TWI610656B

TWI610656B - 穿戴式生理監測裝置

Info

Publication number: TWI610656B
Application number: TW105116824A
Authority: TW
Inventors: chang-an Zhou
Original assignee: Zhou Chang An
Priority date: 2016-01-22
Filing date: 2016-05-30
Publication date: 2018-01-11
Also published as: TW201726054A

Description

穿戴式生理監測裝置

本發明相關於一種穿戴式生理監測裝置，特別地是，相關於一種透過多重生理資訊而判斷精神狀態的穿戴式生理監測裝置。

在工作或需要集中精神的期間，都是需要保持清醒的時間，而且，人的精神狀態，例如，疲勞程度、專注程度、清醒程度等，甚至可能影響到人身安全，例如，開車期間的精神狀態尤其重要，若無法維持良好的專注力，極有可能釀成車禍，造成生命財產的損失。

一般而言，人的精神狀態可透過許多的生理訊號而得知，例如，腦電訊號，眼電訊號，自律神經系統的活動狀態等。

通常，將電極設置於頭皮上而測得的腦部電活動稱之為腦電圖(EEG，electroencephalogram)，腦電圖可用來偵測及診斷許多的生理狀況，其中，已知不同腦波頻率代表著人體的不同精神狀態，例如，當人體處於清醒且專注的狀態時，可測得佔優勢的β波(約12-28Hz)，另一方面，當人體處於放鬆的狀態時，則可測得佔優勢的α波(約8-12Hz)，而當即將進入了睡眠狀態時，則可觀察到頻率更低的腦波，因此，確實可藉由分辨佔優勢的腦波頻率而瞭解人的精神狀態。

再者，自律神經系統包括交感神經系統以及副交感神經系統，以透過兩者間的拮抗作用而完成人體內許多非自主意識控制的生理功能，其中，當交感神經活性增加時，會使人體趨向緊張的狀態，而當副交感神經活性增加時，則會趨使人體進入放鬆的狀態，且在這期間，人體的各種生理現象也會有相對應的變化，例如，當副交感神經活性增加時，心率即會隨之下降，因此，透過觀察反應自律神經系統變化的生理訊號也可瞭解人的精神狀態。

另外，亦已有大量的實驗證實，眨眼模式與人的疲勞程度、注意力缺乏、以及壓力等有一定的相關性，而這些亦反應了人的精神狀態，因此，透過偵測眼電訊號而得知眨眼模式，例如，單位時間的眨眼次數，以及眨眼速度等，亦有助於瞭解人的精神狀態，一般而言，取得眨眼模式的最常見手段就是測量眼電圖，眼電圖所測量的是存在於眼睛前後間的角膜-視網膜靜電位(corneo-retinal standing potential)，可測定眼球的位置以及眼球運動的生理變化，故可藉以得知眼睛的活動情形。

傳統上，已有利用偵測腦電訊號或眼電訊號而監測人的精神狀態的裝置，正如前述，透過這樣的方式，的確可對精神狀態產生一定的瞭解，然而，由於僅採用單種生理訊號，故亦有可能發生判斷不夠精準的問題。

因此，若是可透過同時參考多種生理資訊的方式，將可有效地提升檢測結果的準確度，舉例而言，在取得腦電訊號的同時也參考眼電訊號，以得知使用者的眼睛活動情形，或是同時分析腦波以及自律神經活動的狀態，以透過多重的指標而增加判斷的準確度，此外，若可再配合上標記檢測的起始時間點，例如，當進入開車期間，啟動精神狀態的偵測，將可更精準地提供判斷結果。

另一方面，由於精神狀態的偵測通常的應用是在一般日常生活的工作期間，例如，開車期間，因此，除了提供準確的判斷結果外，用以取得生理訊號的生理感測元件的設置方式對使用者而言也是相當重要。

由上述可知，大部分用來判斷精神狀態的生理訊號多可由頭部取得，例如，腦電訊號，眼電訊號，以及可用以取得自律神經活動狀態的心率資訊等，因此，如何在不影響使用者工作的情形下完成生理感測元件的設置，將會決定使用者對於監測裝置的接受度。

近年來，眼鏡已不再限於近視患者配戴，逐漸成為裝飾配件，是一般人日常生活中常見且經常使用的配件，因此，若可採用眼鏡形式，除了不顯突兀、使用者的接受度大外，其結構也完全符合用以取得腦電訊號、眼電訊號以及心率資訊等生理訊號的生理感測元件的設置位置，故相當適合。

此外，在眼鏡結構可用以達成眼電訊號、腦電訊號、及/或心率資訊的取得的情形下，其就可進一步被使用作為腦機介面(BCI，brain computer interface)，例如，可透過偵測腦波而分析得出使用者的意圖(intention)，再進而轉換為操作指令，或是透過眼睛的動作下達指令等，並且，近年來，這樣的腦機介面已被廣泛應用於虛擬實境眼鏡(Virtual Reality Glasses)、智慧眼鏡(Smart Glasses)等，逐漸普及於日常生活。

因此，若可提供透過偵測多重生理訊號而判斷精神狀態的眼鏡式裝置，將相當具有優勢。

本發明的一目的在於提供一種穿戴式精神狀態監測裝置，其同時偵測多重生理訊號，以作為判斷精神狀態的依據。

本發明的另一目的在於提供一種眼鏡式精神狀態監測裝置，其同時以腦電訊號以及眼電訊號作為判斷精神狀態的依據。

本發明的另一目的在於提供一種眼鏡式精神狀態監測裝置，其透過設置於一眼鏡結構的一對電極而於穿戴眼鏡結構期間同時取得腦電訊號以及眼電訊號。

本發明的另一目的在於提供一種眼鏡式精神狀態監測裝置，其同時以心率資訊以及眼電訊號作為判斷精神狀態的依據。

本發明的另一目的在於提供一種眼鏡式精神狀態監測裝置，其透過設置於一眼鏡結構的至少二電極以及一光感測器而於穿戴眼鏡結構期間取得心率資訊以及眼電訊號。

本發明的另一目的在於提供一種穿戴式生理監測裝置，其利用一眼鏡結構以及至少一耳戴結構而設置至少二生理感測元件，以在穿戴期間取得至少一生理訊號。

10，20，50，52‧‧‧電極

31‧‧‧耳甲艇

32‧‧‧耳甲腔

33‧‧‧耳甲牆

34‧‧‧耳屏

35‧‧‧對耳屏

36‧‧‧耳屏間切跡

37‧‧‧耳道

54‧‧‧光感測器

第1圖顯示根據本發明一較佳實施例的眼鏡式精神狀態監測裝置；第2A-2D圖顯示根據本發明較佳實施例，眼鏡配合耳戴形式生理監測裝置的可能實施方式；第3圖顯示耳廓內面構造示意圖；第4圖顯示大腦皮質於頭顱中位置以及與耳廓位置的示意圖；以及第5A-5C圖顯示顯示根據本發明較佳實施例，眼鏡配合耳戴形式生理監測裝置的可能實施方式。

根據本發明的穿戴式生理監測裝置主要包括一處理器，一眼鏡結構，複數個生理感測元件，一資訊提供介面，以及一生理訊號擷取電路，其中，該眼鏡結構用以將裝置設置於一使用者的頭部，以使該生理訊號擷取電路可透過該複數個生理感測元件而取得使用者的生理訊號，因此，該處理器就可根據所取得的生理訊號而判斷使用者的精神狀態，且相關所取得的精神狀態的資訊可透過該資訊提供介面而提供給使用者。

一般眼鏡在穿戴時，眼鏡框架會自然接觸的位置，包括，但不限制於，鼻墊會接觸鼻梁、及/或兩眼間區域，鏡框會接觸眼睛周圍區域，且當鏡框在兩眼間區域具有突起時，可接觸山根，另外，眼鏡腳會接觸耳廓附近的頭顱皮膚，例如，太陽穴附近及/或耳廓上方的頭顱皮膚，也會接觸耳廓與頭顱間的V型凹陷區域，以及接觸耳廓背面的皮膚，因此，透過穿戴眼鏡結構的動作就可同時達成位於這些位置上的生理感測元件的設置，是相當方便的選擇。

然而，需要注意地是，在本發明中所敘述的眼鏡結構是指，具有二鏡腳(temples)以及一鏡框(frame)、藉由耳廓以及鼻子作為支撐點而設置於頭上、且會與頭部及/或耳朵的皮膚產生接觸的穿戴結構，因此，不限於一般的眼鏡結構，亦包括其變形，舉例而言，可以是對頭顱兩側具夾力的結構，或可進一步延伸至腦後，或者，也可實施為兩邊鏡腳不對稱的形式，例如，一邊鏡腳於耳廓後方具有彎曲部分，另一邊鏡腳則不具彎曲部分僅架於耳廓上方，並且，亦可不具鏡片，因此，有各種可能性，沒有限制。

另外，在材質的選擇上，除了如一般眼鏡的硬式材質外，也可實施為彈性材質，不但可增加電極/感測器設置的穩定性，亦進一步提供使用舒適性，例如，可利用記憶金屬、可撓曲塑膠材質等形成眼鏡結構，及/或在生理感測元件的設置位置處採用彈性橡膠、矽膠等，以達到更穩定的設置狀態，皆不受限制。

而且，具優勢地是，基於眼鏡結構的結構特性，當判斷出使用者的精神狀態不佳，例如，符合一預設值時，需要藉由發出一提醒訊息而讓使用者改善其精神狀態時，用來提醒使用者的提醒訊息，將可很自然地達成，亦即，可將資訊提供介面實施為與眼鏡結構結合在一起，舉例而言，可以透過鏡片顯示的方式，例如，可導光至鏡片而展現顏色變化，或將鏡片實施為具有顯示功能等；或者，可在眼睛附近設置發光元件，並透過如發光閃爍的方式而達到提醒效果；或者，也可透過在眼鏡結構與皮膚接觸的位置處設置振動模組而產生振動；或者，也可在鏡腳接近耳朵的位置附近設置發聲元件，或實施為由鏡腳延伸出耳機，以透過聲音、語音進行提醒，且在此特別地是，所採用的發聲元件/耳機，除了可以是一般常見的空氣傳導形式外，亦可採用骨傳導形式，例如，可直接在鏡腳與頭骨接觸的位置處設置骨傳導揚聲器，或是從鏡腳延伸出骨傳導耳機，另外，也可實施為將振動模組設置於耳機內，沒有限制。

當然，亦可實施為，將判斷得出的精神狀態透過資訊提供介面而即時地提供給使用者，例如，可將精神狀態數據化，而透過數字進行顯示，或者，可利用顏色變化、振動大小、聲音大小等來表現當下的精神狀態，皆無限制。

根據本發明另一方面的構想，根據本發明的眼鏡式裝置亦可實施為與一外部裝置相溝通，例如，以耳機插孔、藍芽等有線或無線方式與智慧型手機，平板電腦等電子裝置進行溝通，則在此情形下，將可有更多的實施選擇。

舉例而言，在一較佳實施例中，生理感測元件所取得的生理訊號可被傳送至該外部裝置，並由該外部裝置根據所接收的生理訊號而進行精神狀態的分析，此時，有關精神狀態的資訊以及有需要對使用者發出提醒時的提醒訊息，即透過該外部裝置的資訊提供介面而提供給使用者；或者，在另一較佳實施例中，亦可實施為穿戴於身上的裝置將產生的精神狀態資訊及/或提醒訊息傳送至外部裝置，並由該外部裝置的資訊提供介面將相關精神狀態的資訊及/或提醒訊息提供給使用者，其中，該外部裝置同樣可透過產生觸覺、聽覺、或視覺訊號等形式而將資訊及/或訊息提供給使用者，沒有限制。

此外，進一步地，在與該外部裝置相溝通的情形下，根據本發明的裝置若實施為具有發聲元件(空氣傳導式或骨傳導式)以及收音元件，則就可作為該外部裝置的免持聽筒，以用於通話；而再進一步地，透過設置振動模組，發聲元件(空氣傳導式或骨傳導式)，顯示元件，以及發光元件等，根據本發明的裝置還可進一步實施作為該外部裝置的資訊提供介面，例如，用於提供來電提醒、訊息通知等，更加融入使用者的日常生活，至於訊息的提供則可透過聲音、振動、發光、鏡片顯示等各種方式，可以有各種可能。

接下來即敘述本發明以眼鏡結構作為主要穿戴結構而取得用以判斷精神狀態的生理資訊的實施例。

在一較佳實施例中，本發明透過同時偵測腦電訊號以及眼動訊號而判斷人的精神狀態，選擇這樣的組合是基於，在透過腦波的頻率而瞭解使用者處於精神集中或是放鬆狀態的情形下，若是可以配合上眼電訊號來確認使用者的眼睛活動狀態，將有助於判斷使用者並非處於休息狀態，再加上，眼電訊號還可提供使用者眨眼模式的資訊，如此一來，就可更為精準地判斷使用者的精神狀態。

請參閱第1圖，其為根據本發明的眼鏡式生理監測裝置的示意圖，如圖所示，在一邊眼鏡腳接觸耳廓的位置上具有一電極10，以及鏡框的兩眼間區域附近具有一電極12，而在這樣的配置中，由於電極12的位置位於兩眼中間，因此，在僅配置了二個電極的情形下，就可取得腦電訊號以及眼電訊號，而且，由於腦電訊號以及眼電訊號具有不同的訊號特徵，因此，透過訊號處理的方式就可將兩者分開，之後，透過分析所取得的腦電訊號，將可得知當前的腦波頻率，以及透過分析所取得的眼電訊號，則可取得使用者單位時間的眨眼次數，及/或眨眼速度等資訊。

據此，在最少僅需二個電極的情形下就可同時取得用以判斷精神狀態的兩種生理訊號，不但大幅降低了設置生理感測元件的複雜度，也同時最大化了使用效益，是相當具優勢的方式，而且，透過這樣的設計，使用者只需輕鬆戴上眼鏡就可達到監測自身精神狀態的目的，相當方便。

在此，需要注意地是，圖中雖然顯示僅在一邊鏡腳上具有電極10，但亦可實施為兩邊鏡腳皆具有電極，而且，電極10的接觸位置亦可實施為其他位置，例如，可以接觸如太陽穴的耳廓附近頭顱皮膚，或是當眼鏡腳實施為延伸至腦後的形式時，就可使電極接觸腦後的枕骨位置，因此，沒有限制；另外，電極12亦可直接實施為位在鼻墊上、或是鏡框上可接觸到眼睛周圍的位置，同樣沒有限制。

接下來，在一另一較佳實施例中，本發明則同時利用眼電訊號以及心率資訊作為判斷精神狀態的基礎。

會採用此兩種生理資訊的原因在於，除了眼電訊號可分析得知眨眼模式外，透過分析心率資訊，亦可獲得許多可代表精神狀態的生理資訊，舉例而言，分析心率資訊可得出HRV(Heart Rate Variability，心跳變異率)以及自律神經活動資訊，已知精神狀態處於緊張、集中時，會相對應至高交感神經活性，以及當精神狀態處於放鬆時，則會對應至高副交感神經活性，故可藉由進行HRV分析得出交感神經以及副交感神經的活動情形，進而判斷使用者的精神狀態，例如，可進行頻域分析(Frequency domain)，以獲得可用來評估整體心率變異度的總功率(Total Power，TP)，可反應副交感神經活性的高頻功率(High Frequency Power，HF)，可反應交感神經活性、或交感神經與副交感神經同時調控結果的低頻功率(Low Frequency Power，LF)，以及可反應交感/副交感神經之活性平衡的LF/HF(低高頻功率比)等，另外，亦可在進行頻率分析後，藉由觀察頻率分佈的狀態而得知自律神經運作的和諧度，或者，也可進行時域分析(Time Domain)，而獲得可作為整體心率變異度之指標的SDNN，可作為長期整體心率變異度之指標的SDANN，可作為短期整體心率變異度之指標的RMSSD，以及可用來評估心率變異度之中高頻變異的R-MSSD、NN50、及 PNN50等；再者，亦可藉由分析心率資訊而獲得RSA(Respiratory Sinus Arrhythmia，竇性心律不整)資訊，進而推得使用者的呼吸情形，其中，當精神狀態處於放鬆、疲勞、嗜睡時，呼吸頻率亦會變低，故亦可以此作為判斷的基礎，此外，心率在自律神經系統的控制下，也會於放鬆、疲勞、嗜睡期間出現心率下降的現象。因此，透過結合腦波頻率以及心率資訊，亦可有助於更精準的判斷使用者的精神狀態。

至於如何取得心率資訊，由於較佳地是透過眼鏡結構而設置生理感測元件，因此，本發明採用的是光感測器，在此，光感測器是指具有光發射元件以及光接收元件，並利用PPG(photoplethysmography)原理而取得光訊號的感測器，例如，利用穿透方式或反射方式進行測量者，取得使用者的血液生理訊號，因此，透過分析連續脈搏變化就可進一步得知使用者的心率資訊。

光感測器的設置位置可以是眼鏡結構上會與頭部及/或耳朵接觸的位置，例如，鼻梁，山根，兩眼間區域，眼睛周圍，耳廓與頭顱間的V型凹陷區域，耳廓附近的頭顱，以及耳廓背面等，沒有限制，只要是在穿戴眼鏡結構的期間能夠穩定地取得血液生理訊號即可，再者，其也可以設置於電極附近，或是與電極相結合，以儘量減少設置生理感測元件的位置，增加使用方便性。

至於電極的設置位置，其只需有其中一個電極設置於鼻梁，山根，兩眼間區域，或眼睛周圍即可，另一個電極的設置位置並無限制，可以是鼻梁，山根，兩眼間區域，眼睛周圍，耳廓與頭顱間的V型凹陷區域，耳廓附近的頭顱，耳廓背面，以及枕骨區域的其中任何一，例如，可以兩個電極皆設置於兩眼間、眼睛周圍、或鼻梁，也可以有一個電極遠離眼睛的周圍，沒有限制。在此，特別地是，此實施例中，當電極的設置位置適合時，將可在取得眼動訊號的同時亦取得腦電訊號，如此一來，就可多增加一項用以判斷精神狀態的生理訊號，有助於進一步提升判斷結果的精準度。

進一步地，根據本發明的裝置除了採用眼鏡結構外，同樣具有優勢地是，可以結合眼鏡結構以及耳戴結構，一起用以設置生理感測元件。

如第2A-2D圖所示，可自眼鏡結構延伸出一耳戴結構，例如，耳塞或耳夾，以設置於耳廓上，且該耳戴結構與眼鏡結構間的連接方式可以有多種選擇，例如，可採用連接線(如第2B圖所示)，或採用連接器(如第2C圖所示)，或是實施為可調整距離的結構(如第2A圖所示)，以適應不同的使用者，或者，也可實施為同時具有兩邊耳塞的形式(如第2D圖所示)，皆為可能的實施形式，再者，耳戴結構與眼鏡結構之間的連接則可實施為機械結合及/或相互電連接，例如，透過連接器，而且，該耳戴結構也可進一步實施為可移除的形式，皆無限制，可視實際需求而改變。

此種方式的優勢在於，由於耳廓同樣是已知的腦電訊號取樣點，以及光感測器設置點，因此，除了同樣可透過耳戴結構而設置生理感測元件，以取得所需的生理訊號外，還可藉由設置耳戴結構而獲得進一步的固定性，例如，耳塞與耳廓內面間具有相互抵頂力，以及耳夾具有夾力，並且，透過延伸出固定於耳廓上的耳戴結構，眼鏡結構於穿戴期間可能發生的移動，也可受到一定的限制。

另外，同樣具有優勢地是，耳戴結構可實施為與耳機結合，例如，空氣傳導耳機、或骨傳導式耳機，如此一來，相關精神狀態的資訊及/或提醒訊息就可直接透過耳機而提供給使用者，例如，透過聲音、語音，亦即，將耳機作為資訊提供介面；而且，進一步地，耳戴結構內也可實施為具有一振動模組，以透過振動的方式而達到資訊提供及/或提醒的效果，因此，沒有限制。

根據本發明另一方面的構想，根據本發明的眼鏡配合耳戴式裝置亦可實施為與一外部裝置溝通時，例如，以耳機插孔、藍芽等有線或無線方式與智慧型手機，平板電腦等電子裝置進行溝通，則在此情形下，將可有更多的實施選擇。

此外，進一步地，在與該外部裝置相溝通的情形下，根據本發明的裝置若實施為具有發聲元件(空氣傳導式或骨傳導式)以及收音元件(可位於耳戴結構或眼鏡結構上)，則就可作為該外部裝置的免持聽筒，以用於通話；而再進一步地，透過設置振動模組，發聲元件(空氣傳導式或骨傳導式)，顯示元件，以及發光元件等(可位於耳戴結構或眼鏡結構上)，根據本發明的裝置還可進一步實施作為該外部裝置的資訊提供介面，例如，用於提供來電提醒、訊息通知等，更加融入使用者的日常生活，至於訊息的提供則可透過聲音、振動、發光、鏡片顯示等各種方式，可以有各種可能。

而且，藉由增加了耳戴結構，也讓生理感測元件的設置更為多元，因此，使用者就可進一步根據實際需求而選擇更適合自己的形式。

在此，要特別說明耳廓上可設置電極的特殊位置，請參閱第3圖所示的耳廓(auricle，亦稱為pinna)結構，其中，在耳廓內面的耳甲艇(superior concha)31及耳甲腔(inferior concha)32的周圍，有自耳甲底部(concha floor)(亦即，平行於頭顱的平面)向上連接至對耳輪(antihelix)以及對耳屏(antitragus)35的一垂直區域，稱為耳甲牆(concha wall)33，此耳朵的天然生理結構正好提供了垂直於耳甲底部的一連續平面，另外，緊接於耳甲牆下方，位於對耳屏以及耳屏之間的耳屏間切跡(intertragic notch)36，以及緊鄰的耳屏(tragus)34，同樣提供了垂直於耳甲底部的接觸區域。

在實驗過程中發現，此由耳甲牆、耳屏間切跡、以及耳屏所構成的連續垂直區域，除了所取得的腦電訊號強度足以進行相關的腦電訊號分析並提供腦部活動資訊外，更具優勢地是，當以此區域作為電極接觸位置時，固定電極所需要的力量，會是平行於耳甲底部的力量，尤其，當實施為耳塞形式時，透過耳塞與耳廓內面之凸起與凹陷間的抵頂力量，就能自然地同時達成電極與此垂直區域間的穩定接觸。

另外，實驗中亦發現，在耳廓的背面所取得之腦電訊號的強度亦足以進行相關的腦電訊號分析並提供腦部活動資訊，而此接觸位置則適合採用眼鏡形式。一般而言，而當採用眼鏡形式時，耳廓與頭顱間的V型凹陷及/或耳廓背面皮膚偏上部，正是眼鏡腳所會接觸的位置，另外，若眼鏡腳末端實施為彎曲度增大時，則可接觸到耳廓背面偏下部的皮膚，同樣可自然達成電極的穩定接觸。

再者，請參閱第4圖，其為大腦皮質於頭顱中位置以及與耳廓位置的示意圖，由圖中可知，大腦皮質落在頭顱的上半部，耳廓則是位在頭顱的兩側，並突出於頭顱外，其中，大致而言，以耳道(ear canal)37為分隔，上方耳廓的位置落在大腦皮質的側面，而下方耳廓所對應的頭顱內部則無大腦皮質。

在實驗結果中發現，於耳廓部分的偏上方部分可測得良好腦波訊號，而越往下方則腦電訊號越弱，在觀察頭部的生理構造後發現，應是因為上方耳廓所對應的頭顱內部正是大腦皮質的位置，故在此情形下，透過頭骨、耳軟骨的傳遞，就可在耳廓的上部測得腦波，而下部的耳廓則因距離大腦皮質較遠，再加上耳道的間隔，因此，越往下方的腦電訊號強度即變得越弱，再加上耳垂於腦電檢測領域中原本即被視為是腦電訊號極弱的位置，故在本發明中，當以耳廓(內面以及背面)作為腦電訊號取樣位置時，原則上，以耳道為分界，上方耳廓部分被視為可測得腦電訊號的位置，適合設置活動偵測電極，而下方耳廓則被視為是腦電訊號微弱的位置，適合設置參考電極。

以下即舉例說明，如何透過眼鏡結構以及耳戴結構而設置生理感測元件，並取得多重生理訊號。

首先，在一較佳實施例中，二個電極分別設置於眼鏡結構的兩眼間區域以及耳戴結構上，例如，設置於鼻墊上，以及設置於耳塞上，因此，透過這樣的配置就可同時取得腦電訊號以及眼電訊號，在此情況下，若有需要取得心率資訊，則可選擇在眼鏡結構上、或是耳戴結構上設置光感測器，且可實施為與電極結合在一起，或是設置於電極附近，或是設置於不同的位置，皆無限制。因此，在眼鏡結構不具有光感測器、無法取得任何生理訊號的情形下，透過結合上耳戴結構，就可達成可取得電生理訊號(以及心率資訊)的設置，若眼鏡結構上已設置有光感測器，則透過結合上耳戴結構，整體裝置即升級為可同時取得電生理訊號。

在另一較佳實施例中，則是將二個電極皆設置於眼鏡結構上，例如，可設置於眼鏡腳的位置，接觸耳廓附近的頭顱，耳廓與頭顱間的V型凹陷，耳廓背面，或是設置於鼻墊上以接觸鼻梁，或是設置於鏡框上，以接觸山根、兩眼間、或眼睛周圍的區域，再配合上將光感測器設置於耳戴結構上，例如，透過耳塞設置於耳廓的內面，或是透過耳夾而設置於耳垂上，而此種方式的優勢在於，當耳戴結構實施為可移除形式時，就提供了可在有需要時再接上耳戴結構，以增加另一項生理訊號檢測的選擇，由於光感測器在於取得心率資訊，因此，透過配戴或不配戴耳戴結構，即等於選擇了是否需要偵測心率資訊，所以，使用者就可以根據自身的需求而改變生理感測元件的配置，相當方便。

再者，根據上述的實驗結果可知，即使於同一個耳廓的內部，亦可透過將電極分別設置於隔著耳道的上半部以及下半部而取得腦電訊號，如第5A圖所示，可實施為在耳塞結構上同時設置二個電極50，52，據此，即使僅透過單個耳戴結構亦可取得腦電訊號，此時，則可選擇在眼鏡結構上設置光感測器，例如，設置於與耳塞同側的眼鏡腳上，或是設置於鼻墊上，都是很方便的實施方式。

此外，進一步地，也可直接將光感測器同時設置於耳戴結構上，例如，如第5B圖所示，同一個耳塞上具有二個電極50，52分別接觸耳廓內面的上部及下部，以及一個光感測器54接觸耳甲底部的位置，或是如第5C圖所示，透過套設於鏡腳上的一耳戴結構而提供接觸耳廓背面的二個電極50，52，以及接觸頭顱的一光感測器54，或者，採用類似第2D圖的形式，在一邊耳塞上設置一個電極以及一個光感測器，以及在另一邊耳塞上設置另一個電極，再透過兩邊的鏡腳分別固定兩邊的耳塞，這樣同樣是很方便的方式。

而透過這樣的方式，則是提供了讓使用者可利用自有眼鏡結構來支撐耳戴結構的選擇，如第5C圖所示，可以在不更換眼鏡的狀況下達到取得多重生理訊號的效果，是相當具有優勢的實施方式。

另外，耳戴結構與眼鏡結構間亦可實施為彼此電連接，例如，透過連接器而達成電連接，此時若採用如第2D圖的形式，則可進一步將兩耳塞間的連接電路設置於眼鏡結構中，或是如第5A-5B圖所示的耳塞結構實施為與眼鏡結構間電連接，則在此情形下，就可將眼鏡結構實施為訊息提供介面，例如，需要使用者提起精神而產生的提醒訊息，可透過眼鏡來提供，例如，可由鏡片提供顏色變化、或顯示訊息，或是由眼鏡結構上的發光元件發光等，同樣是方便且具優勢的選擇。

另一方面，除了實施為二個電極以外，根據本發明的裝置亦可進一步具有第三個以上的電極，而透過增設電極的方式，則可讓電生理訊號的取得以及裝置的使用方式有更進一步的選擇，其中，增設的電極可實施為與原本的二個電極一起共同取得電生理訊號，以增加可取得的電生理訊號種類、或是增加取得電生理訊號的位置，或者，也可實施為會取代原本的電極，以改變所取得之電生理訊號的種類、或是改變取得訊號的位置，而且，增設電極可設置於眼鏡結構或耳戴結構上，皆無限制，可根據使用的需求而改變。

至於增設電極的實施方式，也可以有許多選擇，例如，可以是透過一連接埠而另外連接一電極至該眼鏡結構或該耳戴結構，或者，可被設置於眼鏡結構或耳戴結構的其中之一上，並跟隨該結構而一起與另一結構相連接，在此情形下，兩個結構間的連接則實施為電連接，或者，也可實施為原本即已設置於眼鏡結構及/或耳戴結構上，而是透過切換的方式進行選擇，例如，可在所有電極一起被致能以及其中一個電極被失能之間進行切換，至於如何進行切換，則有許多可能，例如，可實施為由手動切換開關的方式，也可透過連接器的插接動作而達成切換，或是透過兩個結構相互結合的機械動作而達成切換，另外也可經由電路控制的方式來達成切換，沒有限制。

其中，當採用連接器的形式時，例如，在眼鏡結構與耳戴結構間利用耳機插孔(earphone jack)進行電連接的情形下，可實施為透過插入的動作而達成連接器內部電連接方式改變，進而完成電極的切換，是相當適合且方便的方式。

舉例而言，可在眼鏡結構已具有二個電極的情形下，藉由耳戴結構而增設第三個電極，在一較佳實施例中，若眼鏡結構上原本的電極配置是僅可取得眼電訊號，則該耳戴結構上的電極可實施為取代其中一電極，例如，取代一個設置於兩眼間區域或眼睛周圍的電極，而變更為僅取得腦電訊號、或是變更為可同時取得眼電訊號以及腦電訊號；或者，在另一較佳實施例中，該耳戴結構上的電極與原本的電極一起進行電生理訊號的擷取，例如，原本眼鏡結構上的電極是設置於腦後的枕骨區，則透過耳戴結構設置的電極，就可多取得耳朵旁邊的顳葉區腦電訊號；或者，在又一較佳實施例中，若眼鏡結構上的電極配置原已可取得腦電訊號，則可藉由讓耳戴結構上的電極取代其中一電極的方式而改變腦電訊號的取樣位置，例如，從原本枕骨區的取樣位置變更為顳葉區的取樣位置。因此，可以有各種可能沒有限制。而且，在上述的情形中，光感測器可實施為位於該眼鏡結構上，或是位於該耳戴結構，皆是可能的實施方式。

另外，也可在耳戴結構已具有二個電極的情形下，透過連接眼鏡結構而達到增設電極的效果，舉例而言，耳戴結構上，如第5A圖所示，已具有二個電極，並可取得腦電訊號，則透過電連接上位於眼鏡結構上的電極，例如，位於眼睛周圍的電極，就可因此而取得眼動訊號，或是透過另一邊眼鏡腳上的電極，將可取得整個腦部活動的情形，而非僅耳戴結構附近之顳葉區的腦電訊號，或是透過延伸至腦後的眼鏡腳而取得枕骨區的腦電訊號，可以根據眼鏡結構上電極的設置位置而有各種可能；另外，若耳戴結構上原本未設光感測器，則也可藉由連接上眼鏡結構而獲得心率資訊。

再者，進一步地，基於眼鏡形式(以及耳戴形式)提供了優異的使用方便性，根據本發明的裝置亦可單純作為生理訊號監測之用，舉例而言，可藉由增設一切換開關而讓使用者手動選擇執行精神狀態監測、或執行生理訊號監測，進一步增加使用效益，例如，藉由分析心率資訊可提供相關心血管活動的資訊，而眼鏡形式(以及耳戴形式)則提供了可連續取得心率的良好穿戴形式，因此，即使在無須進行精神狀態監測的時候，亦可使用本發明的裝置進行生理監測，達到一機多用的效果；而且，這樣的選擇動作也等於確認了裝置正處於精神狀態監測的模式，可有助於更優化精神狀態的判斷結果。

而除了取得上述的腦電訊號、眼電訊號、以及心率資訊外，透過眼鏡結構加上耳戴結構的形式，本發明的裝置也很適合用於取得心電訊號，舉例而言，可在眼鏡結構、或耳戴結構與頭部及/或耳朵相接觸的位置上設置一心電電極，例如，耳塞內，或是眼鏡腳與V型凹陷接觸的位置，或是鏡框與鼻梁、山根或眼睛周圍接觸的位置，之後，再於眼鏡結構或耳戴結構的一外表面上設置一心電電極，例如，耳塞的外表面，或是眼鏡腳的外表面上，透過這樣的方式，使用者就可簡單地藉由上肢，例如，手部，接觸該外露電極的動作而取得心電訊號，相當方便，而且，進一步地，眼鏡結構或耳戴結構中的心電電極還可進一步實施為與腦電電極共用，亦即，將其中一個電極同時作為腦電電極以及心電電極，如此一來，除了製作成本及複雜度可獲得降低外，還可因減少了需要接觸的位置而增加使用上的方便性。

在此，需注意地是，經實驗後得知，接觸外露電極的身體部分對於訊號品質有相當程度的影響，其中，當左上肢觸碰外露電極時，所獲得的心電訊號的品質遠優於接觸右上肢所取得的信號，尤其以電極分別接觸左半邊頭部以及左上肢有最佳的訊號品質，因此，在進行心電訊號測量時，較佳地是利用左上肢接觸外露電極，以避免因接觸右上肢而造成信號品質不良，進而導致分析產生誤判。

另外，根據本發明的裝置由於是透過穿戴於頭部而取得多重生理訊號，因此，也適合使用作為腦機介面，而在所檢測的生理訊號主要包括腦電訊號、眼電訊號以及心率資訊的情形下，可用於產生指令的方式有下列幾種可能方式。

舉例而言，但不限制，使用者可藉由主動調整自身意識的方式而改變專注或放鬆狀態，進而影響α波與β波間的比例，並以此作為產生指令的依據；另外，也可透過眼部的動作而產生指令，例如，短眨眼、長眨眼、連續眨眼次數、左轉或右轉眼球等動作而下達不同的指令；再者，由於呼吸亦是人體可以控制的一項生理活動，而呼吸則會對心率產生影響(亦即，所謂的竇性心律不整(RSA，Respiratory Sinus Arrhythmia))，因此，可藉改變呼吸行為模式而作為產生指令的依據，例如，使用者可透過單純透過特意拉長吸氣的期間而下達指令等，或者，也可透過加深呼吸而增加心跳變異率，進而達到增大RSA震幅的效果，以作為下達指令的依據，因此，沒有限制。

此外，進一步地，當配合上動作感測元件時，例如，加速度器，還可有更多的下達指令方式，例如，當上述的各種生理現象可再配合上下點頭、左右轉動頭部等動作，就可組合出更多種類的指令，讓應用範圍更廣。

而且這些產生指令的方式，只需經過一定的訓練及學習就可達到正確下達指令的效果，無論是應用於操作電腦、虛擬實境眼鏡、或是智慧眼鏡等領域，皆相當具有優勢。

綜上所述，根據本發明的穿戴式精神狀態監測裝置，其透過眼鏡結構穿戴於頭部，且可取得多重生理訊號，有利於增加判斷精神狀態的準確性，並且，其也適合用於平日的生理監測，具有一機多用的功能，再者，在進一步結合眼鏡結構及耳戴結構的情形下，還可提供多重的生理訊號取得選擇，更具使用效益。

10‧‧‧電極

12‧‧‧電極

Claims

一種穿戴式生理監測裝置，用以偵測一使用者的精神狀態，包括：一眼鏡結構，具有二鏡腳以及一鏡框，並透過該使用者的耳廓以及鼻子而設置於該使用者的頭上；一第一電極，設置於該眼鏡結構的該鏡框上；一第二電極，設置於該眼鏡結構的該鏡框或至少一鏡腳上；一光感測器，設置於該眼鏡結構上；以及一生理訊號擷取電路，透過該第一電極以及該第二電極而取得該使用者的眼電訊號，以及透過該光感測器而自該使用者的頭部及/或耳朵取得一心率資訊；其中，該眼電訊號用以取得使用者的眼睛活動情形，以及該心率資訊用以得出使用者的生理狀況，並以兩者作為基礎而得出該使用者的一精神狀態。
如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中，該第一電極實施為接觸該使用者下列位置的其中之一或多，包括：鼻梁，山根，兩眼間區域，以及眼睛周圍區域。
如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中，該第二電極實施為接觸該使用者下列位置的其中之一或多，包括：耳廓背面，耳廓與頭顱間V型凹陷，耳廓附近的頭顱皮膚，枕骨區域，鼻梁，山根，兩眼間區域，以及眼睛周圍區域。
如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中，該精神狀態包括一疲勞程度，一專注程度，以及一清醒程度。
如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中，該光感測器實施為接觸該使用者下列位置的其中之一或多，包括：耳廓背面，耳廓與頭顱間V型凹陷，耳廓附近的頭顱皮膚，鼻梁，山根，兩眼間區域，以及眼睛周圍區域。
如申請專利範圍第1項所述之裝置，其更包括一發聲元件，設置於該眼鏡結構上或與該眼鏡結構相連接，且該發聲元件為空氣傳導式發聲元件或骨傳導式發聲元件。
如申請專利範圍第1項所述之裝置，其更包括一收音元件，設置於該眼鏡結構上或與該眼鏡結構相連接，並實施為與一外部裝置溝通，以為該外部裝置提供通話功能。
如申請專利範圍第1項所述之裝置，其更包括一資訊提供介面，以將下列的其中之一或多提供給使用者，包括：眼電訊號，心率資訊，以及該精神狀態。
如申請專利範圍第8項所述之裝置，其中，該精神狀態被使用作為產生一提醒訊息的基礎，且該提醒訊息實施為透過該資訊提供介面而提供給該使用者。
如申請專利範圍第9項所述之裝置，其中，該提醒訊息實施為下列其中之一或多的形式，包括：觸覺訊息，聽覺訊息，以及視覺訊息。
如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中，該裝置實施為與一外部裝置相溝通，且該外部裝置具有一資訊提供介面，以透過聽覺、視覺、及/或觸覺的形式而將下列的其中之一或多提供給使用者，包括：眼電訊號，心率資訊，以及該精神狀態。
如申請專利範圍第11項所述之裝置，其中，該精神狀態被使用作為產生一提醒訊息的基礎，且該提醒訊息實施為透過該資訊提供介面而提供給該使用者。
如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中，該精神狀態進一步被對應至該使用者操作一外部裝置的意圖，以作為決定對該外部裝置的操作指令的基礎。