TWI543748B - 用以同時量測心電信號和脈波信號的感測器模組 - Google Patents

Description

用以同時量測心電信號和脈波信號的感測器模組

本發明係有關於感測器模組，且特別是有關於一種用以同時量測心電信號和脈波信號的感測器模組。

透過生物訊號自我量測的方法，受測者可以在任何時間檢視自己的生理狀態，減緩醫療資源壓力並提供受測者所需要的醫療關注。目前，有許多醫學上的應用可以同時得到心電圖(electrocardiography；ECG)和動脈脈波。一般來說，要找到動脈(橈動脈)的位置，受測者需要先感受脈博並將感測器接觸到正確的位置上。在傳統上，ECG電極和脈波感測器為個別安裝的兩個裝置，且感測器必須透過繫帶繫住或是透過魔鬼氈(velcro)黏附，這樣受測者對於隨後貼附的ECG電極才會感到自在。然而，這是一道繁複的步驟。

因此，目前亟需要一種感測器裝置，其在操作上不需要以繫帶固定，就能夠同時量測心電信號以及脈波信號。

在一些實施例中，本發明提供一種感測器模組，用來同時量測一受測者之心電信號和脈波信號。此感測器模組包括：一第一電極，具有一第一表面以及與第一表面相對的一第二表面；一可變形接觸感測器，具有一第一表面以及與第一 表面相對的一第二表面，其中第一電極和可變形接觸感測器的第一表面被配置為面向受測者之一待測區域；一可壓縮材料，配置在第一電極和可變形接觸感測器之至少一第二表面上；一第二電極，與第一電極在操作上連接(operatively connected)。

在一些其他實施例中，本發明提供一種如前述之 感測器模組的使用方法。此方法包括：將感測器模組放置於受測者之待測區域上，且利用一隻手定位感測器模組，並以至少一根手指接觸第二電極以同時量測心電信號及脈波信號。

又在一些其他實施例中，本發明提供一種如前述 之感測器模組的用途。此用途包括：透過計算心電信號和脈波信號之間的一抵達時間差來量測脈波傳導時間(pulse transition time；PTT)及由其導出的指數(indices)。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

10a、10b、10c、10d‧‧‧感測器模組

12‧‧‧第一電極

14‧‧‧可變形接觸感測器

16‧‧‧可壓縮材料

18‧‧‧第二電極

20‧‧‧待測區域

121、141‧‧‧第一表面

122、142‧‧‧第二表面

211、212‧‧‧輪廓

F‧‧‧外力

S11‧‧‧橈動脈脈波信號

S23‧‧‧心電信號

S40‧‧‧主動脈脈波信號

T40、T41‧‧‧參考時間點

PTT‧‧‧脈波傳導時間

第1A圖為根據本發明之第一實施例顯示一感測器模組之剖面圖；第1B~1C圖為根據本發明之第一實施例顯示一感測器模組於量測過程中之剖面圖；第2A圖為根據本發明之第二實施例顯示一感測器模組之剖面圖；第2B~2C圖為根據本發明之第二實施例顯示一感測器模組 於量測過程中之剖面圖；第3A、4A圖為根據本發明之第三實施例顯示一感測器模組之剖面圖；第3B~3C、4B~4C圖為根據本發明之第三實施例顯示一感測器模組於量測過程中之剖面圖；第5A~5C圖為根據本發明一些實施例顯示感測器模組的底視圖；第6圖為根據本發明一實施例顯示一感測器模組於量測過程中之示意圖；以及第7圖表示受測者的脈波信號、心電信號、以及主動脈血壓信號。

第1圖為根據本發明之第一實施例顯示一感測器模組10a之剖面圖。用來同時量測一受測者之心電信號和脈波信號的感測器模組10a包括：一第一電極12、與第一電極12在操作上連接(operatively connected)一第二電極18、一可壓縮材料16、以及配置在第一電極12和第二電極18之間的一可變形接觸感測器14。第一電極12具有一第一表面121以及與第一表面相對的一第二表面122，可變形接觸感測器14具有一第一表面141以及與第一表面相對的一第二表面142，其中，第一電極12和可變形接觸感測器14的第一表面121和141被配置為面向受測者的待測區域。可壓縮材料16配置在可變形接觸感測器14的第二表面142上。

用來接收心電信號的第一電極12和第二電極18可 由一硬性的(rigid)、導電的材料形成，例如：金屬、電鍍塑膠(electroplating plastics)、或前述之組合。量測完畢後，電極12和14可清洗或消毒，因此，感測器模組10a可重複使用。

用來偵測脈波信號的可變形接觸感測器14可包括 膠體(colloid)、軟性橡膠、軟性塑膠、軟聚合物、液態矽膠(liquid silicone rubber)、聚二乙基矽氧烷(polydimethylsiloxane；PDMS)、或前述之組合。可變形接觸感測器14的厚度可為1mm~10mm，例如：8mm~10mm。在一實施例中，可變形接觸感測器14是由聚二乙基矽氧烷(PDMS)所形成，其厚度為8mm。 可變形接觸感測器14為不可壓縮的，因此其對於待測區域的動態變化很敏感，例如：受測者的脈搏振動。

可壓縮材料16可包括像是泡棉(foam)、彈簧、空 氣、或前述組合之材料。在第一實施例中，可壓縮材料16配置在可變形接觸感測器14的第二表面142上，且在量測過程中，可變形接觸感測器14可相對於受測者的待測區域進行移動(movable)，而可壓縮材料16可變形(或被壓縮)以與受測者待測區域的輪廓共形。應注意的是，因為待測區域皮膚下，像是血管或骨頭，具有不同的形態，所以待測區域也可具有不同的輪廓。例如，第1B圖和第1C圖為根據本發明之第一實施例顯示感測器模組於量測過程中之剖面圖。待測區域20可具有一平坦的輪廓211，如第1B圖所示；或者，待測區域20可具有一不規則的輪廓212，如第1C圖所示。感測器模組10a可透過配置在可變形接觸感測器14和第二電極18之間的可壓縮材料16進行自我調整，以與各種輪廓共形。第一實施例的詳細量測過程將在以 下描述。

在第1B圖中，以一外力F按壓感測器模組10a以進 行量測。可變形接觸感測器14向上移動以與待測區域20的輪廓211共形，且可壓縮材料16平均地被壓縮。因此，第一電極12和可變形接觸感測器14皆與受測者的待測區域20接觸。類似的，在第1C圖中，以一外力F按壓感測器模組10a以進行量測。 然而，在這種情況下，待測區域20具有一不規則的輪廓212。 如第1C圖所示，可變形接觸感測器14相對於受測者之待測區域20的輪廓212產生形變並移動，且可壓縮材料16不平均地被壓縮。從而，第一電極12和可變形接觸感測器14皆與受測者的待測區域20接觸。

第2A圖為根據本發明之第二實施例顯示一感測器 模組10b之剖面圖。第二實施例與第一實施例不同的地方在於，可壓縮材料16位於第一電極12的第二表面122上。因此，在第二實施例中，第一電極12在量測過程中可相對於受測者的待測區域20產生移動。例如，第2B圖和第2C圖為根據本發明之第二實施例顯示感測器模組於量測過程中之剖面圖。雖然待測區域20可如第2B圖所示具有一平坦的輪廓211，或是如第2C圖所示具有一不規則的輪廓212，感測器模組10b可透過配置在第一電極12和可變形接觸感測器14之間的可壓縮材料16進行自我調整，以與各種輪廓共形。第二實施例的詳細量測過程將在以下描述。

在第2B圖中，以一外力F按壓感測器模組10b以進 行量測。第一電極12向上移動以與待測區域20的輪廓211共 形，且可壓縮材料16平均地被壓縮。因此，第一電極12和可變形接觸感測器14皆與受測者的待測區域20接觸。類似的，在第2C圖中，以一外力F按壓感測器模組10b以進行量測。然而，在這種情況下，待測區域20具有一不規則的輪廓212。如第2C圖所示，第一電極12相對於受測者之待測區域20的輪廓212產生形變並移動，且可壓縮材料16不平均地被壓縮。從而，第一電極12和可變形接觸感測器14皆與受測者的待測區域20接觸。

第3A圖和第4A圖為根據本發明之第三實施例顯示 感測器模組10c和10d之剖面圖。第三實施例與第一實施例不同的地方在於，可壓縮材料16位於第一電極12和可變形接觸感測器14的第二表面122和142上。因此，在第三實施例中，第一電極12和可變形接觸感測器14在量測過程中，皆可相對於受測者的待測區域20產生移動。在第三實施例中，可採用各種第一電極12和可變形接觸感測器14的配置。例如，在一些實施例中，可變形接觸感測器14可內埋於第一電極12中，如第3A圖所示。 在其他實施例中，第一電極12可內埋於可變形接觸感測器14中，如第4A圖所示。又例如，可至少有一個第一電極12內埋於可變形接觸感測器14中。雖然第4A~4C圖顯示兩個第一電極12內埋於可變形接觸感測器14中，第一電極12的數量僅為示例性的且不應被用來限制本發明。

第3B~3C圖和第4B~4C圖為根據本發明之第三實 施例顯示感測器模組於量測過程中之剖面圖。雖然待測區域20可如第3B圖和第4B圖所示具有一平坦的輪廓211，或是如第3C圖和第4C圖所示具有一不規則的輪廓212，感測器模組10c和 10d可透過配置在第一電極12、可變形接觸感測器14、以及第二電極18之間的可壓縮材料16進行自我調整，以與各種輪廓共形。第三實施例的詳細量測過程將在以下描述。

在第3B圖中，以一外力F按壓感測器模組10c以進 行量測。第一電極12和可變形接觸感測器14均向上移動以與待測區域20的輪廓211共形，且可壓縮材料16平均地被壓縮。因此，第一電極12和可變形接觸感測器14皆與受測者的待測區域20接觸。類似的，在第3C圖中，以一外力F按壓感測器模組10c以進行量測。然而，在這種情況下，待測區域20具有一不規則的輪廓212。如第3C圖所示，第一電極12和可變形接觸感測器14均相對於受測者之待測區域20的輪廓212產生形變並移動，且可壓縮材料16不平均地被壓縮。從而，第一電極12和可變形接觸感測器14皆與受測者的待測區域20接觸。

在第4B圖中，以一外力F按壓感測器模組10d以進 行量測。第一電極12和可變形接觸感測器14均向上移動以與待測區域20的輪廓211共形，且可壓縮材料16平均地被壓縮。因此，第一電極12和可變形接觸感測器14皆與受測者的待測區域20接觸。類似的，在第4C圖中，以一外力F按壓感測器模組10d以進行量測。然而，在這種情況下，待測區域20具有一不規則的輪廓212。如第4C圖所示，第一電極12和可變形接觸感測器14均相對於受測者之待測區域20的輪廓212產生形變並移動，且可壓縮材料16不平均地被壓縮。從而，第一電極12和可變形接觸感測器14皆與受測者的待測區域20接觸。

第5A~5C圖為根據本發明一些實施例顯示感測器 模組的底視圖。在一實施例中，可變形接觸感測器14的第一表面141可為矩形，且第一電極12的第一表面121可為圓形，如第5A圖所示。在另一實施例中，第一表面141和121可為圓形，如第5B圖所示。根據本發明之第一、第二、或第三實施例，第5A圖和第5B圖可為任何一個感測器模組10a、10b、或10c的底視圖。第5C圖顯示本發明第三實施例之感測器模組10d的底視圖。應了解的是，依據特定應用的需求，可變形接觸感測器14的第一表面141及第一電極12的第一表面121可為任何其他合適的形狀，像是圓形、橢圓形、矩形、正方形、菱形等。

本發明也提供一種感測器模組10的使用方法。此 方法包括：將感測器模組10放置於受測者之待測區域上，且利用一隻手定位感測器模組10，並以至少一根手指接觸第二電極以同時量測心電信號及脈波信號。參閱第6圖，其顯示感測器模組10於量測過程中之示意圖。在此實施例中，受測者可將感測器模組10放置於左手腕上，且利用右手定位感測器模組，並以一根手指按壓其頂部(第二電極)。待測區域可為具有脈動的位置且對應於血管的位置，血管例如：動脈，像是橈動脈或頸動脈。

應了解的是，待測區域可為受測者身體的右部分 或左部分，而以受測者身體之右部分或左部分之另一方的手接觸第二電極。舉例來說，待測區域可例如為左手腕的橈動脈或是左側頸部的頸動脈。此時，受測者可利用右手(右手指)將感測器模組定位及按壓於左手腕上或是左側的頸部上。在另一實施例中，待測區域可例如為右手腕的橈動脈或是右側頸部的頸 動脈。此時，受測者可利用左手(左手指)將感測器模組定位及按壓於右手腕上或是右側的頸部上。

在量測過程中，受測者接觸感測器模組不僅可以 達到固定的作用，還可使感測器模組的第一電極和可變形接觸感測器與受測者之待測區域的皮膚緊密地接觸。因此，感測器模組可同時偵測到心電信號和脈波信號。透過上述之感測器模組10的使用方法，受測者可更簡易的裝配好(on-set)感測器模組10。如上所述，因為待測區域的皮膚下，像是血管或骨頭，具有不同的形態，所以待測區域也可具有不同的輪廓。然而，如第1B~1C、2B~2C、3B~3C、4B~4C圖所示，由於第一電極12及/或可變形接觸感測器14可相對於受測者的待測區域20進行移動，且伴隨可壓縮材料16的形變(或壓縮)，感測器模組最終可與待測區域20的輪廓211/212共形。

本發明也提供一種前述之感測器模組的用途，其 係用來量測脈波傳導時間(pulse transition time；PTT)及由其導出的指數(indices)。脈波傳導時間(PTT)表示血壓的壓力波從受測者的心臟輸出至待測區域所花費的時間長度。透過計算心電信號和脈波信號之間的一抵達時間差，可獲得此脈波傳導時間(PTT)。第7圖顯示橈動脈脈波信號S11、心電信號S23、以及受測者的主動脈脈波信號S40。當受測者心臟之主動脈瓣打開時，血液由心臟流至主動脈，此時主動脈之血壓開始上升，而肢體的血壓在一延遲時間後才開始上升。參閱第4圖，主動脈脈波信號S40於時間點T40開始上升。另外，以橈動脈脈波信號S11開始出現上升波形時的時間點T41作為另一參考時間點。其 中，上升的波形表示待測區域之血壓上升。透過計算此參考時間點T41與T40之差以獲得脈波傳導時間(PTT)。

雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何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，當可作任意之更動與潤飾，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。

10a‧‧‧感測器模組

12‧‧‧第一電極

14‧‧‧可變形接觸感測器

16‧‧‧可壓縮材料

18‧‧‧第二電極

121、141‧‧‧第一表面

122、142‧‧‧第二表面

Claims (17)

1. 一種感測器模組，用以同時量測一受測者之心電信號和脈波信號，包括：一第一電極，具有一第一表面以及與第一表面相對的一第二表面；一可變形接觸感測器，具有一第一表面以及與第一表面相對的一第二表面，其中該第一電極和該可變形接觸感測器的該第一表面被配置為面向該受測者之一待測區域；一可壓縮材料，配置在該第一電極和該可變形接觸感測器之至少一該第二表面上；以及一第二電極，與該第一電極在操作上連接(operatively connected)。
2. 如申請專利範圍第1項所述之感測器模組，其中該可壓縮材料配置在該第一電極的該第二表面上。
3. 如申請專利範圍第1項所述之感測器模組，其中該可壓縮材料配置在該可變形接觸感測器的該第二表面上。
4. 如申請專利範圍第1項所述之感測器模組，其中該可壓縮材料配置在該第一電極和該可變形接觸感測器的該第二表面上。
5. 如申請專利範圍第4項所述之感測器模組，其中該可變形接觸感測器內埋於該第一電極中。
6. 如申請專利範圍第4項所述之感測器模組，其中該第一電極內埋於該可變形接觸感測器中。
7. 如申請專利範圍第1項所述之感測器模組，其中該第二電極 配置在該第一電極的相對側。
8. 如申請專利範圍第1項所述之感測器模組，其中該第一電極和該可變形接觸感測器的該第一表面為可動的(movable)以與該受測者之該待測區域的一輪廓共形(conform)。
9. 一種如申請專利範圍第1項所述之感測器模組的使用方法，包括：將該感測器模組放置於該受測者之該待測區域上，且利用一隻手定位該感測器模組，並以至少一根手指接觸該第二電極以同時量測心電信號和脈波信號。
10. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中，在量測過程中，該第一電極和該可變形接觸感測器的該第一表面同時與該受測者之該待測區域接觸。
11. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該第一電極和該可變形接觸感測器的該第一表面為可動的(movable)以與該受測者之該待測區域的一輪廓共形(conform)。
12. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該待測區域為一具有脈動的位置且對應至該受測者身體之一右部分或一左部分之一血管，且該受測者身體之該右部分或該左部分之另一方的手接觸該第二電極。
13. 一種如申請專利範圍第1項所述之感測器模組的用途，其係透過計算心電信號和脈波信號之間的一抵達時間差來量測脈波傳導時間(pulse transition time；PTT)及由其導出的指數(indices)。
14. 如申請專利範圍第13項所述之用途，其中該導出的指數(indices)包括脈波傳導速率(pulse wave velocity；PWV)或 血壓(blood pressure；BP)。
15. 如申請專利範圍第13項所述之用途，利用一隻手將該感測器模組放置於該受測者之該待測區域上，並以一根手指給予該第二電極一外力以同時量測心電信號及脈波信號。
16. 如申請專利範圍第13項所述之用途，其中該第一電極和該可變形接觸感測器的該第一表面同時貼附於該受測者之該待測區域。
17. 如申請專利範圍第13項所述之用途，其中該第一電極和該可變形接觸感測器的該第一表面根據該受測者之該待測區域之一輪廓變形。