TWI742615B

TWI742615B - 生物訊息校正方法

Info

Publication number: TWI742615B
Application number: TW109112873A
Authority: TW
Inventors: 黃清俊; 王炳竣; 黃榆晴
Original assignee: 智準生醫科技股份有限公司
Priority date: 2020-04-16
Filing date: 2020-04-16
Publication date: 2021-10-11
Also published as: TW202141518A

Abstract

一種生物訊息量測系統包含至少一量測裝置以及一主機。量測裝置用以量測一個體之一生物訊息。主機與量測裝置建立一無線通訊連線，以接收量測裝置所量測之生物訊息，其中主機依據量測裝置之連線數量，選擇性切換為一配對模式或一信標模式與至少一量測裝置建立無線通訊連線，以使上述之生物訊息量測系統可適用於不同的應用情境。同時亦揭露一種生物訊息校正方法，其可依據生物訊息的斜率變化來預測未來的生物訊息，使預測的生物訊息貼近當前的生物訊息。

Description

生物訊息校正方法

本發明是有關一種量測系統以及校正方法，特別是一種生物訊息量測系統以及生物訊息校正方法。

習知獲取生物訊息(例如血糖)的方式是由醫護人員扎針抽血或使用者自行刺穿皮膚取得少量血液後再進行化學分析。這樣的量測方式僅是單一時間點所獲得的生物訊息，若密集量測，不僅造成操作者的不便，且讓受測者產生較大的疼痛感，進而產生排斥感或減少量測次數。

為了克服上述問題，目前已開發出生物訊息感測貼片，其可貼附生物體之皮膚，並以低侵入性的穿刺來減少受測者的疼痛感並取得組織液，如此可長時間且連續式的獲得受測者之生物訊息。一般而言，生物訊息感測貼片需將生物訊息回傳至一主機，使用者才能讀取量測的結果。然而，不同的應用情境，例如個人或照護機構，生物訊息感測貼片需採用特定的方式與主機建立連線，如此導致應用上的限制與不便。

生物訊息感測貼片除了可量測即時的生物訊息，例如心電圖(ECG)或腦波圖(EEG)，亦可量測滯後之生物訊息，例如從汗液或組織液中量測血糖。由於生物訊息感測貼片所量測的生物訊息會延遲一段時間，因此，如何使生物訊息感測貼片量測到的生物訊息貼近當前的生物訊息即為一重要課題。

有鑑於此，提出一種生物訊息感測貼片以克服上述缺點便是目前極需努力的目標。

本發明提供一種生物訊息校正方法是依據先前時間間隔之生物訊息的斜率變化來預測下一時間間隔之生物訊息的預測斜率，並以預測斜率計算下一時間間隔的生物訊息，使下一時間間隔的生物訊息貼近當前的生物訊息。

本發明一實施例之生物訊息校正方法包含以一電子裝置取得一個體之一前一時間間隔以及一目前時間間隔之多個生物訊息，其中生物訊息為一滯後之生物訊息；電子裝置依據多個生物訊息，計算前一時間間隔以及目前時間間隔之生物訊息之一斜率；電子裝置依據前一時間間隔以及目前時間間隔之斜率之變化，預測一下一時間間隔之生物訊息之一預測斜率；以及電子裝置依據預測斜率，計算下一時間間隔後之生物訊息。

以下藉由具體實施例配合所附的圖式詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

10、10a、10b、10c:量測裝置

11:量測元件

12:儲存單元

13:運算單元

14:無線通訊元件

20:主機

21:顯示元件

22:儲存單元

23:運算單元

24:無線通訊元件

30:伺服器

31:儲存單元

32:機器學習運算單元

33:通訊元件

40:網際網路

k1~k4:斜率

R1、R2、R3:生物訊息訊號

r1~r5:生物訊息

S31~S38:加密步驟

S41~S44:校正步驟

S71~S74:校正步驟

S81~S83:校正步驟

T1、T2、T3:傳送區間

t0~t5:時間點

Ts:時間同步訊號

△t1~△t4:時間間隔

圖1為一示意圖，顯示本發明一實施例之生物訊息量測系統。

圖2為一示意圖，顯示本發明一實施例之生物訊息量測系統於信標模式時之通訊時序。

圖3為一示意圖，顯示本發明一實施例之生物訊息量測系統之加密連線步驟。

圖4為一流程圖，顯示本發明一實施例之生物訊息校正方法。

圖5為一示意圖，顯示量測裝置所量測之生物訊息之變化。

圖6為一示意圖，顯示本發明另一實施例之生物訊息量測系統。

圖7為一示意圖，顯示本發明一實施例之伺服器端之生物訊息校正方法。

圖8為一示意圖，顯示本發明一實施例之主機端之生物訊息校正方法。

以下將詳述本發明之各實施例，並配合圖式作為例示。除了這些詳細說明之外，本發明亦可廣泛地施行於其它的實施例中，任何所述實施例的輕易替代、修改、等效變化都包含在本發明之範圍內，並以申請專利範圍為準。在說明書的描述中，為了使讀者對本發明有較完整的瞭解，提供了許多特定細節；然而，本發明可能在省略部分或全部特定細節的前提下，仍可實施。此外，眾所周知的步驟或元件並未描述於細節中，以避免對本發明形成不必要之限制。圖式中相同或類似之元件將以相同或類似符號來表示。特別注意的是，圖式僅為示意之用，並非代表元件實際之尺寸或數量，有些細節可能未完全繪出，以求圖式之簡潔。

請參照圖1，本發明之一實施例之生物訊息量測系統包含至少一量測裝置10以及一主機20。量測裝置10用以量測一個體之一生物訊息，例如血糖值以及血酮值至少其中之一，但不限於此。舉例而言，量測裝置10可包含一生物訊息感測貼片，或其它植入式之生物訊息感測元件。主機20與量測裝置10建立一無線通訊連線，以接收量測裝置10所量測之生物訊息。

量測裝置10包含一量測元件11、一儲存單元12、一運算單元13以及一無線通訊元件14。量測元件11依據所需量測之標的生物訊息作相對應之設計，舉例而言，量測元件11可為塗佈適當反應試劑之微針。運算單元13處理量測元件11所量測之生物訊息並儲存於儲存單元12及/或經由無線通訊元件14回傳至主機20。

主機20包含一顯示元件21、一儲存單元22、一運算單元23以及一無線通訊元件24。主機20經由無線通訊元件24接收量測裝置10所量測之生物訊息，經運算單元23處理後儲存於儲存單元22及/或顯示於顯示元件21，以供使用者讀取量測裝置10所量測之生物訊息。舉例而言，主機20為一電腦，例如桌上型電腦或筆記型電腦，或行動上網裝置(mobile internet device)，例如智慧型手機、平板電腦等，亦可為專用或非專用於搭配量測裝置10之醫療器材。

於一實施例中，主機20可依據量測裝置10之連線數量，選擇性切換為一配對模式(pairing mode)或一信標模式(beacon mode)與量測裝置10建立無線通訊連線。舉例而言，單一量測裝置10與主機20建立無線通訊連線時，可採用配對模式與量測裝置10進行配對。配對模式之連線可採用現有之通訊協定加以實現。舉例而言，量測裝置10可遵循藍牙通訊協定、紫蜂(Zigbee)通訊協定、Thread通訊協定或IEEE 802.11ah之通訊協定(例如Sub-1GHz之通訊協定)與主機20建立無線通訊連線。

當多個量測裝置10、10a、10b與主機20建立無線通訊連線時，主機20即切換至信標模式與量測裝置10、10a、10b進行通訊。於一實施例中，請參照圖2，主機20週期性發送一時間同步訊號Ts後，即等待接收多個量測裝置10、10a、10b依序回傳所量測的生物訊息。舉例而言，主機20可於任兩個時間同步訊號Ts之間劃分多個傳送區間T1、T2、T3，且於時間同步訊號Ts中寫入傳送區間之數量。量測裝置10、10a、10b收到時間同步訊號Ts後，即可依據時間同步訊號Ts選擇相對應之傳送區間T1、T2、T3回傳生物訊息。如圖2所示，量測裝置10於傳送區間T1回傳生物訊息訊號R1；量測裝置10a於傳送區間T2回傳生物訊息訊號 R2；量測裝置10b於傳送區間T3回傳生物訊息訊號R3。可以理解的是，傳送區間T1、T2、T3之數量須等於或大於量測裝置10、10a、10b與主機20建立無線通訊連線之連線數量，以避免發生通訊碰撞，亦即不同的量測裝置10、10a或10b於相同的傳送區間T1、T2或T3回傳生物訊息。

於一實施例中，量測裝置10、10a、10b可依據自身之設備位址(device address)選擇相對應之傳送區間T1、T2、T3。舉例而言，量測裝置10、10a、10b可取自身之設備位址除以傳送區間之數量之餘數作為回傳生物訊息之傳送區間。若不同量測裝置10、10a、10b選擇到相同的傳送區間進行通訊，即發生通訊碰撞時，量測裝置10、10a、10b其中之一可將餘數依序加一，以避免發生通訊碰撞的情形。

於一實施例中，為了資料傳輸的安全性，量測裝置10以及主機20間之無線通訊連線可為加密之通訊連線，且此加密方式可適用於配對模式或信標模式。請參照圖3，以說明量測裝置10以及主機20建立加密之無線通訊連線之步驟。首先，量測裝置10向主機20提出建立無線通訊連線的請求(S31)，主機20則回應量測裝置10之連線請求(S32)。接著，量測裝置10以及主機20各自產生一第一金鑰(S33)。舉例而言，量測裝置10以及主機20可依據量測裝置10之裝置位址產生第一金鑰，但不限於此，量測裝置10以及主機20亦可依據主機10之裝置位址或主機10以及量測裝置10之裝置位址產生第一金鑰。產生第一金鑰後，量測裝置10以及主機20即能夠以第一金鑰對無線通訊連線所傳送的資料進行加密以及解密(S34)。較佳者，量測裝置10以及主機20可在以第一金鑰所加密之無線通訊連線下交換一第二金鑰(S35)。舉例而言，主機20可產生第二金鑰傳送給量測裝置10，或者相反，接著，量測裝置10以及主機20即能夠以第二金鑰對無線通訊連線所傳送的資料進行加密以及解密(S36)，例如主機20傳送時間同步訊號(S37)以及量測裝置10回傳生物訊息(S38)。於一實施例中，主機20或量測裝置10可定期或不定期要求量測裝置10更新第二金鑰，以提升資料傳輸的安全性。

由於量測裝置10所量測的標的可能包含從汗液或組織液中量測血糖值及/或血酮值等，因此可能會有延遲的現象。為了使量測裝置10所量測之生物訊息貼近當前的生物訊息，有必要對量測裝置10量測到的生物訊息進行校正。請參照圖4，以說明本發明一實施例之生物訊息校正方法。首先，一電子裝置取得一個體之一前一時間間隔以及一目前時間間隔之多個生物訊息(S41)，例如滯後之生物訊息。接著，量測裝置計算每一時間間隔之生物訊息的斜率(S42)。請一併參照圖5，舉例而言，量測裝置分別於時間點t0、t1、t2量測得到生物訊息r0、r1、r2，接著計算出對應時間間隔△t1、△t2之生物訊息之斜率k1、k2。

接著，量測裝置再以生物訊息之斜率變化來預測下一時間間隔之生物訊息之一預測斜率(S43)。舉例而言，當目前時間間隔(例如△t2)之斜率(例如k2)之絕對值大於前一時間間隔(例如△t1)之斜率(例如k1)之絕對值時，代表生物訊息的變化從緩升趨勢改變為陡升趨勢，如圖5所示，或從緩降趨勢改變為陡降趨勢。此時，預測斜率k3可為目前時間間隔(△t2)之斜率(k2)乘以一預設值。相反的，當目前時間間隔之斜率之絕對值小於前一時間間隔之斜率之絕對值時，代表生物訊息的變化從陡升趨勢改變為緩升趨勢，或從陡降趨勢改變為緩降趨勢。此時，預測斜率可為目前時間間隔之斜率除以一預設值。或者，當目前時間間隔之斜率等於前一時間間隔之斜率時，預測下一時間間隔之斜率即為目前時間間隔之斜率。可以理解的是，預設值可依據時間間隔的大小、所量測之標的生物訊息或其它背景因素進行調整，亦可動態依據複數時間間隔之斜率間之比值調整。最後，量測裝置可依據預測斜率計算出下一時間間隔後之生物訊息(S44)。舉例而言，下一時間間隔(例如△t3)之預測斜率為k3，因此，依據時間點t2所量測到的生物訊息r2以及預測斜率k3，即可預測經過下一時間間隔△t3後於時間點t3之生物訊息r3。

當目前時間間隔之斜率之絕對值小於一閥值時，可判斷所量測到的生物訊息即將反轉，例如從上升趨勢改變為下降趨勢，或是從下降趨勢改變為上升趨勢，因此，預測斜率可為目前時間間隔之斜率之負值。請再參照圖5，舉例而言，量測裝置於時間點t4、t5量測到生物訊息r4、r5，並計算出時間間隔△t4之斜率k4。由於斜率k4之絕對值|k4|小於一閥值，因此，下一時間間隔之預測斜率可為斜率k4之負值，亦即方向相反。

本發明之生物訊息校正方法不需要較高的運算能力(例如矩陣運算)即可實現，因此，運算能力以及記憶體有限的量測裝置即可實現本發明之生物訊息校正方法，但不限於此。請參照圖6，於一實施例中，本發明之生物訊息量測系統可包含量測裝置10、主機20以及設置於雲端之伺服器30。主機20以及伺服器30亦可實現本發明之生物訊息校正方法。舉例而言，量測裝置10可經無線通訊連線將生物訊息回傳至主機20，因此，主機20亦可實現本發明之生物訊息校正方法。或者，主機20可經由行動通訊網路或以有線或無線網路界面經由網際網路(Internet)40與伺服器30建立連線，並傳送量測裝置10所量測之生物訊息至伺服器30，伺服器30即可實現本發明之生物訊息校正方法並回傳預測結果至主機20，以供使用者讀取預測結果。

前述之實施例中，量測裝置10是經由主機20將所量測到的生物訊息傳送至伺服器30，但不限於此。於一實施例中，請再參照圖6，量測裝置10c可直接經由一低功耗廣域網路(Low Power Wide Area Network，LPWAN)而與伺服器30建立一網路通訊連線，以回傳量測裝置10c所量測到的生物訊息。舉例而言，低功耗廣域網路可為LoRa、Sigfox或NB-IoT，其具有傳輸資料量小、傳輸距離長及省電等特性，因而適用於本發明之量測裝置。

於一實施例中，伺服器30可對量測裝置所量測到的生物訊息作進一步的預測校正。請一併參照圖6以及圖7，於一實施例中，伺服器30包含一儲存單元31、一機器學習運算單元32以及一通訊元件33。通訊元件33可為有線或無線網路界面而與網際網路40連接，以接收量測裝置10c所量測到的生物訊息。首先，伺服器10將接收到的多個不同個體的多個生物訊息儲存於儲存單元31，以作為一歷史生物訊息(S71)。接著，機器學習運算單元32透過機器學習建立一校正模型(S72)。舉例而言，校正模型是基於遞迴式類神經網路(Recurrent neural network，RNN)之機器學習建模。接著，伺服器30以所儲存的多個不同個體的歷史生物訊息來訓練校正模型(S73)。最後，伺服器30以訓練完成之校正模型以及特定個體之多個生物訊息，來預測下一時間間隔之特定個體的生物訊息(S74)，並傳送至主機20以供使用者讀取。

於一實施例中，伺服器30可提供校正模型給主機20，以供主機20對量測裝置所量測到的生物訊息作進一步的預測校正。舉例而言，請參照圖8，主機可儲存單一個體之多個生物訊息作為一個體歷史生物訊息(S81)。接著，以所儲存之個體歷史生物訊息訓練伺服器30所建立之校正模型(S82)。最後，主機以訓練完成之校正模型以及特定個體之多個生物訊息，來預測下一時間間隔之特定個體的生物訊息(S83)，並顯示於顯示元件。

綜合上述，本發明之生物訊息量測系統可依據量測裝置之連線數量選擇性在配對模式以及信標模式之間切換，以使本發明之生物訊息量測系統可適用於不同的應用情境。此外，本發明之生物訊息校正方法可依據生物訊息的斜率變化來預測下一時間間隔之生物訊息，使預測的生物訊息貼近當前的生物訊息，且本發明之生物訊息校正方法能夠以運算能力較低之量測裝置加以實現。

以上所述之實施例僅是為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。

S41~S44:校正步驟

Claims

一種生物訊息校正方法，其包含：以一電子裝置取得一個體之一前一時間間隔以及一目前時間間隔之多個生物訊息，其中該生物訊息為一滯後之生物訊息；該電子裝置依據該多個生物訊息，計算該前一時間間隔以及該目前時間間隔之該生物訊息之一斜率；該電子裝置依據該前一時間間隔以及該目前時間間隔之該斜率之變化，預測一下一時間間隔之該生物訊息之一預測斜率；以及該電子裝置依據該預測斜率，計算該下一時間間隔後之該生物訊息。
如請求項1所述之生物訊息校正方法，其中該目前時間間隔之該斜率等於該前一時間間隔之該斜率時，該預測斜率為該目前時間間隔之該斜率。
如請求項1所述之生物訊息校正方法，其中該目前時間間隔之該斜率之絕對值大於該前一時間間隔之該斜率之絕對值時，該預測斜率為該目前時間間隔之該斜率乘以一預設值。
如請求項1所述之生物訊息校正方法，其中該目前時間間隔之該斜率之絕對值小於該前一時間間隔之該斜率之絕對值時，該預測斜率為該目前時間間隔之該斜率除以一預設值。
如請求項1所述之生物訊息校正方法，其中該目前時間間隔之該斜率之絕對值小於一閥值時，該預測斜率為該目前時間間隔之該斜率之負值。
如請求項1所述之生物訊息校正方法，更包含：以一伺服器儲存多個不同之該個體之該多個生物訊息作為一歷史生物訊息；該伺服器透過機器學習建立一校正模型；該伺服器以該歷史生物訊息訓練該校正模型；以及該伺服器以訓練後之該校正模型以及該個體之該多個生物訊息，預測該下一時間間隔之該生物訊息。
如請求項6所述之生物訊息校正方法，其中該校正模型是基於遞迴式類神經網路(Recurrent neural network)之機器學習建模。
如請求項6所述之生物訊息校正方法，其中該電子裝置為一量測裝置，且該量測裝置經由一低功耗廣域網路(Low Power Wide Area Network，LPWAN)與該伺服器建立一網路通訊連線，以回傳所量測之該個體之該多個生物訊息。
如請求項6所述之生物訊息校正方法，更包含：以一主機儲存該個體之該多個生物訊息作為一個體歷史生物訊息；該主機以該個體歷史生物訊息訓練該校正模型；以及該主機以訓練後之該校正模型以及該個體之該多個生物訊息，預測該下一時間間隔之該生物訊息。
如請求項9所述之生物訊息校正方法，其中該電子裝置為一量測裝置，且該量測裝置經由藍牙通訊協定、紫蜂通訊協定、Thread通訊協定或IEEE 802.11ah之通訊協定與該主機建立一無線通訊連線，以回傳所量測之該個體之該多個生物訊息。
如請求項1所述之生物訊息校正方法，其中該電子裝置為一量測裝置，且該量測裝置包含一量測元件，用以量測該個體之該多個生物訊息。