氧濃度及脈搏數，其可產生一紅光光束(波長約660奈米)及一紅外光光束(波長約910奈米)穿透待測部位，並利用帶氧血紅素(oxyhemoglobin)及去氧血紅素(Deoxyheamo-globin)對特定光譜具有不同吸收率之特性以偵測穿透光的光強度變化，例如參照美國專利第7,072,701號，標題為血氧濃度的監測方式(Method for spectrophotometric blood oxygenation monitoring)。偵測出兩種波長之穿透光的光強度變化後，例如光體積變化(Photoplethysmograph)訊號或PPG訊號，再以下列公式計算血氧濃度，血氧濃度=100%×[HbO2]/([HbO2]+[Hb])；其中，[HbO2]表示帶氧血紅素濃度；[Hb]表示去氧血紅素濃度。
一般血氧飽和儀所偵測到的兩種波長之穿透光的光強度會隨著心跳而呈現強弱變化，這是由於血管會隨著心跳而不斷地擴張及收縮而使得光束所通過的血液量改變，進而改變光能量被吸收的比例。藉此，根據不斷變化的光強度資訊則可計算血液對不同光譜的吸收率，以分別計算帶氧血紅素濃度及去氧血紅素濃度等生理資訊，最後再利用上述血氧濃度公式計算血氧濃度。
然而，由於血氧飽和儀係偵測經過身體組織光線之強度變化，因而會隨著不同的待測部位而偵測到不同的光強度訊號；此外，當血氧飽和儀與所偵測之待測部位發生相對移動時，則會偵測到混亂波形而難 以正確計算出生理特徵，因而於非靜止狀態之偵測條件下並不容易偵測正確的光體積變化訊號(PPG signal)。
有鑑於此，本發明提出一種可適用於非靜止偵測狀態之生理感測裝置。
本發明提供一種生理感測模組用以結合於一眼鏡腳並偵測一耳後膚面之至少一生理特徵。該生理偵測模組包含一結合部以及一偵測單元。該結合部用以結合於該眼鏡腳。該偵測單元具有一偵側面用以貼附於該耳後膚面並包含一光源模組、一感測區塊及一控制模組。該光源模組用以分時發出綠光、紅光及紅外光以照射該耳後膚面。該感測區塊用以感測該光源模組所發出照射該耳後膚面並經過身體組織之穿透光以相對產生一綠光訊號、一紅光訊號及一紅外光訊號。該控制模組用以控制該光源模組發光並根據該綠光訊號決定一濾波參數以對該紅光訊號及該紅外光訊號進行濾波，並根據該綠光訊號、一濾波後紅光訊號及一濾波後紅外光訊號至少其中之一計算該生理特徵。
本發明另提供一種生理感測模組用以偵測一耳殼內膚面之至少一生理特徵。該生理偵測模組包含一主體、一突出部以及一偵測單元。該突出部從該主體向外突出用以置入一耳殼內。該偵測單元位於該突出部並具有一偵側面用以貼附於該耳殼內膚面。該偵測單元包含一光源模組、一感測區塊及一控制模組。該光源模組用以分時發出綠光、紅光及紅外光以照射該耳殼內膚面。該感測區塊用以感測該光源模組所發出照射該耳殼內膚面並經過身體組織之穿透光以相對產生一綠光訊號、一紅光訊號及一紅外光訊號。該控制模組用以控制該光源模組發光並根據該綠光訊號決定一濾波參數以對該紅光訊號及該紅外光訊號進行濾波，根據該綠光訊號、一濾波後紅光訊號及一濾波後紅外光訊號至少其中之一計算該生理特徵。
本發明另提供一種生理感測模組之生理特徵偵測方法，該生理偵測模組包含一光源模組以及一感測區塊，用以偵測一皮膚表面之至少一生理特徵。該偵測方法包含下列步驟：以該光源模組分時發出綠光、紅光及紅外光照射該皮膚表面；以該感測區塊感測該光源模組所發出照射該皮膚表面並經過身體組織之穿透光以相對產生一綠光訊號、一紅光訊號 及一紅外光訊號；根據該綠光訊號決定一濾波參數；以該濾波參數對該紅光訊號及該紅外光訊號進行濾波以產生一濾波後紅光訊號及一濾波後紅外光訊號；以及根據該綠光訊號、該濾波後紅光訊號及該濾波後紅外光訊號至少其中之一計算該生理特徵。
為了讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯，下文將配合所附圖示，詳細說明如下。此外，於本發明之說明中，相同之構件係以相同之符號表示，於此先述明。
1‧‧‧生理偵測模組
10‧‧‧偵測單元
101‧‧‧光源模組
101a、101b、101c‧‧‧光源
102‧‧‧基板
102S‧‧‧基板表面
103‧‧‧感測像素
103A‧‧‧感測區塊
104‧‧‧薄型半導體結構
105‧‧‧接點
106‧‧‧控制模組
108‧‧‧表示單元
109‧‧‧電源模組
130‧‧‧結合部
131‧‧‧調整部
150‧‧‧主體
151‧‧‧突出部
201‧‧‧晶片
203‧‧‧平坦層
205‧‧‧抗刮層
201S‧‧‧晶片表面
3‧‧‧眼鏡腳
S‧‧‧皮膚表面
Sd‧‧‧偵測面
S41~S45‧‧‧步驟
PPG‧‧‧偵測訊號
第1A圖為本發明實施例之生理偵測模組之方塊圖。
第1B圖為本發明實施例之生理偵測模組之運作示意圖。
第2A及2B圖為本發明實施例之生理偵測模組之偵測訊號之頻域訊號圖。
第3A及3B圖為本發明實施例之生理偵測模組應用於眼鏡之示意圖。
第4圖為本發明實施例之生理偵測模組應用於眼鏡時之配戴示意圖。
第5圖為本發明實施例之生理偵測模組應用於耳掛式配件之示意圖。
第6圖為本發明實施例之薄型生理偵測模組之示意圖。
第7圖為本發明實施例之生理偵測模組之感測區塊之上視圖。
第8A及8B圖為本發明實施例之生理偵測模組之上視圖。
第9A及9B圖為本發明實施例之生理偵測模組之薄型 半導體結構之剖視圖。
第10圖為本發明實施例之生理偵測模組之生理偵測方法之流程圖。
本發明提供一種適用於頭戴式配件之生理感測裝置，可結合於例如，但不限於，一眼鏡或一耳機裝置，並具有消除移動所造成的雜訊的功能。本發明之生理感測裝置亦可利用固定件結合於其他頭飾(headgear)，例如透過一夾具裝卸於一帽體(hat)或一盔體(cap)，因此可於需要使用時才進行設置，以增加實用性。
請參照第1A圖所示，其為本發明實施例之生理偵測模組之方塊示意圖，包含一光源模組101、一感測區塊103A、一控制模組106、一表示單元108及一電源模組109。該光源模組101、感測區塊103A及控制模組106可形成一偵測單元10並透過一偵測面Sd偵測一皮膚表面S之至少一生理特徵，例如一脈膊、一血氧濃度及/或一加速度脈波容積(second derivative of Photoplethysmogram)；其中，根據PPG訊號偵測脈膊、血氧濃度及加速度脈波容積的方式已為習知，故於此不再贅述。該表示單元108可透過聲音或影像的方式顯示該生理特徵，例如包含一揚聲器模組或一顯示器等。該電源模組109用以提供該偵測單元10操作時所需的電力。必須說明的是，當生理偵測模組1結合於頭戴式裝置(舉例說明於後)時，該表示單元108及該電源模組109可與頭戴式裝置分享使用而不包含於生理偵測模組1內，只需電性連接於生理偵測模組1進行信號傳遞即可。
該光源模組101例如包含至少一發光二極體、至少一雷射二極體、至少一有機發光二極體或其他主動光源，用以分時地發出綠光、紅光及紅外光以照射該皮膚表面S。一實施例中，該光源模組101包含一單一光源，其可透過調整驅動參數(例如驅動電流或驅動電壓)來改變發光頻譜，以發出綠光、紅光及紅外光；其中，綠光波長例如可介於490奈米~570奈米，紅光及紅外光則為一般用以偵測生理特徵時所使用者。另一實施例中，該光源模組10包含一綠光光源、一紅光光源及一紅外光光源用以分別發出綠光、紅光及紅外光。
該感測區塊103A例如為一半導體感測區塊，其包含複數感測像素且每一感測像素包含至少一光二極體用以將光能量轉換為電訊號。該感測區塊103A用以感測該光源模組101所發出照射該皮膚表面S並經過身體組織之穿透光以相對產生一綠光訊號、一紅光訊號及一紅外光訊號；其中，該綠光訊號、該紅光訊號及該紅外光訊號係亦可稱為光體積變化訊號或PPG訊號。
該控制模組106用以控制該光源模組101相對該感測區塊103A之光感測而分時發光，如第1B圖所示；其中，第1B圖之訊號時序僅用以說明，並非用以限定本發明。當生理感測裝置1適用於頭戴式配件時，於偵測期間生理感測裝置1與皮膚表面S可能不會維持穩定的相對位置而於偵測訊號(即PPG訊號)中產生雜訊。因此，本發明利用該綠光訊號決定一濾波參數，並據以對該紅光訊號及該紅外光訊號進行濾波。
例如，參照第2A圖所示，其為生理感測裝置1所偵測紅光訊號或紅外光訊號轉換至頻域之能量頻譜密度分布(PSD)之示意圖，頻域偵測訊號中的主頻因雜訊存在而並不明顯。由於SPO2對於綠光具有較高的吸收率，如第2B圖為生理感測裝置1所偵測綠光訊號轉換至頻域之能量頻譜密度分布(PSD)之示意圖，因此可根據一頻域綠光訊號(如第2B圖)決定該濾波參數，例如此時可以頻率1Hz的訊號成分作為一基準頻率；其中，該控制單元106例如可利用傅立葉分析、小波分析或其他演算法等將PPG訊號轉換至頻域。該控制模組106並以該濾波參數對該紅光訊號及該紅外光訊號進行濾波以分別產生一濾波後紅光訊號及一濾波後紅外光訊號。一實施例中，該濾波後紅光訊號係為一頻域紅光訊號(例如第2A圖)中該基準頻率之訊號成分轉換回時域所求得；該濾波後紅外光訊號係為一頻域紅外光訊號(例如第2A圖)中該基準頻率之訊號成分轉換回時域所求得。
該控制模組106可根據該綠光訊號、濾波後紅光訊號及濾波後紅外光訊號至少其中之一計算該生理特徵。一實施例中，該脈搏及該加速度脈波容積可根據該綠光訊號、該濾波後紅光訊號及該濾波後紅外光訊號其中之一求得；該血氧濃度係根據該濾波後紅光訊號及該濾波後紅外光訊號求得。
必須說明的是，當生理感測裝置1結合於其他裝置時，例 如耳機，該控制模組106之部分功能可由所述裝置的處理單元執行，例如某些實施例中，生理感測裝置1僅偵測PPG訊號，而PPG訊號的處理、濾波及計算生理特徵可由外部處理單元執行。
請參照第3A、3B及4圖所示，第3A及3B圖為生理感測裝置1應用於眼鏡之示意圖而第4圖為生理感測裝置1應用於眼鏡時之配戴示意圖。此時，生理偵測模組1用以結合於一眼鏡腳3並偵測相對顳骨(temporal bone)之一耳後膚面S(如第4圖所示)之至少一生理特徵。某些實施例中，生理感測裝置1包含一結合部130及一偵測單元10；其中，如前所述該偵測單元10包含一光源模組101、一感測區塊103A及一控制模組106，並具有一偵側面Sd用以貼附於該耳後膚面S；亦即，前述皮膚表面S此時係指耳後膚面。該結合部130用以結合於該眼鏡腳3。某些實施例中，生理感測裝置1係透過該結合部130固設於該眼鏡腳3。其他實施例中，生理感測裝置1係透過該結合部130可拆卸地裝設於該眼鏡腳3。
此外，為了方便調整生理偵測模組1之位置以使其偵測面Sd能夠正確對位於耳後膚面S，生理偵測模組1可包含一調整部131(如第3B圖所示)連接於該結合部130與該偵測單元10間用以調整該偵測單元10之一位置；其中，該調整部131為軟性材質所製成，當受到外力時產生形變而當未受到外力時維持當時的狀態。此外，生理偵測模組1可如第3A圖所示形成為單一分枝(branch)或如第3B圖所示形成為複數分枝；其中，不同分枝可用以設置不同元件。例如，第3A圖中電源模組與偵測單元位於同一分枝而第3B圖中電源模組109與偵測單元10位於不同分枝。
此外，當生理偵測模組1結合於具有顯示功能之一眼鏡時，例如包含一LCOS顯示器時，該眼鏡可用以顯示生理偵測模組1偵測之生理特徵而形成一可偵測生理特徵之眼鏡模組。
請參照第5圖所示，另一實施例中，生理偵測模組1可用以偵測一耳殼內膚面S之至少一生理特徵。此時，生理偵測模組1包含一主體150及一突出部151從該主體150向外突出用以置入一耳殼內。偵測單元則位於該突出部151並具有一偵側面Sd用以貼附於該耳殼內膚面S；亦即，此時前述皮膚表面S即為耳殼內膚面。此外，表示單元108及電源模組109可設置於該主體150。例如，該表示單元108可為一顯示器或一揚 聲器模組，透過顯示或聲音的方式表示生理偵測模組1所偵測之生理特徵。此外，本實施中偵測單元同樣包含一光源模組101、一感測區塊103A及一控制模組106，其功能及運作已描述於前，故於此不再贅述。
一實施例中，生理偵測模組1可結合於一耳機裝置，例如一無線藍芽耳機。必須說明的是，雖然第4圖中生理偵測模組1係顯示為一耳機型式，然而當生理偵測模組1為單獨構件而未結合於耳機時，亦可形成為其他形狀，並不限於第5圖所揭示者。此外，為便於固定，生理偵測模組1可另包括其他結構用以套設於外耳上方或頭部，並無特定限制。
第6圖為本發明一實施例之薄型生理偵測模組之偵測單元，包含至少一光源101、一基板102、複數感測像素103以及複數接點105；其中，該等感測像素103構成一半導體光學感測區塊103A，其具有一薄型半導體結構104(進一步於第9A及9B圖說明)。該等接點105係用以使半導體光學感測區塊103A電性連結至該基板102，以受控於一控制模組106(如第1A圖所示)；其中，該等感測像素103可位於一晶片201內而該等接點105可做為該晶片201對外部之電性接點。該光源101也電性連結至該基板102，而該控制模組106便是用來控制該光源101發光照射皮膚表面S，使發射的光線進入使用者的身體組織(例如前述的耳後膚面及耳殼內膚面等部位)。同時該控制模組106也控制該等感測像素103感測從身體組織中透射出來的光線。由於身體組織內的血管、血液等均有不同的光學性質，因此藉由安排特定的光源101，便可透過該等感測像素103所感測到的光學影像來進行生理特徵判斷。
更詳而言之，該控制模組106可整合於該晶片201內或設置於該基板102上(可與該晶片201位於該基板102之相同或不同表面)，用以控制該光源101及該半導體光學感測區塊103A。該基板102具有一基板表面102S，該晶片201及該光源101係用以設置於該基板表面102S上。本實施例中，為了有效縮減整體體積，該晶片201與該光源101之一相對距離較佳小於8毫米。
某些實施例中，接點105可為導線架結構，在其他實施例中，接點105亦可為凸塊、球形陣列、導線等形式，但非用以限制本發明。
某些實施例中，感測區塊103A面積可超過25mm2，半導體 感測區塊能夠以每秒數百幀(hundreds of frames)以上的速度連續擷取影像，例如該控制模組106控制該半導體光學感測區塊以每秒300幀以上的速度擷取光學影像並控制該光源101配合影像擷取發光。
第7圖描繪本發明的半導體光學感測區塊103A的上視示意，在偵測生理特徵，例如血氧濃度、心跳(脈搏)、血壓等應用時，由於皮膚表面S與偵測面Sd間不會產生快速相對移動，因此感測區塊103A的寬窄並不會嚴重地影響到感測結果。第7圖顯示的是接近區塊型的感測區塊103A，其橫向寬度與縱向寬度的比例可介於0.5~2之間。如此一來，使用者無論是要偵測靜脈紋路、血氧濃度、心跳、血壓或加速度脈波容積等生理特徵時，均僅須將感測區塊103A貼合於皮膚表面S即可。此感測區塊103A的感測面積應至少大於25mm2。
第8A、8B圖描繪本發明的薄型生理特徵偵測模組的上視示意圖，其主要用來說明光源之配置以及複數光源之應用。第8A圖中，繪示將光源101放置於複數感測像素103的一側，並與基板102電性連結。本實施例中值得注意的是，雖然光源101放置於感測像素103的一側，但由於光線係穿透到使用者的身體組織當中，因此光源放置的位置並不影響偵測單元的方向，僅須要在感測過程中，皮膚表面持續受到光源照射即可。
在第8B圖中，繪示三種不同的光源101a、101b及101c。本實施例中，不同的光源意指能夠發出不同波長光線的光源。由於人體組織內的成份對於不同波長的光線，具有不同的反應，例如具有不同的吸收率，因此藉由對不同光源的感測，便能夠推導得知與光波長相關的生理特徵，亦可以藉由對不同光源的感測影像，來做相互校正，以獲得更準確的感測結果。例如血液中的氧氣成份對於不同色光的吸收率並不相同，因此藉由感測不同色光的能量，便能夠推導得知血氧濃度。換句話說，本實施例之薄型生理特徵偵測模組可包含三種光源101a、101b及101c分別發出不同波長的光，例如紅光、紅外光及綠光，半導體光學感測區塊包含三種感測像素分別用以感測該等光源所發出之不同波長的光。
舉例而言，若是要進行血氧濃度檢測，則可以使用對HbO2以及Hb等吸收點波長805nm前後兩種波長的光線，例如可以選擇分別為波長660nm左右，以及波長940nm左右的光線；或者是可以選擇 730~810nm，或是735~895nm的光線。藉由血液對於兩種波長光線的吸收度的差異，可以推導出血氧濃度。綠光波長則可藉於綠光頻譜範圍內即可。相關的測量技術已為習知此領域技術者所熟知，在此不再贅述
透過對第8A、8B圖的理解，可以得知本發明能夠應用複數光源，並不侷限於單一光源或者兩個光源，而能夠因應所欲測定的生理特徵安排不同的感測像素，來對應更多複數光源，而且光源的位置並不一定。在薄型的架構之下，本發明可應用於許多生理特徵感測。不同的光源能一併放置以偵測生理特徵。如果為了取得較均勻的影像，可以在同一個感測區塊的兩側安排相同光源，使得光線能從感測區塊的兩邊同時進入使用者的身體組織。
第9A、9B圖繪示本發明的半導體光學感測區塊的剖面示意圖，其係薄型半導體結構104的部份示意圖。第9A圖繪示平坦層203同時具有抗刮能力的實施例，例如以聚亞醯胺(Polyimide)作為平坦層203的材料，便具有足夠的抗刮能力可以應用在本發明當中；亦即，此時該平坦層203即用作為抗刮層。平坦層203係形成於晶片結構201的最上方而位於晶片表面201S上，並覆蓋於半導體光學感測區塊上以保護半導體結構104。由於晶片結構201在形成時於其最上方可能因為半導體布局的緣故，在形成金屬層以及電極之後，會具有許多凹凸處(如圖所示)，不利於光學感測，同時也較不具耐候能力，因此在最上方形成平坦層203，使薄型半導體結構104具有平坦的表面，更有利於應用於本發明當中。在本發明中，薄型半導體結構104將會頻繁地暴露在空氣當中，並且與使用者的身體接觸，因此需要具備較佳的抗刮能力；在現今半導體製程技術中，可以以聚亞醯胺為基準來篩選抗刮材料。同時平坦層203需要具備可見光或者不可見光可穿過的性質，可搭配光源做選擇。另外，抗刮材料亦可是玻璃或者類似的材料，抗刮層可以是一玻璃層。
值得注意的是，為了減低光線穿過平坦層203時可能會產生的擴散效應而使影像產生模糊，較佳的半導體結構104的表面到晶片結構201的表面的距離，在本實施例中就是平坦層203的高度，需要限制在100微米(μm)以下。亦即，晶片表面201S至該平坦層203(即抗刮層)之一上表面之一距離較佳小於100微米。當偵測生理特徵時，該平坦層203之 上表面即作為偵測面Sd用以供直接接觸該皮膚表面S，以使該光源101所發出的光直接照射該皮膚表面S並穿過該身體組織而經由該平坦層203後被半導體光學感測區塊感測。一實施例中，該光源101之一發光面與該基板表面102S之一距離可相同於該平坦層203之上表面與該基板表面102S之一距離。亦即，當該光源101之一發光面與該平坦層203之一上表面具有一相同高度時，該光源101所發出的光能夠有效率地穿過皮膚表面以進入該身體部位以被半導體光學感測區塊感測。
第9B圖與第9A圖的不同處在於，第9B圖的平坦層203並不具有足夠的抗刮能力，因此在平坦層203的上方另外形成一層抗刮層205。類似地，為了減低光線穿過平坦層203與抗刮層205時可能會產生的擴散效應，在本實施例中平坦層203與抗刮層205的總高度需要限制在100微米以下。在本實施例中，平坦層203無須考慮抗刮能力，而抗刮層205可以以聚亞醯胺為基準來篩選抗刮材料。另外，抗刮材料亦可是玻璃或者類似的材料，抗刮層可以是一玻璃層。。
某些實施例中，亦可以佈置多個感測區塊，例如依序於一預設方向排列多個線型感測區塊，或者在多個感測區塊之間佈置光源等布局方式，例如將複數線性半導體光學感測區塊相鄰設置或與複數光源相間隔設置，用以進一步獲取更佳的光學成像結果，由於其感測原理相同，因此不再另行繪示圖式。
前述基板102的用途在於電性連結光源101與感測像素103，並使光源可以將光線打入人體組織中發揮作用即可，因此可以是具可撓性的軟質基板，或者是偏硬的硬質基板。
薄型化的實施例中，半導體光學感測區塊能夠直接貼附上使用者之皮膚表面使用，無須其他的光學機構來進行影像縮放、傳導光線等等作用，其薄型且耐用的特徵能夠使本發明應用在頭戴式或耳掛式配件上，例如眼鏡、耳機等頭戴式配件。
某些實施例中，配合所使用的光源，在感測像素的製造過程中，可以加入不同的光學濾波器，來使所要的光線能夠通過濾波器而被感測像素所吸收。濾波器可以與半導體製程配合，利用現有的技術形成於感測像素之上，亦可在感測像素完成後，另外形成於其上。藉由在保護層 及/或平坦層中混入濾波材料，亦可以使保護層及/或平坦層具有濾波效果。亦即，本發明實施例中所述不同感測像素可為配合不同濾光器之感測像素，而非感測像素本身之間有所不同。
可以了解的是，為縮小體積，生理偵測模組1係以第6圖為實施例來說明，然本發明並不限於此。某些實施例中，光源101與待測皮膚表面S間亦可具有其他光學機構，感測區塊103A與待測皮膚表面S間亦可具有其他光學機構，端視其應用而定。
請參照第10圖所示，其為本發明實施例之生理偵測模組之生理特徵偵測方法之流程圖，包含下列步驟：以一光源模組分時發出綠光、紅光及紅外光照射一皮膚表面(步驟S41)；以一半導體感測區塊感測照射該皮膚表面並經過身體組織之穿透光以相對產生一綠光訊號、一紅光訊號及一紅外光訊號(步驟S42)；根據該綠光訊號決定一濾波參數(步驟S43)；以該濾波參數對該紅光訊號及該紅外光訊號進行濾波以產生一濾波後紅光訊號及一濾波後紅外光訊號(步驟S44)；及根據該綠光訊號、該濾波後紅光訊號及該濾波後紅外光訊號至少其中之一計算至少一生理特徵(步驟S45)。
請同時參照第1A~2B、6及10圖所示，接著說明本實施例之實施方式。
步驟S41~S42：該控制模組106控制該光源模組101分時地發出綠光、紅光及紅外光照射一皮膚表面S，並相對該光源模組101之發光相應控制該感測區塊103A感測該光源模組101所發出照射該皮膚表面S並經過身體組織之穿透光(如第1B圖)以相對產生一綠光訊號、一紅光訊號及一紅外光訊號；其中，該綠光訊號、紅光訊號及紅外光訊號為PPG訊號。該皮膚表面S則根據該光源模組101之應用而決定。
步驟S43：該控制模組106利用內建演算法將該綠光訊號轉換至頻域而產生一頻域綠光訊號(如第2B圖)，並於該頻域綠光訊號決定一基準頻率作為一濾波參數，例如第2B圖所示之1Hz的頻率成分。
步驟S44：該控制模組106同樣將該紅光訊號及紅外光訊號轉換至該頻域以產生一頻域紅光訊號及一頻域紅外光訊號，如第2A圖所示，此時可能因雜訊太多而不容易分辨出主頻訊號成分。該控制模組106則根據步驟S43所決定之濾波參數，將該頻域紅光訊號及頻域紅外光訊號相 關該基準頻率(例如1Hz)之訊號成分轉換回時域，以產生一濾波後紅光訊號及一濾波後紅外光訊號；其中，該濾波後紅光訊號及該濾波後紅外光訊號為濾波後的PPG訊號。
步驟S45：最後，由於濾波後紅光訊號及該濾波後紅外光訊號中的移動雜訊已大部分濾除，因此該控制模組106則可據以計算生理特徵，其中利用紅光PPG訊號及紅外光PPG訊號計算血氧濃度的方式已為習知，故於此不再贅述。此外，加速度脈波容積及脈博可根據單一PPG訊號計算且由於SPO2對綠光具有較高的吸收率，因此該控制模組106可根據該綠光訊號、該濾波後紅光訊號及該濾波後紅外光訊號其中之一求得加速度脈波容積及脈博。
綜上所述，習知生理偵測模組於偵測移動中待測皮膚時會產生較大的雜訊，而不易正確偵測生理特徵。因此，本發明另提出一種生理偵測模組(第1A、6圖)及其生理特徵偵測方法(第10圖)，其透過綠光訊號來決定一濾波參數以濾除紅光訊號及紅外光訊號中的雜訊，藉以提高偵測精確度。此外，配合生理偵測模組的薄型特徵，本發明之生理偵測模組能夠適用於各種頭戴式配件。
雖然本發明已以前述實例揭示，然其並非用以限定本發明，任何本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與修改。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。
1‧‧‧生理偵測模組
10‧‧‧偵測單元
101‧‧‧光源模組
103A‧‧‧感測區塊
106‧‧‧控制模組
108‧‧‧表示單元
109‧‧‧電源模組
S‧‧‧皮膚表面
Sd‧‧‧偵測面
PPG‧‧‧偵測訊號

Claims (20)

  1. 一種生理偵測模組，用以結合於一眼鏡腳並偵測一耳後膚面之至少一生理特徵，該生理偵測模組包含：一結合部，用以結合於該眼鏡腳；以及一偵測單元，具有一偵側面用以貼附於該耳後膚面，該偵測單元包含：一光源模組，用以分時發出綠光、紅光及紅外光以照射該耳後膚面；一感測區塊，用以感測該光源模組所發出照射該耳後膚面並經過身體組織之穿透光以相對產生一綠光訊號、一紅光訊號及一紅外光訊號；以及一控制模組，用以控制該光源模組發光並根據該綠光訊號決定一濾波參數以對該紅光訊號及該紅外光訊號進行濾波，並根據該綠光訊號、一濾波後紅光訊號及一濾波後紅外光訊號至少其中之一計算該生理特徵。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之生理偵測模組，另包含一調整部連接於該結合部與該偵測單元間，用以調整該偵測單元之一位置。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之生理偵測模組，其中該生理特徵包含一脈膊、一血氧濃度以及一加速度脈波容積。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之生理偵測模組，其中該脈搏及該加速度脈波容積係根據該綠光訊號、該濾波後紅光訊號及該濾波後紅外光訊號其中之一求得；該血氧濃度係根據該濾波後紅光訊號及該濾波後紅外光訊號求得。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之生理偵測模組，其中該控制模組用以將該綠光訊號轉換至頻域並決定一基準頻率作為該濾波參數。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之生理偵測模組，其中該濾波後紅光訊號係為一頻域紅光訊號中該基準頻率之訊號成分轉換回時域所求得；該濾波後紅外光訊號係為一頻域紅外光訊號中該基準頻率之訊號成分轉換回時域所求得。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之生理偵測模組，另包含：一抗刮層，覆蓋於該感測區塊上並具有一上表面作為該偵測面，其中該抗刮層之一厚度小於100微米；其中當偵測該生理特徵時，該上表面用以直接接觸該耳後膚面，以使該光源模組所發出的光直接照射該耳後膚面並穿過該身體組織而經由該抗刮層後被該感測區塊感測。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之生理偵測模組，其中該生理偵測模組結合於一包含顯示器功能之一眼鏡，該眼鏡用以顯示該生理特徵。
  9. 一種生理偵測模組，用以偵測一耳殼內膚面之至少一生理特徵，該生理偵測模組包含：一主體；一突出部，從該主體向外突出用以置入一耳殼內；以及一偵測單元，位於該突出部並具有一偵側面用以貼附於該耳殼內膚面，該偵測單元包含：一光源模組，用以分時發出綠光、紅光及紅外光以照射該耳殼內膚面； 一感測區塊，用以感測該光源模組所發出照射該耳殼內膚面並經過身體組織之穿透光以相對產生一綠光訊號、一紅光訊號及一紅外光訊號；以及一控制模組，用以控制該光源模組發光並根據該綠光訊號決定一濾波參數以對該紅光訊號及該紅外光訊號進行濾波，並根據該綠光訊號、一濾波後紅光訊號及一濾波後紅外光訊號至少其中之一計算該生理特徵。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之生理偵測模組，其中該生理偵測模組另包含一電源模組及一表示單元設置於該主體內，該電源模組用以提供該偵測單元電力；以及該表示單元用以表示該生理特徵。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之生理偵測模組，其中該生理特徵包含一脈膊、一血氧濃度及一加速度脈波容積。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之生理偵測模組，其中該脈搏及該加速度脈波容積係根據該綠光訊號、該濾波後紅光訊號及該濾波後紅外光訊號其中之一求得；該血氧濃度係根據該濾波後紅光訊號及該濾波後紅外光訊號求得。
  13. 如申請專利範圍第9項所述之生理偵測模組，其中該控制模組用以將該綠光訊號轉換至頻域並決定一基準頻率作為該濾波參數。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之生理偵測模組，其中該濾波後紅光訊號係為一頻域紅光訊號中該基準頻率之訊號成 分轉換回時域所求得；該濾波後紅外光訊號係為一頻域紅外光訊號中該基準頻率之訊號成分轉換回時域所求得。
  15. 如申請專利範圍第9項所述之生理偵測模組，另包含：一抗刮層，覆蓋於該感測區塊上並具有一上表面作為該偵測面，其中該抗刮層之一厚度小於100微米；其中，當偵測該生理特徵時，該上表面用以直接接觸該耳殼內膚面，以使該光源模組所發出的光直接照射該耳殼內膚面並穿過該身體組織而經由該抗刮層後被該感測區塊感測。
  16. 如申請專利範圍第9項所述之生理偵測模組，其中該感測區塊包含三種感測像素分別用以偵測該紅光、該紅外光及該綠光。
  17. 如申請專利範圍第9項所述之生理偵測模組，其中生理偵測模組結合於一耳機裝置。
  18. 一種生理偵測模組之生理特徵偵測方法，該生理偵測模組包含一光源模組及一感測區塊，用以偵測一皮膚表面之至少一生理特徵，該偵測方法包含：以該光源模組分時發出綠光、紅光及紅外光照射該皮膚表面；以該感測區塊感測該光源模組所發出照射該皮膚表面並經過身體組織之穿透光以相對產生一綠光訊號、一紅光訊號及一紅外光訊號；根據該綠光訊號決定一濾波參數； 以該濾波參數對該紅光訊號及該紅外光訊號進行濾波以產生一濾波後紅光訊號及一濾波後紅外光訊號；以及根據該綠光訊號、該濾波後紅光訊號及該濾波後紅外光訊號至少其中之一計算該生理特徵。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之生理特徵偵測方法，其中決定該濾波參數之步驟包含：將該綠光訊號轉換至頻域並決定一基準頻率作為該濾波參數。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之生理特徵偵測方法，其中產生該濾波後紅光訊號及該濾波後紅外光訊號步驟包含：將該紅光訊號及紅外光訊號轉換至該頻域以產生一頻域紅光訊號及一頻域紅外光訊號；將該頻域紅光訊號及該頻域紅外光訊號中相關該基準頻率之訊號成分轉換回時域以產生該濾波後紅光訊號及該濾波後紅外光訊號。
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