TWI544902B - 生理值訊號之無線偵測系統及其方法 - Google Patents

Description

生理值訊號之無線偵測系統及其方法

本發明係關於一種生理值偵測系統及其偵測方法，特別是關於一種可植入生物體內感測其器官生理值變化之無線偵測系統及其偵測方法。

按，神經外科患者常會因為頭部受到嚴重撞擊或因為腦腫瘤的關係而出現顱內壓升高的現象，甚至在患者進行了開顱手術後，也會因為患部出現血塊或局部腫脹而使得其顱內壓持續升高，伴隨著出現續發性腦損傷(secondary brain injury,SBI)，危及生命。因此，神經外科加護病房中對於腦部受到嚴重撞擊或進行開顱手術之重症患者，多會以顱骨穿孔(Burr hole)的方式放置顱內壓偵測探針，作為照護及監測患者生命狀態的重要指標。

請參照第1圖所示，目前臨床使用的顱內壓監測器乃是適用於神經外科加護病房的重症患者，主要是因為偵測壓力變化的探針11、12必須植入至患者之頭顱10內，再經由傳輸線連接一壓力轉換器(未繪示)，此壓力轉換器可將探針11、12偵測到的壓力訊號轉換為電性訊號後，再經由另一傳輸線將電性訊號有線傳輸至生理監視器(未繪示)的螢幕上，才得以呈現壓力波形。也就是整套壓力偵測系統於植入患者腦部的探針11、12到 顯示壓力波形之間，除了必須串聯多項大型醫療器材外，更因為需要導線與傳輸線作為訊號傳導之媒介，而限制了患者軀體上的可移動性，更遑論使用在患者返家後照護上的長期監測。

近年來，藉由無線傳輸生物晶片的開發以及微機電製程技術的成熟，「醫材元件微型化」加上「無線訊號傳輸」已然成為目前產業上最主要的研發方向。舉例來說，美國華盛頓大學提出一種被動式的顱內壓監測器，其特徵在於將訊號接受器放置到壓力監測器旁，透過皮膚即可取得顱內壓的數值。雖然這項顱內壓監測器在設計上已符合無線傳輸的目的，但礙於它的訊號接受易受環境其他電磁波干擾，也就難以應用於遠端監測上。

由於，目前所研發之可無線傳輸的植入式感測器其功能上仍不適用在臨床上，因此確實有必要提供一種生理值訊號之無線偵測系統及其方法，以解決習用技術所存在的問題。

本發明之主要目的在於提供一種生理值訊號之無線偵測系統及其方法，其係使用無線偵測通報裝置進行生物體內器官生理值訊號變化之偵測與分析，並採用天線無線發出警訊或以無線收發顯示裝置接收遠端發出之資料下載指令，以確保減少該裝置植入生物體(例如臨床患者)後其無線電波持續發送對生物體健康之影 響，同時可依病況需求作為長期病況監測之使用，且亦能有效的解決習知臨床上神經外科患者腦內之植入式探針造成頭顱局部開放性傷口，增加患者腦部感染率，造成二次腦損傷的問題，因此確實有利於增加無線傳輸裝置應用於監測病理性腦損傷之安全性。

本發明之次要目的在於提供一種生理值訊號之無線偵測系統及其方法，其採用藍牙(Blue tooth)低功率系統單晶片之微處理器運算、分析與儲存生物體內生理值訊號之變化，以簡化目前臨床上監測生理值訊號變化所需連結之大型儀器或顯示器，以達到醫療器材微型化之設計，使其更便於臨床上對於各種器官生理值訊號變化之監測與記錄，因此確實適用於需要長期進行器官生理值病況監測之患者。

本發明之另一目的在於提供一種生理值訊號之無線偵測系統及其方法，其中由於該無線收發顯示裝置可為一收發裝置接收無線偵測通報裝置發出之警訊，並發送該警訊至遠端醫療顯示器；或亦可為具有接收警訊、發出遠端指令與分析、顯示、儲存所傳輸之資料的一多功能收發裝置，故方便連結應用於可支援雲端傳輸之各種智慧型電子裝置，因此確實有利於提高該系統在遠端監測照護上的便利性及擴大無線傳輸的範圍。

為達上述之目的，本發明提供一種生理值訊號之無線偵測系統，其包含：一無線偵測通報裝置，植入至一生物體內之一器官 上，用以偵測該器官之一生理值變化訊號，並對該生理值變化訊號作一運算分析後，選擇進行一正常生理值資料之儲存動作或一警訊之無線發送動作；以及一無線收發顯示裝置，用以無線接收來自該無線偵測通報裝置之正常生理值資料或警訊，或用以無線傳輸一遠端指令至該無線偵測通報裝置，使該無線偵測通報裝置無線傳輸所儲存之正常生理值資料至該無線收發顯示裝置，以進行分析與儲存。

做為本發明之一實施例，該無線偵測通報裝置包括：至少一植入式感測器，植入至該器官上，用以偵測該器官所產生之生理值變化訊號；一導線，其中一端電性連接於該植入式感測器，用以傳輸所偵測之該生理值變化訊號；一印刷電路板，係電性連接於該導線之另一端，用以作為該生理值變化訊號傳輸之媒介；一無線通訊微處理晶片，係組裝於該印刷電路板上，用以對該印刷電路板所傳輸之該生理值變化訊號進行運算並獲得一分析結果，再根據該分析結果判斷是否主動發出該警訊或僅儲存為一正常生理值資料；一天線，組裝於該印刷電路板上，用以無線發出該警訊或傳輸所儲存之正常生理值資料，或用以接收該無線收發顯示裝置發出之遠端指令；以及一電源整合模組，其包括一電源管理晶片、一無線 充電線圈與一可充電式電池，並用以整合該無線偵測通報裝置之電力供應。

做為本發明之一實施例，該無線收發顯示裝置係為一雲端系統、一個人電腦、一筆記型電腦、一平板電腦、一掌上型電腦、一智慧型手機或一智慧型手錶。

做為本發明之一實施例，該導線係一具生物相容性傳輸線。

做為本發明之一實施例，該生物相容性傳輸線係具有矽膠材質製成之外覆膜。

做為本發明之一實施例，該無線通訊微處理晶片係一藍牙低功率系統單晶片。

做為本發明之一實施例，該器官之生理值變化訊號係為一器官壓力值、一血流值、一心跳值、一溫度值、一呼吸頻率值或一電流值之訊號變化。

再者，為達到上述之目的，本發明另提供一種生理值訊號之無線偵測方法，其步驟包含：將無線偵測通報裝置植入至生物體內之器官上；利用無線偵測通報裝置之植入式感測器偵測器官之生理值變化訊號；經由該無線偵測通報裝置之一無線通訊微處理晶片對該生理值變化訊號進行運算後獲得一分析結果；以及藉由該無線通訊微處理晶片判斷該分析結果，以選擇進行一正常生理值資料之儲存動作或一警訊之無線 發送動作。

做為本發明之一實施例，在該無線通訊微處理晶片判斷該分析結果之步驟中，包含：藉由該無線通訊微處理晶片判斷該分析結果是否為一警訊；若是，則立即經由一天線主動無線發送該警訊至一無線收發顯示裝置；以及若否，則判斷該分析結果為一正常生理值資料，並儲存該正常生理值資料至該微處理器。

做為本發明之一實施例，在儲存該正常生理值資料之步驟後，另包含：在接收到該無線收發顯示裝置之一遠端指令時，則經由該天線發送該正常生理值資料至該無線收發顯示裝置。

做為本發明之一實施例，在該微處理器判斷該分析結果之步驟後，另包含：由該無線收發顯示裝置發出一遠端指令至該無線偵測通報裝置，使該無線偵測通報裝置無線傳輸所儲存之正常生理值資料至該無線收發顯示裝置，以進行分析與儲存。

為了讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點能更明顯易懂，下文將特舉本發明較佳實施例，並配合所附 圖式，作詳細說明如下。再者，本發明所提到的方向用語，例如「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「內」、「外」或「側面」等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用以說明及理解本發明，而非用以限制本發明。

請參照第2圖所示，其揭示本發明一較佳實施例之一種生理值訊號之無線偵測系統，該無線偵測系統係包括：一無線偵測通報裝置20以及一無線收發顯示裝置30。該無線偵測通報裝置20係植入至一生物體內之器官上，用以偵測一生物體內之一器官之一生理值變化訊號，該生理值變化訊號係可為一器官壓力值、一血流值、一心跳值、一溫度值、一呼吸頻率值或一電流值之變化訊號。例如，在本實施例中，該無線偵測通報裝置20係植入至一頭顱10內，用以偵測頭顱內腦部之顱內壓與生理值變化訊號，並對所偵測到之生理值變化訊號作運算分析後，選擇進行正常生理值資料之儲存動作或警訊之無線發送動作。該無線收發顯示裝置30係用以無線接收來自該無線偵測通報裝置20之正常生理值資料或警訊，或用以無線傳輸一遠端指令至該無線偵測通報裝置20，使該無線偵測通報裝置無線傳輸所儲存之正常生理值資料至該無線收發顯示裝置30，以進行分析與儲存。

請參照第3A、3B及3C圖所示，其揭示本發明一較佳實施例之一種無線偵測通報裝置20，其中該無線 偵測通報裝置20主要包括有至少一植入式感測器21、一導線22、一印刷電路板23、一無線通訊微處理晶片24、一天線25以及一電源整合模組26。

請再參照第2及3A至3C圖所示，該植入式感測器21電性連接於該導線22之一端，該導線22之另一端則電性連接於該印刷電路板23。在本實施例中，該植入式感測器21係以一般神經外科植入患者頭顱10之一顱內壓監測器為例，其首先必須對該患者頭顱施以顱骨穿洞手術，將該植入式感測器21以及一部分之導線22置入顱骨下硬腦膜腔中，接著再將其餘部分之導線22與該無線偵測通報裝置20之其他元件則安置於顱骨與頭皮之間，再將頭皮完全縫合，即可將該無線偵測通報裝置20安置於患者頭顱10內進行顱內生理值變化訊號之偵測，且由於該無線偵測通報裝置20經由手術無菌縫置於頭皮下，不需經由其他導線與外界環境接觸，因而減少患者於長期監測使用下之感染問題。

再者，該導線22較佳為矽膠材質製成之外覆膜之生物相容性傳輸線，但並不限於此。該導線22其中一端電性連接於該植入式感測器21，用以傳輸所偵測到之顱內壓變化訊號。並且，除了該植入式感測器21與導線22外，該無線偵測通報裝置20的其餘元件被平整的封裝於一生物相容性材質(未繪示)內，該封裝材質較佳為矽膠材質，但並不限於此。

請再參照第3A至3C圖所示，本發明較佳實施例 之印刷電路板23係電性連接於該導線22之另一端，用以作為該生理值變化訊號傳輸之媒介。該印刷電路板23具有一第一表面及一第二表面，該第一表面依序承載該無線通訊微處理晶片24及該電源整合模組26之一部份，同時該第二表面則承載該天線25及該電源整合模組26之另一部份。再者，該無線通訊微處理晶片24較佳為一藍牙低功率系統單晶片，例如為CC2540之TI藍牙4.0晶片，但不限於此。在本實施例中，由於該無線偵測通報裝置20主要使用藍牙低功率之無線通訊微處理晶片24作為訊號分析與儲存之元件，因而使得該無線偵測通報裝置20可於極低耗電量之狀態下持續長期運作。

另外，該天線25係組裝於該印刷電路板23上，用以藍牙無線發出警訊、傳輸儲存於該無線通訊微處理晶片之正常生理值資料，或用以接收該無線收發顯示裝置30發出之遠端指令，因此讓該無線偵測通報裝置20可接收或傳輸訊號之距離不受一般傳輸線所限制，而且可使訊號傳輸距離長達10-50公尺。在本實施例中，該無線通訊微處理晶片24可對所偵測到之顱內壓訊號進行分析，當該無線通訊微處理晶片24判定所偵測到之顱內壓已達到危險值，則傳輸訊號至該天線25，令該天線25無線發出警訊至無線收發顯示裝置30；若判定所偵測到之顱內壓為正常生理值，則直接將此訊號資訊儲存於該無線通訊微處理晶片24內，直到該天線25接收 到遠端指令時，再無線傳輸所儲存之訊號資料於該無線收發顯示裝置30進行資料之分析與儲存。

另外，該電源整合模組26包括有一電源管理晶片261、一無線充電線圈262與一可充電式電池263，係用以整合該無線偵測通報裝置之電力供應。該電源管理晶片261設置於該印刷電路板23之第二表面上並受到該無線充電線圈262的圍繞，其中該無線充電線圈262除可傳輸電力至該電源管理晶片261外，亦可進行無線充電；該可充電式電池263係設置於該印刷電路板23之第一表面的無線通訊微處理晶片24上(或該第一表面之其他位置)，該電源整合模組26主要串列整合該無線偵測通報裝置20之電力供應，例如該植入式感測器21進行生理值偵測、無線通訊微處理晶片24之分析與儲存以及該天線25之傳輸運作必要之電力皆是由該電源整合模組26所提供。

請參照第4圖所示，該無線收發顯示裝置30係可選自一雲端系統31、一個人電腦32、一筆記型電腦33、一平板電腦34、一掌上型電腦35、一智慧型手錶36或一智慧型手機37，但並不限於此。又，該無線收發顯示裝置30係用以接收自無線偵測通報裝置20發出之警訊或對該裝置傳輸之資料進行儲存、分析或以無線傳輸一遠端指令至該無線偵測通報裝置20。

請參照第5圖所示，在本發明之較佳實施例中，本發明係可根據上述生理值訊號之無線偵測系統來提供 一種生理值訊號之無線偵測方法，其主要包含下述步驟：(S10)、將一無線偵測通報裝置20植入至一生物體內之一器官上(例如一人體之頭顱10內)；(S20)、利用該無線偵測通報裝置20之至少一植入式感測器21偵測該器官之一生理值變化訊號；(S30)、經由該無線偵測通報裝置20之一無線通訊微處理晶片24對該生理值變化訊號進行運算後獲得一分析結果；以及(S40)、藉由該無線通訊微處理晶片24判斷該分析結果，以選擇進行一正常生理值資料之儲存動作或一警訊之無線發送動作。

再者，請參照第5A圖所示，在該無線通訊微處理晶片24判斷該分析結果之步驟(S40)中，係包含：(S41)、先藉由該無線通訊微處理晶片24判斷該分析結果是否為一警訊；(S42)、若是，則立即經由一天線25主動無線發送該警訊至一無線收發顯示裝置30；以及(S43)、若否，則判斷該分析結果為一正常生理值資料，並儲存該正常生理值資料至該無線通訊微處理晶片24。再者，在儲存該正常生理值資料之步驟(S43)後，另包含：(S44)、在接收到該無線收發顯示裝置30之一遠端指令時，則經由該天線25發送該正常生理值資料至該無線收發顯示裝置30。由於該儲存正常生理值資料後並非採取主動傳輸至該無線收發顯示裝置30，因此該無線偵測通報裝置20在偵測生理值訊號、傳輸及儲存該生理值訊號的運作下，僅需消耗極少的電力，故 該可充電式電池263內的電量已足夠讓該無線偵測通報裝置維持長期運作。

此外，請參照第5圖所示，在該無線通訊微處理晶片24判斷該分析結果之步驟(S40)後，另亦可包含：(S50)、由該無線收發顯示裝置30發出一遠端指令至該無線偵測通報裝置20，使該無線偵測通報裝置20無線傳輸該警訊或正常生理值資料至該無線收發顯示裝置30，以進行分析與儲存。其中，該遠端指令可來自於醫療機構或醫療人員，於定期發送遠端指令下載該無線通訊微處理晶片之儲存資料，並將該儲存資料備份儲存或進行醫療相關分析。

如上所述，相較於習知使用於神經外科患者腦內之顱內壓監測器的植入式探針對患者頭顱造成開放性傷口，增加該患者的感染率，本發明藉由在患者頭皮下或其他器官處植入該無線偵測通報裝置20後可以完全縫合傷口做為患者顱內或其他器官之生理值訊號變化之偵測與分析，並可於接收遠端發出之資料下載指令後，才由該天線25將資料傳輸至無線收發顯示裝置30進行分析或儲存，除可減少患者在長期進行器官生理值之病況監控時的感染率，又可減少電波長期持續發送對體內器官損傷之病人之影響，用以增加無線傳輸長期使用於病理性器官損傷患者之安全性。

再者，本發明採用藍牙低功率系統單晶片之無線通訊微處理晶片24進行運算、分析與儲存生物體內器官 生理值訊號變化，可以將微機電製程技術應用於目前臨床上監測各項生理值訊號變化必須連結之大型儀器或顯示器，以達到醫材微型化之設計，使該生理值訊號之無線偵測系統更方便、有利於人體臨床使用，而讓該系統適用於需要進行體內各項生理值病況監測之患者。

另外，由於該無線收發顯示裝置20可為一收發裝置接收該無線偵測通報裝置所發出之警訊，並發送該警訊至遠端之顯示器；或亦可為具有接收警訊、發出遠端指令與顯示所傳輸之資料的一多功能收發裝置，故方便連結於可支援雲端傳輸之各種智慧型電子裝置。因此，該無線偵測通報裝置20配合以該無線收發顯示裝置30確實有利於提高該壓力訊號之無線偵測系統在遠端監測照護上的便利性，以及擴大其無線傳輸的範圍。

雖然本發明已以較佳實施例揭露，然其並非用以限制本發明，任何熟習此項技藝之人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與修飾，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。

10‧‧‧頭顱

11‧‧‧探針

12‧‧‧探針

20‧‧‧無線偵測通報裝置

21‧‧‧植入式感測器

22‧‧‧導線

23‧‧‧印刷電路板

24‧‧‧無線通訊微處理晶片

25‧‧‧天線

26‧‧‧電源整合模組

261‧‧‧電源管理晶片

262‧‧‧無線充電線圈

263‧‧‧可充電式電池

30‧‧‧無線收發顯示裝置

31‧‧‧雲端系統

32‧‧‧個人電腦

33‧‧‧筆記型電腦

34‧‧‧平板電腦

35‧‧‧掌上型電腦

36‧‧‧智慧型手錶

37‧‧‧智慧型手機

38‧‧‧遠端伺服器

S10、S20、S30、S40、S50‧‧‧步驟

S41、S42、S43、S44‧‧‧步驟

第1圖：習知之一種顱內壓偵測方式之示意圖。

第2圖：本發明之較佳實施例之生理值訊號之無線偵測系統之示意圖。

第3A圖：本發明較佳實施例之無線偵測通報裝置之上視圖。

第3B圖：本發明較佳實施例之無線偵測通報裝置之下視圖。

第3C圖：本發明較佳實施例之無線偵測通報裝置之側視圖。

第4圖：本發明之較佳實施例之無線收發顯示裝置之應用示意圖。

第5及5A圖：本發明較佳實施例之生理值訊號之無線偵測方法之流程圖。

S10、S20、S30、S40、S50‧‧‧步驟

Claims (1)

1. 一種生理值訊號之無線偵測方法，其包含步驟：將一無線偵測通報裝置植入至一生物體之一頭顱內；利用該無線偵測通報裝置之至少一植入式感測器偵測該頭顱內之一腦部之一生理值變化訊號；經由該無線偵測通報裝置之一無線通訊微處理晶片對生理值變化訊號進行運算後獲得一分析結果；藉由該無線通訊微處理晶片判斷該分析結果，以選擇只進行一正常生理值資料之儲存動作或一警訊之無線發送動作；以及由該無線收發顯示裝置發出一遠端指令至該無線偵測通報裝置，使該無線偵測通報裝置無線傳輸該警訊或正常生理值資料至該無線收發顯示裝置，以進行分析與儲存其中在該無線通訊微處理晶片判斷該分析結果之步驟中，包含：藉由該無線通訊微處理晶片判斷該分析結果是否為一警訊；若是，則立即傳輸該警訊至一天線，並主動無線發送該警訊至一無線收發顯示裝置；以及若否，則判斷該分析結果為一正常生理值資料，並儲存該正常生理值資料至該無線通訊微處理晶片，且在接收到該無線收發顯示裝置之一遠端指令時，經由該天線發送該正常生理值資料至該無線收發顯示裝置。