TWI554247B - 生物訊號測量系統及方法 - Google Patents

Description

生物訊號測量系統及方法

本發明涉及一種生物訊號測量系統，尤其涉及一種可提高生物訊號測量準確度的生物訊號測量系統及方法。

按，傳統的用於檢測心率變異性的生物訊號測量裝置，如耳機及腕帶，其包括一主體、一發光源、一光感測器或一生物阻抗感測器。由發光源把光線射入受驗者的皮膚後反射，再由光感測器感應反射光於一段時間內的變化以獲得光體積變化訊號(Photoplethysmography，PPG)，從而藉此訊號檢測到心率的變異性。

然而，對於基於光感測器的生物訊號測量裝置而言，製造材料具有對人體皮膚透射率的影響，比如主體材料容易吸收光等影響，此外，由於環境光及紫外線的影響，容易導致感測訊號受到干擾，因此，環境光的干擾會影響光感測器獲得PPG訊號從而最終影響檢測心率變異的準確性。而且，對於基於生物阻抗感測器的生物訊號測量裝置而言，生物阻抗感測器的生物電訊號極其微弱，極為容易受到環境光及紫外線的干擾。

因此，為克服上述問題，亟待開發一種可提高生物訊號測量準確度的生物訊號測量系統。

本發明之目的係針對上述習知不足而提供一種生物訊號測量系統及方法，可提高生物訊號測量的準確性。

為了實現上述目的，本發明提供一種生物訊號測量系統，包括激勵訊號源、生物訊號感測器、環境感測器、類比前端感測器及處理器模組。激勵訊號源由處理器模組控制產生照射訊號向受測者皮膚照射；生物訊號感測器接收由受測者皮膚反射的照射訊號並轉換成複數類比合成訊號；環境感測器接收生物訊號測量系統所在的外在環境的光訊號並轉換成複數環境數位指標；類比前端感測器接收生物訊號感測器的類比合成訊號並將感測到的類比合成訊號及環境數位指標放大且轉換成生物數位訊號；處理器模組電性連接於激勵訊號源、環境感測器、生物訊號感測器及類比前端感測器，根據環境數位指標計算外在環境的光強度大小並發出調整指令給類比前端感測器調整其採樣頻率，並根據調整採樣頻率後所收集的生物數位訊號進行生物體徵估算及檢測。

為了實現上述目的，本發明提供一種生物訊號測量方法，包括：處理器模組控制激勵訊號源產生照射訊號向受測者皮膚照射；生物訊號感測器接收由受測者皮膚反射的照射訊號並轉換成複數類比合成訊號；環境感測器接收生物訊號測量系統所在的外在環境的光訊號並轉換成複數環境數位指標；類比前端感測器接收類比合成訊號並將類比合成放大且轉換成生物數位訊號，處理器模組根據環境數位指標計算外在環境的光強 度大小並發出調整指令給類比前端感測器調整其採樣頻率；類比前端感測器調整採樣頻率並將類比合成訊號放大且轉換成複數調整採樣頻率後的生物數位訊號，處理器模組根據複數調整採樣頻率後的生物數位訊號進行生物體徵估算及檢測。

綜上所述，本發明生物訊號測量系統，藉由光感測器及生物阻抗感測器分別依照紫外線感測器及環境光感測器感測的紫外線及環境光的改變，進而調整類比前端感測器對光感測器及生物阻抗感測器感測到的類比合成訊號的採樣頻率，當紫外線或環境光強烈時，採樣頻率隨之增強；當紫外線或環境光減弱時，採樣頻率隨之減弱，以平衡生物訊號測量值受到的外在環境的影響，確保生物訊號測量的準確度。

100‧‧‧生物訊號測量系統

10‧‧‧激勵訊號源

20‧‧‧生物訊號感測器

21‧‧‧光感測器

22‧‧‧生物阻抗感測器

30‧‧‧環境感測器

31‧‧‧紫外線感測器

32‧‧‧環境光感測器

40‧‧‧類比前端感測器

50‧‧‧處理器模組

第一圖係本發明生物訊號測量系統之電路方塊圖。

第二圖係本發明生物訊號測量方法之步驟流程圖。

為詳細說明本發明之技術內容、構造特徵、所達成目的及功效，以下茲舉例並配合圖式詳予說明。

請參閱第一圖及第二圖，本發明一種生物訊號測量系統100，包括激勵訊號源10、生物訊號感測器20、環境感測器30、類比前端感測器40及處理器模組50。

所述處理器模組50控制激勵訊號源10產生照射訊號向受測者皮膚發射且分別照射不同區塊，使光源穿透皮膚後由被受測者皮膚向外反射。具體地，激勵訊號源10產生光訊號或產生生物電 脈衝訊號向受測者皮膚照射。

所述生物訊號感測器20接收由受測者皮膚反射的照射訊號並轉換成複數類比合成訊號。具體地，生物訊號感測器20包括光感測器21及生物阻抗感測器22至少一種，光感測器21收集被受測者皮膚反射的光訊號，生物阻抗感測器22收集被受測者皮膚反射的生物電脈衝訊號。

所述環境感測器30接收生物訊號測量系統100所在的外在環境的光訊號並轉換成複數環境數位指標。環境感測器，包括紫外線感測器31及環境光感測器32至少一種，紫外線感測器31收集生物訊號測量系統100所在的外在環境的紫外線，環境光感測器32收集生物訊號測量系統所在的外在環境的環境光。

類比前端感測器40接收生物訊號感測器20的類比合成訊號並將類比合成訊號放大且轉換成生物數位訊號及環境數位訊號。

處理器模組50電性連接於激勵訊號源10、環境感測器30、生物訊號感測器20及類比前端感測器40，根據環境數位指標計算外在環境的光強度大小並發出調整指令給類比前端感測器40調整其採樣頻率，並根據調整採樣頻率後的生物數位訊號進行生物體徵估算及檢測。具體地，處理器模組50根據紫外線感測器31收集的紫外線及環境光感測器32收集的環境光分別計算紫外線指數及環境光索引。當感測生物訊號測量系統所在的外在環境的光強度大時，即當紫外線指數或環境光索引強烈時，類比前端感測器40對光感測器21的採樣頻率為8ms，對生物阻抗感測器22的採樣頻率為5s；當感測生物訊號測量系統所在 的外在環境的光強度小時，即當紫外線指數或環境光索引低落時，類比前端感測器40對光感測器21的採樣頻率為32ms，對生物阻抗感測器22的採樣頻率為10s。

本發明生物訊號測量系統100的生物訊號測量方法，包括：處理器模組50控制激勵訊號源10產生照射訊號向受測者皮膚照射；生物訊號感測器20接收由受測者皮膚反射的照射訊號並轉換成複數類比合成訊號；環境感測器30接收生物訊號測量系統所在的外在環境的光訊號並轉換成複數環境數位指標；類比前端感測器40接收類比合成訊號並將類比合成訊號放大且轉換成生物數位訊號及環境數位訊號，處理器模組50根據環境數位指標計算外在環境的光強度大小並發出調整指令給類比前端感測器40調整其採樣頻率；類比前端感測器40調整採樣頻率並將類比合成訊號放大且轉換成複數調整採樣頻率後的生物數位訊號，處理器模組50根據複數調整採樣頻率後的生物數位訊號進行生物體徵估算及檢測。

綜上所述，本發明生物訊號測量系統100，藉由光感測器21及生物阻抗感測器22分別依照紫外線感測器31及環境光感測器32感測的紫外線及環境光的改變，進而調整類比前端感測器40對光感測器21及生物阻抗感測器22感測到的類比合成訊 號的採樣頻率，當紫外線或環境光強烈時，類比前端感測器40的採樣頻率隨之增強；當紫外線或環境光減弱時，類比前端感測器40的採樣頻率隨之減弱，以平衡生物訊號測量值受到的外在環境的影響，確保生物訊號測量的準確度。

100‧‧‧生物訊號測量系統

10‧‧‧激勵訊號源

20‧‧‧生物訊號感測器

21‧‧‧光感測器

22‧‧‧生物阻抗感測器

30‧‧‧環境感測器

31‧‧‧紫外線感測器

32‧‧‧環境光感測器

40‧‧‧類比前端感測器

50‧‧‧處理器模組

Claims (8)

1. 一種生物訊號測量系統，包括激勵訊號源、生物訊號感測器、環境感測器、類比前端感測器及處理器模組，其中：該激勵訊號源，由處理器模組控制產生照射訊號向受測者皮膚照射；該生物訊號感測器，接收由受測者皮膚反射的照射訊號並轉換成複數類比合成訊號；該環境感測器，接收生物訊號測量系統所在的外在環境的光訊號並轉換成複數環境數位指標；該類比前端感測器，接收該生物訊號感測器的類比合成訊號並將感測到的類比合成訊號及環境數位指標放大且轉換成生物數位訊號；及該處理器模組，電性連接於激勵訊號源、環境感測器、生物訊號感測器及類比前端感測器，根據環境數位指標計算外在環境的光強度大小並發出調整指令給該類比前端感測器調整其採樣頻率，並根據調整採樣頻率後所收集的生物數位訊號進行生物體徵估算及檢測。
2. 如申請專利範圍第1項所述之生物訊號測量系統，其中所述該激勵訊號源產生光訊號向受測者皮膚照射，所述該生物訊號感測器包括光感測器，該光感測器收集被受測者皮膚反射的光訊號。
3. 如申請專利範圍第2項所述之生物訊號測量系統，其中所述當感測生物訊號測量系統所在的外在環境的光強度大時，該類比前端 感測器對該光感測器的採樣頻率為8ms；當感測生物訊號測量系統所在的外在環境的光強度小時，該類比前端感測器對該光感測器的採樣頻率為32ms。
4. 如申請專利範圍第1項所述之生物訊號測量系統，其中所述該激勵訊號源產生生物電脈衝訊號並向受測者皮膚照射，所述該生物訊號感測器包括生物阻抗感測器，該生物阻抗感測器收集被受測者皮膚反射的生物電脈衝訊號。
5. 如申請專利範圍第4項所述之生物訊號測量系統，其中所述當感測生物訊號測量系統所在的外在環境的光強度大時，該類比前端感測器對該生物阻抗感測器的採樣頻率為5s；當感測生物訊號測量系統所在的外在環境的光強度小時，該類比前端感測器對該生物阻抗感測器的採樣頻率為10s。
6. 如申請專利範圍第1-5項所述之生物訊號測量系統，其中所述該環境感測器包括紫外線感測器，該紫外線感測器收集生物訊號測量系統所在的外在環境的紫外線，所述該處理器模組根據該紫外線感測器收集的紫外線計算紫外線指數。
7. 如申請專利範圍第1-5項所述之生物訊號測量系統，其中所述該環境感測器還包括環境光感測器，該環境光感測器收集生物訊號測量系統所在的外在環境的環境光，所述該處理器模組根據該環境光感測器收集的環境光計算環境光索引。
8. 一種生物訊號測量方法，包括：該處理器模組控制激勵訊號源產生照射訊號向受測者皮膚照射；該生物訊號感測器接收由受測者皮膚反射的照射訊號並轉換成複數類比合成訊號； 該環境感測器接收生物訊號測量系統所在的外在環境的光訊號並轉換成複數環境數位指標；該類比前端感測器接收類比合成訊號並將類比合成放大且轉換成生物數位訊號，該處理器模組根據環境數位指標計算外在環境的光強度大小並發出調整指令給該類比前端感測器調整其採樣頻率；該類比前端感測器調整採樣頻率並將類比合成訊號放大且轉換成複數調整採樣頻率後的生物數位訊號，該處理器模組根據複數調整採樣頻率後的生物數位訊號進行生物體徵估算及檢測。