TWI552723B - 心電圖量測裝置及其控制方法 - Google Patents

Description

心電圖量測裝置及其控制方法

本揭露是有關於一種心電圖量測裝置及其控制方法，特別是指用以判斷電極貼片是否正確貼附之心電圖量測裝置及其控制方法。

目前，市面上許多與身體健康有關的心電圖量測裝置，例如貼片式心電圖量測裝置可以即時分析或記錄受測者的心電圖波形，運動胸帶與智慧手錶可以偵測心跳，高階的心電圖量測裝置甚至可以提供心律變異(heart rate variability)與即時提供心臟狀態的分析，為心臟的監測帶來多元化功能。這些心電圖量測裝置在使用上皆必須要將電極貼片正確地貼附於受測者身上的指定位置上，或只能以一個方式正確配戴，才能夠量測出正確的心電圖。

然而，若受測者誤將心電圖量測裝置的兩個電極貼片左右黏貼相反，使得原本是要貼附於右手的電極貼片卻誤貼在左手的指定位置上，以及原本要附於左手的電極貼片卻誤貼在右手的指定位置上，或是運動胸帶的電極左右貼附錯誤，都會造成心電圖量測裝置所量測到的心電圖波形顛倒，而造成心跳(heart rate)計算上的誤差、心臟狀態分析的錯誤或是心跳分布、卡路里等資訊錯誤。此外，由於心跳計算有誤差時亦會影響心律變異的計算結果，進而影響自主神經判斷判讀。

根據本揭露一實施例中的一種心電圖量測裝置，此心電圖量測裝置包括偵測模組、前端處理模組、儲存模組以及處理模組，其中偵測模組電性連接前端處理模組，處理模組電性連接於前端處理模組與儲存模組之間。偵測模組具有第一電極與第二電極，用以偵測受測者的心跳，並據以產生心電訊號。前端處理模組用以依據一個預設的取樣頻率對心電訊號進行數位處理，並據以產生第一數位訊號。儲存模組用以儲存樣本訊號，此樣本訊號係為至少包含QRS波的心電訊號。處理模組用以依據上述的取樣頻率對樣本訊號進行數位處理，以產生第二數位訊號，並計算第一數位訊號與第二數位訊號之間的相關性，以計算出複數個相關係數，以及判斷這些相關係數是否大於第一門檻值或小於第二門檻值，據以判斷出第一電極與第二電極是否正確地貼附於受測者身上的指定位置。

根據本揭露一實施例中的一種心電圖量測裝置控制方法，此心電圖量測裝置控制方法適用於具有第一電極與第二電極的心電圖量測裝置。所述的心電圖量測裝置控制方法的各步驟流程如下所述。透過第一電極與第二電極偵測受測者的心跳，並據以產生心電訊號。依據一個預設的取樣頻率對心電訊號進行數 位處理，並據以產生第一數位訊號。依據上述預設的取樣頻率對儲存於心電圖量測裝置中的樣本訊號進行數位處理，以產生第二數位訊號，其中樣本訊號係為至少包含QRS波的心電訊號。計算第一數位訊號與第二數位訊號之間的相關性，以計算出複數個相關係數。判斷這些相關係數是否大於第一門檻值或小於第二門檻值，據以判斷出第一電極與第二電極是否正確地貼附於受測者身上的指定位置。

根據本揭露一實施例中的一種心電圖量測裝置，此心電圖量測裝置包括偵測模組、前端處理模組、儲存模組以及處理模組，其中偵測模組電性連接前端處理模組，處理模組電性連接於前端處理模組與儲存模組之間。偵測模組具有第一電極、第二電極與第三電極，用以偵測受測者的心跳，並據以產生心電訊號。前端處理模組用以依據一個預設的取樣頻率對心電訊號進行數位處理，並據以產生第一數位訊號。儲存模組用以儲存樣本訊號，此樣本訊號係為至少包含QRS波的心電訊號。處理模組用以依據上述預設的取樣頻率對樣本訊號進行數位處理，以產生第二數位訊號，並計算第一數位訊號與第二數位訊號之間的相關性，以計算出複數個相關係數，以及判斷這些相關係數是否大於第一門檻值或小於第二門檻值，據以判斷出第一電極、第二電極與第三電極是否正確地貼附於受測者身上的指定位置。

根據本揭露一實施例中的一種心電圖量測裝置控制方法，此心電圖量測裝置控制方法適用於具有第一電極、第二電 極與第三電極的心電圖量測裝置。所述的心電圖量測裝置控制方法的各步驟流程如下所述。透過第一電極、第二電極與第三電極偵測受測者的心跳，並據以產生心電訊號。依據一個預設的取樣頻率對心電訊號進行數位處理，並據以產生第一數位訊號。依據上述預設的取樣頻率對儲存於心電圖量測裝置中的樣本訊號進行數位處理，以產生第二數位訊號，其中樣本訊號係為至少包含QRS波的心電訊號。計算第一數位訊號與第二數位訊號之間的相關性，以計算出複數個相關係數。判斷這些相關係數是否大於第一門檻值或小於第二門檻值，據以判斷出第一電極、第二電極與第三電極是否正確地貼附於受測者身上的指定位置。

以上之關於本揭露內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本揭露之精神與原理，並且提供本揭露之專利申請範圍更進一步之解釋。

1、2‧‧‧心電圖量測裝置

10、20‧‧‧偵測模組

21‧‧‧多工器

12、22‧‧‧前端處理模組

14、24‧‧‧儲存模組

16、26‧‧‧處理模組

160、260‧‧‧數位處理單元

162、262‧‧‧相關性計算單元

164、264‧‧‧波形比對單元

166‧‧‧校正單元

266‧‧‧順序控制單元

18、28‧‧‧輸出模組

TH1‧‧‧第一門檻值

TH2‧‧‧第二門檻值

S30~S38、S380~S386、S50~S58、S580~S588‧‧‧步驟流程

第1圖係為根據本揭露一實施例之心電圖量測裝置的功能方塊圖。

第2A圖係為根據本揭露一實施例之心電訊號的波形示意圖。

第2B圖係為根據本揭露一實施例之樣本訊號的波形示意圖。

第2C圖係為根據本揭露一實施例之第一數位訊號與第二 數位訊號之間的相關係數的波形示意圖。

第2D圖係為根據本揭露另一實施例之樣本訊號的波形示意圖。

第2E圖係為根據本揭露另一實施例之第一數位訊號與第二數位訊號之間的相關係數的波形示意圖。

第3A圖係為根據本揭露一實施例之心電圖量測裝置控制方法的步驟流程圖。

第3B圖係為根據第3A圖之步驟S38的細部步驟流程示意圖。

第4圖係為根據本揭露另一實施例之心電圖量測裝置的功能方塊圖。

第5A圖係為根據本揭露另一實施例之心電圖量測裝置控制方法的步驟流程圖。

第5B圖係為根據第5A圖之步驟S58的細部步驟流程示意圖。

以下在實施方式中詳細敘述本揭露之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本揭露之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本揭露相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本揭露之觀點，但非以任何觀點限制本揭露之範疇。

〔心電圖量測裝置之一實施例〕

請參照第1圖，第1圖係為根據本揭露一實施例之心電圖量測裝置的功能方塊圖。須先一提的是，第1圖的心電圖量測裝置1係為一種僅具有雙電極的單導程(lead，亦稱導聯)心電圖量測裝置。如第1圖所示，心電圖量測裝置1主要包括偵測模組10、前端處理模組12、儲存模組14、處理模組16以及輸出模組18，其中處理模組16更包括數位處理單元160、相關性計算單元162、波形比對單元164以及校正單元166。偵測模組10的輸出端電性連接前端處理模組12的輸入端，前端處理模組12的輸出端電性連接相關性計算單元162的第一輸入端，儲存模組14電性連接數位處理單元160的輸入端，數位處理單元160的輸出端電性連接相關性計算單元162的第二輸入端，相關性計算單元162的輸出端電性連接波形比對單元164的輸入端，波形比對單元164的輸出端電性連接校正單元166的輸入端，校正單元166的輸出端電性連接輸出模組18。以下分別就心電圖量測裝置1中的各功能模組及其功能單元作詳細的說明。

偵測模組10具有第一電極與第二電極，此偵測模組10用以透過貼附於受測者身上的第一電極與第二電極偵測受測者的心跳，並據以產生對應於受測者心跳的心電訊號(ECG signal)。更詳細來說，當第一電極與第二電極分別貼附於受測者身上的第一指定位置與第二指定位置時，第一電極與第二電極會分別對第一指定位置與第二指定位置導入電流，並分別感測出第 一量測訊號與第二量測訊號，並透過偵測模組10將第一量測訊號與第二量測訊號轉換為一種心電訊號。

一般來說，心電訊號係為第一電極所感測出的第一量測訊號與第二電極所感測出的第二量測訊號之間的電位差，但不以此為限。此外，本揭露在此不加以限制第一電極與第二電極所需貼附於受測者身上的部位，舉例來說，第一電極與第二電極可以分別為貼附於受測者右臂與左臂的RA電極與LA電極，或是分別為貼附於受測者右腿與左腿的RL電極與LL電極，亦或是分別為貼附於受測者靠近心臟胸腔兩側的兩個電極。一般來說，第一電極與第二電極貼附於受測者身上的第一指定位置與第二指定位置必須是要對稱。

為了更清楚說明偵測模組10所偵測到的心電訊號，請參照第2A圖，第2A圖係為根據本揭露一實施例之心電訊號的波形示意圖。如第2A圖所示，心電訊號之波形的X軸代表受測者量測其心跳時的時間長度，心電訊號之波形的Y軸代表心電訊號的電壓變化。

請繼續參照第1圖，前端處理模組12用以依據一個預設的取樣頻率(sampling frequency)對上述的心電訊號進行數位處理，並據以產生第一數位訊號。於實務上，前端處理模組12係為由類比前端電路(analog front end circuit，AFE)、類比數位轉換器(analog to digital converter，ADC)以及數位濾波器(digital filter)所組成，使得前端處理模組12可以對類比的心電訊號提供 訊號放大、濾波處理(即去雜訊處理)以及取樣量化，並據以產生屬於離散時間訊號(discrete time signal)的第一數位訊號。

儲存模組14用以儲存至少一組樣本訊號，此樣本訊號可以為至少包含QRS波的心電訊號或是經過斜率運算(即微分運算)的心電訊號，本揭露在此不加以限制。此外，樣本訊號除了可以是內建於儲存模組14的預設心電訊號之外，樣本訊號亦可是由受測者自行預先量測其心跳狀況，而儲存於儲存模組14的心電訊號，亦即本揭露之儲存模組14所儲存的樣本訊號可供受測者自由擴充與修改。於實際的操作中，若儲存模組14儲存有多組樣本訊號時，則在受測者量測其心跳狀況時，心電圖量測裝置1會提供受測者一種操作介面(例如觸控式螢幕、按鈕或旋鈕)，以供受測者選擇所欲使用的樣本訊號。

於實務上，儲存模組14可以為一種可以為一種可程式化唯讀記憶體(programmable read-only memory，PROM)、可擦可程式化唯讀記憶體(erasable programmable read-only memory，EPROM)、可電擦可程式化唯讀記憶體(electrically erasable programmable read-only memory，EEPROM)、快閃記憶體(flash memory)等非揮發性記憶體(non-volatile memory)，且儲存模組14可以為內建之記憶體或是外接之記憶卡。

為了更清楚說明儲存模組14所儲存的樣本訊號，請參照第2B圖，第2B圖係為根據本揭露一實施例之樣本訊號的波形示意圖。須先一提的是，雖然本揭露在此不加以限制樣本訊號 需要有幾個心跳週期，但為了方便說明心電圖量測裝置1的作動方式，本揭露實施例僅以樣本訊號係為一個心跳週期的心電訊號為例進行說明。如第2B圖所示，此樣本訊號係為一個心跳週期的心電訊號，換句話說，第2B圖的樣本訊號之波形係由一個P波、一個Q波、一個R波、一個S波以及一個T波所組成。此樣本訊號之波形的X軸代表一個心跳週期的時間長度，而樣本訊號之波形的Y軸代表一個心跳週期的心電訊號的電壓變化。

請繼續參照第1圖，處理模組16中的數位處理單元160用以依據上述的預設的取樣頻率對儲存模組14所輸出的樣本訊號進行數位處理，以產生第二數位訊號。換句話說，數位處理單元160對樣本訊號進行數位處理所使用的取樣頻率必須等於前端處理模組12對心電訊號進行數位處理所使用的取樣頻率。此外，假如心電訊號在前端處理模組12中有經過濾波處理以及微分運算時，則樣本訊號在數位處理單元160中必定有經過濾波處理以及微分運算。同樣地，假如心電訊號在前端處理模組12中僅經過濾波處理而未經過微分運算時，則樣本訊號在數位處理單元160中亦只會經過濾波處理而不會經過微分運算。

值得注意的是，本揭露在此不加以限制前端處理模組12與數位處理單元160於數位處理時所使用的取樣頻率，換句話說，受測者可自行地設定前端處理模組12與數位處理單元160進行升頻取樣或降頻取樣。於實務上，本揭露實施例之心電訊號與樣本訊號在數位處理的過程中，可以透過快速傅立葉(Fourier Transform，FFT)、短時距傅立葉轉換(Short Time Fourier Transform，STFT)或希爾伯特-黃轉換(Hilbert-Huang Transform，HHT)等運算方法轉換成第一數位訊號與第二數位訊號，本揭露在此不加以限制。

處理模組16中的相關性計算單元162在接收到第一數位訊號與第二數位訊號時，會計算第一數位訊號與第二數位訊號之間的相關性，以計算出複數個相關係數(correlation coefficient)。更詳細來說，相關性計算單元162用以依據所接收到的第一數位訊號與第二數位訊號，計算兩個變數(亦即心電訊號以及樣本訊號)之間的相互關係，其計算方式如下列方程式所示： 其中，x_n係為第一數位訊號的數學方程式(亦即心電訊號經數位處理後的離散方程式)，y_n係為第二數位訊號的數學方程式(亦即樣本訊號經數位處理後的離散方程式)，n係為第二數位訊號的時間長度，r係為x_n與y_n之間的相關係數。當x_n與y_n的相似度越高時，則r越趨近1；當x_n與y_n的相似度越低時，則r越趨近-1，且-1≦r≦1。

請一併參照第2A圖、第2B圖與第2C圖，第2C圖係為根據本揭露一實施例之第一數位訊號與第二數位訊號之間的相關係數的波形示意圖。須先一提的是，第2C圖所繪示的由所 述多個相關係數組成之波形，係為第一電極與第二電極正確地貼附於受測者身上的指定位置時的波形，因此第2A圖的心電訊號與第2B圖的樣本訊號係為相同相位之波形。如第2C圖所示，在實際的操作中，所述多個相關係數係由第二數位訊號比對不同時間下的第一數位訊號而計算出，舉例來說，第一個相關係數係由第二數位訊號比對第一時間下的第一數位訊號所獲得，接著，第二數位訊號會向右平移至第二時間下的第一數位訊號進行比對，並據以獲得第二個相關係數，再來，第二數位訊號會向右平移至第三時間下的第一數位訊號進行比對，並據以獲得第三個相關係數，依此類推而可計算出所述多個相關係數，並形成一種相關係數之變化的波形。換句話說，本揭露實施例之所述多個相關係數之計算方式係採用視窗大小(Windows size)為1的移動法予以實現，然而，而所屬技術領域具有通常知識者可以知道的是，所述多個相關係數亦可採用摺積(convolution，亦稱卷積)所予以實現，本揭露在此不加以限制。

此外，在相關性計算單元162計算第一數位訊號與第二數位訊號之間的相關性的過程中，上述這些相關係數的個數會隨著第二數位訊號的每次進行平移的位移量的大小而變化，換句話說，上述這些相關係數的個數不一定會等於第一數位訊號的長度。舉例來說，第二數位訊號的每次進行平移的位移量可以為1,2或3,...，且當位移量越小時表示監測解析度會越高，反之，當位移量越大時表示監測解析度會越低。

請一併參照第1圖與第2C圖，處理模組16中的波形比對單元164會判斷由相關性計算單元162所計算出來的所述多個相關係數是否大於第一門檻值TH1或小於第二門檻值TH2，據以判斷出第一電極與第二電極是否正確地貼附於受測者身上的指定位置。更詳細來說，在波形比對單元164判斷這些相關係數是否大於第一門檻值TH1或小於第二門檻值TH2的過程中，若波形比對單元164先判斷出某一個相關係數大於第一門檻值TH1時(如第2C圖所示)，則波形比對單元164會判斷出第一電極與第二電極貼附於受測者身上的指定位置為正確，且心電訊號的波形為正確相位之心電圖波形。一般來說，第一門檻值TH1係為正門檻值，而第二門檻值TH2係為負門檻值。於本揭露實施例中，第一門檻值TH1係被設計為0.6，而第二門檻值TH2係被設計為-0.6。然而，本揭露在此不加以限制第一門檻值TH1與第二門檻值TH2必須為兩相對正負值，舉例來說，第一門檻值TH1可被設計為0.6，而第二門檻值TH2可被設計為-0.7，於所屬技術領域具有通常知識者可以依據實際的情況而逕行設計出合理的第一門檻值TH1與第二門檻值TH2。

換句話說，當心電圖量測裝置1的第一電極與第二電極被設計成須分別貼附於受測者身上的第一指定位置(例如左手)與第二指定位置(例如右手)時，若受測者正確地將第一電極與第二電極分別貼附於其第一指定位置與第二指定位置，則相關性計算單元162所計算出來的有關於心電訊號與樣本訊號的由所述 多個相關係數所組成之波形，會先大於第一門檻值TH1再小於第二門檻值TH2。

請一併參照第2A圖、第2D圖與第2E圖，第2D圖係為根據本揭露另一實施例之樣本訊號的波形示意圖；第2E圖係為根據本揭露另一實施例之第一數位訊號與第二數位訊號之間的相關係數的波形示意圖。須先一提的是，第2D圖所繪示的由所述多個相關係數組成之波形，係為第一電極與第二電極未正確地貼附於受測者身上的指定位置時的波形，因此第2A圖的心電訊號與第2D圖的樣本訊號係為相反相位之波形。更詳細來說，在波形比對單元164判斷這些相關係數是否大於第一門檻值TH1或小於第二門檻值TH2的過程中，若波形比對單元164先判斷出某一個相關係數小於第二門檻值TH2時(如第2E圖所示)，則波形比對單元164會判斷出第一電極與第二電極貼附於受測者身上的指定位置為相反，且心電訊號的波形為相反相位之心電圖波形。

換句話說，當心電圖量測裝置1的第一電極與第二電極被設計成須分別貼附於受測者身上的第一指定位置(例如左手)與第二指定位置(例如右手)時，若受測者係將第一電極與第二電極分別貼附於其第二指定位置與第一指定位置，則相關性計算單元162所計算出來的有關於心電訊號與樣本訊號的由所述多個相關係數所組成之波形，會先小於第二門檻值TH2再大於第一門檻值TH1。

請繼續參照第1圖，當波形比對單元164依據所述多個相關係數所組成之波形是先小於第二門檻值TH2再大於第一門檻值TH1，而判斷出第一電極與第二電極貼附於受測者身上的指定位置為相反時，處理模組16中的校正單元166會自動地將心電圖量測裝置1輸出至輸出模組18的心電訊號的波形校正為正確相位之心電圖波形。相反地，當波形比對單元164依據所述多個相關係數所組成之波形是先大於第一門檻值TH1再小於第二門檻值TH2，而判斷出第一電極與第二電極貼附於受測者身上的指定位置為正確時，處理模組16中的校正單元166會自動地將原本的心電訊號輸出至輸出模組18。

輸出模組18用以依據校正單元166所輸出的心電訊號，而選擇性地將此心電訊號顯示於螢幕、列印為紙本或是上傳雲端，本揭露在此不加以限制。於實務上，輸出模組18可以為一種顯示螢幕、列印機、伺服器、智慧型手機、平板電腦、電腦等電子裝置，但不以此為限。

於本揭露實施例中，前端處理模組12更可以依據處理模組16所輸出的控制訊號而選擇性地提供正相位的第一數位訊號或反相位的第一數位訊號給相關性計算單元162進行相關性運算，以確保心電圖量測裝置1所輸出的心電訊號的相位準確性。

除此之外，在相關性計算單元162計算第一數位訊號與第二數位訊號之間的相關性之前，相關性計算單元162更可以透過波峰偵測演算法(亦稱R波偵測演算法)判斷出第一數位訊 號中的特定波峰(例如R波)，並於計算第一數位訊號與第二數位訊號之間的相關性時，僅計算有特定波峰的第一數位訊號與第二數位訊號之間的相關係數，亦即當波峰偵測演算法偵測到第一數位訊號有R波時，相關性計算單元162才去計算相關性，若波峰偵測演算法沒有偵測到第一數位訊號有R波時，相關性計算單元162就不用去計算相關性。藉此，減少相關性計算單元162進行相關性計算時的次數，以降低計算量，進而降低電源消耗。

另外，在相關性計算單元162計算出所述多個相關係數的過程中，相關性計算單元162更可以依據所計算出的多個相關係數中的相對最大值與相對最小值，判斷上述相對最大值與上述相對最小值之間的時間長度差是否大於一個預設時間長度，以確定上述相對最大值與上述相對最小值的時間長度差對應於心電圖的位置係為QRS波，藉此可以更加提升R波判斷時的準確度。一般來說，QRS波的寬度約為80~120毫秒，因此上述的預設時間長度約為100毫秒。時間長度設計本揭露在此不加以限制。

〔心電圖量測裝置控制方法之一實施例〕

請一併參照第1圖與第3A圖，第3A圖係為根據本揭露一實施例之心電圖量測裝置控制方法的步驟流程圖。如第3A圖所示，此心電圖量測裝置控制方法適用於第1圖中的具有第一電極與第二電極的心電圖量測裝置1。以下將說明心電圖量測裝置控制方法的各步驟流程。

在步驟S30中，心電圖量測裝置1係透過貼附於受 測者身上的第一電極與第二電極偵測受測者的心跳，並據以產生心電訊號。在步驟S32中，心電圖量測裝置1會依據取樣頻率對心電訊號進行數位處理，並據以產生第一數位訊號。在步驟S34中，心電圖量測裝置1會依據取樣頻率對儲存於心電圖量測裝置1中的樣本訊號進行數位處理，以產生第二數位訊號。在步驟S36中，心電圖量測裝置1會計算第一數位訊號與第二數位訊號之間的相關性，以計算出複數個相關係數。在步驟S38中，心電圖量測裝置1會判斷這些相關係數是否大於第一門檻值TH1或小於第二門檻值TH2，據以判斷出第一電極與第二電極是否正確地貼附於受測者身上的指定位置。

請參照第3B圖，第3B圖係為根據第3A圖之步驟S38的細部步驟流程示意圖。如第3B圖所示，在步驟S380中，心電圖量測裝置1會判斷這些相關係數是否大於第一門檻值TH1或小於第二門檻值TH2。若心電圖量測裝置1判斷出某一個相關係數已大於第一門檻值TH1或小於第二門檻值TH2時，則執行步驟S382或步驟S384；若心電圖量測裝置1仍未判斷出有相關係數大於第一門檻值TH1或小於第二門檻值TH2時，則繼續重新執行步驟S380，直至心電圖量測裝置1判斷出某一個相關係數大於第一門檻值或小於第二門檻值為止。

承接上述，當心電圖量測裝置1先判斷出某一個相關係數大於第一門檻值TH1時，則執行步驟S382，此時，心電圖量測裝置1會判斷出第一電極與第二電極貼附於受測者身上的 指定位置為正確，且心電訊號的波形為正確相位之心電圖波形。另一方面，當心電圖量測裝置1先判斷出某一個相關係數小於第二門檻值TH2時，則執行步驟S384，此時，心電圖量測裝置1會判斷出第一電極與第二電極貼附於受測者身上的指定位置為相反，且心電訊號的波形為相反相位之心電圖波形，並執行步驟S386。在步驟S386中，心電圖量測裝置1會自動地將其所輸出的心電訊號的波形校正為正確相位之心電圖波形。

於本揭露實施例中，心電圖量測裝置控制方法更可以依據控制訊號而選擇性地提供正相位的第一數位訊號或反相位的第一數位訊號來與第二數位訊號進行相關性運算。此外，在計算第一數位訊號與第二數位訊號之間的相關性的步驟(即步驟S36)之前，更包括透過波峰偵測演算法判斷出第一數位訊號中的特定波峰，並於計算第一數位訊號與第二數位訊號之間的相關性時，僅計算有特定波峰的第一數位訊號與第二數位訊號之間的相關係數。另外，在計算出所述多個相關係數的步驟(即步驟S36)中，更包括依據所計算出的所述多個相關係數中的相對最大值與相對最小值，判斷相對最大值與相對最小值之間的時間長度差是否大於預設時間長度，以確定相對最大值或相對最小值的時間長度差對應於心電圖的位置係為QRS波。

〔心電圖量測裝置之另一實施例〕

請參照第4圖，第4圖係為根據本揭露另一實施例之心電圖量測裝置的功能方塊圖。須先一提的是，第4圖的心電 圖量測裝置2係為一種僅具有三電極的單導程心電圖量測裝置。如第4圖所示，心電圖量測裝置2主要包括偵測模組20、多工器21、前端處理模組22、儲存模組24、處理模組26以及輸出模組28，其中處理模組26更包括數位處理單元260、相關性計算單元262、波形比對單元264以及順序控制單元266。偵測模組20的輸出端電性連接多工器21的輸入端，多工器21的輸出端電性連接前端處理模組22的輸入端，前端處理模組22的輸出端電性連接相關性計算單元262的第一輸入端，儲存模組24電性連接數位處理單元260的輸入端，數位處理單元260的輸出端電性連接相關性計算單元262的第二輸入端，相關性計算單元262的輸出端電性連接波形比對單元264的輸入端，波形比對單元264的輸出端電性連接順序控制單元266的輸入端，順序控制單元266的第一輸出端電性連接輸出模組28，順序控制單元266的第二輸出端電性連接多工器21的控制端。由於本實施例之心電圖量測裝置2中的大部份的功能模組與前一實施例之心電圖量測裝置1相同，故本實施例在此不再加以贅述相同功能模組之作動方式。

與前一實施例之心電圖量測裝置1不同的是，本揭露實施例之偵測模組20具有第一電極、第二電極與第三電極，此偵測模組20用以透過貼附於受測者身上的第一電極、第二電極與第三電極偵測受測者的心跳，並據以產生心電訊號。更詳細來說，當第一電極、第二電極與第三電極分別貼附於受測者身上的第一指定位置、第二指定位置與第三指定位置時，第一電極與第二電 極會分別對第一指定位置與第二指定位置導入電流，並透過貼附於第三指定位置上的第三電極接收所回授的電流，再透過偵測模組10將所量測到的訊號轉換為一種心電訊號。一般來說，第一電極與第二電極可以分別是貼附於受測者右臂與左臂的RA電極與LA電極，而第三電極則是貼附於受測者右腿或左腿的DRL電極或DLL電極，但不以上述為限。

多工器21用以依據順序控制單元266所輸出的控制訊號而選擇性地切換第一電極、第二電極與第三電極對應於受測者身上之指定位置的順序，並輸出對應的心電訊號至前端處理模組22，以進行後續的相關係數之計算。

順序控制單元266用以依據波形比對單元264所判斷出的第一電極、第二電極與第三電極是否正確地貼附於受測者身上的指定位置的判斷結果，而選擇性地由第一輸出端輸出正確相位的心電訊號至輸出模組28，或由第二輸出端輸出控制訊號至多工器21的控制端，以控制多工器21進行切換三個電極順序的動作。

由於本揭露實施例之心電圖量測裝置2係為一種具有三電極的心電圖量測裝置，在第一電極、第二電極與第三電極皆屬於各自獨立的電極貼片(亦即每一個電極貼片僅設置有一個電極)的情況下，此三個電極貼片在貼附於第一指定位置、第二指定位置與第三指定位置時則會有六種情況，而僅有第一電極、第二電極與第三電極分別貼附於第一指定位置、第二指定位置與第 三指定位置的情況才可量測出正確的心電圖波形。

在實際的操作中，當心電圖量測裝置2中的偵測模組20的第一電極、第二電極與第三電極分別貼附於第一指定位置、第二指定位置與第三指定位置時，波形比對單元264在判斷由相關性計算單元262所計算出的所述多個相關係數是否大於第一門檻值TH1或小於第二門檻值TH2的過程中，會先判斷出某一個相關係數大於第一門檻值TH1，而據以判斷出第一電極、第二電極與第三電極貼附於受測者身上的波形為正確相位之心電圖波形。此時，順序控制單元266會由第一輸出端輸出正確相位的心電訊號至輸出模組28。

另一方面，當心電圖量測裝置2中的偵測模組20的第一電極、第二電極與第三電極中的至少兩個電極未貼附於此電極所對應的指定位置時，則波形比對單元264在判斷由相關性計算單元262所計算出的所述多個相關係數是否大於第一門檻值TH1或小於第二門檻值TH2的過程中，會先判斷出某一個相關係數小於第二門檻值TH1，而據以判斷出第一電極、第二電極與第三電極貼附於受測者身上的指定位置為錯誤，使得心電訊號的波形非為正確相位之心電圖波形。此時，順序控制單元266會由第二輸出端輸出控制訊號至多工器21的控制端，以使多工器21進行電極順序的切換，並繼續後續的相關係數之計算以及相關係數之波形比對的動作，直至波形比對單元264判斷出相關係數的波形會先大於第一門檻值TH1再小於第二門檻值TH2為止。

除此之外，本實施例之心電圖量測裝置2的相關性計算單元262在計算第一數位訊號與第二數位訊號之間的相關性之前，相關性計算單元262更可以透過波峰偵測演算法判斷出第一數位訊號中的特定波峰，並於計算第一數位訊號與第二數位訊號之間的相關性時，僅計算有特定波峰的第一數位訊號與第二數位訊號之間的相關係數，藉此減少相關性計算單元262進行相關性計算時的次數，以降低功耗。以及，在相關性計算單元262計算出所述多個相關係數的過程中，相關性計算單元262更可以依據所計算出的多個相關係數中的相對最大值與相對最小值，判斷上述相對最大值與上述相對最小值之間的時間長度差是否大於一個預設時間長度，以確定上述相對最大值與上述相對最小值的時間長度差對應於心電圖的位置係為QRS波，藉此可以更加提升R波判斷時的準確度。

〔心電圖量測裝置控制方法之另一實施例〕

請一併參照第4圖與第5A圖，第5A圖係為根據本揭露另一實施例之心電圖量測裝置控制方法的步驟流程圖。如第5A圖所示，此心電圖量測裝置控制方法適用於第4圖中的具有第一電極、第二電極與第三電極的心電圖量測裝置2。以下將說明心電圖量測裝置控制方法的各步驟流程。

在步驟S50中，心電圖量測裝置2透過貼附於受測者身上的第一電極、第二電極與第三電極偵測受測者的心跳，並據以產生心電訊號。在步驟S52中，心電圖量測裝置2會依據取 樣頻率對心電訊號進行數位處理，並據以產生第一數位訊號。在步驟S54中，心電圖量測裝置2會依據取樣頻率對儲存於心電圖量測裝置2中的樣本訊號進行數位處理，以產生第二數位訊號。在步驟S56中，心電圖量測裝置2會計算第一數位訊號與第二數位訊號之間的相關性，以計算出複數個相關係數。在步驟S58中，心電圖量測裝置2會判斷這些相關係數是否大於第一門檻值TH1或小於第二門檻值TH2，據以判斷出第一電極、第二電極與第三電極是否正確地貼附於受測者身上的指定位置。

請參照第5B圖，第5B圖係為根據第5A圖之步驟S58的細部步驟流程示意圖。如第5B圖所示，在步驟S580中，心電圖量測裝置2會判斷這些相關係數是否大於第一門檻值TH1或小於第二門檻值TH2。若心電圖量測裝置2判斷出某一個相關係數大於第一門檻值TH1或小於第二門檻值TH2，則執行步驟S582或步驟S584；若心電圖量測裝置2仍未判斷出有相關係數大於第一門檻值TH1或小於第二門檻值TH2，則繼續重新執行步驟S580，直至心電圖量測裝置2判斷出某一個相關係數大於第一門檻值或小於第二門檻值為止。

承接上述，當心電圖量測裝置2先判斷出某一個相關係數大於第一門檻值TH1時，則執行步驟S582，此時，心電圖量測裝置2會判斷出第一電極、第二電極與第三電極貼附於受測者身上的心電訊號的波形為正確相位之心電圖波形，並記錄此三個電極切換的順序與正分數。另一方面，當心電圖量測裝置2 先判斷出某一個相關係數小於第二門檻值TH2時，則執行步驟S584，此時，心電圖量測裝置2會判斷出第一電極、第二電極與第三電極貼附於受測者身上的指定位置為錯誤，並執行步驟S586。在步驟S586中，心電圖量測裝置2中的多工器21會依據順序控制單元266所輸出的控制訊號而選擇性地切換第一電極、第二電極與第三電極對應於受測者身上之指定位置的順序，並產生對應的心電訊號，並重新執行步驟S52，直至心電圖量測裝置2先判斷出某一個相關係數大於第一門檻值TH1(即步驟S582)為止。最後，在步驟S588中，當所有電極順序切換完成後，比較所有電極順序的正分數，並以最大的正分數來決定最後的電極切換順序。

於本揭露實施例中，心電圖量測裝置控制方法在計算第一數位訊號與第二數位訊號之間的相關性的步驟(即步驟S56)之前，更包括透過波峰偵測演算法判斷出第一數位訊號中的特定波峰，並於計算第一數位訊號與第二數位訊號之間的相關性時，僅計算有特定波峰的第一數位訊號與第二數位訊號之間的相關係數。另外，在計算出所述多個相關係數的步驟(即步驟S56)中，更包括依據所計算出的所述多個相關係數中的相對最大值與相對最小值，判斷相對最大值與相對最小值之間的時間長度差是否大於預設時間長度，以確定相對最大值或相對最小值的時間長度差對應於心電圖的位置係為QRS波。

〔實施例的可能功效〕

綜合以上所述，本揭露實施例提供一種心電圖量測裝置及其控制方法，此心電圖量測裝置及其控制方法透過對所偵測到的心電訊號與儲存於心電圖量測裝置中的樣本訊號進行數位處理後，再對經過數位處理後的心電訊號以及樣本訊號計算兩者之間的相關性，再依據所計算出的多個相關係數與兩個門檻值進行比較，據以判斷出心電圖量測裝置的電極是否有正確地貼附於受測者身上的指定位置。當心電圖量測裝置先判斷出某一個相關係數大於一個預設的正門檻值時，則代表心電圖量測裝置的多個電極皆正確地貼附於受測者身上的指定位置上，使得心電圖量測裝置所量測到的心電訊號係為正確相位的心電圖波形。但當心電圖量測裝置先判斷出某一個相關係數小於一個預設的負門檻值時，則代表心電圖量測裝置的多個電極尚未正確地貼附於受測者身上的指定位置上，使得心電圖量測裝置所量測到的心電訊號係為錯誤的心電圖波形。

此外，當心電圖量測裝置判斷出所量測到的心電訊號係為錯誤的心電圖波形時，心電圖量測裝置會自動地進行多個電極之順序的切換，並將對應偵測到的心電訊號重新進行上述的相關性運算與相關係數大小判斷的驗證程序，直至心電圖量測裝置判斷出所量測到的心電訊號係為正確相位的心電圖波形為止。藉此，本揭露實施例之心電圖量測裝置及其控制方法可自動地將相位錯誤的心電訊號校正為正確相位的心電訊號，有效解決因受測者將多個電極的順序貼錯而產生的錯誤的心電訊號，使得受測 者於使用本揭露之心電圖量測裝置時更加地簡單與方便，不需要再去特別注意多個電極貼附於受測者身上的指定位置與順序，增加了受測者之心跳判斷的準確度。

雖然本揭露以上述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露。在不脫離本揭露之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本揭露之專利保護範圍。關於本揭露所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

1‧‧‧心電圖量測裝置

10‧‧‧偵測模組

12‧‧‧前端處理模組

14‧‧‧儲存模組

16‧‧‧處理模組

160‧‧‧數位處理單元

162‧‧‧相關性計算單元

164‧‧‧波形比對單元

166‧‧‧校正單元

18‧‧‧輸出模組

Claims (15)

1. 一種心電圖量測裝置控制方法，適用於具有一第一電極與一第二電極的一心電圖量測裝置，該心電圖量測裝置控制方法包括：透過該第一電極與該第二電極偵測受測者的心跳，並據以產生一心電訊號；依據一取樣頻率對該心電訊號進行數位處理，並據以產生一第一數位訊號；依據該取樣頻率對儲存於該心電圖量測裝置中的一樣本訊號進行數位處理，以產生一第二數位訊號，其中該樣本訊號係為至少包含QRS波的心電訊號；計算該第一數位訊號與該第二數位訊號之間的相關性，以計算出複數個相關係數；以及判斷該些相關係數是否大於一第一門檻值或小於一第二門檻值，據以判斷出該第一電極與該第二電極是否正確地貼附於受測者身上的指定位置；其中於判斷該些相關係數是否大於該第一門檻值或小於該第二門檻值的步驟中，係先判斷出某一該相關係數大於該第一門檻值時，則判斷該第一電極與該第二電極貼附於受測者身上的指定位置為正確，且該心電訊號的波形為正確相位之心電圖波形； 其中於判斷該些相關係數是否大於該第一門檻值或小於該第二門檻值的步驟中，係先判斷出某一該相關係數小於該第二門檻值時，則判斷該第一電極與該第二電極貼附於受測者身上的指定位置為相反，且該心電訊號的波形為相反相位之心電圖波形。
2. 如請求項1所述之心電圖量測裝置控制方法，其中於判斷出該第一電極與該第二電極貼附於受測者身上的指定位置為相反時，更包括將該心電訊號的波形校正為正確相位之心電圖波形。
3. 如請求項1所述之心電圖量測裝置控制方法，其中更包括依據一控制訊號而選擇性地提供正相位的該第一數位訊號或反相位的該第一數位訊號以與該第二數位訊號進行相關性運算。
4. 如請求項1所述之心電圖量測裝置控制方法，其中於計算該第一數位訊號與該第二數位訊號之間的相關性的步驟之前，更包括透過波峰偵測演算法判斷出該第一數位訊號中的一特定波峰，並於計算該第一數位訊號與該第二數位訊號之間的相關性時，計算有該特定波峰的該第一數位訊號與該第二數位訊號之間的該些相關係數。
5. 如請求項1所述之心電圖量測裝置控制方法，其中於計算出該些相關係數的步驟中，更包括依據所計算出的該些相關係數中的一相對最大值與一相對最小值，判斷該相對最大值與該相對最小值之間的時間長度差是否大於一預設時間長度，以確定該 相對最大值或該相對最小值的時間長度差對應於心電圖的位置係為QRS波。
6. 一種心電圖量測裝置，包括：一偵測模組，具有一第一電極、一第二電極與一第三電極，用以偵測受測者的心跳，並據以產生一心電訊號；一前端處理模組，電性連接該偵測模組，用以依據一取樣頻率對該心電訊號進行數位處理，並據以產生一第一數位訊號；一儲存模組，用以儲存一樣本訊號，該樣本訊號係為至少包含QRS波的心電訊號；以及一處理模組，電性連接該前端處理模組與該儲存模組，用以依據該取樣頻率對該樣本訊號進行數位處理，以產生一第二數位訊號，並計算該第一數位訊號與該第二數位訊號之間的相關性，以計算出複數個相關係數，以及判斷該些相關係數是否大於一第一門檻值或小於一第二門檻值，據以判斷出該第一電極、該第二電極與該第三電極是否正確地貼附於受測者身上的指定位置；其中於該處理模組係先判斷出某一該相關係數大於該第一門檻值時，該處理模組判斷該第一電極、該第二電極與該第三電極貼附於受測者身上的心電訊號的波形為正確相位之心電圖波形； 其中於該處理模組係先判斷出某一該相關係數大於該第一門檻值時，該處理模組更記錄對應於該相關係數的該第一電極、該第二電極與該第三電極切換的順序與正分數，並且當所有該些電極順序切換完成後，比較所有該些電極順序的正分數，並以最大的正分數來決定最後的電極切換順序。
7. 如請求項6所述之心電圖量測裝置，其中於該處理模組係先判斷出某一該相關係數小於該第二門檻值時，該處理模組判斷該第一電極、該第二電極與該第三電極貼附於受測者身上的指定位置為錯誤。
8. 如請求項6所述之心電圖量測裝置，其中該心電圖量測裝置更包括一多工器，該多工器電性連接於該偵測模組與該前端處理模組之間，該多工器用以依據該處理模組所輸出的一控制訊號而選擇性地切換該第一電極、該第二電極與該第三電極對應於受測者身上之指定位置的順序，並輸出對應的該心電訊號至該前端處理模組。
9. 如請求項6所述之心電圖量測裝置，其中於該處理模組更透過波峰偵測演算法判斷出該第一數位訊號中的一特定波峰，並於計算該第一數位訊號與該第二數位訊號之間的相關性時，計算有該特定波峰的該第一數位訊號與該第二數位訊號之間的該些相關係數。
10. 如請求項6所述之心電圖量測裝置，其中該處理模組更依據所計算出的該些相關係數中的一相對最大值與一相對最小值，判 斷該相對最大值與該相對最小值之間的時間長度差是否大於一預設時間長度，以確定該相對最大值或該相對最小值的時間長度差對應於心電圖的位置係為QRS波。
11. 一種心電圖量測裝置控制方法，適用於具有一第一電極、一第二電極與一第三電極的一心電圖量測裝置，該心電圖量測裝置控制方法包括：(A)透過該第一電極、該第二電極與該第三電極偵測受測者的心跳，並據以產生一心電訊號；(B)依據一取樣頻率對該心電訊號進行數位處理，並據以產生一第一數位訊號；(C)依據該取樣頻率對儲存於該心電圖量測裝置中的一樣本訊號進行數位處理，以產生一第二數位訊號，其中該樣本訊號係為至少包含QRS波的心電訊號；(D)計算該第一數位訊號與該第二數位訊號之間的相關性，以計算出複數個相關係數；以及(E)判斷該些相關係數是否大於一第一門檻值或小於一第二門檻值，據以判斷出該第一電極、該第二電極與該第三電極是否正確地貼附於受測者身上的指定位置；其中於步驟(E)中，係先判斷出某一該相關係數大於該第一門檻值時，則判斷該第一電極、該第二電極與該第三電極貼附於受測者身上的心電訊號的波形為正確相位之心電圖波形； 其中於步驟(E)中更包括：記錄對應於該相關係數的該第一電極、該第二電極與該第三電極切換的順序與正分數；以及當所有該些電極順序切換完成後，比較所有該些電極順序的正分數，並以最大的正分數來決定最後的電極切換順序。
12. 如請求項11所述之心電圖量測裝置控制方法，其中於步驟(E)中，係先判斷出某一該相關係數小於該第二門檻值時，則判斷該第一電極、該第二電極與該第三電極貼附於受測者身上的指定位置為錯誤。
13. 如請求項11所述之心電圖量測裝置控制方法，其中於步驟(E)中，若係先判斷出某一該相關係數小於該第二門檻值時，該心電圖量測裝置控制方法更包括：(F)依據一控制訊號而選擇性地切換該第一電極、該第二電極與該第三電極對應於受測者身上之指定位置的順序，並產生對應的該心電訊號；以及(G)重複執行步驟(B)、步驟(C)、步驟(D)、步驟(E)與步驟(F)，直至步驟(E)係先判斷出某一該相關係數大於該第一門檻值。
14. 如請求項11所述之心電圖量測裝置控制方法，其中於步驟(D)之前，更包括透過波峰偵測演算法判斷出該第一數位訊號中的一特定波峰，並於步驟(D)時，僅計算有該特定波峰的該第一數位訊號與該第二數位訊號之間的該些相關係數。
15. 如請求項11所述之心電圖量測裝置控制方法，其中於步驟(D)中，更包括依據所計算出的該些相關係數中的一相對最大值與一相對最小值，判斷該相對最大值與該相對最小值之間的時間長度差是否大於一預設時間長度，以確定該相對最大值或該相對最小值的時間長度差對應於心電圖的位置係為QRS波。