TWI679964B

TWI679964B - 穿戴式生理監測系統及其控制方法

Info

Publication number: TWI679964B
Application number: TW106109263A
Authority: TW
Inventors: 游世安; Shih An Yu; 謝伊妍; Yi Yen Hsieh
Original assignee: 雷捷電子股份有限公司; Rad-Jet Microelectronics Inc.
Priority date: 2017-03-21
Filing date: 2017-03-21
Publication date: 2019-12-21
Also published as: TW201834608A

Abstract

本發明揭露一種穿戴式生理監測系統，其包括一第一穿戴裝置及一第二穿戴裝置。第一穿戴裝置具有一第一配戴表面及露出於該第一配戴表面之至少一第一導極。第二穿戴裝置具有一第二配戴表面及露出於該第二配戴表面之至少一第二導極。其中該第一導極與該第二導極係藉由一非金屬導體電性導通，並據以傳輸同步訊號。另外，本發明亦揭露一種穿戴式生理監測系統的控制方法。

Description

穿戴式生理監測系統及其控制方法

本發明係關於一種監測系統及其控制方法，特別是關於一種應用於穿戴式電子裝置的穿戴式生理監測系統及其控制方法。

脈搏傳導時間(Pulse Transit Time,PTT)是一種與血壓高度相關的生理參數，其隱含著心臟血管功能的重要訊息。脈搏傳導時間的生理學概念是兩處動脈之間脈搏波傳遞的時間差，例如係由心臟傳遞至橈動脈。

對於脈搏傳導時間的量測，目前臨床上常見的作法是從心電圖(Electrocardiogram,ECG)中R波的頂點(R-peak)取得心搏的起始時間點，並在外周動脈取得該脈搏通過量測點的光體積描記圖(Photoplethysmography,PPG)中最大向上支的起點的時間點，期間的時間差即為脈搏傳導時間。在連續地取得脈搏傳導時間並作成記錄之後，才能利用來判讀生理狀態。以下簡單舉例說明現行的脈搏傳導時間的量測裝置。

請參照第1圖所示，一種習知的生理監測裝置10具有一主機本體11、複數個心電圖電極12(至少四個)以及一光體積描記圖感測器13。主機本體11係分別與心電圖電極12及光體積描記圖感測器13電性連接。心電圖電極12係可分別貼附於環繞人體胸口的數個位置，而光體積描記圖感測器13係可貼附於手腕或靠近橈動脈處。生理監測裝置10運作時可由主機本體11內所設置的微控制器或處理器依據心電圖電極12以及光體積描記圖感測器13間的訊號而運算得到連續的脈搏傳導時間訊號。由於心電圖電極 12與光體積描記圖感測器13皆必須電性連接至主機本體11，且心電圖電極12與光體積描記圖感測器13必須貼附於人體不同的位置，因此其與主機本體11之間的導線長度相當的長，因此不容易做成穿戴式裝置，導致受測者在使用時無法隨意活動。

請再參照第2圖所示，另一種習知的生理監測裝置20具有一微控制器21、一第一心電圖電極22A、一第二心電圖電極22B、一光體積描記圖感測器23以及一殼體24。微控制器21容置於殼體24內，並分別與第一心電圖電極22A、第二心電圖電極22B以及光體積描記圖感測器23電性連接。第一心電圖電極22A設置於殼體24之一第一表面241，第二心電圖電極22B設置於殼體24之一第二表面242，且第一表面241與第二表面242係相對設置。光體積描記圖感測器23係設置於殼體24之第一表面241，並鄰近於第一心電圖電極22A。

生理監測裝置20運作時，必須將光體積描記圖感測器23對準於使用者的手腕或靠近橈動脈處，此時殼體24之第一表面241將朝向使用者的皮膚，並使第一心電圖電極22A接觸於使用者皮膚。另外，使用者必須以另一隻手接觸於外露於殼體24之第二表面242之第二心電圖電極22B，以形成量測迴路。一般來說，第二心電圖電極22B係設計為三個，並同時接觸三隻手指。

上述的生理監測裝置20不需要使用長導線來同時取得心電圖訊號以及光體積描記圖訊號，因此相較於生理監測裝置10，其較易於以可攜式裝置或穿戴式裝置實現。然而，生理監測裝置20在使用時仍須以另一隻手碰觸第二心電圖電極22B，因此使用者仍無法在量測時騰出雙手而進行正常的活動。

由於上述提到脈搏傳導時間必須連續地取得並作成記錄後，其判讀結果才具有價值，因此每次量測都必須要花費一段時間，如此將會干擾使用者的正常生活。因此如何提供一種穿戴式生理監測系統以令受測者在進行脈搏傳導時間量測時，同時可以正常活動實屬當前重要課題之一。

本發明之一目的在於提供一種穿戴式生理監測系統及其控制方法，可使得使用者在進行脈搏傳導時間量測時，仍能夠正常活動。

本發明之另一目的在於提供一種穿戴式生理監測系統及其控制方法，可使得配戴於不同部位的穿戴式電子裝置之間的時脈能夠得以同步，以進行準確的量測。

為達上述目的，本發明提供一種穿戴式生理監測系統，其包括一第一穿戴裝置及一第二穿戴裝置。第一穿戴裝置具有一第一配戴表面及露出於該第一配戴表面之至少一第一導極(lead)。第二穿戴裝置具有一第二配戴表面及露出於該第二配戴表面之至少一第二導極。第一導極與第二導極係藉由一非金屬導體而電性導通。

於本發明之一實施例中，其中，非金屬導體係為一生物之皮膚，尤其是指人類之皮膚。

於本發明之一實施例中，其中，第一穿戴裝置係由第一導極輸出一第一頻段訊號及一第二頻段訊號，第一頻段訊號之操作頻段係高於第二頻段訊號之操作頻段，且在第一頻段訊號中係載有一同步訊號。

另外，為達上述目的，本發明提供一種穿戴式生理監測系統的控制方法，其係由一第一穿戴裝置及一第二穿戴裝置配合應用。其中，第一穿戴裝置具有一第一配戴表面及露出於第一配戴表面之至少一第一導極。第二穿戴裝置具有一第二配戴表面及露出於第二配戴表面之至少一第二導極。控制方法包括以下步驟：令第一穿戴裝置之第一導極接觸一非金屬導體。令第二穿戴裝置之第二導極接觸非金屬導體。由第一穿戴裝置之第一導極輸出一具有一同步訊號的第一頻段訊號，經由非金屬導體而傳輸至第二穿戴裝置之第二導極。

再者，為達上述目的，本發明提供一種穿戴式生理監測系統的控制方法，其係由一第一穿戴裝置及一第二穿戴裝置配合應用。其中，第一穿戴裝置具有一第一配戴表面及露出於第一配戴表面之至少一第一導極。第二穿戴裝置具有一第二配戴表面及露出於第二配戴表面之至少一第二導極。控制方法包括以下步驟：將第一穿戴裝置之第一導極接觸第二穿戴裝置之該第二導極。由第一穿戴裝置之第一導極輸出一具有一同步訊號的第一頻段訊號，並傳輸至第二穿戴裝置之第二導極。

承上所述，本發明之一種穿戴式生理監測系統係將第一穿戴裝置及第二穿戴裝置同時穿戴於使用者身上，以騰出使用者的雙手，俾使於穿戴式生理監測系統運作的同時不致影響使用者的正常活動。第一穿戴裝置及第二穿戴裝置係透過使用者的皮膚傳遞訊號。另外，為了令第一穿戴裝置及第二穿戴裝置能夠正常運作，其間所傳遞的同步訊號，可藉由將第一穿戴裝置的第一導極碰觸第二穿戴裝置的第二導極，或可藉由使用者的皮膚來傳遞，以令第一穿戴裝置及第二穿戴裝置得以同步運算。

10、20‧‧‧生理監測裝置

11‧‧‧主機本體

12‧‧‧心電圖電極

13、23‧‧‧光體積描記圖感測器

21‧‧‧微控制器

22A‧‧‧第一心電圖電極

22B‧‧‧第二心電圖電極

24‧‧‧殼體

241‧‧‧第一表面

242‧‧‧第二表面

30、40‧‧‧穿戴式生理監測系統

31、41‧‧‧第一穿戴裝置

311‧‧‧第一配戴表面

312‧‧‧第一導極

32、42‧‧‧第二穿戴裝置

321‧‧‧第二配戴表面

322‧‧‧第二導極

323‧‧‧容積變化量測元件

60、70‧‧‧使用者

S11~S25‧‧‧穿戴式生理監測系統的控制方法步驟

第1圖為顯示習知的一種生理監測裝置的示意圖。

第2圖為顯示習知的另一種生理監測裝置的示意圖。

第3圖為顯示本發明第一實施例之一種穿戴式生理監測系統配戴於使用者之示意圖。

第4圖為顯示本發明第一實施例之第一穿戴裝置及第二穿戴裝置之示意圖。

第5圖為顯示本發明第二實施例之一種穿戴式生理監測系統配戴於使用者之示意圖。

第6圖為顯示本發明較佳實施例之一種穿戴式生理監測系統之控制方法之流程圖。

第7圖為顯示本發明較佳實施例之另一種穿戴式生理監測系統之控制方法之流程圖。

以下將透過實施例來解釋本發明內容，本發明的實施例並非用以限制本發明須在如實施例所述之任何特定的環境、應用或特殊方式方能實施。因此，關於實施例之說明僅為闡釋本發明之目的，而非用以限制本發明。須說明者，以下實施例及圖式中，與本發明非直接相關之元件已省略而未繪示；且圖式中各元件間之尺寸關係僅為求容易瞭解，非用以限制實際比例。另外，以下實施例中，相同的元件將以相同的元件符號加以說明。

請參照第3圖所示，本發明第一實施例之一種穿戴式生理監測系統30係包括一第一穿戴裝置31以及一第二穿戴裝置32。於本實施例中，第一穿戴裝置31係可為一心電信號感測裝置，第二穿戴裝置32係可為一血管容積變化信號感測裝置，且其可分別設計為一手環式穿戴裝置而分別配戴於使用者60的雙手手腕，或為其他形式可固定於合適偵測位置的穿戴式裝置。

請再搭配第4圖所示，第一穿戴裝置31具有一第一配戴表面311以及一第一導極(lead)312，其中第一導極312係露出於第一配戴表面311。第二穿戴裝置32具有一第二配戴表面321、一第二導極322以及一容積變化量測元件323，其中第二導極322以及容積變化量測元件323係露出於第二配戴表面321。於此，所謂的導極可以係為導電外殼、導電接點或導電電極等，用以電性導通之功能，其型態於此並不加以限定。容積變化量測元件323係可包括光發射元件及光接收元件，其為現行之一般技術，於此不加以贅述。

另外，於本實施例中，第一穿戴裝置31之第一配戴表面311係朝向使用者之右手手腕的皮膚，而露出之第一導極312則係接觸於右手手腕的皮膚。第二穿戴裝置32之第二配戴表面321係朝向使用者左手手腕的皮膚，而露出之第二導極322則係接觸於左手手腕的皮膚。第一導極312以及第二導極322係透過使用者的皮膚作為非金屬導體而電性導通形成一電性迴路。

請再參照第5圖所示，其係本發明第二實施例之一種穿戴式生理監測系統40。穿戴式生理監測系統40包括一第一穿戴裝置41以及一第二穿戴裝置42。本實施例與第一實施例之差異在於，第一穿戴裝置41係為一胸帶式心電信號感測裝置，而第二穿戴式裝置42係為一手環式血管容積變化信號感測裝置，其係分別配戴於使用者70的胸口以及手腕。於其他實施例中，第一穿戴裝置或第二穿戴裝置除上述所揭露之態樣之外，亦可為頸掛式穿戴裝置。

由於脈搏傳導時間的量測與時間具有高度相關性，因此為了使穿戴式生理監測系統30能夠正常運作，必須同步第一穿戴裝置31以及第二穿戴裝置32之間的時間或時脈(Clock)，以使其具有相同的時間參考值。據此，請同時參照第1圖及第6圖所示，以說明本發明較佳實施例之一種穿戴式生理監測系統的控制方法。

步驟S11係令第一穿戴裝置31之第一導極312接觸一非金屬導體。於本實施例中，第一穿戴裝置31係配戴於使用者之右手手腕，故第一導極312係接觸於使用者右手手腕之皮膚。

步驟S12係令第二穿戴裝置32之第二導極322接觸非金屬導體。於本實施例中，第二穿戴裝置32係配戴於使用者之左手手腕，故第二導極322係接觸於使用者左手手腕之皮膚。

步驟S13係由第一穿戴裝置31之第一導極312輸出一具有一同步訊號的第一頻段訊號，經由非金屬導體傳輸至第二穿戴裝置32之第二導極322。

步驟S14係由第二穿戴裝置32依據第一頻段訊號之同步訊號更新其時脈。於本實施例中，所謂的同步訊號可以是包括年月日分秒的時間同步訊號，亦可以是用以同步時脈(Clock)的脈衝(Pulse)訊號或是歸零訊號等，於此並未加以限定。

步驟S15係由第一穿戴裝置31及第二穿戴裝置32分別執行量測程序。於本實施例中，第一穿戴裝置31係為心電信號感測裝置，故其係量測產生ECG信號，而第二穿戴裝置32係為血管容積變化信號感測裝置，故其係量測產生PPG信號。

於本實施例中，第一穿戴裝置31執行量測時係操作於一第二頻段，其係由第一導極312輸出一第二頻段訊號並透過使用者之皮膚而傳導至第二穿戴裝置32之第二導極322。值得一提的是，其中第一頻段訊號的操作頻段係高於第二頻段訊號的操作頻段，以達到分頻多工的效果。於本實施例中，第一頻段係可為大於1KHz的操作頻段，而第二頻段約為100Hz至1KHz的操作頻段。

另外，上述之穿戴式生理監測系統的控制方法的步驟S13以及步驟S14中所執行的同步程序係可在每間隔一預設時間後自動執行，預設時間可以係由系統自動設定，或是由使用者自行設定，於此並不加以限定。預設時間可以係為10分鐘至60分鐘不等，其可依據第一穿戴裝置31及第二穿戴裝置32所設計的精度不同而有不同的選擇。

本實施例係以前述第一實施例之穿戴式生理監測系統30為例說明，然而在其他實施例中，如第一穿戴裝置或第二穿戴裝置係為胸帶式、頸掛式或其他穿戴方式，仍可在改變配戴位置後使用上述控制方法。

請再參照第7圖所示，以說明本發明較佳實施例之另一種穿戴式生理監測系統的控制方法。

步驟S21係將第一穿戴裝置31之第一導極312接觸第二穿戴裝置32之第二導極322。

步驟S22係由第一穿戴裝置31之第一導極312輸出一具有一同步訊號的第一頻段訊號，並傳輸至第二穿戴裝置32之第二導極322。

步驟S23係由第二穿戴裝置32依據第一頻段訊號之同步訊號更新其時脈。

步驟S24係將第一穿戴裝置31以及第二穿戴裝置32分別配戴於使用者之右手手腕以及左手手腕。於其他實施例中，第一穿戴裝置31以及第二穿戴裝置32係可為其他形式的穿戴式裝置，例如為胸帶式或頸掛式，於此並未加以限定。

步驟S25係由第一穿戴裝置31及第二穿戴裝置32分別執行量測程序。於本實施例中，第一穿戴裝置31係為心電信號感測裝置，故其係量測產生ECG信號，而第二穿戴裝置32係為血管容積變化信號感測裝置，故其係量測產生PPG信號。且在得到ECG信號及PPG信號之後，可由第一穿戴裝置31內所設置之一第一微控制器運算而得到脈搏傳輸時間(PTT)值。當然，在其他實施例中，PTT值亦可由設計於第二穿戴裝置32中之一第二微控制器執行運算。再者，PTT值亦可能由第三方裝置(例如行動通訊裝置)執行運算工作，於此皆不加以限制。

於本實施例中，第一穿戴裝置31執行量測時係操作於一第二頻段，其係由第一導極312輸出一第二頻段訊號並透過使用者之皮膚而傳導至第二穿戴裝置32之第二導極322。

上述實施例主要係舉例說明第一穿戴裝置31與第二穿戴裝置32之初始同步方法，然而不同的裝置因為彼此的操作頻率可能存在須許誤差，因而當經過一段時間的量測之後，該誤差可能會大到足以令量測結果失真而導致錯誤。於此狀況，可以採用線性回歸演算法來估算因頻率差產生的與時間成正比的誤差斜率k。亦可利用式(1)，利用兩個PTT值估算誤差斜率k，假設N>M

在得到誤差斜率k之後，即可利用式(2)得到修正後的PTT值PTT_corrected[i]=PTT_raw[i]-k*i (2)

綜上所述，本發明提供之一種穿戴式生理監測系統及其控制方法係利用第一穿戴裝置及第二穿戴裝置分別執行ECG訊號量測以及PPG訊號量測，並據以得到脈搏傳導時間。由於量測皆係使用穿戴式設計，因此受測者可以在執行量測時仍可維持正常活動，而不需要刻意騰出時間執行量測。另外，本發明提出利用第一穿戴裝置之第一導極輸出載有同步訊號的第一頻段訊號至第二穿戴裝置之第二導極，以同步二個裝置間的時脈，因此與時間高度相關的脈搏傳導時間得以被精準的量測，以增加穿戴式生理監測系統的精準度。

本發明符合發明專利之要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士，爰依本案發明精神所作之等效修飾或變化，皆應包括於以下之申請專利範圍內。

Claims

一種穿戴式生理監測系統，包含：一第一穿戴裝置，具有一第一配戴表面及露出於該第一配戴表面之至少一第一導極，藉由該第一導極執行一量測程序，並由該第一導極輸出一第一頻段訊號及一第二頻段訊號；以及一第二穿戴裝置，具有一第二配戴表面及露出於該第二配戴表面之至少一第二導極，該第二導極係接收該第一頻段訊號及該第二頻段訊號，其中該第一導極與該第二導極係藉由一非金屬導體電性導通，該第一頻段訊號係載有一同步訊號，該第二頻段訊號係執行該量測程序中之一量測訊號。
如請求項1所述之穿戴式生理監測系統，其中該非金屬導體係為皮膚。
如請求項1所述之穿戴式生理監測系統，其中該第一穿戴裝置係為一心電信號感測裝置，該第二穿戴裝置係為一血管容積變化信號感測裝置。
如請求項1所述之穿戴式生理監測系統，其中該第一頻段訊號之操作頻段係高於該第二頻段訊號之操作頻段。
一種穿戴式生理監測系統的控制方法，係由一第一穿戴裝置及一第二穿戴裝置配合應用，該第一穿戴裝置具有一第一配戴表面及露出於該第一配戴表面之至少一第一導極，該第二穿戴裝置具有一第二配戴表面及露出於該第二配戴表面之至少一第二導極，包含：令該第一穿戴裝置之該第一導極接觸一非金屬導體；令該第二穿戴裝置之該第二導極接觸該非金屬導體；以及藉由該第一穿戴裝置之該第一導極進行一量測程序，並輸出一第一頻段訊號及一第二頻段訊號，並經由該非金屬導體傳輸至該第二穿戴裝置之該第二導極，其中該第一頻段訊號載有一同步訊號，該第二頻段訊號係執行該量測程序中之一量測訊號。
如請求項5所述之穿戴式生理監測系統的控制方法，其中該第一穿戴裝置之該第一配戴表面及該第二穿戴裝置之該第二配戴表面係用以接觸於一皮膚。
如請求項5所述之穿戴式生理監測系統的控制方法，其中在該第二穿戴裝置接收該同步訊號後，該第一穿戴裝置及該第二穿戴裝置始執行該量測程序。
一種穿戴式生理監測系統的控制方法，係由一第一穿戴裝置及一第二穿戴裝置配合應用，該第一穿戴裝置具有一第一配戴表面及露出於該第一配戴表面之至少一第一導極，該第二穿戴裝置具有一第二配戴表面及露出於該第二配戴表面之至少一第二導極，包含：將該第一穿戴裝置之該第一導極接觸該第二穿戴裝置之該第二導極；以及藉由該第一穿戴裝置之該第一導極進行一量測程序，並輸出一第一頻段訊號及一第二頻段訊號，並傳輸至該第二穿戴裝置之該第二導極，其中該第一頻段訊號載有一同步訊號，該第二頻段訊號係執行該量測程序中之一量測訊號。
如請求項8所述之穿戴式生理監測系統的控制方法，其中在該第二穿戴裝置接收該同步訊號後，該第一穿戴裝置及該第二穿戴裝置始執行該量測程序。