TWI623298B - 穿戴式生理量測儀 - Google Patents
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Abstract
一種穿戴式生理量測儀，包含彼此之間未以實體線路或電線連接且以
無線傳輸方式通訊的一體帶模組與一肢帶模組。體帶模組係用以耦合至一使用者之一軀體且用以擷取一心電訊號之一R峰時刻。肢帶模組係用以耦合至該使用者之四肢中的至少一肢且用以擷取一血管容積脈波訊號之一波峰時刻。該穿戴式生理量測儀係用以由該心電訊號之該R峰時刻與該血管容積脈波訊號之該波峰時刻產生一脈波傳導時間數據。
Description
本發明係關於穿戴式生理量測儀，尤其是即時量測用之穿戴式血壓儀。
連續非侵入式血壓(continuous non-invasive blood pressure,CNIBP)的基本原理詳述於Peter等人2014年發表於IRBM的“A review of methods for non-invasive and continuous blood pressure monitoring：Pulse transit time method is promising？”，目前較常用的方法是量取脈波傳導時間(pulse transit time,PTT)，即脈波從左心室出發(以心電圖(Electrocardiograph,ECG)的R峰代表心室擠出血液，即脈波從心室出發的時刻，心電圖在體內的傳導速度為光速)，傳遞到肢體末端的時間(由壓力式(tonometry)、電阻抗式(impedance)或光式(photo)血管容積計(plethysmograph)，觀察脈波再取其波峰，即為脈波到達肢末的時刻)。由脈波傳導時間配合受測者本身的血流動力學參數(例如血管彈性、血液黏稠性等，見美國專利5865755 A)，即可推估連續非侵入式血壓。但這些血流動力學參數不容易直接量測，所以在實際上會先以傳統之壓脈帶型非侵入式血壓計(cuff-type non-invasive blood pressure meter,NIBP)與脈波傳導時間方法同時量測血壓，比對兩者以取得相關的血流動力學參數作為校正基準，此後即可在一段時間(例如兩小時)之內利用脈波傳導時間推估連續非侵入式血壓。然而，更長時間之後，
血流動力學參數會因人體的排汗排尿或環境的溫溼度等因素而顯著改變，此時就需要再用傳統之非侵入式血壓計進行校準，才能維持準確性。
為了讓使用者能在正常生活作息中還能進行連續血壓量測，而不致於被血壓計限制行動，非侵入式連續血壓量測儀最好是能穿戴在身上。例如Sotera Wireless公司的一系列美國專利(如US 8,475,370 B2與US 8,364,250 B2)揭露一種技術，此技術涉及在胸部貼三個電極取得心電圖訊號的R峰(即脈波從心室出發的時刻)，經由電線越過左肩再接到綁在左小臂的主機，再由戴在左手姆指處之發光二極體及光感測器獲得光血管容積脈波之波峰(代表脈波傳遞到姆指的時刻)，以兩者之時間(即為脈波傳遞時間)估算連續非侵入式血壓。此專利另具有一傳統型非侵入式血壓計綁在上臂供校準之用，校準後即可取下，以免使用者受束縛或不舒適。此專利已商品化成名為ViSi Mobile Monitoring System的商品並獲美國食品藥物管理局(USFDA)K130709號上市許可。然而，該技術涉及將電極貼在特定位置以取得心電圖，這對一般人而言非但不舒適也有技術上的困難度，故須由醫護人員操作。因此，美國食品藥物管理局僅准許此產品用於醫療院所，且需經醫師處方。Sotera Wireless公司另有美國專利US 7993275 B2，所揭露之手持式裝置係藉由雙手取得心電圖及兩個光血管容積脈波，計算得兩個脈波傳導時間以增加準確度。
Triage Wireless公司之美國專利US 7,481,772 B2揭露一種感測器，此感測器的貼片上有兩個電極以擷取心電圖的R峰，還有一發光二極體及感光二極體以擷取光血管容積脈波，以兩者之時間估算連續非侵入式血壓。此感測器架構之利弊與US 8,369,936 B2類似，其R峰訊號小且易受干擾，而且貼電極在身上很不舒適。
Triage Wireless公司之美國專利公開案US 2008/0,221,461揭露一種血壓量測方法，其不用壓脈袋但用兩個電極取心電訊號、並用兩個光學或壓力式
之血管容積感測器獲得脈波訊號，計算得脈波傳導時間，並由兩個脈波訊號做微分及其他運算，以求得血壓。但它必須在同一肢佩戴兩個血管容積感測器，並不舒適。
微軟公司之美國專利公開案US 2014/0,249,398揭露一種利用手機計算脈波傳導時間的方法，其藉由裝置在手機上的兩個電極由雙手取得心電訊號，並且利用手機上的攝影機由瞳孔取得脈波訊號，以此兩者之時間作為脈波傳導時間。
三星公司之美國專利US 7,896,811 B2揭露一種可攜式手持裝置，其藉由安裝在手機上的電極及壓力式血管容積感測器，同時獲得心電圖與脈波。然而，使用者手持此裝置時，雙手便不能同時進行其他工作。
綜合上述，現有技術大多是在同一裝置中有線連接心電圖電極和血管容積感測器，但這樣做勢必要拉長電線在身上，犧牲了穿戴式系統不可或缺的舒適性，讓使用者難以接受。目前技術尚未能提出足夠舒適、且操作方便的穿戴式脈波傳導時間量測裝置，供高血壓或中風之已確診或高危險群病患長期使用，以即時並連續地獲得生理訊息。
本發明之目的在於提供一種穿戴式生理量測儀，其包含彼此之間未以實體線路或電線連接且以無線傳輸方式通訊的一體帶模組與一肢帶模組。體帶模組係用以耦合至一使用者之一軀體且用以擷取一心電訊號之一R峰時刻。肢帶模組係用以耦合至該使用者之四肢中的至少一肢且用以擷取一血管容積脈波訊號之一波峰時刻。該穿戴式生理量測儀係用以由該心電訊號之該R峰時刻與該血管容積脈波訊號之該波峰時刻產生一脈波傳導時間數據。
根據本發明之一實施例，該穿戴式生理量測儀之該體帶模組或該肢帶模組係用以經由一無線傳輸方式傳送該脈波傳導時間數據至一資通訊裝置。
本發明之目的亦在於提供一種脈波傳導時間數據之獲得方法，其包含一提供步驟、一R峰時刻擷取步驟、一波峰時刻擷取步驟、及一脈波傳導時間數據之產生步驟。該提供步驟提供一穿戴式生理量測儀，此穿戴式生理量測儀包含用以耦合至一使用者之一軀體的一體帶模組及用以耦合至該使用者之四肢中至少一肢的一肢帶膜組，該體帶模組與該肢帶模組之間並無實體線路或電線連接且係以一無線傳輸方式通訊。該R峰時刻擷取步驟利用該體帶模組擷取一心電訊號之一R峰時刻。該波峰時刻擷取步驟利用該肢帶膜組擷取一血管容積脈波訊號之一波峰時刻。在該脈波傳導時間數據之產生步驟中，該穿戴式生理量測儀根據該心電訊號之該R峰時刻及該血管容積脈波訊號之該波峰時刻產生該脈波傳導時間數據。
100‧‧‧壓脈袋式血壓計
300‧‧‧資通訊裝置
500‧‧‧體帶模組
510‧‧‧體束帶
520‧‧‧體電路
522‧‧‧按釦母座
530‧‧‧電極
533‧‧‧金屬
534‧‧‧金屬
535‧‧‧凸型空腔
540‧‧‧電極
600‧‧‧肢帶模組
610‧‧‧肢束帶
620‧‧‧肢電路
1000‧‧‧穿戴式生理量測儀
2000‧‧‧遠端監護中心
圖1概略顯示根據本發明一實施例之穿戴式生理量測儀及此量測儀無線通訊之一態樣。
圖2顯示根據本發明一實施例之穿戴式生理量測儀中的一體電路的細部架構。
圖3-1顯示根據本發明一實施例之穿戴式生理量測儀中的一肢電路的細部架構。
圖3-2顯示根據本發明另一實施例之穿戴式生理量測儀中的一肢電路的細部架構。
圖3-3顯示根據本發明另一實施例之穿戴式生理量測儀中的一肢電路的細部架構。
圖4顯示根據本發明一實施例之體帶模組之多個態樣。
圖5顯示圖4之一體帶模組的概略俯視圖。
圖6顯示圖4之一體帶模組的概略背面視圖。
圖7-1顯示根據本發明一實施例之電極與體束帶耦合前之狀態側視圖。
圖7-2顯示根據本發明一實施例之電極與體束帶耦合後之狀態側視圖。
圖8顯示根據本發明另一實施例之電極與體束帶施用於人體時的狀態側視圖。
本發明之穿戴式生理量測儀使用易穿戴且舒適的體帶模組(含心電圖電極)及肢帶模組(含血管容積感測器)，體帶模組與肢帶模組之間並無實體線路或電線連接而以無線傳輸取得脈波傳導時間數據以推估連續非侵入式血壓，因此相較於既不舒適又不易穿戴的現行技術架構，本發明之穿戴式生理量測儀能在完全不妨礙睡眠和日常生活的情況下進行非侵入式連續生理監測。此外，本發明更包含其他感測器，可排除身體運動干擾，並在血液動力學參數大幅改變時，提醒使用者再進行校準，以維持測量的準確度。
現參考圖1至圖6。圖1概略顯示根據本發明一實施例之穿戴式生理量測儀1000及此量測儀無線通訊之一態樣。圖2顯示根據本發明一實施例之穿戴式生理量測儀1000中的一體電路520的細部架構。圖3-1、3-2及3-3顯示根據本發明一實施例之穿戴式生理量測儀1000中的肢電路620的細部架構。圖4顯示根據本發明一實施例之體帶模組之多個態樣。圖5顯示圖4之一體帶模組的概略俯視圖。圖6顯示圖4之一體帶模組的概略背面視圖。如圖1所示，穿戴式生理量測儀
1000包含一體帶模組500和一肢帶模組600。體帶模組500包含一體束帶510及一體電路520，體束帶510例如是圖1所示之鬆緊腰帶、皮帶、或任何可固定至身體的支撐件例如圖4所示之內褲、胸罩或項圈。體束帶510上有兩個固定或可拆卸的電極530與540，以便如圖4、5、6所示分別接觸穿戴者的腹部(如圖1與圖4所示)、胸部(如圖4所示)或頸部(如圖5、6所示)位於心臟左右兩側的表皮皮膚。圖4顯示穿戴者之全身正面，由正面視圖可見穿戴在頸部的電極530與540，但由於穿戴在頸部的體電路520係位於身體背面，故以虛線代表其不可見之狀態。圖5為用以例示圖4中穿戴於頸部之體帶模組的頭肩俯視圖，由於頸部被頭遮蔽，故以細虛線代表其不可見之狀態。在圖5中，以細虛線代表例如以略具彈性之塑膠製成並呈C型夾持頸部的體束帶510，以粗虛線代表依附於體束帶510上的體電路520，而體束帶之兩端分別設有電極530與540。圖6顯示穿戴者之頸部背面，可見夾在頸部的體束帶510及依附其上的體電路520，但看不到兩端的電極530與540。
電極530與540可以各種方式與體束帶耦合。現參考圖7-1、7-2與圖8。圖7-1與7-2分別顯示根據本發明一實施例之電極530、540與體束帶510耦合前、後之狀態側視圖。圖8顯示根據本發明另一實施例之電極530、540與體束帶510施用於人體時的狀態側視圖。對於電極530與540係固定至體束帶510的情況而言，電極530及540的主體可以是紡織產業習用的叉爪按釦(prong snap button)，由上下兩片金屬533、534組成，未固定之前其側視圖係如圖7-1所示。貼近人體的金屬533具有尖爪以刺穿體束帶510並與金屬534銜合，金屬534之中心有一凸型空腔535作為按釦的公頭並可容納533的尖爪。當欲將金屬530及540安裝至體束帶510時，使金屬533與534壓迫靠近讓凸型空腔535得以將尖爪擠到旁邊，如此一來533與534緊密銜合並緊夾住體束帶510，其側視圖係如圖7-2所示。如圖8所示，凸型空腔535係供按釦母座522扣夾並且電耦合，電極540及530
與身體接觸的一面，較佳地鍍上一層銀和氯化銀(Ag/AgCl)，以便有較穩定的化學電位，才可取得高品質之心電訊號。
在電極530與540為可拆卸式的情況中，兩者可以是導電材質的公型按釦，其側視呈一U型，如圖8所示。按釦夾在體束帶側(例如內褲或胸罩)，按釦一側的平坦面係用以與皮膚相接觸，仿上述鍍上一層銀和氯化銀。按釦另一側的公頭係用以與體電路520末端的按釦母座522電耦合。更具體而言，電極530之公頭係用以與體電路520突伸之按釦母座522電耦合，電極540之公頭(圖未示)係用以與體電路520突伸之按釦母座(圖未示)電耦合。電極540及530之公頭例如與醫院習用之生理電極相匹配，以便在必要時能使用醫院習用之生理監視器。繫於腰部或胸部之體束帶510可為用可伸縮布料(例如含Spandex之布料，商品名Lycra)製成之鬆緊腰帶，即可直接投入洗衣機洗滌，既兼顧穿戴之舒適性，又可安置電極530與540及體電路520於穿戴者軀體。體束帶510亦可為經改造或加工之普通皮帶，方便穿戴者外出或工作時使用。對於安置於腹部的電極530和540，若距離太近，則取得心電圖之振幅會太小而難以辨識R峰。本發明以體型中等(身高約160cm)之成年人測試，置於腹部之電極540及530距離在10cm以上，可得振幅達0.3mV之清晰心電圖，足以辨識R峰。10cm之距離也適用於電極530及540分別置於女用胸罩之中央與左側，如圖4所示，如此同一體電路可適用於腹部及胸部。
用於頸部之體束帶510可為用塑膠製成之C型夾，如圖5、6所示，電極530與540置於兩端，由體束帶510略施壓力在穿戴者的頸部左右兩側。用於頸部之體束帶510以C型夾實施之目的有二：一是其他人由正面僅能看到C型夾的一小部份，無損於穿戴者之美觀；二是C型夾容易自頸部脫離，可避免不慎勾住其他物品造成穿戴者窒息。頸部體束帶之穿戴位置，以靠近心臟為佳，因為可取得較大之振幅，而且距離人體感測血壓的左右兩側頸動脈竇777較遠(如圖4所
示，是人體本身調控血壓機制之血壓感測器，若受壓會使血壓不穩定甚至低血壓休克)，較不會影響血壓，而且穿戴舒適。
現再參考圖1-6。如圖2所示，體電路520包含心電量測電路，無線收發電路(Wireless Transmitter/Receiver)、微控制器及電池、按釦母座(圖未示)，以擷取心電訊號測得R峰，再把R峰出現的時刻經無線收發電路傳送至肢電路620或資通訊裝置300。體電路520還可選擇性加上呼吸量測電路、表皮汗濕量測電路、身體阻抗量測電路、以及多工器(和電極530與540電耦合)。肢帶模組600包含一肢電路620，以及一肢束帶610，如手環、錶帶、腳環、襪子或任何可固定至腕部或踝的支撐件，用以將肢電路620固定於穿戴者之手腕或腳踝。如圖3-1所示，肢電路620包含可被紅血球反射或吸收之光源，如綠光、紅光及/或近紅外光之發光二極體、用以接收被紅血球反射或未被吸收之光的一感光裝置如感光二極體、與感光裝置電耦合以將光轉換為電訊號的一光電轉換電路、無線收發電路、微控制器及電池。肢電路620係用以由血管容積脈波訊號擷取脈波並測出脈波出現的時刻，將脈波出現的時刻與體電路520傳來之R峰出現的時刻相減，即得脈波傳導時間，後續可以無線收發電路傳送至一資通訊裝置300如手機、健康監控裝置、或訊號中繼站等，較佳地為一手機。或者，肢電路620將脈波出現的時刻傳送給體電路520，計算得到脈波傳導時間後，再以無線收發電路傳送至該資通訊裝置300。體電路520及肢電路620較佳地以軟性電路板(Flexible Printed Circuit,FPC)為基礎，將上述電子元件焊接於其上，外覆生物相容性良好的高分子材料(例如矽酮(silicone)或聚氨酯(Polyurethane))，以保護電子元件，並且有足夠的韌性以便穿戴者感覺舒適。
仍參考圖1。裝置300開始進行連續非侵入式血壓監視之初，可引導使用者協同使用傳統的壓脈袋式血壓計100與本發明之穿戴式生理量測儀1000進行校準，以取得並儲存計算連續非侵入式血壓所必須的血液動力學參數。校
準之後，資通訊裝置300接收自體電路520或肢電路620所傳送的脈波傳導時間，即可推估及顯示連續非侵入式血壓。使用者可先設定連續非侵入式血壓的正常範圍，當測得之連續非侵入式血壓超出正常範圍時，即發出警訊如特殊鈴聲、震動加鈴聲、閃爍加鈴聲、文字訊息等予使用者本人、近端照顧者，及/或發出文字簡訊、寄電子郵件、撥打電話等予遠端監護中心2000，以確保上述至少一者採取必要措施。本發明之體帶模組500與肢帶模組600採分離式架構，能避免導線纏身影響行動，並且足夠舒適，非但不會妨礙日常生活工作且亦可帶著睡覺。本發明之穿戴式生理量測儀1000可達到在正常生活作息下連續監視血壓同時量取其他生理參數的目的。下列為本發明之較佳實施例的詳細說明以及本發明之應用實施例。
如圖2所示，腰帶電路盒520內可選擇性增設一多工器如74HC4052，以於下列三組電路中擇一：選擇性設置之心電及呼吸量測電路(例如德州儀器之ADS1292R)、選擇性設置之表皮汗濕量測電路(Galvanic skin response,GSR，使用直流偏壓測電阻)及選擇性設置之生物阻抗量測電路(BIA,bio-impedance，可推估體內含水量(water content)，以微弱的高頻交流電測量阻抗，使用例如德州儀器之AFE4300)。此外，體電路520尚可選擇性地包含感測環境用之溫度溼度計(例如以德州儀器之HDC1008)、貼近體表的體溫計(例如以德州儀器的LMT70)及加速規(例如飛思卡爾之MMA8652)，偵測體表溫度與身體活動量。體電路520亦可選擇性地包含一警訊產生裝置如震動馬達、喇叭等，產生感官警訊如震動、蜂鳴或語音等警訊，以警告使用者或其近端照護者。當加速規察覺到身體靜止不動作時，體電路520即開始擷取心電圖，用習知的R峰偵測器演算法(例如So and Chan演算法)偵測R峰，並同時以無線傳輸如藍芽傳輸傳送R峰的時刻予肢電路620，肢電路620同時由血管容積脈波訊號取波峰決定脈波到達時刻，以便計算
脈波傳導時間，然後再以前述之演算法推估連續非侵入式血壓。或者，由肢電路620將脈波到達時刻傳送至體電路520，由體電路520來推估連續非侵入式血壓。
另一方面，體電路520可由R峰出現的時刻進行心率變異分析(Heart Rate Variability,HRV，其原理可參考Camm等人著作“Heart Rate Variability：Standards of Measurement,Physiological Interpretation,and Clinical use.”Circulation,93,1043-1065,1996)，並可在連續測量三至五分鐘ECG後，花數秒時間量測汗濕程度及身體阻抗。當身體輕度活動如進食或說話時，體電路520仍可繼續傳送R峰的時刻給肢電路620，但此時毋需進行心率變異分析(心率變異必須在身體靜止時量測才有代表性)；當身體激烈活動如爬樓梯或奔跑時，由於此時心電圖可能會被過度干擾而難以辨識R峰，因此體電路520即停止擷取心電圖，但此時仍可量測環境溫溼度。由表皮汗濕量測及身體阻抗量測，可觀察身體是否有大量的水分變化。由環境溫溼度、體表溫度與汗濕度，可推估環境對周邊血管的影響。由心率變異可推估是否有重大精神壓力，例如以心率變異進行快速傅利葉轉換(Fast Fourier Transform,FFT)求取低頻(LF，自0.04至0.15Hz)之功率頻譜密度，以及高頻(HF，自0.15至0.4Hz)之功率頻譜密度，兩者之比(LF/HF)下降時代表精神壓力及交感活性下降，血管舒張，血壓隨之降低。若這些生理或環境參數在校準後有重大變化而超過使用者事先預設或表訂的正常範圍，即代表原校準所得之血液動力學參數已不再適用，體電路520即開啟警訊產生裝置(震動馬達或喇叭)或其他提醒機構以提醒使用者以傳統非侵入式血壓計再次進行校準、或改變環境溫度如開啟冷氣或暖氣、或改變原有的生活作息如暫停緊張忙碌的工作，以避免異常血壓危害健康。體電路520亦可經由無線傳輸，將上述生理或環境參數超過正常範圍之訊息，傳送至肢電路620或使用者附近的資通裝置如手機、平板等，用感官效果如震動、聲音或影像等來提醒使用者。
如圖3-1所示，肢電路620包含前述之光源如綠光發光二極體(發光波長約530nm)、紅光發光二極體(發光波長約660nm)或紅外光發光二極體(發光波長約925nm)、前述之感光裝置如感光二極體、前述之光電轉換電路，以自任一發光二極體取得光血管容積脈波訊號。如圖3-2所示，若肢電路620同時包含紅光發光二極體與紅外光發光二極體，及額外包含一血氧飽和度量測電路(例如以德州儀器之AFE4400為核心)，藉著將此兩發光二極體與感光二極體電連接至此血氧飽和度量測電路，即可量測血氧飽和度。肢電路除了以一發光二極體取得光血管容積脈波訊號之外(圖3-1)，也可改為量測阻抗式血管容積脈波訊號，如圖3-3所示，肢電路之外殼有兩個電極接觸人體，內含生物阻抗量測電路(使用例如德州儀器之AFE4300)，此電路取得之阻抗會隨脈波流過血管而變化，即可藉脈波峰以取得脈波到達的時刻。肢電路620亦可選擇性地包含一警訊產生裝置如震動馬達或喇叭、環境溫溼度計及加速規，其作用和上述體帶電路520中的警訊產生裝置、環境溫溼度計及加速規相同。當身體靜止與輕度活動時，肢電路620以無線傳輸如藍芽傳輸接收體電路520傳送的R峰並同時以紅光發光二極體或紅外光發光二極體取得PPG訊號，計算兩者之時間作為脈波傳導時間，然後再將脈波傳導時間傳送到手機300來推估及顯示連續非侵入式血壓。體電路620亦可將PPG傳送至體電路520，如上所述，由體電路520來計算脈波傳導時間以推估連續非侵入式血壓。
另一方面，演算由綠、紅、或紅外光之任一發光二極體取得之光血管容積脈波，皆可獲得血管舒張係數(Vessel Dilation Index,VDI，請參考中華民國專利I473595)與加大指標(Augmentation index,AI，請參考US6786872 B2)，作為評估血管及血壓的依據。類似於上述體電路520對環境溫溼度、體表溫度與汗濕度、及心率變異的處理方式，肢電路620亦可判別血管舒張係數、加大指標及環境溫溼度在校準後是否有重大變化致超過使用者事先預設或表訂之正常範
圍。若此些參數超過正常範圍，肢電路620可開啟警訊產生裝置如震動馬達、喇叭或其他提醒機構以提醒使用者或近端照護者、或經由無線傳輸將參數超過正常範圍之訊息傳送至使用者附近的資通裝置例如手機、平板等，以感官效果如震動、聲音或影像等來提醒使用者或近端照護者。
協同體電路520與肢電路620可測量得到脈波傳導時間、環境溫溼度、體表溫度、汗濕度、體內含水量、心率變異等數據，此些數據皆可經由無線傳輸傳送至使用者附近的資通訊裝置如手機或平板等。資通訊裝置不僅能推估連續非侵入式血壓，還能依據預設或表訂的正常範圍來研判測量結果是否異常，再發出各種感官警訊如震動、聲音或影響，提醒使用者或是近端照顧者進行必要處置如開啟冷氣或暖氣、用傳統血壓計再行校準等。手機亦可經由無線傳輸將測量結果傳送至網路基地台，再傳送到遠端的監護中心，進行儲存與進一步分析，必要時由遠端的醫護人員即時指導使用者或近端照顧者，進行必要之處置如指示使用者服用降血壓藥、就醫等。
已知血液的主要阻力來自周邊血管(小動脈)，小動脈的舒張或收縮係受到交感神經節制，而交感神經與副交感神經互為拮抗，副交感神經可受深呼吸刺激橫膈膜而強化，故深呼吸可降低血壓，此方法稱為生物回饋法(Biofeedback)降血壓，其細節係揭露於美國專利US 5,800,337專利中且商品化為Resperate®，由美國食品藥物管理局核發上市許可(K020399)。本實施例的穿戴式生理量測儀的組態係如實施例一所述，但額外地將體電路520之心電呼吸量測電路所擷取之呼吸訊號(pneumograph)，經由無線傳輸傳送至使用者附近的資通訊裝置如手機或平板。手機或平板內可裝設程式以判定收到的連續非侵入式血
壓是否大於預設的正常值上限，若超過則以感官效果如語音指示、文字暨語音指示或影像暨語音指示引導使用者以生物回饋法調節呼吸節奏，以降低血壓，避免過高血壓危害健康。
本發明之穿戴式生理量測儀亦可用以監測睡眠呼吸暫停(sleep apnea)。當使用者在睡眠時，體電路520以及肢電路620不僅能估算連續非侵入式血壓及心率變異並將數據無線傳輸至資通訊裝置如手機或平板，還能將加速度、呼吸、血氧飽和度、汗濕度等生理參數也一併無線傳輸至資通訊裝置如手機或平板。資通訊裝置如手機或平板電腦可同時記錄影像及鼾聲，使得資通訊裝置如手機或平板得以記錄整個睡眠過程的生理變化。當發生呼吸中止時，呼吸會暫停，血氧飽和度會降低，其他生理參數亦可能異常。此睡眠記錄可作為篩檢睡眠呼吸中止之依據，供醫師進一步診治之參考。此外，當肢電路620測得血氧飽和度過低(例如低於90%)時，或體電路520測得呼吸暫停(例如呼吸訊號不變達15秒以上)，即可啟動警訊產生裝置如震動馬達喚醒使用者，避免長時間缺氧。
本發明之穿戴式生理量測儀亦可用於觀察快速眼動期(Rapid Eye Movement,REM)。一般人類的正常睡眠，每次平均大約為八小時，可分為四個睡眠週期，每個睡眠週期是由淺眠漸進到深眠然後再逐漸回到淺眠，在淺眠時身體常有小動作，例如翻身或移動四肢，同時眼球也會轉動，故稱為快速眼動期。要偵測快速眼動期，除了直接偵測眼動之外，亦可由觀察肢體運動如利用加速規監測肢體運動來推估快速眼動期。或由心率變異也可推估快速眼動期，細節請參考Berlad等人著作「Power spectrum analysis and heart rate variability in Stage 4 and REM sleep：evidence for state specific changes in autonomic dominance.」
J.Sleep Res 1993；2(2)。心率變異之低頻功率頻譜密度(LF)在快速動眼期較顯著，而高頻(HF)在非快速動眼期較顯著。若在快速眼動期(即淺眠)被喚醒，人較不會感覺疲倦；反之，若在深眠時被喚醒，人會感覺疲倦與不悅。本發明可由體電路520及肢電路620內的加速規觀察肢體運動，或由體電路520計算所得之心率變異，判定使用者是否在快速眼動期。使用者可事先設定欲被喚醒的時段(例如早上6：30~7：30)，本發明之穿戴式生理量測儀即可在該時段內的快速眼動期時，啟動體電路520或肢電路520的警訊產生裝置如震動馬達或喇叭，來喚醒使用者。
熟習此項技藝者應明白，本發明不限於上述實施例及文中所述之特定元件，可使用任何可達到相同功能之其他元件或裝置來替代文中所述之特定元件。例如，體帶模組500或肢帶模組600之間的矩距離無線傳輸可使用Wi-Fi、Zigbee、UWB、或其他技術，穿戴式生理量測儀1000與遠端監護中心2000之間的遠距離無線傳輸可使用GSM、3G、4G/LTE、或其他技術。此外，元件之名稱並非意味著元件之形狀及/或尺寸。例如，電路盒並非局限於四方體，其可為扁圓柱體、橢圓體、類卡片或晶片之扁平板。又，文中所列舉之晶片如德州儀器或飛思卡爾之晶片可以具有類似功能之其他公司的晶片所取代。本發明之穿戴式生理量測儀的應用亦不限於上述實施例，而是涵蓋過去已知及未來將開發之與心電訊號及/或血管容積脈波訊號相關的所有應用。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，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。
Claims (21)
- 一種穿戴式生理量測儀，包含：一體帶模組，係用以耦合至一使用者之一軀體且用以擷取一心電訊號之一R峰時刻，該體帶模組包含一體束帶及一體電路，該體電路包含用以量測一身體含水量量測值的一身體含水量量測電路；及一肢帶模組，係用以耦合至該使用者之手腕或腳踝且用以擷取一血管容積脈波訊號之一波峰時刻，其中該體帶模組與該肢帶模組之間並無實體線路或電線連接且係以一無線傳輸方式通訊，該穿戴式生理量測儀係用以由該心電訊號之該R峰時刻與該血管容積脈波訊號之該波峰時刻產生一脈波傳導時間數據。
- 如申請專利範圍第1項之穿戴式生理量測儀，其中該體束帶具有兩個導電電極，此兩個導電電極係分別用以接觸該使用者之位於心臟左右兩側的表皮皮膚。
- 如申請專利範圍第1項之穿戴式生理量測儀，其中該體電路更包含一心電圖放大電路、一微控制器、一無線傳輸電路、及一電池。
- 如申請專利範圍第1項之穿戴式生理量測儀，其中該肢帶模組包含一肢束帶與一肢電路。
- 如申請專利範圍第4項之穿戴式生理量測儀，其中該肢電路包含一光源、一感光裝置、一光電轉換電路、一微控制器、一無線傳輸電路、及一電池。
- 如申請專利範圍第1項之穿戴式生理量測儀，其中該體帶模組係用以經由一無線傳輸方式傳送該脈波傳導時間數據至一資通訊裝置。
- 如申請專利範圍第1項之穿戴式生理量測儀，其中該肢帶模組係用以經由一無線傳輸方式傳送該脈波傳導時間數據至一資通訊裝置。
- 如申請專利範圍第7或8項之穿戴式生理量測儀，其中該資通訊裝置係用以將該脈波傳導時間數據經由一無線傳輸方式傳送至一遠端監護中心，致使該遠端監護中心儲存與分析該脈波傳導時間數據，以指導該穿戴式生理量測儀的該使用者或其照顧者，其中該資通訊裝置為一手機。
- 如申請專利範圍第8項之穿戴式生理量測儀，其中該資通訊裝置係用以發出一感官效果以引導該使用者調整呼吸節奏，其中該資通訊裝置為一手機。
- 如申請專利範圍第1項之穿戴式生理量測儀，其中該肢電路更包含選自下列之一或多者：一另一光源、一血氧飽和度電路、一加速規、一溫度計、一環境溼度計、一警訊產生裝置。
- 如申請專利範圍第10項之穿戴式生理量測儀，其中在該身體含水量量測值在一預設範圍之外時啟動該警訊產生裝置。
- 如申請專利範圍第11項之穿戴式生理量測儀，其中該穿戴式生理量測儀係用以在該身體含水量量測值在該預設範圍之外時，以一感官效果提醒該穿戴式生理量測儀的一使用者以一血壓計進行校準。
- 一種脈波傳導時間數據之獲得方法，包含：一提供步驟，提供一穿戴式生理量測儀，其包含用以耦合至一使用者之一軀體的一體帶模組及用以耦合至該使用者之手腕或腳踝的一肢帶膜組，該體帶模組包含一體束帶及一體電路，該體電路包含用以量測一身體含水量量測值的一身體含水量量測電路，該體帶模組與該肢帶模組之間並無實體線路或電線連接且係以一無線傳輸方式通訊；一R峰時刻擷取步驟，利用該體帶模組擷取一心電訊號之一R峰時刻；一波峰時刻擷取步驟，利用該肢帶膜組擷取一血管容積脈波訊號之一波峰時刻；一脈波傳導時間數據之產生步驟，該穿戴式生理量測儀根據該心電訊號之該R峰時刻及該血管容積脈波訊號之該波峰時刻產生該脈波傳導時間數據。
- 如申請專利範圍第13項之脈波傳導時間數據之獲得方法，其中該體束帶上具有兩個導電電極且此兩個導電電極係分別用以接觸該使用者之位於一心臟左右兩側的表皮皮膚，該體電路更包含一心電圖放大電路。
- 如申請專利範圍第14項之脈波傳導時間數據之獲得方法，其中該肢帶模組包含一肢束帶與一肢電路，該肢電路包含一光源、一感光裝置、及一光電轉換電路。
- 如申請專利範圍第15項之脈波傳導時間數據之獲得方法，其中該脈波傳導時間數據之產生步驟更包含：一第一無線傳輸步驟，利用該體帶模組以一無線傳輸方式將該心電訊號之該R峰時刻傳送至該肢帶膜組；及 一計算步驟，該肢帶模組根據該心電訊號之該R峰時刻及該血管容積脈波訊號之該波峰時刻計算該脈波傳導時間數據，該脈波傳導時間數據之獲得方法更包含：一第二無線傳輸步驟，利用該肢帶模組以一無線傳輸方式將該脈波傳導時間數據傳送至一資通訊裝置。
- 如申請專利範圍第15項之脈波傳導時間數據之獲得方法，其中該脈波傳導時間數據之產生步驟更包含：一第一無線傳輸步驟，利用該肢帶模組以一無線傳輸方式將該血管容積脈波訊號之該波峰時刻傳送至該體帶膜組；及一計算步驟，該體帶模組根據該心電訊號之該R峰時刻及該血管容積脈波訊號之該波峰時刻產生該脈波傳導時間數據，該脈波傳導時間數據之獲得方法更包含：一第二無線傳輸步驟，利用該體帶模組以一無線傳輸方式將該脈波傳導時間數據傳送至一資通訊裝置。
- 如申請專利範圍第16或17項之脈波傳導時間數據之獲得方法，更包含：該資通訊裝置以一無線傳輸方式將該脈波傳導時間數據傳送至一遠端監護中心，致使該遠端監護中心儲存與分析該脈波傳導時間數據以指導該使用者或其照顧者，其中該資通訊裝置為一手機。
- 如申請專利範圍第16或17項之脈波傳導時間數據之獲得方法，更包含：利用該資通訊裝置發出一感官效果以引導該使用者調整呼吸節奏，其中該資通訊裝置為一手機。
- 如申請專利範圍第13項之脈波傳導時間數據之獲得方法，在該提供步驟之後與該兩擷取步驟之前更包含：一校準步驟，利用一血壓計對該穿戴式生理量測儀校準。
- 如申請專利範圍第13項之脈波傳導時間數據之獲得方法，更包含：在該身體含水量量測值在一預設範圍之外時啟動穿戴式生理量測儀的一警訊產生裝置。
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