TWI679965B - 脈搏偵測裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種脈搏偵測裝置，連接電腦，脈搏偵測裝置用以偵
測使用者之即時脈搏訊號，紅外線發射單元用以發射紅外線信號，紅外線信號係發射至使用者之血管，並反射紅外線反射信號後，由紅外線接收單元接收並轉換為原始心跳信號，經訊號放大單元放大，類比數位轉換單元轉換為數位訊號。微處理單元根據原始心跳信號計算出心律資訊，電腦接收心律資訊，以量得該脈搏資訊，其中，紅外線信號係發射至使用者之血管時，血管中的血液會吸收紅外線信號，並反射部分紅外線反射信號，當血管中因脈搏所產生的血液量改變時，紅外線信號因血液量吸收改變而改變，進而使紅外線反射信號大小改變，紅外線接收單元將紅外線反射信號轉換為原始心跳信號。
Description
本發明係有關一種脈搏偵測裝置，尤指一種可即時偵測脈搏，且可不需直接接觸皮膚而具有感測功能之脈搏偵測裝置。
近年來隨著國人生活品質的提高，飲食變的精緻而多元化，卻也偏向高脂肪高熱量甚至高膽固醇，再加上社會型態的改變，熬夜、應酬、生活壓力等因素漸漸的影響國人心血管的健康。心血管方面問題，例如：心律不整或是心肌梗塞、慢性心房顫動等心臟疾病，其發作前，常有心律不整的徵兆，雖然市面上已有心電圖檢查，由於一般人無法作心電圖檢查，無法早期發現異狀。
傳統量測脈搏的方式為以直接接觸皮膚式方式量測，利用紅外脈搏傳感器提取人體搏波，分析脈搏波的特徵點及特徵參數，從而建立特徵參數與人體真實脈搏資訊。但由於此方式需要接觸皮膚，因此，若需要隨時測量脈搏資訊時，需注意量測裝置是否與皮膚準確接觸，若行動中，未與皮膚準確接觸時，其量測將產生誤差。若可連續量測脈搏，並記錄脈搏規律性及次數，則可早期察覺異狀，進行治療。脈搏波變化蘊藏著豐富的人體生理信息。
而就市面上目前所熱賣的可量測心跳與脈博的各式電子式產品
中，包括「MioCARE(MiCorA100)」，「Gami」，「Apple product」，以及「小米產品」，進行分析與比較，而可以分析後得知如下結果：
如「MioCARE(MiCorA100)」系統係為一種病人身份確認系統，僅得以避免錯誤的疾病醫療程序而已，但並不會進行量測(偵測)心跳與脈搏。
於「Gami」系統中，經觀察並未具有任何類似量測(偵測)心跳與脈搏的裝置。
而於「美國蘋果(Apple product)」的系列產品中，其中的「Apple Watch」係使用綠光發光二極體(LED)，懸掛在手腕上以偵測量測(偵測)心跳與脈搏的裝置。
又於「小米產品」系列中，如熱賣的「小米手環」，係僅懸掛在手腕作為偵測部份，以進行量測(偵測)心跳與脈搏的裝置。
而於傳統的專利前案技術中，如中國大陸專利編號第CN201076457號專利與第CN201084123號專利的技術特徵中，其僅能適合用於手指的脈搏測量，而且只有測量心跳率的功能，並無法捕捉脈搏的全波形。
另外，於其他的傳統的專利前案技術中，如中華民國專利公開號第201600063號「紅外線脈搏儀」專利的技術特徵中，該專利係利用相機(外掛)捕捉反射的紅外線，然後找出其平均值，並檢查所落在的區間，以不同的區間代表不同的心率，但並未具有捕捉紅外線的反射強度時間曲線。
又如中華民國新型專利公告號第M286023號專利的技術特徵中，係以紅外線耳機監控心跳運動提供記錄(或顯示)的電子裝置，該專利並非應用紅外線測量心跳，且是在資訊無線傳輸上使用紅外線而已。
再如中華民國新型專利公告號第M226900號「具心跳脈搏偵測之手錶」專利的技術特徵中，該專利僅只用於測量手腕的心率，而未有捕捉脈搏強度隨時間的全波形，況且，該專利僅使用低通放大電路。
續如中華民國新型專利公告號第M197153號「一種生理測試器」專利的技術特徵中，該專利使用紅外線來量測每分鐘脈搏，因此只能量測心跳次數，並無法捕捉到脈搏強度隨時間的全波形。
故而目前確實需要一種非接觸式的脈搏量測裝置，且該脈搏量測裝置可不受到外界環境光線之影響，而可正常量測，並可即時量測脈搏，進而實現以無接觸方式連續進行測量脈搏。
本發明之一目的，在於提供一種脈搏偵測裝置，以克服習知技術問題。提供一種脈搏偵測裝置，連接電腦，脈搏偵測裝置用以偵測使用者之即時脈搏訊號，脈搏偵測裝置包含：紅外線發射單元、紅外線接收單元、訊號放大單元、類比數位轉換單元、微處理單元。紅外線發射單元用以發射紅外線信號，紅外線信號係發射至使用者之血管，並反射紅外線反射信號。紅外線接收單元用以接收紅外線反射信號，紅外線接收單元將紅外線反射信號轉換為原始心跳信號。訊號放大單元連接紅外線接收單元，用以放大原始心跳信號。類比數位轉換單元連接訊號放大單元，類比數位轉換單元接收訊號放大單元所放大之原始心跳信號，並轉換原始心跳信號為數位訊號。微處理單元連接紅外線發射單元及類比數位轉換單元，微處理單元用以接收經轉換為數位訊號之該原始心跳信號，並根據該原始心跳信號計算出一心律資訊，該電腦接收該心律資訊，以量得該脈搏資訊。其中，紅外線信號係發射至使用者之血管時，血管中的血液會吸收該紅外線信號，並反射部分該紅外線反射信號，當血管中因脈搏所產生的血液量改變時，紅外線信號因血液量吸收改變而改變，進而使紅外線反射信號大小改變，紅外線接收單元將紅外線反射信號轉換為原始心跳信號。
本發明之紅外線發射單元之光源為紅外線雷射光。微處理單元計算出一心律資訊，更包含：微處理單元對經轉換為數位訊號之原始心跳信號進行取樣，並以帶通濾波消除原始心跳信號中低頻以及高頻訊號，對原始心跳信號進行傅立葉轉換，在原始心跳信號中選擇一頻寬，以計算出心律資訊。
當血管中血液量增加時，血液吸收紅外線信號增加，則本發明所反射之紅外線反射信號會減少，而當血管中血液量減少時，血液吸收紅外線信號減少，則反射之該紅外線信號增強，紅外線接收單元將所接收到之紅外線反射信號，轉換為該原始心跳信號。
本發明之電腦包含一顯示單元，電腦將原始心跳信號以及心跳頻率，顯示於顯示單元。
本發明之紅外線發射單元與使用者以非接觸式方式，發射紅外線信號至使用者之血管，以及紅外線接收單元與使用者以非接觸方式，接收紅外線反射信號。
本發明之脈搏偵測裝置更包含一通訊單元，通訊單元連接微處理單元，微處理單元藉由通訊單元傳送心律資訊給電腦。
本發明之通訊單元以無線方式與電腦通訊，或是通訊單元以有線方式與該電腦通訊。
於另一實施例，本發明提供一種脈搏偵測裝置，連接一電腦，用以偵測使用者之一即時脈搏資訊，該裝置包含：紅外線發射單元，用以發射一紅外線信號，紅外線信號係發射至使用者之血管，並反射紅外線反射信號；紅外線接收單元，用以接收紅外線反射信號，紅外線接收單元將紅外線反射信號轉換為原始心跳信號；訊號放大單元，連接該紅外線接收單元，用以放大該原始心跳信號；類比數位轉換單元，連接訊號放大單元，類比
數位轉換單元接收該訊號放大單元所放大之該原始心跳信號，並轉換該原始心跳信號為數位訊號；以及微處理單元，連接紅外線發射單元以及類比數位轉換單元，微處理單元用以接收原始心跳信號，並根據原始心跳信號計算出心律資訊，電腦接收心律資訊，以量得脈搏資訊；其中，紅外線信號係發射至使用者之血管時，血管中的血液會吸收該紅外線信號，並反射部分紅外線反射信號，當血管中因脈搏所產生的血液量改變時，紅外線信號因血液量吸收改變而改變，進而使紅外線反射信號大小改變，紅外線接收單元將紅外線反射信號轉換為原始心跳信號。
本發明之微處理單元計算出一心律資訊，更包含：該微處理單元對該原始心跳信號進行取樣，並且可以帶通濾波消除原始心跳信號中低頻以及高頻訊號，對原始心跳信號進行傅立葉轉換，微處理單元將原始心跳信號轉換為數位訊號，並在原始心跳信號中選擇一頻寬，以計算出該心律資訊。
本發明係顯示心跳隨時間的變換波形，故而心跳次數只是其中一項輸出，又本發明電路係一種利用頻通放大的電路。
本發明的優勢之一，係可以捕捉到實際的反射紅外線強度，並通過特殊的信號處理，可以即時看到反射的紅外線的強度變化，因而即時偵測生理變化，如心跳速率的變異。
本發明的另一優勢，係本發明的設備可以偵測身體各部位的血管，因心跳所產生的擴張和收縮的幅度變化波形，對於血管硬化或阻塞等疾病，可以非侵入式的即時偵測以及定位，更可以結合中醫把脈的醫療知識，進行診斷身體內部的病痛。
本發明之脈搏偵測裝置係利用非接觸式方式，量測使用者之即時脈搏資訊，而脈搏偵測裝置可量測使用者身體任一部位，例如：手、腳、身
體等。
本發明之脈搏偵測裝置可在室內、戶外任一環境下，量測到即時之脈博資訊，不會受到環境光線之影響，且可得知本發明即使透過衣服，仍確實可由身體各部份，量測到心跳。
本發明之應用範圍，更可使用於或可取代傳統中醫領域以人工把脈之醫療行為，大幅提高脈搏量測的準確度。
100‧‧‧脈搏偵測裝置
102‧‧‧紅外線發射單元
104‧‧‧紅外線接收單元
106‧‧‧訊號放大單元
108‧‧‧類比數位轉換單元
110‧‧‧微處理單元
112‧‧‧通訊單元
200‧‧‧電腦
202‧‧‧顯示單元
208‧‧‧使用者
210‧‧‧手臂
2082‧‧‧血管
2084‧‧‧皮膚
IR‧‧‧紅外線信號
IR’‧‧‧紅外線反射信號
S1‧‧‧原始心跳信號
S2‧‧‧放大原始心跳信號
S3‧‧‧數位原始心跳信號
第1A圖係為本發明一脈搏偵測裝置之方塊圖；
第1B圖係為本發明脈搏偵測裝置量測使用者之脈搏資訊；
第1C圖係為根據第1B圖脈搏偵測裝置量測使用者之脈搏資訊之局部放大圖。
第2A圖係為本發明脈搏偵測裝置所量測到之原始心跳信號圖。
第2B圖係為本發明脈搏偵測裝置處理後之心跳信號圖。
以下係以參照圖面之方式來詳細說明適用本發明之具體實施例。請參見第1A圖以及第1B圖，第1A圖係為本發明一脈搏偵測裝置之方塊圖。第1B圖係為本發明脈搏偵測裝置100，本發明可量測使用者208之脈搏資訊脈搏偵測裝置100連接電腦200，脈搏偵測裝置100用以偵測使用者之一即時脈搏資訊。其中，脈搏偵測裝置100包含紅外線發射單元102、紅外線接收單元104、訊號放大單元106、類比數位轉換單元108、微處理單元110，以及通訊單元112。而訊號放大單元106連接紅外線接收單元104。又者，類比數位轉換單元108連接訊號放大單元106。再者，微處理單元110連接紅外線發射
單元102、類比數位轉換單元108，以及通訊單元112。需說明的是，紅外線發射單元102之光源為紅外線雷射光。
請參考第1B圖以及第1C圖，第1C圖係為根據第1B圖脈搏偵測裝置量測使用者208之脈搏資訊之局部放大圖。而第1C圖為第1B圖中A部分(虛線圈起處)之放大圖。而紅外線發射單元102用以發射紅外線信號IR。另外，紅外線接收單元104用以接收紅外線反射信號IR’。其中，紅外線發射單元102發射紅外線信號IR至使用者208手臂210，紅外線信號IR接著照射到手臂210上的皮膚2084，以及穿透到血管2082。紅外線發射單元102與使用者208以非接觸式方式，發射紅外線信號IR至使用者200之血管2082，以及紅外線接收單元104與使用者208以非接觸方式，接收紅外線反射信號IR’。需說明的是，本實施例並不以非接觸為限，紅外線發射單元102以及紅外線接收單元104亦可以接觸式方式，發射紅外線信號IR，以及接收紅外線反射信號IR’。
請參考如第1C圖所示，當紅外線信號IR照射到皮膚2084時，部分紅外線信號IR會被皮膚2084以及血管2082吸收，而其餘部分反射即為紅外線反射信號IR’，被紅外線接收單元104所接收。而紅外線信號IR發射至使用者208之血管2082時，血管2082中的血液會吸收紅外線信號IR，並反射部分紅外線反射信號IR’，當血管2082中因脈搏所產生的血液量改變時，紅外線信號IR因血液量改變，紅外線信號IR被血液吸收也隨之改變，進而使紅外線反射信號IR’大小改變。當血管2082中血液量增加時，血液吸收紅外線信號增加，則反射之紅外線反射信號IR’減少，當血管2082中血液量減少時，血液吸收紅外線信號減少，則反射之該紅外線信號IR’增強，紅外線接收單元104將所接收到之紅外線反射信號IR’，轉換為原始心跳信號S1。
再請參考第1A圖，紅外線接收單元104將紅外線反射信號IR’轉換為原始心跳信號S1。原始心跳信號S1如第2A圖所示。而第2A圖係為本發明
脈搏偵測裝置所量測到之原始心跳信號S1圖。訊號放大單元106用以放大原始心跳信號S1成為放大原始心跳信號S2。類比數位轉換單元108接收訊號放大單元106之放大原始心跳信號S2，並轉換原始心跳信號S1為數位訊號即數位原始心跳信號S3。微處理單元110用以接收經轉換為數位訊號之數位原始心跳信號S3，並根據數位原始心跳信號S3計算出一心律資訊。需說明的是，此處所說的心律資訊為強度-時間圖，電腦200接收此心律資訊後，藉由心律資訊可產生使用者之脈搏資訊。由脈搏資訊可讀出脈搏之強弱，以及心跳次數等資訊。而電腦200包含顯示單元202，電腦200將數位原始心跳信號S3以及心跳頻率，顯示於顯示單元202。
如所參考第1A圖，於本發明之實施例中，脈搏偵測裝置100更包含一通訊單元112，通訊單元112連接微處理單元110，微處理單元100藉由通訊單元112傳送心律資訊給電腦200。通訊單元112以無線方式與電腦200通訊，傳送心律資訊給電腦200。或者，通訊單元112可以有線方式與電腦200通訊，傳送心律資訊給電腦200。
再請參考第1A圖，本發明以微處理單元110計算出一心律資訊之步驟，更包含：微處理單元110對經轉換為數位訊號之數位原始心跳信號S3進行取樣，並以帶通濾波消除數位原始心跳信號S3中低頻以及高頻訊號，接著對數位原始心跳信號S3進行傅立葉轉換，在數位原始心跳信號S3中選擇一頻寬，以計算出心律資訊，並繪出心跳信號圖，如第2B圖所示。
於另一實施例，請參考第1A圖，紅外線接收單元104將紅外線反射信號IR’轉換為原始心跳信號S1。訊號放大單元106用以放大原始心跳信號S1成為放大原始心跳信號S2。類比數位轉換單元108接收訊號放大單元106之放大原始心跳信號S2，並轉換原始心跳信號S1為數位訊號即數位原始心跳信號S3。微處理單元110用以接收放大原始心跳信號S2，並根據放大原始
心跳信號S2計算出一心律資訊。需說明的是，此處所說的心律資訊為強度-時間圖，電腦200接收此心律資訊後，藉由心律資訊可產生使用者之脈搏資訊。由脈搏資訊可讀出脈搏之強弱，以及心跳次數等資訊。而電腦200包含顯示單元202，電腦200將放大原始心跳信號S2以及心跳頻率，顯示於顯示單元202。
仍請參考第1A圖，微處理單元110計算出一心律資訊之步驟，更包含：微處理單元110對放大原始心跳信號S2進行取樣，並以帶通濾波消除放大原始心跳信號S2中低頻以及高頻訊號，接著對放大原始心跳信號S2進行傅立葉轉換，微處理單元110將原始心跳信號S2轉換為數位訊號之數位原始心跳信號S3，在數位原始心跳信號S3中選擇一頻寬，以計算出心律資訊。
如第2A圖所示，係為本發明脈搏偵測裝置所量測到之原始心跳信號圖，可得知本發明即使透過衣服，仍確實可由身體各部份，量測到的原始心跳，即本發明量測原始心跳的證據。
第2B圖所示，係為經由本發明脈搏偵測裝置處理原始心跳後，所顯示之心跳信號圖。
綜合前述說明，本發明之脈搏偵測裝置，係用以偵測使用者之即時脈搏訊號，脈搏偵測裝置包含：紅外線發射單元、紅外線接收單元、訊號放大單元、類比數位轉換單元、微處理單元。紅外線發射單元用以發射紅外線信號，紅外線信號係發射至使用者之血管，並反射紅外線反射信號。紅外線接收單元用以接收紅外線反射信號，紅外線接收單元將紅外線反射信號轉換為原始心跳信號。訊號放大單元連接紅外線接收單元，用以放大原始心跳信號。類比數位轉換單元連接訊號放大單元，類比數位轉換單元接收訊號放大單元所放大之原始心跳信號，並轉換原始心跳信號為數位訊號。微處理單元連接紅外線發射單元及類比數位轉換單元，微處理單元用
以接收經轉換為數位訊號之該原始心跳信號，並根據該原始心跳信號計算出心律資訊，而該電腦接收該心律資訊，以量得該脈搏資訊。
本發明係顯示心跳隨時間的變換波形，故而心跳次數只是其中一項輸出，又本發明電路係一種利用頻通放大的電路。
本發明的優勢之一，係可以捕捉到實際的反射紅外線強度，並通過特殊的信號處理，可以即時看到反射的紅外線的強度變化，因而即時偵測生理變化，如心跳速率的變異。甚者，本發明的優勢，係本發明的設備亦可以偵測身體各部位的血管，因心跳所產生的擴張和收縮的幅度變化波形，對於血管硬化或阻塞等疾病，可以非侵入式的即時偵測以及定位，也可以結合中醫把脈的醫療知識，進行診斷身體內部的病痛。
本發明之脈搏偵測裝置係利用非接觸式方式，量測使用者之即時脈搏資訊，即本發明之紅外線發射單元與使用者以非接觸式方式，發射紅外線信號至使用者之血管，以及紅外線接收單元與使用者以非接觸方式，接收紅外線反射信號。而脈搏偵測裝置可量測使用者身體任一部位，例如：手、腳、身體等。脈搏偵測裝置可在室內、戶外任一環境下，量測到即時之脈博資訊，不會受到環境光線之影響，故可得知本發明即使透過衣服，仍確實可由身體各部份，量測到原始心跳。而本發明之應用範圍，更可使用於或可取代傳統中醫領域以人工把脈之醫療行為，大幅提高脈搏量測的準確度。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，並非用以限定本發明的權利要求範圍，因此凡其他未脫離本發明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應包含于本發明的範圍內。
Claims (2)
- 一種非接觸皮膚式紅外線雷射光脈搏偵測裝置，包含紅外線發射單元，紅外線接收單元，訊號放大單元，類比數位轉換單元，微處理單元，通訊單元，連接一電腦，用以偵測使用者之一即時脈搏資訊，係以一個紅外線發射單元發射紅外線雷射光至使用者之皮膚以穿透到血管，接收該紅外線雷射光之紅外線反射訊號偵測，血液量的增加與減少進行偵測，該裝置包含：一個紅外線發射單元，用以非接觸皮膚式發射一紅外線雷射光至一使用者之皮膚以穿透到血管，並反射該紅外線雷射光之一紅外線反射信號；一個紅外線接收單元，用以非接觸皮膚式接收該紅外線反射信號，該個紅外線接收單元將該紅外線反射信號轉換為一原始心跳信號，其中該紅外線反射信號因一血液量的吸收而改變其大小，當血管中的該血液量增加時，則該紅外線反射信號減少，當血管中的該血液量減少時，則該紅外線反射信號增強；一訊號放大單元，連接該紅外線接收單元，用以放大該原始心跳信號；一類比數位轉換單元，連接該訊號放大單元，該類比數位轉換單元接收該訊號放大單元所放大之該原始心跳信號，並轉換該原始心跳信號為數位訊號；一微處理單元，連接該紅外線發射單元以及該類比數位轉換單元，該微處理單元用以接收經轉換為數位訊號之該原始心跳信號，並根據該原始心跳信號計算出一心律資訊，其中該微處理單元對經轉換為一數位訊號之該原始心跳信號進行取樣，以一帶通濾波消除該原始心跳信號中之一低頻訊號以及一高頻訊號，對該原始心跳信號進行傅立葉轉換，在該原始心跳信號中選擇一頻寬，以計算出該心律資訊；一電腦接收該心律資訊，以量得一脈搏資訊，該脈搏資訊可提供一脈搏強弱，以及一心跳次數，其中該電腦包含一顯示單元，該電腦將該原始心跳信號以及該心跳頻率，顯示於該顯示單元；以及一通訊單元，該通訊單元連接該微處理單元，該微處理單元藉由該通訊單元傳送該心律資訊給該電腦，其中該通訊單元以無線方式與該電腦通訊。
- 如申請專利範圍第1項所述之脈搏偵測裝置，其中更包含該通訊單元以有線方式與該電腦通訊。
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