TWI685326B - 穿戴式血壓量測裝置及其量測方法 - Google Patents

穿戴式血壓量測裝置及其量測方法 Download PDF

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Abstract

一穿戴式血壓量測裝置，包含一脈搏偵測模組、一預處理單元、一記憶單元、一模型選擇單元與一血壓計算單元。其中，脈搏偵測模組係用以產生一脈搏波型。預處理單元係用以擷取脈搏波型，以產生至少一脈搏特徵值。記憶單元係儲存有至少二組血壓模型。這些血壓模型係對應至不同之脈搏特徵值範圍。模型選擇單元係用以依據前述至少一脈搏特徵值選擇對應之血壓模型。血壓計算單元係用以套用選定之血壓模型以計算血壓值。

Description

穿戴式血壓量測裝置及其量測方法
本發明係關於一種血壓量測裝置及其量測方法，尤其是關於一種穿戴式血壓量測裝置及其量測方法。
傳統之穿戴式血壓量測裝置是透過量測脈流速度(pulse wave velocity,PWV)，再依據脈流速度與血壓之關係所建立之同一組血壓計算模型來獲得血壓測量值。
不過，實務上常常發現到不同的測試者，雖然量測出相同的脈流速度，但因為血流特性(如血管大小、彈性、血液濃度)之差異，而具有不同的血壓值。在此情況下，若使用傳統的穿戴式血壓量測裝置，將無法有效區分測試者間之差異，而容易產生誤差，影響血壓量測的準確性。
本發明提供一穿戴式血壓量測裝置。此穿 戴式血壓量測裝置包含一脈搏偵測模組、一預處理單元、一記憶單元、一模型選擇單元與一血壓計算單元。其中，脈搏偵測模組係用以產生一脈搏波型。預處理單元係用以擷取脈搏波型，以產生至少一脈搏特徵值。記憶單元係儲存有至少二組血壓模型。這些血壓模型係對應至不同之脈搏特徵值範圍。模型選擇單元係用以依據前述至少一脈搏特徵值選擇對應之血壓模型。血壓計算單元係用以套用選定之血壓模型以計算血壓值。
本發明並提供一血壓量測方法。此血壓量測方法包含下列步驟：提供一脈搏波型；依據脈搏波型以產生至少一脈搏特徵值；提供至少二組血壓模型，這些血壓模型係對應至不同之脈搏特徵值範圍；依據前述至少一脈搏特徵值選擇對應之血壓模型；以及套用選定之血壓模型以計算血壓值。
傳統之穿戴式血壓量測裝置，僅以脈流速度這單一條件來估算血壓值，無法有效區分各個待測者之血流特性，而容易產生誤差，影響血壓量測的準確性。相較之下，本發明所提供之穿戴式血壓量測裝置及其量測方法，則可利用脈搏特徵值區分不同待測者之血流特性，快速地篩選出適合的血壓模型，而有助於提升血壓量測之準確性。
本發明所採用的具體實施例，將藉由以下之實施例及圖式作進一步之說明。
100,200‧‧‧血壓量測裝置
120,220‧‧‧脈搏偵測模組
110‧‧‧心跳偵測模組
140‧‧‧預處理單元
150‧‧‧記憶單元
160‧‧‧模型選擇單元
180‧‧‧血壓計算單元
T1‧‧‧波峰前寬度
T2‧‧‧波峰後寬度
T3,T8‧‧‧波長
T4‧‧‧波谷前寬度
T5‧‧‧波谷後寬度
T6‧‧‧最大斜率點前寬度
T7‧‧‧最大斜率點後寬度
M‧‧‧最大斜率點
P‧‧‧波峰
V‧‧‧波谷
Z‧‧‧過零點
第一圖係本發明穿戴式血壓量測裝置一實施例之方塊示意圖。
第二圖係本發明血壓量測方法一實施例之流程圖。
第三圖係本發明之脈搏波型以及依據此脈搏波型所擷取之脈搏特徵值一第一實施例之示意圖。
第四圖係本發明依據第三圖之脈搏特徵值建立多組血壓模型一實施例之示意圖。
第五A圖係本發明依據脈搏波型所擷取之脈搏特徵值一第二實施例之示意圖。
第五B圖係本發明依據脈搏波型所擷取之脈搏特徵值一第三實施例之示意圖。
第五C圖係本發明依據脈搏波型所擷取之脈搏特徵值一第四實施例之示意圖。
第五D圖係本發明依據脈搏波型所擷取之脈搏特徵值一第五實施例之示意圖。
第六圖係本發明穿戴式血壓量測裝置另一實施例之方塊示意圖。
下面將結合示意圖對本發明的具體實施方式進行更詳細的描述。根據下列描述和申請專利範圍，本發明的優點和特徵將更清楚。需說明的是，圖式均採用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。
第一圖係本發明穿戴式血壓量測裝置一實施例之方塊示意圖。此穿戴式血壓量測裝置100可以是電子錶、電子手環、皮膚貼片或示其他可配戴或接觸人體以偵測脈搏之電子裝置。
如圖中所示，此穿戴式血壓量測裝置100包含一心跳偵測模組110、一脈搏偵測模組120、一預處理單元140、一記憶單元150、一模型選擇單元160與一血壓計算單元180。
其中，心跳偵測模組110係用以產生一心跳波型。例如一心電圖(electrocardiography,ECG)波型。脈搏偵測模組120係用以產生一脈搏波型。例如一光體積描繪圖(photoplethymography,PPG)波型。關於偵測心跳與脈搏以產生心跳波型與脈搏波型之技術為本技術領域所習知，在此不予贅述。透過比較心跳波型與脈搏波型，即可估算出待量測者之脈搏傳遞時間(pulse transit time,PTT)，進而計算出脈流速度(pulse wave velocity,PWV)。
預處理單元140係用以擷取脈搏波型，以產生對應於所擷取之脈搏波型之至少一脈搏特徵值。關於脈搏波型與脈搏特徵值之關係，在後續對應於第三圖之章節會有更詳細的說明。
記憶單元150係儲存有至少二組血壓模型供選擇。血壓模型係用以顯示脈流速度與血壓值的對應關係，而這些血壓模型係對應至不同之脈搏特徵值範圍。透過血壓模型之協助，穿戴式血壓量測裝置100可即 時依據偵測到的脈流速度計算出相對應之血壓值。關於血壓模型之建立，在後續對應於第四圖之章節會有更詳細的說明。
模型選擇單元160係依據預處理單元140估算出之至少一脈搏特徵值選擇對應之血壓模型。具體來說，模型選擇單元160會比較待量測者之脈搏特徵值與各個血壓模型所對應之脈搏特徵值範圍，從中選定出對應該範圍的血壓模型套用在血壓值的計算。基本上，模型選擇單元160所選擇之血壓模型，即是與待量測者之脈搏特徵值屬於同一群組之量測樣本所建立之血壓模型。
血壓計算單元180係依據待量測者之脈流速度，套用模型選擇單元160選定之血壓模型，計算出待量測者之血壓值。
第二圖係本發明血壓量測方法一實施例之流程圖。此流程圖係顯示利用第一圖之穿戴式血壓量測裝置100進行血壓量測之流程。此血壓量測方法包含下列步驟。
首先，在步驟S120中，利用脈搏偵測模組120，偵測一待量測者之脈搏，以產生一脈搏波型，並且利用心跳偵測模組110，偵測待量測者之心跳，以產生一心跳波型。同時，透過比較心跳波型與脈搏波型，估算出脈搏傳遞時間(pulse transit time,PTT)，進而計算出脈流速度(pulse wave velocity,PWV)。
接下來，在步驟S140中，利用預處理單元140，依據待量測者之脈搏波型產生對應之至少一脈搏特 徵值。關於脈搏波型與脈搏特徵值之關係，在後續對應於第三圖之章節會有更詳細的說明。
隨後，在步驟S160中，利用模型選擇單元160，依據得出之至少一脈搏特徵值，在多組預設之血壓模型中，選擇對應之血壓模型。這些血壓模型係預先儲存於穿戴式血壓量測裝置100之記憶單元150。於一實施例中，血壓模型係用以顯示脈流速度與血壓值的對應關係，而這些血壓模型係對應至特定之脈搏特徵值範圍。
最後，在步驟S180中，利用血壓計算單元180，依據前述計算出之脈流速度，套用步驟S160選定之血壓模型計算出待量測者之血壓值。
前述實施例係先計算出脈流速度，再於選定血壓模型後，利用此計算出之脈流速度計算血壓值。不過，本發明並不限於此。在另一實施例中，則是依據心跳波型與脈搏波型產生對應之脈搏特徵值，隨後再於選定血壓模型後，直接利用此脈搏特徵值計算血壓值。
第三圖係本發明第一實施例中，脈搏波型以及依據此脈搏波型產生之脈搏特徵值之示意圖。
如第三圖中所示，以脈搏波型之波峰P為準，本實施例係擷取波峰P前寬度T1與波峰後寬度T2，並利用波峰前寬度T1與脈搏波型之波峰後寬度T2之比值之平方，作為脈搏特徵值。本實施例之波峰前寬度T1係定義為波峰P至其前方相鄰波谷V之距離，波峰後寬度T2則是定義為波峰P至其後方相鄰波谷V之距離。關於波峰P與波谷V之位置的計算方式為本技術領域所習知，在 此不予贅述。
其次，依據實際資料分佈狀態(可能會受到待測者之人種、性別等因素影響)，本發明亦可以利用脈搏波型之波峰前寬度T1、脈搏波型之波峰後寬度T2、或是脈搏波型之波峰前寬度T1與波峰後寬度T2之比值作為脈搏特徵值，亦可以併用多個脈搏特徵值，例如同時使用脈搏波型之波峰前寬度T1與波峰後寬度T2作為脈搏特徵值。
如第一與二圖所示，模型選擇單元160係依據得出之至少一脈搏特徵值，在多組預設之血壓模型中，選擇對應之血壓模型。以下係針對產生血壓模型之方法進行說明。
第四圖係顯示依據第三圖之脈搏特徵值建立出之多組血壓模型。如第四圖所示，一般而言，因為個體差異，根據量測得之脈搏波型而所產生之之脈搏特徵值會有明顯的不同。利用波峰前寬度T1與脈搏波型之波峰後寬度T2之比值之平方作為脈搏特徵值，可繪示出圖中所示之樣本A與樣本B，可看出樣本A之脈搏特徵值明顯小於樣本B之脈搏特徵值。本實施例係設定以脈搏特徵值(即波峰前寬度T1與脈搏波型之波峰後寬度T2之比值平方)之數值範圍，將量測樣本區分為四組族群，以建立四個不同的血壓模型一群組A、群組B、群組C、以及群組D。
於一實施例中，在建立血壓模型時，需將同一個群組之量測樣本資料，包括脈搏特徵值、脈流速 度與實際量測血壓值等，透過迴歸分析或機器學習等方式，建立對應於該群組之血壓模型。在一實施例中，此血壓模型可以是一包含脈搏特徵值變數之方程式。在血壓計算時，透過輸入待測者之脈搏特徵值，即可估算出對應之血壓值。除了第一實施例所提供之脈搏特徵值。依據脈搏波型之特性，在其他實施例中，亦可選用其他脈搏特徵值建立血壓模型，以利於進行血壓量測。
第五A圖係本發明第二實施例之示意圖。如圖中所示，不同於第一實施例，本實施例是擷取脈搏波型之波長T3與波峰前寬度T1，並將波峰前寬度T1與波長T3之比值作為脈搏特徵值。
第五B圖係本發明第三實施例之示意圖。不同於第一實施例，本實施例是擷取脈搏波型之波長T3與波峰後寬度T2，並將波峰後寬度T2與波長T3之比值作為脈搏特徵值。
第五C圖係本發明第四實施例之示意圖。不同於第一實施例，本實施例則是擷取脈搏波型之波谷前寬度T4與脈搏波型之波谷後寬度T5作為脈搏特徵值。此外，不同於第一實施例係以波谷V作為一個完整波型之劃分點，本實施例則是以過零點(zero-crossing point)Z為劃分點以定義波長T8。基本上，波長T8之長度應該等同於波長T3之長度。
在本實施例中，波谷前寬度T4係定義為波谷V至其前方過零點Z之距離，波谷後寬度T5則是定義為波谷V至其後方過零點Z之距離。不過，本發明並不限於 此。舉例來說，依據實際資料分佈狀態，亦可選擇波峰做為一個完整波型之劃分點，波谷前寬度可定義為波谷至其前方相鄰波峰之距離，波谷後寬度則可定義為波谷至其後方相鄰波峰之距離。關於過零點Z之位置的計算方式為本技術領域所習知，在此不予贅述。
此外，類似於前述第二與三實施例，在本發明之其他實施例中，亦可以利用波谷前寬度T4與波長T8之比值或是波谷後寬度T5與波長T8之比值作為脈搏特徵值。
第五D圖係本發明第五實施例之示意圖。不同於第四實施例係擷取脈搏波型之波谷前寬度T4與脈搏波型之波谷後寬度T5以計算脈搏特徵值，本實施例則是擷取脈搏波型最大斜率點M之前寬度T6，與最大斜率點M之後寬度T7，作為脈搏特徵值。本實施例之最大斜率點M之前寬度T6係定義為最大斜率點M至其前方過零點Z之距離，最大斜率點M之後寬度T7則是定義為最大斜率點M至其後方過零點Z之距離。關於最大斜率點M之位置的計算方式為本技術領域所習知，在此不予贅述。
類似於前述第二與三實施例，在本發明之其他實施例中，亦可以利用最大斜率點M之前寬度T6與波長T8之比值，或是最大斜率點M之後寬度T7與波長T8之比值，作為脈搏特徵值。
第六圖係本發明穿戴式血壓量測裝置另一實施例之方塊示意圖。本實施例之穿戴式血壓量測裝置200與第一圖之血壓量測裝置100之主要差異在於，本 實施例之血壓量測裝置200省略心跳偵測模組，直接利用脈搏偵測模組220所偵測之資料估算脈流速度與脈搏特徵值。具體來說，本實施例之脈搏偵測模組220具有二個偵測器，以估算待量測者之脈流速度。就一實施例而言，此脈搏波型可以是光體積描繪圖波型。依據此二個脈搏波型與二個偵測器之間隔距離，即可估算待量測者之脈流速度。
傳統之穿戴式血壓量測裝置，僅以脈流速度估算血壓值，無法根據數值有效區分各個待測者之血流特性，而容易產生誤差，影響血壓量測的準確性。相較之下，本發明所提供之穿戴式血壓量測裝置及其量測方法，則可利用脈搏特徵值區分不同待測者之血流特性，快速地根據對應之血壓模型計算出精確之血壓數值，而有助於提升血壓量測之準確性。
上述僅為本發明較佳之實施例而已，並不對本發明進行任何限制。任何所屬技術領域的技術人員，在不脫離本發明的技術手段的範圍內，對本發明揭露的技術手段和技術內容做任何形式的等同替換或修改等變動，均屬未脫離本發明的技術手段的內容，仍屬於本發明的保護範圍之內。
100‧‧‧穿戴式血壓量測裝置
120‧‧‧脈搏偵測模組
110‧‧‧心跳偵測模組
140‧‧‧預處理單元
150‧‧‧記憶單元
160‧‧‧模型選擇單元
180‧‧‧血壓計算單元

Claims (16)

  1. 一種穿戴式血壓量測裝置，包含：一脈搏偵測模組，用以產生一脈搏波型；一預處理單元，擷取該脈搏波型，以產生一組脈搏特徵值；一記憶單元，儲存有至少二組血壓模型，其中，該些血壓模型係依據該組脈搏特徵值之不同之脈搏特徵值範圍產生；一模型選擇單元，依據該組脈搏特徵值之數值選擇對應之該血壓模型；以及一血壓計算單元，套用該選定之血壓模型以計算血壓值。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之穿戴式血壓量測裝置，其中，該組脈搏特徵值包括該脈搏波型之波峰與波谷。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之穿戴式血壓量測裝置，其中，該組脈搏特徵值包括該脈搏波型之波峰前寬度或該脈搏波型之波峰後寬度。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之穿戴式血壓量測裝置，其中，該些血壓模型係對應至不同之該波峰前寬度或對應至不同之該波峰後寬度。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之穿戴式血壓量測裝置，其中，該組脈搏特徵值包括該脈搏波型之波峰前寬度與該脈搏波型之波峰後寬度之比例。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之穿戴式血壓量 測裝置，其中，該組脈搏特徵值包括該脈搏波型之波峰前寬度與該脈搏波型之波峰後寬度之比例之平方。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之穿戴式血壓量測裝置，其中，該些血壓模型係透過迴歸分析或機器學習建立。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之穿戴式血壓量測裝置，更包括一心跳偵測模組，用以產生一心跳波型，其中，該預處理單元係依據該脈搏波型與該心跳波型，以產生該至少一脈搏特徵值。
  9. 一種血壓量測方法，包含：提供一脈搏波型；依據該脈搏波型以產生一組脈搏特徵值；提供至少二組血壓模型，其中，該些血壓模型係依據該組脈搏特徵值之不同之脈搏特徵值範圍產生；依據該組脈搏特徵值選擇對應之該血壓模型；以及套用該選定之血壓模型以計算血壓值。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之血壓量測方法，其中，該組脈搏特徵值包括該脈搏波型之波峰與波谷。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之血壓量測方法，其中，該組脈搏特徵值包括該脈搏波型之波峰前寬度或該脈搏波型之波峰後寬度。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之血壓量測方法，其中，該些血壓模型係對應至不同之該波峰前寬度或對應至不同之該波峰後寬度。
  13. 如申請專利範圍第9項所述之血壓量測方法，其中，該組脈搏特徵值包括該脈搏波型之波峰前寬度與該脈搏波型之波峰後寬度之比例。
  14. 如申請專利範圍第9項所述之血壓量測方法，其中，該組脈搏特徵值包括該脈搏波型之波峰前寬度與該脈搏波型之波峰後寬度之比例之平方。
  15. 如申請專利範圍第9項所述之血壓量測方法，其中，該些血壓模型係透過迴歸分析或機器學習建立。
  16. 如申請專利範圍第9項所述之血壓量測方法，更包括：提供一心跳波型；其中，產生該至少一脈搏特徵值之步驟係依據該脈搏波型與該心跳波型以產生該至少一脈搏特徵值。
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