TWI580397B - Array Network Sensing System for Sensing Body Surface Physiological Signals - Google Patents

Description

可感測體表生理訊號的陣列網路感測系統

本發明是有關於一種陣列網路感測系統，特別是指一種可感測體表生理訊號的陣列網路感測系統。

目前於醫院病房中用於量測病人各種生理訊號的裝置，大多是利用固定於病人身上的各種導線與各自的監控儀器相連接，而將所量測到之生理數據輸出至各自監控儀器的顯示幕上。然而，這些生理數據通常是由巡房之護士定時地將其手抄至表格上後，再提供給醫生分析及診斷，並無法做到即時及連續的監控，且由於病人身上連接了多條導線，當病人欲進行翻身或清潔的動作時，這些導線的存在造成了極大的不便。

再者，隨著社會人口老化以及醫療器材的進步，過去許多需要到醫院進行量測的各項生理數值也可以在居家的環境進行量測，此一演變也使預防醫學在居家護理的領域得到進一步的發展，例如過去都是已發病才能進行搶救的模式，可透過即時量測各項生理訊號進而隨時監控、改善，達到提早預防之目的，但仍存相關生理量測儀裝置連時導線紊亂之問題。

因此，針對前述兩大議題，陸續有廠商開發應 用於輔助量測生理訊號的穿戴式整合系統，藉由使用者穿著後即能進行生理狀態感測、監控、或是加熱、致冷等特定功能，而無須額外使用外部的裝置，使用方便性大幅提高，相關專利案件例如財團法人紡織產業綜合研究所已取得之中華民國發明第I303984、I274576號專利皆分別揭露項相似之概念。但是，目前現有的穿戴式整合系統在量測器一旦裝設後，其位置及數量就無法更改，導致整體所能量測的訊號被限制，無法配合不同的應用而改變。

有鑑於上述問題，如何提出一種可以隨時、隨地、隨動且保留相關量測裝置可調的穿戴式生理訊號感測系統，就是本發明所要努力的方向。

因此，本發明之目的，即在提供一種可以配合不同需求配置感測模組之位置及數量的可感測體表生理訊號的陣列網路感測系統。

於是，本發明可感測體表生理訊號的陣列網路感測系統，包含一供穿戴的織物、一控制模組、多數個設置於織物且以矩陣型式排列的連接底座、一導線單元、至少一電連接件及至少一感測模組。

導線單元設置於織物，且包括多數條連接該等連接底座且以一第一方向延伸的第一導線，及多數條連接該等連接底座且以一與第一方向相交的第二方向延伸的第二導線。電連接件可拆卸地裝設於該等連接底座其中至少一，且於電連接件裝設於連接底座，可使至少任二條連接 於該連接底座的第一導線或第二導線相電連接。感測模組可拆卸地裝設於該等連接底座其中至少一，用以量測體表的一生理訊號，當感測模組及電連接件裝設於連接底座時，該感測模組可與連接於連接底座的第一導線或第二導線相電連接，以將生理訊號透過該等第一導線、該等第二導線及電連接件而傳送至控制模組，以供控制模組針對生理訊號進行處理。

詳細地說，織物是以內衣、頭帶、腕帶、手套、繃帶、頭套、襪子其中一種貼身織物形式呈現。

各個連接底座包括一底座本體，以及四個相互間隔設置於底座本體的導電片，且其中二個對向導電片的連線平行於第一方向，其中另二個對向導電片的連線平行於第二方向。

電連接件包括一連接底座及一設置於連接底座的導電件，且於電連接件裝設於連接底座，導電件會與至少二連接底座的導電片相電連接，使至少任二條連接於該連接底座的第一導線或第二導線相電連接。

感測模組包括一感測底座、一感測元件及至少一設置於感測底座且電連接感測元件的導電部，於感測模組裝設於連接底座，導電部會與連接底座的導電片電連接，使得感測元件可與連接連接底座的第一導線或第二導線電連接。

此外，本陣列網路感測系統還包含一設置於該織物且電連接控制模組的供電模組，用以提供感測模組及 控制模組所需的電力。

本發明之功效在於，相關醫療人員可以配合不同的應用而任意改變電連接件及感測模組的位置，使用上更為方便，也可隨時隨地針對受測者的身體狀態進行監控與分析，進而達到即時醫療與照護。

100‧‧‧陣列網路感測系統

10‧‧‧織物

20‧‧‧連接底座

21‧‧‧底座本體

22‧‧‧導電片

30‧‧‧導線單元

31‧‧‧第一導線

32‧‧‧第二導線

40‧‧‧電連接件

41‧‧‧連接底座

42‧‧‧導電件

50‧‧‧感測模組

51‧‧‧感測底座

52‧‧‧感測元件

53‧‧‧導電部

60‧‧‧控制模組

61‧‧‧無線傳輸電路

70‧‧‧供電模組

D1‧‧‧第一方向

D2‧‧‧第二方向

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是說明本發明可感測體表生理訊號的陣列網路感測系統的較佳實施例；圖2是說明本實施例連接底座及導線單元的結構與連接關係；圖3(a)~(e)是說明本實施例電連接件的五種實施態樣；圖4(a)~(e)是說明本實施例感測模組的五種實施態樣；及圖5是說明將一個感測模組及三個電連接件裝設於連接底座以使感測模組電連接於控制模組的實施態樣。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

參閱圖1，為本發明可感測體表生理訊號的陣列網路感測系統100之較佳實施例，本陣列網路感測系統100 將人體感測網路(Body Sensor Network，BSN)結合穿戴式導電纖維及智慧運算技術，將可感測生理訊號之感測元件貼附在衣服適當部位，以針對受測者(例如：患者)的心電訊號、呼吸訊號、身體晃動訊號、肌電訊號及體溫訊號等體表生理訊號進行感測與評估，進而達到遠距離醫療與照護。

本陣列網路感測系統100係一人體感測網絡智慧衣(Body Sensor Network Smart Cloth，BSNSC)，包含一供穿戴的織物10、多數個連接底座20、一導線單元30、至少一電連接件40、至少一感測模組50及一控制模組60。其中，該些連接底座20可設置於織物10的任一位置，圖1中僅以設置於貼身衣(織物10)的正面表示。

本實施例之織物10為一由導電纖維(conductive fabric)編織而成，且可供穿戴清洗的貼身衣，但形式不以此為限，也可以為內衣、頭帶、腕帶、手套、繃帶、頭套、襪子等任何一種貼身織物形式呈現。

多數個連接底座20設置於織物10上，且以一個沿著一第一方向D1及一第二方向D2的M×N矩陣型式排列，其中第一方向D1及第二方向D2相互垂直，M及N皆為正整數，且其中至少一個大於一。配合參閱圖2，該些連接底座20分別包括一底座本體21，以及四個相互間隔設置於底座本體21的導電片22，在本實施例中，四個導電片22係分別位於底座本體21的周緣，且其中二個對向導電片22的連線平行於第一方向D1，其中另二個對向導電片22的連線平行於第二方向D2。

導線單元30設置於織物10，且包括多數條連接該些連接底座20的其中二個對向導電片22且以第一方向D1延伸的第一導線31，以及多數條連接該些連接底座20的其中另二個對向導電片22且以第二方向D2延伸的第二導線32。由於連接底座20係呈矩陣型式排列，因此，沿第一方向D1延伸的第一導線31，以及沿第二方向D2延伸的第二導線32會相互交錯呈網狀，如圖1所示。

配合參閱圖3，電連接件40可拆卸地裝設於該些連接底座20其中至少一，且包括一連接底座41及一設置於連接底座41的導電件42。圖3(a)至(e)是五種電連接件40的實施態樣，其中導電件42的結構可分別為單邊矩形、長方矩形、L字形、T字形及十字形。在本實施例中，連接底座20係為一母接頭鈕扣，電連接件40係為一公接頭鈕扣，故當電連接件40裝設於連接底座20時，電連接件40的導電件42會與連接底座20的導電片22相電連接，使得至少任二條連接於該連接底座20的第一導線31或第二導線32相電連接。

舉例來說，若將如圖3(b)所示之電連接件40裝設於連接底座20時，長方矩形的導電件42會與連接底座20中沿第一方向D1(或沿第二方向D2)排列的導電片22相電連接，使得連接該連接底座20且以第一方向D1延伸(或以第二方向D2延伸)的二條第一導線31得以相互電連接。若將如圖3(c)所示之電連接件40裝設於連接底座20時，L字形的導電件42與連接底座20中兩相鄰的導電片22(即其 中一個沿第一方向D1排列，其中另一個沿第二方向D2排列)相電連接，使得連接該連接底座20的其中一條第一導線31及其中一條第二導線32得以相互電連接。

參閱圖2、圖3及圖4，感測模組50的結構外觀大致與電連接件40相同，其同樣可拆卸地裝設於該些連接底座20其中至少一，且感測模組50的數量會係隨著不同應用而改變。感測模組50包括一感測底座51、一感測元件52及至少一設置於感測底座51且電連接感測元件52的導電部53。圖4(a)至(e)是五種感測模組50的實施態樣，以圖4(a)之實施態樣來說，感測模組50為單通道式感測模組，且僅包括一個導電部53；以圖4(b)之實施態樣來說，感測模組50為直線雙通道式感測模組，且包括二個對向設置的導電部53，該二導電部53的連線係平行於第一方向D1或第二方向D2；以圖4(c)之實施態樣來說，感測模組50為直角雙通道式感測模組，且包括二個間隔設置的導電部53；以圖4(d)之實施態樣來說，感測模組50為T型三通道式感測模組，且包括三個間隔設置的導電部53，其中二個導電部53的連線係平行於第一方向D1或第二方向D2；以圖4(e)之實施態樣來說，感測模組50為十字四通道式感測模組，且包括四個間隔設置的導電部53，其中二個對向導電部53的連線係平行於第一方向D1，其中另二個對向導電部53的連線係平行於第二方向D2。當感測模組50裝設於連接底座20時，其導電部53會與連接底座20的導電片22相電連接，使得感測元件52可與連接該連接底座20的第 一導線31或第二導線32相互電連接。

感測元件52用以感測受測者體表的一生理訊號，其可為一用以感測心電訊號的心電訊號感測元件、一用以感測呼吸訊號的呼吸訊號感測元件、一用以感測身體晃動訊號的加速規元件、一用以感測體溫訊號的溫度感測元件、一用以感測肌電(Electromyography，EMG)訊號的EMG感測元件等。

心電訊號感測元件適合裝設於受測者乳凸位置且兩電極位置各位於心臟兩側的連接底座20，用以感測交感神經/副交感神經作用相對強度。

呼吸訊號感測元件適合裝設於受測者肋骨下緣橫隔膜位置的連接底座20，其利用人體在進行呼吸時胸廓反覆擴大及縮小的位移變化特性，感測人體胸廓相對位移量訊號，並進而計算呼吸率。

加速規元件適合裝設於受測者背部腰椎第三節位置的連接底座20，其係採用三軸加速規感測元件計算人體即時傾角值並求得身體晃動資訊。

溫度感測元件適合裝設於受測者左手腋下腋窩位置的連接底座20，用以感測心臟部位及血管末梢(手腳)之溫度差值，以及體溫變異度與運動後恢復期體溫恢復至正常值之時間。

EMG感測元件適合裝設於受測者左、右手二頭肌及三頭肌位置的連接底座20，用以感測軀幹肌肉疲勞程度。

參閱圖1，控制模組60為一處理器，其電連接至少一連接底座20的第一導線31或第二導線32，控制模組60用以針對感測模組50所感測出的生理訊號進行分析、運算、儲存等處理。控制模組60可包括一無線傳輸電路61，用以將感測模組50所感測的生理訊號以無線方式傳送至另一電子裝置(圖未示)，例如：電腦或其他分析設備等。

參閱圖3、圖4及圖5，圖5將以一個感測模組50及三個電連接件40分別裝設於連接底座20為例說明，其中該感測模組50是採用如圖4(a)所示的單通道式感測模組，二個電連接件40是採用如圖3(b)所示的具長方矩形導電件42的電連接件40，另一個連接件40是採用如圖3(c)所示的具L字形導電件42的電連接件40。

感測模組50的感測元件52感測出受測者體表生理訊號後，透過其導電部53傳送至其中一個具長方矩形導電件42的電連接件40，再藉由其導電件42電連接兩第一導線31而將生理訊號傳送至具L字形導電件42的電連接件40，再利用該電連接件40將生理訊號傳送至另一個具長方矩形導電件42的電連接件40，進而傳送至控制模組60，以針對感測模組50所感測出的生理訊號進行分析、運算、儲存等處理。換言之，當感測模組50裝設於連接底座20，感測模組50可與連接於該連接底座20的第一導線31或第二導線32相電連接，以將生理訊號透過第一導線31、第二導線32及電連接件40而傳送至控制模組60。如此，醫療人員可以配合不同的應用而改變電連接件40及感測模 組50的位置，可隨時隨地針對受測者的身體狀態進行監控與分析，進而達到即時醫療與照護。

此外，參閱圖1，本陣列網路感測系統100還包含一設置於織物10且電連接控制模組60的供電模組70，該供電模組70可為太陽能電路板或電池等，用以提供感測模組50及控制模組60所需的電力。

綜上所述，本可感測體表生理訊號的陣列網路感測系統100藉由在織物10上佈設多數個連接底座20，以及網狀排列的導線單元30，可使電連接件40及感測模組50配合不同的應用而任意改變感測位置，不僅在使用上更為方便，也可隨時隨地監控與分析受測者的身體狀態，進而達到遠距離醫療與照護，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

100‧‧‧陣列網路感測系統

10‧‧‧織物

20‧‧‧連接底座

30‧‧‧導線單元

60‧‧‧控制模組

70‧‧‧供電模組

D1‧‧‧第一方向

D2‧‧‧第二方向

Claims (7)

1. 一種可感測體表生理訊號的陣列網路感測系統，包含：一供穿戴的織物；一控制模組；多數個連接底座，該等連接底座設置於該織物，且以矩陣型式排列；一導線單元，設置於該織物，且包括多數條連接該等連接底座且以一第一方向延伸的第一導線，及多數條連接該等連接底座且以一與該第一方向相交的第二方向延伸的第二導線；至少一電連接件，可拆卸地裝設於該等連接底座其中至少一，且於該電連接件裝設於該連接底座，可使至少任二條連接於該連接底座的第一導線或第二導線相電連接；及至少一感測模組，可拆卸地裝設於該等連接底座其中至少一，用以感測體表的一生理訊號；於該感測模組及該電連接件裝設於該連接底座，該感測模組可與連接於該連接底座的第一導線或第二導線相電連接，以將該生理訊號透過該等第一導線、該等第二導線及該電連接件而傳送至該控制模組，以供該控制模組針對該生理訊號進行處理。
2. 如請求項1所述的可感測體表生理訊號的陣列網路感測系統，其中，各該連接底座包括一底座本體，以及四個相互間隔設置於該底座本體的導電片，且其中二個對向 導電片的連線平行於該第一方向，其中另二個對向導電片的連線平行於該第二方向。
3. 如請求項2所述的可感測體表生理訊號的陣列網路感測系統，其中，該電連接件包括一連接底座及一設置於該連接底座的導電件，且於該電連接件裝設於該連接底座，該導電件會與至少二該連接底座的導電片相電連接，使至少任二條連接於該連接底座的第一導線或第二導線相電連接。
4. 如請求項2所述的可感測體表生理訊號的陣列網路感測系統，其中，該感測模組包括一感測底座、一感測元件及至少一設置於該感測底座且電連接該感測元件的導電部，於該感測模組裝設於該連接底座，該導電部會與該連接底座的導電片電連接，使得該感測元件可與連接該連接底座的第一導線或第二導線電連接。
5. 如請求項1所述的可感測體表生理訊號的陣列網路感測系統，還包含一設置於該織物且電連接該控制模組的供電模組，用以提供該感測模組及該控制模組所需的電力。
6. 如請求項1所述的可感測體表生理訊號的陣列網路感測系統，其中，該控制模組包括一無線傳輸電路，用以將該生理訊號以無線方式傳送至一電子裝置。
7. 如請求項1所述的可感測體表生理訊號的陣列網路感測系統，其中，該織物是以內衣、頭帶、腕帶、手套、繃帶、頭套、襪子其中一種貼身織物形式呈現。