TWI635850B - 心跳脈博量測系統及其方法 - Google Patents
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Abstract
本發明所提供心跳脈博量測系統包含一偵測單元、一處理單元以及一輸出單元。偵測單元包含一第一發光件、一第二發光件以及一偵測模組。第一發光件發射一第一頻率發射光接觸於一受試體，以產生一第一散射光訊號；該第二發光件發射一第二頻率發射光接觸於該受試體，以產生一第二散射光訊號。偵測模組接收第一散射光訊號以及第二散射光訊號，以轉換分別得到一第一電流訊號以及一第二電流訊號。處理單元取該第一電流訊號以及該第二電流訊號與時間相關之強度差值進行分析計算，以產生一分析資訊，輸出單元再將該分析資訊進行輸出。
Description
本發明係有關一種量測系統及其方法，特別是一種心跳脈博量測系統及其方法。
一般傳統的量測心跳或脈搏裝置需要透過電極貼片貼附於受試者身上進行量測，但電極貼片僅適用於固定式的檢測裝置，並不適合待試者於日常活動穿戴使用。先前技術致力於將光檢測的方法導入穿戴式裝置，係透過光的體積變化來量測心跳或脈搏訊號，然而，檢測過程中發現，若受試者身體處於非靜止的情況，心跳及脈搏訊號的量測很容易受到身體所造成的動作變化產生大量雜訊，使得心跳或脈搏數值量測的準確率下降。
再者，雖然穿戴式設計具有高度可攜性，但現行感測光體積量測裝置不僅因待試者的運動狀況，造成光體積變化之量測出現過多雜訊，導致光感心跳與脈搏數值的準確率下降，亦由於外在環境(如：陰影變化、溫度變化)或內在因子(如：肌肉張力變動)的影響造成誤差，係無法準確地測得其數值，甚至無法計量。
有鑑於此，本發明提供一種心跳脈博量測系統及其方法，透過此心跳脈博量測系統及其方法可以解決上述之缺點。
本發明所提供心跳脈博量測系統包含一偵測單元、一處理單元以及一輸出單元。
本發明之偵測單元包含一第一發光件、一第二發光件以及一
偵測模組。該第一發光件得發射一第一頻率發射光，透過該第一發光件接觸於一受試體，以產生一第一散射光訊號，該第一散射光訊號係為該第一頻率發射光與時間相關之光體積變化量值；該第二發光件得發射一第二頻率發射光，透過該第二發光件接觸於該受試體，以產生一第二散射光訊號，該第二散射光訊號係為該第二頻率發射光與時間相關之光體積變化量值。
本案之偵測模組係用以接收由該受試體返回之該第一散射光訊號以及該第二散射光訊號，以分別得到一第一電流訊號以及一第二電流訊號。
一實施例中，偵測模組與該第一發光件、該第二發光件具有相同間距，本案不以此為限。
本發明之處理單元連接於該偵測模組，處理單元具有一放大器、一過濾器、一處理模組以及一第一傳輸模組。第一電流訊號以及第二電流訊號先通過放大器以及過濾器進行放大以及過濾雜訊，再經由處理模組進行分析計算以產生一分析資訊，其中處理模組係取該第一電流訊號以及該第二電流訊號與時間相關之強度差值進行分析計算的，接著由第一傳輸模組將該分析資訊傳送至該輸出單元。
本案的輸出單元耦接於該處理單元，輸出單元包含一第二傳輸模組，用以接收該分析資訊，輸出單元再將該分析資訊轉換為一心跳脈博訊號輸出。
本發明亦提供一心跳脈博量測方法，包含：步驟1、透過一第一發光件以及一第二發光元件分別發射一第一頻率發射光以及一第二頻率發射光接觸於一受試體，以產生一第一散射光訊號以及一第二散射光訊號，該第一散射光訊號以及該第二散射光訊號係為與時間相關之光體積變化量值；步驟2、將由該受試體返回之該第一散射光訊號以及該第二散射光訊號分別轉換為一第一電流訊號以及一第二電流訊號，也就將類比訊號轉為數位訊號；步驟3、放大或過濾該第一電流訊號以及該第二電流訊號；步驟4、分析計算該第一電流訊號以及該第二電流訊號，係取
該第一電流訊號以及該第二電流訊號與時間相關之強度差值，以得到一分析資訊；步驟5、將該分析資訊傳送至一輸出單元，且透過該輸出單元將該分析資訊轉換為一心跳脈博訊號輸出。
本案所提供的心跳脈博量測系統及方法係透過兩種不同頻率之散射光訊號的收錄，消除於該受試體因外在環境或內在因子所造成之共同雜訊，而能夠提升心跳或脈搏數值量測的準確率，且偵測單元不僅可適用於可攜式電子裝置，受試者身體動作行為也不需受限制，可以有效解決習知技術的缺失。
緣是，本發明係針對以上問題加以研究，經長時間之設計與開發，進而完成本案「心跳脈博量測系統及方法」，用以解決習知技術未能達成之標的。
20‧‧‧偵測單元
210‧‧‧第一發光件
220‧‧‧第二發光件
230‧‧‧偵測模組
30‧‧‧處理單元
310‧‧‧放大器
320‧‧‧過濾器
330‧‧‧處理模組
340‧‧‧第一傳輸模組
40‧‧‧輸出單元
410‧‧‧第二傳輸模組
420‧‧‧顯示器
430‧‧‧儲存器
第一圖，本發明所提供的心跳脈博量測系統的示意圖；第二圖，本案偵測單元的示意圖；第三圖，本案處理模組對第一電流訊號以及第二電流進行分析計算之示意圖；第四圖，本案分析資訊之示意圖；以及第五圖，本發明心跳脈博量測方法之步驟圖。
為讓 鈞局貴審查委員及習於此技術人士，對本發明之功效完全了解，茲配合圖示及圖號，就本發明較佳之實施例說明如下：請參考第一圖，其係本發明所提供的心跳脈博量測系統的示意圖，本發明所提供的心跳脈博量測系統包含一偵測單元20、一處理單元30以及一輸出單元40。
請參考第二圖，其係本案偵測單元20的示意圖，本發明之偵
測單元20包含一第一發光件210、一第二發光件220以及一偵測模組230。該第一發光件210得發射一第一頻率發射光，透過該第一發光件210接觸於一受試體，以產生一第一散射光訊號，該第一散射光訊號係為該第一頻率發射光與時間相關之光體積變化量值；該第二發光件220得發射一第二頻率發射光，透過該第二發光件220接觸於該受試體，以產生一第二散射光訊號，該第二散射光訊號係為該第二頻率發射光與時間相關之光體積變化量值。
一實施例中，該第一發光件210可為一紅外光發光二極體感光晶體管，該第一頻率發射光為一紅外光，本案不以此為限；該第二發光件220可為任意波長的發光二極體感光晶體管，在一較佳實施例中，該第二發光件220為一遠紅外光發光二極體感光晶體管或一綠光發光二極體感光晶體管，該第二頻率發射光為一遠紅外光或一綠光，本案不以此為限。
本案之偵測模組230可設置於該第一發光件210以及該第二發光件220之間，本案不以此為限，偵測模組230係用以接收由該受試體返回之該第一散射光訊號以及該第二散射光訊號，以分別得到一第一電流訊號以及一第二電流訊號。
一實施例中，偵測模組230與該第一發光件210、該第二發光件220具有相同間距，本案不以此為限。
本發明之處理單元30連接於該偵測模組20，處理單元30具有一放大器310、一過濾器320、一處理模組330以及一第一傳輸模組340。第一電流訊號以及第二電流訊號先通過放大器310以及過濾器320進行放大以及過濾雜訊，再經由處理模組330進行分析計算以產生一分析資訊，其中處理模組330係取該第一電流訊號以及該第二電流訊號與時間相關之強度差值進行分析計算的，接著由第一傳輸模組340將該分析資訊傳送至該輸出單元40。
一實施例中，放大器310可用以增加該第一電流訊號以及該第二電流訊號之強度值，過濾器320可用以排除該第一電流訊號以及該第二電流訊號之雜訊值，本案不以此為限。
一實施例中，請參考第三圖，其係本案處理模組對第一電流
訊號以及第二電流進行分析計算之示意圖，處理模組330係將第一電流訊號以及第二電流訊號與時間相關之強度差值進行運算以產生該分析資訊，此為共模雜訊處理的方式，本案不以此為限。
請參考第四圖，其係本案分析資訊之示意圖，第一電流訊號以藍色線條表示，於此實施例中，第一電流訊號係由遠紅外光發光二極體感光晶體管所產生，訊雜比為0.374804；第二電流訊號以紅色線條表示，於此實施例中，第二電流訊號係由紅外光發光二極體感光晶體管所產生，訊雜比為0.323838；第一電流訊號減去第二電流訊號之後的訊號以黑色線條表示，訊雜比為0.519701，由此可知，透過本案心跳脈博量測系統所量測出來的訊號明顯有較低的雜訊與基線飄移，訊雜比有明顯提高。
本案的輸出單元40耦接於該處理單元30，輸出單元40包含一第二傳輸模組410，用以接收該分析資訊，輸出單元40再將該分析資訊轉換為一心跳脈博訊號輸出。
一實施例中，輸出單元40更可包含一顯示器420以及一儲存器430，透過顯示器420將該分析資訊進行輸出，之後可以將該分析資訊儲存於該儲存器430，本案不以此為限。
一實施例中，本案心跳脈博量測系統中的偵測單元20、處理單元30以及輸出單元40可分別為不同的裝置，例如透過一個小型光學檢測裝置(具有偵測單元20、處理單元30)直接接觸於受試者的手指表面，再將分析資訊以無線訊號傳送至可攜式電子裝置，可攜式電子裝置可為智慧型手機，用以進行輸出、儲存或其他應用，本案不以此為限。
一實施例中，本案心跳脈博量測系統中的偵測單元20、處理單元30以及輸出單元40亦可為同一裝置，例如一智慧型手機，直接利用智慧型手機上的偵測單元20接觸於受試者的手指表面，第一電流訊號以及第二電流訊號也直接於智慧型手機中的處理單元30進行分析計算，分析資訊可透過智慧型手機的顯示器輸出，也可儲存於智慧型手機的儲存器，本案不以此為限。
本發明亦提供一心跳脈博量測方法，請參考第五圖，其係本發明心跳脈博量測方法之步驟圖，其步驟包含：
步驟1、透過一第一發光件以及一第二發光元件分別發射一第一頻率發射光以及一第二頻率發射光接觸於一受試體，以產生一第一散射光訊號以及一第二散射光訊號，該第一散射光訊號以及該第二散射光訊號係為與時間相關之光體積變化量值；
步驟2、將由該受試體返回之該第一散射光訊號以及該第二散射光訊號分別轉換為一第一電流訊號以及一第二電流訊號；
步驟3、放大或過濾該第一電流訊號以及該第二電流訊號；
步驟4、分析計算該第一電流訊號以及該第二電流訊號，係取該第一電流訊號以及該第二電流訊號與時間相關之強度差值，以得到一分析資訊，本案不以此為限。
步驟5、將該分析資訊傳送至一輸出單元，且透過該輸出單元將該分析資訊轉換為一心跳脈博訊號輸出。一實施例中，該分析資訊可以透過有線或無線傳輸的方式傳送至該輸出單元，本案不以此為限。一實施例中，輸出單元係透過一顯示器將該分析資訊進行輸出，亦可將該分析資訊儲存於一儲存器，本案不以此為限。
本案所提供的心跳脈博量測系統及方法係透過兩種不同頻率之散射光訊號的收錄，消除於該受試體因外在環境或內在因子所造成之共同雜訊，而能夠提升心跳或脈搏數值量測的準確率，且偵測單元不僅可適用於可攜式電子裝置，受試者身體動作行為也不需受限制，可以有效解決習知技術的缺失。
上述實施例僅為說明本發明之原理及其功效，並非限制本發明。因此習於此技術之人士對上述實施例進行修改及變化仍不脫本發明之精神。本發明之權利範圍應如後述之申請專利範圍所列。
Claims (7)
- 一種手指尖端之心跳脈博量測系統，包含：一偵測單元，用以接觸於受試者的單一手指尖端表面，該偵測單元包含：一第一發光件，設置於該手指尖端表面鄰近尖端側，得發射一第一頻率發射光，接觸於一受試體，產生一第一散射光訊號，該第一散射光訊號係為該第一頻率發射光與時間相關之光體積變化量值，該第一頻率發射光為一紅外光；一第二發光件，設置於該手指尖端表面鄰近關節側，得發射一第二頻率發射光，接觸於該受試體，產生一第二散射光訊號，該第二散射光訊號係為該第二頻率發射光與時間相關之光體積變化量值，該第二頻率發射光為一遠紅外光；以及一偵測模組，設置於該第一發光件以及該第二發光件之間，係與該第一發光件、該第二發光件具有相同間距，接收由該受試體返回之該第一散射光訊號以及該第二散射光訊號，以分別得到一第一電流訊號以及一第二電流訊號；一處理單元，連接於該偵測模組，包含：一處理模組，分析計算該第一電流訊號以及該第二電流訊號，係取該第一電流訊號以及該第二電流訊號與時間相關之強度差值得到一分析資訊；以及一第一傳輸模組，將該分析資訊傳送出；以及一輸出單元，耦接於該處理單元，以接收該分析資訊，且將該分析資訊轉換為一心跳脈博訊號輸出。
- 如請求項1所述之心跳脈博量測系統，其中該處理單元更包含一放大器，係增加該第一電流訊號以及該第二電流訊號之強度值。
- 如請求項1所述之心跳脈博量測系統，其中該處理單元更包含一過濾器，係排除該第一電流訊號以及該第二電流訊號之雜訊值。
- 如請求項1所述之心跳脈博量測系統，其中該輸出單元包含一第二傳輸模組，係接受該第一傳輸模組傳送之該分析資訊。
- 一手指尖端之心跳脈博量測方法，包含：步驟1、透過一第一發光件以及一第二發光元件，分別發射一第一頻率發射光以及一第二頻率發射光接觸於一受試體的單一手指尖端表面，以產生一第一散射光訊號以及一第二散射光訊號，該第一散射光訊號以及該第二散射光訊號係為與時間相關之光體積變化量值，其中該第一發光件設置於該手指尖端表面鄰近尖端側及該第二發光元件設置於該手指尖端表面鄰近關節側，該第一頻率發射光為一紅外光，該第二頻率發射光為一遠紅外光；步驟2、透過設置於該第一發光件以及該第二發光件之間一偵測模組，將由該受試體返回之該第一散射光訊號以及該第二散射光訊號分別轉換為一第一電流訊號以及一第二電流訊號，其中，該偵測模組與該第一發光件、該第二發光件具有相同間距；步驟3、分析計算該第一電流訊號以及該第二電流訊號，係取該第一電流訊號以及該第二電流訊號與時間相關之強度差值得到一分析資訊；以及步驟4、將該分析資訊傳送至一輸出單元，且透過該輸出單元將該分析資訊轉換為一心跳脈博訊號輸出。
- 如請求項5所述之心跳脈博量測方法，其中該步驟3中，在分析計算該 第一電流訊號以及該第二電流訊號之前，更包含將該第一電流訊號以及該第二電流訊號進行放大或過濾的步驟。
- 如請求項5所述之心跳脈博量測方法，其中該步驟4中，該分析資訊係透過無線傳輸的方式傳送至該輸出單元。
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