TWI725839B

TWI725839B - 生理感測系統

Info

Publication number: TWI725839B
Application number: TW109114904A
Authority: TW
Inventors: 劉茂誠; 許榮競
Original assignee: 穎翔科技股份有限公司
Priority date: 2020-05-05
Filing date: 2020-05-05
Publication date: 2021-04-21
Also published as: TW202142178A; US20210345905A1

Abstract

本發明提供一種生理感測系統。生理感測系統包括穿戴式裝置以及電子裝置。穿戴式裝置感測使用者的體溫訊號、使用者的呼吸道的音頻訊號、呼吸道的電容感測訊號以及使用者的活動狀況以產生取樣體溫訊號、取樣音頻訊號、取樣感測電容值以及取樣活動狀況。電子裝置反應於取樣體溫訊號、取樣音頻訊號、取樣感測電容值以及取樣活動狀況的變化判斷使用者的生理狀況。

Description

生理感測系統

本發明是有關於一種生理感測系統，且特別是有關於一種感測使用者的呼吸道狀況的生理感測系統。

以目前的技術來說，判斷呼吸道是否受到病毒感染的方法主要是藉由採集喉頭或鼻腔的分泌物以對分泌物進行核酸檢驗，或者是進行胸部X光檢查。然而，上述的方法並無法針對呼吸道的狀況進行長時間的監控。此外，採集喉頭或鼻腔的分泌物以及進行胸部X光檢查對受測者而言較不方便。因此，如何實現長時間監控呼吸道的狀況並且提供方便的檢測方式是本領域技術人員努力研究的課題之一。

本發明提供一種生理感測系統，能夠實現長時間監控呼吸道的狀況並且提高檢測的方便性。

本發明的生理感測系統包括穿戴式裝置以及電子裝置。穿戴式裝置包括感測模組以及處理器。感測模組經配置以感測使用者的體溫訊號，感測使用者的呼吸道的音頻訊號，感測呼吸道的電容感測訊號，並且感測使用者的活動狀況。處理器耦接於感測模組。處理器經配置以對體溫訊號、音頻訊號以及活動狀況進行取樣以產生取樣體溫訊號、取樣音頻訊號以及取樣活動狀況。處理器還依據電容感測訊號產生取樣感測電容值。電子裝置經配置以與穿戴式裝置進行通訊以接收取樣體溫訊號、取樣音頻訊號、取樣感測電容值以及取樣活動狀況。電子裝置反應於取樣體溫訊號、取樣音頻訊號、取樣感測電容值以及取樣活動狀況的變化判斷使用者的生理狀況。

基於上述，本發明能夠感測使用者的體溫訊號、呼吸道的音頻訊號、呼吸道的電容感測訊號以及使用者的活動狀況，藉以產生取樣體溫訊號、取樣音頻訊號、取樣感測電容值以及取樣活動狀況。本發明還反應於取樣體溫訊號、取樣音頻訊號、取樣感測電容值以及取樣活動狀況的變化判斷使用者的生理狀況。如此一來，本發明能夠實現長時間監控呼吸道的狀況並且提高檢測的方便性。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

請參考圖1，圖1是依據本發明第一實施例所繪示的生理感測系統的示意圖。在本實施例中，生理感測系統10包括穿戴式裝置100以及電子裝置200。穿戴式裝置100包括感測模組110以及處理器120。穿戴式裝置100可以被貼附於使用者的胸腔處以使感測模組110對使用者的多個生理狀況進行感測。在本實施例中，感測模組110會感測使用者的體溫訊號BTS，感測使用者的呼吸道的音頻訊號AS，感測呼吸道的電容感測訊號SCV，並且感測使用者的活動狀況ACT。在本實施例中，感測模組110包括溫度感測器111、音頻感測器112、電容感測器113以及動作感測器114。溫度感測器111持續地感測使用者的體溫訊號BTS。溫度感測器111可例如是由電子式體溫計來實現。音頻感測器112持續地感測呼吸道的音頻訊號AS。音頻感測器112可例如是由麥克風來實現。電容感測器113持續地感測呼吸道的電容感測訊號SCV。動作感測器114持續地感測使用者的活動狀況ACT。動作感測器114可例如是由加速度計（G-sensor）來實現。

在本實施例中，處理器120耦接於感測模組110。在本實施例中，處理器120耦接於溫度感測器111、音頻感測器112、電容感測器113以及動作感測器114。因此，處理器120會持續地接收到體溫訊號BTS、音頻訊號AS、電容感測訊號SCV以及活動狀況ACT。處理器120會對體溫訊號BTS進行取樣以產生取樣體溫訊號BTS_S。處理器120會對音頻訊號AS進行取樣以產生取樣音頻訊號AS_S。處理器120會對取樣音頻訊號AS_S進行濾波，藉以濾除預設頻率範圍以外的訊號。此外，處理器120也可以增益（gain）取樣音頻訊號AS_S。取樣音頻訊號AS_S的強度也會被放大。因此取樣音頻訊號AS_S能夠符合可被判讀的特定規範。如此一來，取樣音頻訊號AS_S更容易被識別。處理器120會依據電容感測訊號SCV產生取樣感測電容值SCV_S。舉例來說，處理器120會對電容感測訊號SCV進行濾波以濾除伴隨電容感測訊號SCV的雜訊，並且依據電容感測訊號SCV運算出取樣感測電容值SCV_S。取樣感測電容值SCV_S會對應於呼吸道中的肺泡狀況所產生的等效電容值。此外，處理器120也會對活動狀況ACT進行取樣以產生取樣活動狀況ACT_S。

在本實施例的處理器120可例如是中央處理單元（Central Processing Unit，CPU），或是其他可程式化之一般用途或特殊用途的微處理器（Microprocessor）、數位訊號處理器（Digital Signal Processor，DSP）、可程式化控制器、特殊應用積體電路（Application Specific Integrated Circuits，ASIC）、可程式化邏輯裝置（Programmable Logic Device，PLD）或其他類似裝置或這些裝置的組合，其可載入並執行電腦程式。

在本實施例中，電子裝置200與穿戴式裝置100進行有線通訊方式或無線通訊方式以接收取樣體溫訊號BTS_S、取樣音頻訊號AS_S、取樣感測電容值SCV_S以及取樣活動狀況ACT_S。舉例來說，電子裝置200可藉由低功率藍芽（Bluetooth Low Energy，BLE）通訊方式與穿戴式裝置100進行通訊。如此一來，電子裝置200與穿戴式裝置100之間的通訊能夠達到醫療的電磁干擾（ElectroMagnetic Interference，EMI）的相關法規，以避免電磁波對人體造成的無形影響，以及其他儀器因受到電磁干擾而導致儀器失效問題。電子裝置200反應於取樣體溫訊號BTS_S、取樣音頻訊號AS_S、取樣感測電容值SCV_S以及取樣活動狀況ACT_S的變化判斷使用者的生理狀況。

在本實施例的電子裝置200可以是手機、平板電腦、筆記型電腦、桌上型電腦等具有運算功能的裝置。

在此值得一提的是，穿戴式裝置100能夠感測使用者的體溫訊號BTS、呼吸道的音頻訊號AS、呼吸道的電容感測訊號SCV以及使用者的活動狀況ACT，藉以產生取樣體溫訊號BTS_S、取樣音頻訊號AS_S、取樣感測電容值SCV_S以及取樣活動狀況ACT_S。電子裝置200還反應於取樣體溫訊號BTS_S、取樣音頻訊號AS_S、取樣感測電容值SCV_S以及取樣活動狀況ACT_S的變化判斷使用者的生理狀況。使用者可以在任何地點（例如在家中或在醫院中）使用生理感測系統10。如此一來，相較於採集喉頭或鼻腔的分泌物以及胸部X光檢查，生理感測系統10能夠實現長時間監控呼吸道的狀況並且提高檢測的方便性。

接下來說明判斷使用者的生理狀況的實施內容。在本實施例中，生理感測系統10在被使用前，電子裝置200會產生初始體溫值以及初始電容值。初始體溫值大致上等於健康狀態的表面體溫值。初始體溫值例如是36℃。初始電容值大致上等於健康狀態的呼吸道的感測電容值。

電子裝置200會持續地紀錄取樣體溫訊號BTS_S。當取樣體溫訊號BTS_S的體溫值上升到高於初始體溫值預設值時，電子裝置200會提供警報訊息。在本實施例中，預設值可例如是2℃或是初始體溫值的5%（即，1.8℃）。因此，當取樣體溫訊號BTS_S的體溫值上升到高於初始體溫值預設值時，電子裝置200可判斷出使用者的體溫過高。電子裝置200會提供對應於體溫過高的警報訊息。本發明的初始體溫值以及預設值並不以本實施例為限。

在本實施例中，電子裝置200會持續地紀錄取樣感測電容值SCV_S。當取樣感測電容值SCV_S上升到高於初始電容值預設值時，電子裝置200會提供警報訊息。肺泡可以被視為具有電阻以及電容的等效元件。一般來說，健康的肺泡內部含有空氣。因此對應於健康的肺泡的等效電容值會較低。當肺臟開始發生浸潤（infiltration）時，多個肺泡會積水。因此對應於不健康的肺泡的等效電容值會較高。在本實施例中，預設值可例如是初始電容值的20%。因此，當取樣感測電容值SCV_S上升到高於初始電容值的20%時，電子裝置200可判斷出使用者的肺臟發生異常。電子裝置200會提供對應於肺臟發生異常的警報訊息。本發明的預設值並不以本實施例為限。

接下來說明取樣肺泡的狀況與取樣感測電容值SCV_S的關係。請同時參考圖1以及圖2。圖2是依據本發明一實施例所繪示的呼吸道與電容偵測電極所形成的等效電路圖。在本實施例中，穿戴式裝置100還包括電容偵測電極CE1、CE2。電容偵測電極CE1、CE2耦接於電容感測器113。電容感測器113會藉由電容偵測電極CE1、CE2接收電容感測訊號SCV。在本實施例中，當穿戴式裝置100可以被貼附於使用者的胸腔處時，電容偵測電極CE1、CE2與胸腔接觸。電容偵測電極CE1所對應到的多個肺泡可以被等效為第一等效電路。第一等效電路包括等效電容器Ceq1以及等效電阻器Req1、Req2。電容偵測電極CE2所對應到的多個肺泡可以被等效為第二等效電路。第二等效電路包括等效電容器Ceq2以及等效電阻器Req3、Req4。此外，位於電容偵測電極CE1與肺泡之間的身體組織可以被等效為等效電阻器RC1，而位於電容偵測電極CE2與肺泡之間的身體組織可以被等效為等效電阻器RC2。電容偵測電極CE1、CE2、第一等效電路、第二等效電路以及等效電阻器RC1、RC2會彼此串連耦接。圖2所示的等效電路圖的等效電容值會對應於等效電容器Ceq1、Ceq2串聯所形成的等效電容值。因此，對應於電容偵測電極CE1、CE2之間的等效電容值的取樣感測電容值SCV_S會與公式(1)相關聯。

…………………………….……公式(1)

在公式(1)中，ɛ ₀為真空介電常數。真空介電常數ɛ ₀為固定值。A為電容偵測電極CE1、CE2的接觸面積。D為對應於圖2的感測距離。在穿戴式裝置110貼附於相同的位置時，A、D的數值是不變的。ɛ _r為相對介電係數，相對介電係數ɛ _r會依據肺泡的狀況而改變。因此基於公式(1)，取樣感測電容值SCV_S會與相對介電係數ɛ _r成正比。健康的肺臟的肺泡內部含有空氣。空氣的相對介電係數是1，而水的相對介電係數是80。水的相對介電係數明顯高於空氣的相對介電係數。當肺臟的功能發生異常以發生浸潤時，肺臟的肺泡會積水，取樣感測電容值SCV_S會上升。如此一來，電子裝置200可反應於取樣感測電容值SCV_S的上升判斷出使用者的肺臟發生異常。本發明的電容偵測電極的數量可以是多個。本發明的電容偵測電極的數量並不以本實施例為限。

請回到圖1的實施例，在本實施例中，電子裝置200會持續地紀錄取樣音頻訊號AS_S。當取樣音頻訊號AS_S的頻率上升到預設頻率時，電子裝置200會提供警報訊息。一般來說，呼吸聲的頻率約為100Hz。當呼吸道（例如是上呼吸道及/或下呼吸道）的分泌物增加時，呼吸道的氣體會產生紊流（turbulence），使得呼吸聲的頻率被提高。在本實施例中，預設頻率可例如是1000Hz。因此，當取樣音頻訊號AS_S的頻率上升到預設頻率上升到1000Hz時，電子裝置200可判斷出使用者的呼吸道發生異常。電子裝置200會提供對應於呼吸道發生異常的警報訊息。本發明的預設頻率並不以本實施例為限。

電子裝置200會持續地紀錄取樣活動狀況ACT_S。取樣活動狀況ACT_S可對應到使用者的活動力。當取樣活動狀況ACT_S表示出使用者的活動力不足時，電子裝置200會提供對應於活動力不足的警報訊息。

請參考圖3，圖3是依據本發明一實施例所繪示的穿戴式裝置的示意圖。與圖1所示的穿戴式裝置100不同的是，本實施例的穿戴式裝置300還包括電源模組330。電源模組330會提供用以驅動感測模組110以及處理器120的驅動電力DP1、DP2。在本實施例中，電源模組330包括電源輸入埠331、充電器332、電池333、電源轉換器334以及按鈕335。電源輸入埠331接收外部電力EP。充電器332耦接於電源輸入埠331。充電器332會經由電源輸入埠331接收外部電力EP，並且將外部電力EP轉換為充電電力CP。電池333耦接於充電器332。電池333儲存充電電力CP。電源轉換器334耦接於充電器332以及電池333。電源轉換器334會將充電電力CP轉換為驅動電力DP1、DP2。按鈕335耦接於電源轉換器334。按鈕335被操作以控制電源轉換器334的運作。在本實施例中，使用者可操作按鈕335以致能或禁能電源轉換器334。

舉例來說，當電源輸入埠331接收到外部電力EP時，充電器332會藉由外部電力EP被驅動並將充電電力CP提供至電池333，藉以對電池333進行充電。當電源轉換器334被致能時，電源轉換器334會將充電電力CP轉換為驅動電力DP1、DP2。電源轉換器334會藉由驅動電力DP1驅動處理器120，並藉由驅動電力DP1、DP2驅動溫度感測器111、音頻感測器112、電容感測器113以及動作感測器114。

當電源輸入埠331沒有接收到外部電力EP時，充電器332無法被驅動。因此當電源轉換器334被致能時，電池333會將所儲存的充電電力CP提供至電源轉換器334。電源轉換器334會將充電電力CP轉換為驅動電力DP1、DP2。

在一些實施例中，處理器120還能夠監控穿戴式裝置300的電力消耗狀況，並將對應於電力消耗狀況的資訊提供至電子裝置200。如此一來，使用者能夠藉由電子裝置200獲知穿戴式裝置300的電力消耗狀況。在一些實施例中，處理器120還耦接至電池333。處理器120能夠獲知當前電池333所儲存的電量，並將對應於電池333所儲存的電量的資訊提供至電子裝置200。如此一來，使用者能夠藉由電子裝置200獲知電池333所儲存的電量。

請同時參考圖3以及圖4，圖4是依據本發明另一實施例所繪示的穿戴式裝置的示意圖。在本實施例中，穿戴式裝置300被設計以具有第一部分P1以及第二部分P2。第一部分P1沿著方向D1延伸。第二部分P2沿著方向D2延伸。方向D1不同於方向D2。在本實施例中，電容偵測電極CE1、CE2被設置於第一部分P1中。溫度感測器111被設置於第二部分P2中並且遠離於第一部分P1。也就是說，溫度感測器111會沿方向D2遠離於第一部分P1。在本實施例中，基於第一部分P1以及第二部分P2，穿戴式裝置300的外型可以是非對稱的「T」字型。在一些實施例中，穿戴式裝置300的外型可以被設計為對稱的「T」字型。在一些實施例中，穿戴式裝置300的外型可以被設計為「L」字型。在本實施例中，方向D1大致與方向D2垂直。在一些實施例中，方向D1與方向D2不垂直。本發明的穿戴式裝置的外型並不以本實施例為限。在本實施例中，穿戴式裝置300整體可以被防水結構所包覆。

舉例來說明，在本實施例中，音頻感測器112、電容感測器113、動作感測器114、處理器120、充電器332、電源轉換器334可被設置於第一部分P1中。電池333可被設置於第二部分P2中。

請同時參考圖4以及圖5，圖5是依據本發明一實施例所繪示的穿戴式裝置的使用情境圖。在本實施例中，肺臟LU下半部或下方是較容易發生浸潤的位置。此外，心臟HT附近的血液流速較快。胸腔上接近於心臟HT的位置的溫度會接近人體的核心溫度（core body temperature）。穿戴式裝置300可以被貼附於胸腔上並接近於肺臟LU下半部或下方的位置。穿戴式裝置300的第二部分P2會被朝向心臟HT的位置。如此一來，穿戴式裝置300較容易判斷出肺臟LU發生浸潤，並且所感測到的體溫訊號BTS能夠接近於人體的核心溫度。

綜上所述，本發明的生理感測系統能夠感測使用者的體溫訊號、呼吸道的音頻訊號、呼吸道的電容感測訊號以及使用者的活動狀況，藉以產生取樣體溫訊號、取樣音頻訊號、取樣感測電容值以及取樣活動狀況。本發明還反應於取樣體溫訊號、取樣音頻訊號、取樣感測電容值以及取樣活動狀況的變化判斷使用者的生理狀況。如此一來，生理感測系統能夠實現長時間監控呼吸道的狀況並且提高檢測的方便性。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

10:生理感測系統 100、300:穿戴式裝置 110:感測模組 111:溫度感測器 112:音頻感測器 113:電容感測器 114:動作感測器 120:處理器 200:電子裝置 330:電源模組 331:電源輸入埠 332:充電器 333:電池 334:電源轉換器 335:按鈕 ACT:活動狀況 ACT_S:取樣活動狀況 AS:音頻訊號 AS_S:取樣音頻訊號 BTS:體溫訊號 BTS_S:取樣體溫訊號 CE1、CE2:電容偵測電極 Ceq1、Ceq2:等效電容器 CP:充電電力 DP1、DP2:驅動電力 EP:外部電力 HT:心臟 LU:肺臟 P1:第一部分 P2:第二部分 SCV:電容感測訊號 SCV_S:取樣感測電容值 RC1、RC2、Req1、Req2、Req3、Req4:等效電阻器

圖1是依據本發明一實施例所繪示的生理感測系統的示意圖。圖2是依據本發明一實施例所繪示的呼吸道與電容偵測電極所形成的等效電路圖。圖3是依據本發明一實施例所繪示的穿戴式裝置的示意圖。圖4是依據本發明另一實施例所繪示的穿戴式裝置的示意圖。圖5是依據本發明一實施例所繪示的穿戴式裝置的使用情境圖。

10:生理感測系統

100:穿戴式裝置

110:感測模組

111:溫度感測器

112:音頻感測器

113:電容感測器

114:動作感測器

120:處理器

200:電子裝置

ACT:活動狀況

ACT_S:取樣活動狀況

AS:音頻訊號

AS_S:取樣音頻訊號

BTS:體溫訊號

BTS_S:取樣體溫訊號

SCV:電容感測訊號

SCV_S:取樣感測電容值

Claims

一種生理感測系統，包括：一穿戴式裝置，包括：一感測模組，經配置以感測一使用者的一體溫訊號，感測該使用者的一呼吸道的一音頻訊號，感測該呼吸道的一電容感測訊號，並且感測該使用者的一活動狀況；以及一處理器，耦接於該感測模組，經配置以對該體溫訊號、該音頻訊號以及該活動狀況進行取樣，以產生一取樣體溫訊號、一取樣音頻訊號以及一取樣活動狀況，並且依據該電容感測訊號產生一取樣感測電容值，其中該取樣感測電容值與肺泡的相對介電係數呈正比；以及一電子裝置，經配置以與該穿戴式裝置進行通訊以接收該取樣體溫訊號、該取樣音頻訊號、該取樣感測電容值以及該取樣活動狀況，並反應於該取樣體溫訊號、該取樣音頻訊號、該取樣感測電容值以及該取樣活動狀況的變化判斷該使用者的生理狀況。
如請求項1所述的生理感測系統，其中該感測模組包括：一溫度感測器，經配置以持續地感測該體溫訊號；一音頻感測器，經配置以持續地感測該音頻訊號；一電容感測器，經配置以持續地感測該感測電容值；以及一動作感測器，經配置以持續地感測該活動狀況。
如請求項2所述的生理感測系統，其中：該穿戴式裝置還包括：多個電容偵測電極，耦接於該電容感測器，該電容感測器藉由該些電容偵測電極接收該電容感測訊號。
如請求項3所述的生理感測系統，其中：該穿戴式裝置被設計以具有一第一部分以及一第二部分，該第一部分沿依一第一方向延伸，該第二部分沿依不同於該第一方向的一第二方向延伸，該些電容偵測電極被設置於該第一部分中，並且該溫度感測器被設置於該第二部分中並遠離於該第一部分。
如請求項1所述的生理感測系統，其中該處理器還經配置以：對該取樣音頻訊號進行濾波以濾除一預設頻率範圍以外的訊號，並且對該取樣感測電容值進行濾波以濾除雜訊。
如請求項1所述的生理感測系統，其中：該電子裝置還經配置以產生一初始體溫值以及一初始電容值，該初始體溫值大致上等於健康狀態的體溫值，該初始電容值大致上等於健康狀態的該呼吸道的該感測電容值。
如請求項6所述的生理感測系統，其中該電子裝置還經配置以：紀錄該取樣體溫訊號，並且當該取樣體溫訊號的體溫值上升到高於該初始體溫值一預設值時，提供一警報訊息。
如請求項6所述的生理感測系統，其中該電子裝置還經配置以：紀錄該取樣感測電容值，並且當該取樣感測電容值上升到高於該初始電容值一預設值時，提供一警報訊息。
如請求項1所述的生理感測系統，其中該電子裝置還經配置以：紀錄該取樣音頻訊號，並且當該取樣音頻訊號的頻率上升到一預設頻率時，提供一警報訊息。
如請求項1所述的生理感測系統，其中該穿戴式裝置藉由低功率藍牙方式與該電子裝置進行通訊。
如請求項1所述的生理感測系統，其中該穿戴式裝置還包括：一電源模組，耦接於該穿戴式裝置，經配置以提供用以驅動該感測模組以及該處理器的至少一驅動電力。
如請求項11所述的生理感測系統，其中該電源模組包括：一電源輸入埠，經配置以接收一外部電力；一充電器，耦接於該電源輸入埠，經配置以將該外部電力轉換為一充電電力；一電池，耦接於該充電器，經配置以儲存該充電電力；一電源轉換器，耦接於該充電器以及該電池，經配置以將該充電電力轉換為該至少一驅動電力；以及一按鈕，耦接於該電源轉換器，被操作以控制該電源轉換器的運作。