TWI635851B - Sensing device and sensing system for instantaneously transmitting organ audio - Google Patents

Abstract

一種具即時傳輸臟器音訊的感測系統，藉由一個感測母體心音及肺音的指向性收音感測單元，一個收音角大於前述指向性收音感測單元的廣角收音感測單元，及一個主要接收母體和胎兒心音的慣性感測單元，及時將感測之音訊藉由傳輸單元傳輸至一運算系統中的可攜式通訊裝置，經由該可攜式通訊裝置及時傳送至伺服器，由伺服器利用程式將收到的音訊交叉比對，得到相對應臟器所發出的音源，並供醫療人員判斷分析，甚至加入遠距監控裝置進行監控。藉由該感測系統，有效感測母體及胎兒的心音，供醫療人員更精確的判斷，以維護母體及胎兒的健康安全。

Description

即時傳輸臟器音訊的感測裝置及感測系統

一種即時傳輸臟器音訊的感測裝置，其中更與運算系統結合形成一具即時傳輸臟器音訊的感測系統。

隨著母體懷孕時，為期約40週的等待胎兒成形的過程，母體必須定期至醫療機構作超音波檢測，確認胎兒在子宮內的生長情形，尤其是心跳的頻率，胎兒正常的心律為每分鐘120~160下，超過160下即代表心跳過快，必須加以關注。

心臟是鼓動血流，提供全身營養和攜走廢棄物的主要動力來源，對於胎兒，心臟也是全身發育中較早有功能的器官，藉由心音感測，不僅可以確認胎兒的存活，甚至也可以從胎心音判別其狀況是否正常。心音頻率過高時，可能是胎兒在子宮內有缺氧或是孕婦本身發燒，心率過快所引起，而心音頻率過低時，更可能與先天性心臟疾病有關，或神經系統的發展所造成。因胎兒是經由臍帶輸送的氧氣與養分獲得能量，且全身器官尚需發育成長，功能並非完善，在出生前常需要特別關心注意。所以，藉由感測儀器時刻觀測胎兒的心跳狀況，遇有狀況就能及時送醫處置，也能提升胎兒健康順利出生的機率。

為及時注意胎兒的心跳狀況，有部分業者發明一種簡易胎心儀，使用超音波探測技術，由探頭與收音裝置接收反射的超音波及胎兒心 臟跳動產生的心音，經由將反射超音波轉換成電訊號，及時以數字型式顯示胎兒的心跳頻率，以及可由一簡易揚聲器播放收音裝置接收的音訊，但是，該胎心儀所量測的結果因受限於胎心儀本身的探頭靈敏度、濾波器的濾波功能、以及訊號處理器的轉換效率，甚至胎兒的位置，都可能導致數字誤差值較大，且因揚聲器所播放的音訊更包含了許多背景雜音，包括探頭與空氣摩擦的聲音，腸胃蠕動的聲音，臍帶動脈的聲音等，即使專業醫療人員，有時都難以判斷該胎兒心音是否有異，因此，如何獲得獨立的胎兒心音，並能及時供專業醫療人員判讀是本案所要克服的問題。

此外，另有研究人員採用電容式麥克風進行人體心、肺音的量測，藉由電容式麥克風接收由心肌收縮、心臟瓣膜關閉和血液撞擊心室壁、大動脈壁等引起的振動所產生的音訊，以及正常呼吸地肺音進入到的收音腔中，進一步將音訊轉換成電訊號並在螢幕上顯示該音訊的波形，但因心臟在體內所處的位置與肺臟部份重疊，且心音的頻率波段約在20~600Hz，相較之下，人體在吸氣時的肺音頻率波段約在60~600Hz，呼氣時還可提高至700Hz。兩者不僅是發聲位置有所重疊，連頻率範圍也有極大的重疊，使得分辨這兩種臟器音有相當難度；甚至因電容式麥克風不僅是接收心音與肺音，更可能接收到包括肝臟、腎臟、胃等臟器所發出的各種音訊。理論上雖可經由濾波、或使用獨立成分分析法分離並重建等方式，試圖分離各種不同的已知來源的音訊，但對於廣角收音式的麥克風，還會再摻入各種規律、甚至沒有規律性的外部雜音，接收而來的音訊總和，將難以進行正確的分離和比對，因此，將該裝置用於胎兒心音感測，仍然不完全可靠。

而一般當孕婦進行產檢時，經由醫療機構內的超音波儀器檢測，胎兒的心跳畫面可成像於螢幕顯示器上，甚至使用功能更完善的超音波檢測儀，當探測範圍縮至胎兒心臟部位時，探頭與收音裝置所接收到的心跳頻率可轉換為波形成像於螢幕，並且藉由揚聲器播放心跳的聲音。雖然上述超音波儀器功能完善且可觀測胎兒心跳回聲畫面，但因孕婦產檢次數有限，另方面，超音波儀器昂貴，且操作和判度也都需要仰賴專業的醫療人員，因此無法普及至家戶。

再一方面，因為平均每月僅有一次產檢，在沒有產檢的時候，除非孕婦相當敏感，否則胎兒即使於子宮內發生異常狀況，也未必能及時發現，造成醫療人員無法在第一時間協助處置，錯失黃金搶救期。因此，本發明除期望能解決上述音訊獨立的問題，更期望能提供長期追蹤的即時監測設備，將胎兒心音等作為獨立的音訊而被正確判讀，進一步藉由遠端監控裝置供即時監控，當胎兒有狀況時，可給予及時的協助。

除此之外，更期望藉由該裝置與後端的運算系統能將觀測的肺音，作初步有關肺部與支氣管疾病的判斷，以及觀測成人的獨立心音，診斷心臟瓣膜疾病，甚至將該裝置應用於更多的科別例如內科，婦產科等做一般診斷。

本發明的主要目的，在提供一種即時傳輸臟器音訊的感測系統，由感測裝置搭配運算系統，以提升檢測效率，使得即時照護成為可行。

本發明的另一目的，在提供一種具多重感測單元的即時傳輸臟器音訊的感測裝置，藉由感測單元的相異特性，以提升依照不同來源分 離音訊的正確率，將混合音訊正確分離成為可獨立判別的音訊。

本發明的再一目的，在提供一種成本低廉的即時傳輸臟器音訊的感測裝置，讓居家照護更易於普及。

本發明揭露一種即時傳輸臟器音訊的感測裝置，係供置放於懷孕母體的體表待收音區，供感測前述懷孕母體及胎兒的心音及臟器產生的音訊，並供傳送至一運算系統，該即時傳輸臟器音訊的感測裝置包括：一片供固著於上述體表待收音區的固著本體，該固著本體包括有至少一電路板；至少一組設置於上述電路板，供接收上述音訊並轉換成電訊號的感測組件，該感測組件包括至少一個感測上述母體心音及肺音的指向性收音感測單元；至少一個收音角大於前述指向性收音感測單元的廣角收音感測單元；及至少一個主要接收上述母體和胎兒心音的慣性感測單元；及一個供傳輸上述電訊號至上述運算系統的傳輸迴路。

其中上述指向性收音感測單元具有一個朝向上述母體、且小於90度立體角的收音角度，供減少其他音訊干擾，並增強胎兒心音之感測，以及藉由上述廣角收音感測單元具有一個大於150度立體角的收音角度，供接收包含母體心音及其他臟器之音訊，以便於一次性獲得母體臟器的狀況，以及簡易判別出胎兒心音；且為降低外界音訊的干擾及提升貼附的舒適度，上述電路板更可以是至少一撓性基板；更進一步，該感測裝置更包括至少一個集音遮罩，供輔助增強上述音訊強度。

再者，為增加該感測裝置與平板或智慧型手機的使用距離，上述傳輸迴路更包括至少一個供通訊連接上述運算系統的無線傳輸單元，及至少一個致能上述感測組件和前述無線傳輸單元的供電迴路；最後，為 防止該感測裝置在使用過程中脫落，上述固著本體更包括至少一固定於上述電路板的黏著層。

又將上述即時傳輸臟器音訊的感測裝置連線於一運算系統，即成為本案即時傳輸臟器音訊的感測系統，該感測系統供及時感測並分析一懷孕母體及胎兒的心音及臟器發送之音訊，感測系統包括：至少一個即時傳輸臟器音訊的感測裝置，係供置放於上述懷孕母體的體表待收音區，包括：一片供固著於上述體表待收音區的固著本體，該固著本體包括有至少一電路板；至少一組設置於上述電路板，供接收上述音訊並轉換成電訊號的感測組件，該感測組件包括至少一個感測上述母體心音及肺音的指向性收音感測單元；至少一個收音角大於前述指向性收音感測單元的廣角收音感測單元；及至少一個主要接收上述母體和胎兒心音的慣性感測單元；及一個傳輸迴路；一個運算系統，包括：一個伺服器；及至少一個可攜式通訊裝置，包括一個接收來自前述傳輸迴路的電訊號的接收器，一個接收前述接收器訊號的微處理器，及一個受前述微處理器指令、供和前述伺服器建立傳輸連結的通訊電路。

其中，上述運算系統更包括一個遠端監控裝置，供當該伺服器和/或上述可攜式通訊裝置判讀代表上述母體及胎兒的心音及臟器音訊的電訊號並且發現異常時提出警示。由於整體感測裝置的結構簡單，成本因而可被降低，使得居家照護普及化，加以各種感測單元的特性各自相異，讓分離各臟器音訊的正確率提升，藉此提供即時分析判別的正確基礎，並且讓遠距離即時照護成為可行。

1、1”‧‧‧感測裝置

11、11’、11”‧‧‧固著本體

111、111’‧‧‧電路板

113‧‧‧黏著層

115‧‧‧基材

117‧‧‧導線

13‧‧‧感測組件

131‧‧‧指向性收音感測單元

133‧‧‧廣角收音感測單元

135‧‧‧慣性感測單元

15、15’‧‧‧傳輸迴路

151‧‧‧無線傳輸單元

153‧‧‧供電迴路

155‧‧‧資料儲存裝置

17、17’‧‧‧集音遮罩

2‧‧‧運算系統

21‧‧‧伺服器

23、23’‧‧‧可攜式通訊裝置

231‧‧‧接收器

233‧‧‧微處理器

235‧‧‧通訊電路

25‧‧‧遠端監控裝置

27‧‧‧螢幕顯示器

29‧‧‧警示器

8‧‧‧伸縮扣帶

91‧‧‧孕婦

911‧‧‧孕婦心臟

912‧‧‧孕婦肺臟

92‧‧‧胎兒

圖1為本發明第一較佳實施例的即時傳輸臟器音訊的感測裝置設置於孕婦身上時，與孕婦及胎兒臟器相關位置示意圖。

圖2為圖1實施例的感測裝置側面剖視圖，用於說明感測裝置結構。

圖3為圖2的正視圖，用於輔助說明感測裝置結構。

圖4為本發明第一較佳實施例的即時傳輸臟器音訊的感測系統運作示意圖，用於說明總和的臟器音訊被傳輸至運算系統的途徑。

圖5為本發明第一較佳實施例的即時傳輸臟器音訊的感測系統運作示意圖，用於說明運算系統的遠端監控裝置，及將分析結果回傳至智慧型手機。

圖6為本發明第二較佳實施例的側視剖面圖，用於說明感測裝置的結構。

圖7為圖6的正視圖，用於輔助說明感測裝置中的固著本體與電路板相對位置。

圖8為本發明第二較佳實施例的訊號傳輸示意圖，用於說明藉由感測裝置中的USB裝置傳輸訊號至筆記型電腦。

圖9為本發明第三較佳實施例的示意圖，用於說明感測裝置使用方式。

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較佳實施例的詳細說明中，將可清楚呈現；此外，在各實施例中，相同之元件將以相似之標號表示。

本案第一較佳實施例之具即時傳輸臟器音訊的感測系統，是用於感測臟器發出之音訊並傳送至後端進行音訊分析計算，藉以分離出主要來源的個別音訊，並加以全程監控，於本例中，請參照圖1所示，主要是檢測孕婦91體內胎兒92的心音是否正常，心音是當血液進入心臟時， 因為心房和心室會規律進行收縮與舒張動作而產生的音訊，除檢測胎兒心音外，本例中同時分離檢測孕婦的心音與肺音，以提升檢測效率。

為感測到上述三種不同來源的音訊，本例中即時傳輸臟器音訊的感測裝置1是貼附於孕婦91胸前的位置，以確保感測裝置1可以大致對應孕婦心臟911和孕婦肺臟912，請一併參考圖2及圖3所示，該即時傳輸臟器音訊的感測裝置1包括有一片固著本體11，本例中，固著本體11包括一片塗佈有黏著層113的基材115，以及黏著於該基材的多個感測組件13；本案的感測組件13至少包括指向性收音感測單元131、廣角收音感測單元133、及慣性感測單元135三種感測組件。本例中，前述各組件是分別選擇採取已經商品化、並且已經分別和各自的驅動電路組裝於一片電路板111上的指向性麥克風元件、廣角麥克風元件、和一般稱為加速規的慣性感測元件，因此多片電路板111會被黏貼固著於黏著層113，其間再由導線117導接。

為區別出孕婦的心音與肺音，以及胎兒的心音，本例中利用例如三個收音角度僅有60度立體角的指向性收音感測單元131，藉由感測裝置1貼附於孕婦胸前，以針對性地朝向孕婦心臟與肺臟收音；此外，將三個靈敏度較高，頻率感測範圍較寬的慣性感測單元135，設置來主要收取孕婦91與胎兒92的心音。本例中另外採用兩個例釋為收音角度為360度立體角的廣角麥克風元件，供感測接收胎兒心音及其他臟器之音訊。當然，此處設定為指向性收音感測單元為60度僅是舉例，實際上則是以不超過90度立體角較佳；相對地，廣角收音感測單元則是必須大於150度立體角，才能兼顧胎兒的活動範圍。

例釋為鈕扣電池的供電迴路153供應電能給感測組件13，感測組件13則分別將所接收到各臟器之音訊轉換成電訊號，並傳輸至傳輸迴路15中一例釋為藍芽裝置的無線傳輸單元151，將電訊號轉換成一組訊號資料發送至運算系統2。熟悉此傳輸技術領域的人士亦能輕易了解傳輸迴路15也可以採用有線傳輸，或以WIFI熱點等方式傳輸訊號。此外，在本例中當電訊號在傳輸過程中，將同步被儲存至一資料儲存裝置155，避免一旦傳輸過程中遭遇斷訊，導致訊號傳輸不連續，進一步造成分析困難。

為及時分析上述音訊，請一併參照圖4至圖5所示，本例中的運算系統2包括一個位於近端的可攜式通訊裝置23、以及一個位於遠端的伺服器21。此處的可攜式通訊裝置23例釋為孕婦91隨身攜帶的智慧型手機，並且以該智慧型手機的藍芽接收器231接收貼附於孕婦身上的感測裝置1所傳來訊號，並由智慧型手機中的微處理器233執行應用程式指令，將接收的訊號資料藉由一個例釋為天線的通訊電路235，經過網路同步傳輸至位於遠端的上述伺服器21，由該伺服器21進行訊號資料分析。

本例中，伺服器21中用於分析該訊號資料的方法，是一種獨立分量演算法，簡易來說，將感測裝置量測到的混合音訊假設為矩陣向量X，X可視為每一音訊來源S的線性組合，其中必須經過M的係數矩陣轉換，方程式表示為X=M‧S，隨後將求得的S利用統計學中的Kurtosis加以分析，得出每一獨立的臟器音訊的峰態，藉此判別主要的音訊，甚至當有不同統計特徵時，伺服器可以自動辨識。

此處所獲得的S中，可供監測人員輕易觀測胎兒92的心音、孕婦91的心音、以及孕婦91的肺音。隨後，當分析結果並沒有發現 任何異常時，伺服器21就會將分析後的資料和/或將原始的訊號資料輸送至資料儲存裝置儲存記錄。當然，亦可傳輸給對應的醫療院所的遠端監控裝置25以供監測或記錄。一旦發現有任何異常狀況，當心音波形出現頻率或振幅異常時，遠端的伺服器將立即傳輸警示訊號，讓醫療院所的例如蜂鳴警示器29發出警示聲音，提醒醫療人員利用監控的螢幕顯示器27，在第一時間進行初步研判，甚至協助該孕婦91盡速就醫。

為提升電訊號傳輸的穩定度，本案第二較佳實施例中的感測裝置，請一併參照圖6至圖8，是採用例如陶瓷基板的一片硬質電路板111’，為便於說明本實施例的結構，此處將部分單元以較為誇張的比例繪示。本例中的固著本體11’同樣包括黏著於電路板111’周圍的黏性貼布；且感測組件同樣包括至少一個加速規，一個收音角度為90度的指向性麥克風元件，及一個收音角度為150度的廣角麥克風元件，此外，更在陶瓷基板上形成有對應上述各感測組件的集音遮罩17，本例中的集音遮罩17不僅可以採用厚膜光阻，逐步成型於陶瓷基板上，也可以選擇在製作陶瓷基板時，直接以例如濺鍍方式形成種子層並且增厚的方式成型，其他常用方法亦無礙於本案實施。

尤其在本例中，並不是將感測裝置持續性地黏貼於孕婦身上，而可選擇以有線的方式，讓孕婦在其方便的時間，以一筆記型電腦作為可攜式通訊裝置23’並且利用USB連接埠，通過USB連接器以有線方式致能感測裝置，同時作為傳輸迴路15’接收來自感測裝置的電訊號。

再者，本案第三較佳實施例，如圖9所示，該感測裝置1”除了供孕婦使用外，具有潛在臟器疾病的人也可藉由該感測裝置1”的及時 安全監控，安心的進行戶外運動，本例中，感測裝置1”中的固著本體11”包括一例釋為撓性基板的電路板，感測組件包括一個指向性麥克風元件，一個廣角麥克風元件，以及一個加速規進行感測，再者，將感測到的訊號藉由例釋為wifi熱點方式的傳輸迴路將訊號傳輸至智慧型手機，另方面，考量具有心臟疾病的患者病發的風險較高，所以除採用寬頻率範圍，高靈敏度的感測組件外，感測裝置1”中的集音遮罩17’採用一種撓性殼體，於使用過程中增強心音強度，同時縮短感測組件與身體表面的距離，以接收最大音量的心音，最後，使用一伸縮扣帶8防止病患流汗造成感測裝置位移甚至脫落等狀況發生。

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

Claims (10)

1. 一種即時傳輸臟器音訊的感測裝置，係供置放於懷孕母體的體表待收音區，供感測前述懷孕母體及胎兒的心音及臟器產生的音訊，並供傳送至一運算系統，該即時傳輸臟器音訊的感測裝置包括：一片供固著於上述體表待收音區的固著本體，該固著本體包括有至少一電路板；至少一組設置於上述電路板，供接收上述音訊並轉換成電訊號的感測組件，該感測組件包括至少一個感測上述母體心音及肺音的指向性收音感測單元；至少一個收音角大於前述指向性收音感測單元的廣角收音感測單元；及至少一個主要接收上述母體和胎兒心音的慣性感測單元；及一個供傳輸上述電訊號至上述運算系統的傳輸迴路。
2. 如申請專利範圍第1項所述的即時傳輸臟器音訊的感測裝置，其中上述指向性收音感測單元具有一個朝向上述母體、且小於90度立體角的收音角度。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述的即時傳輸臟器音訊的感測裝置，其中上述廣角收音感測單元具有一個大於150度立體角的收音角度。
4. 如申請專利範圍第1或2項所述的即時傳輸臟器音訊的感測裝置，其中上述電路板是至少一撓性基板。
5. 如申請專利範圍第1或2項所述的即時傳輸臟器音訊的感測裝置，其中上述傳輸迴路更包括至少一個供通訊連接上述運算系統的無線傳輸單元，及至少一個致能上述感測組件和前述無線傳輸單元的供電迴路。
6. 如申請專利範圍第1或2項所述的即時傳輸臟器音訊的感測裝置，更包括至少一個集音遮罩，供輔助增強上述音訊強度。
7. 如申請專利範圍第1或2項所述的即時傳輸臟器音訊的感測裝置，其中上述固著本體更包括至少一固定於上述電路板的黏著層。
8. 一種具即時傳輸臟器音訊的感測系統，供及時感測並分析一懷孕母體及胎兒的心音及臟器發送之音訊，該感測系統包括：至少一個即時傳輸臟器音訊的感測裝置，係供置放於上述懷孕母體的體表待收音區，包括一片供固著於上述體表待收音區的固著本體，該固著本體包括有至少一電路板；至少一組設置於上述電路板，供接收上述音訊並轉換成電訊號的感測組件，該感測組件包括至少一個感測上述母體心音及肺音的指向性收音感測單元；至少一個收音角大於前述指向性收音感測單元的廣角收音感測單元；及至少一個主要接收上述母體和胎兒心音的慣性感測單元；及一個傳輸迴路；一個運算系統，包括：一個伺服器；及至少一個可攜式通訊裝置，包括一個接收來自前述傳輸迴路的電訊號的接收器，一個接收前述接收器訊號的微處理器，及一個受前述微處理器指令、供和前述伺服器建立傳輸連結的通訊電路。
9. 如申請專利範圍第8項所述的即時傳輸臟器音訊的感測系統，其中上述 指向性收音感測單元具有一個朝向上述母體、且小於90度立體角的收音角度，以及上述廣角收音感測單元具有一個大於150度立體角的收音角度。
10. 如申請專利範圍第8或9項所述的即時傳輸臟器音訊的感測系統，其中上述運算系統更包括一個遠端監控裝置，供當該伺服器和/或上述可攜式通訊裝置判讀代表上述母體及胎兒的心音及臟器音訊的電訊號並且發現異常時提出警示。