TWI806477B - 皮膚呼吸感測器、皮膚呼吸儀及其照護系統 - Google Patents

Abstract

本發明係有關於一種皮膚呼吸感測器、皮膚呼吸儀及其照護系統，其主要係於貼片內側設置有皮膚呼吸感測器，皮膚呼吸感測器用以檢測人體皮膚呼吸時所呼出之氣體的濕度、呼吸頻率，並透過檢測濕度氣體下的電容值而獲得電性量測之變化數據；藉此，以在整體操作使用上，由於屬非侵入式檢測、體積小，可方便使用者隨身攜帶，且操作使用過程簡易便利，可方便隨時進行安全檢測，並可減少檢測時間、降低檢測成本，同時不會有環保問題產生，以確實達到人體健康管理、有效降低照護人力資源，而在其整體施行使用上更增實用功效特性者。

Description

皮膚呼吸感測器、皮膚呼吸儀及其照護系統

本發明係有關於一種皮膚呼吸感測器、皮膚呼吸儀及其照護系統，尤其是指一種在整體操作使用上，由於屬非侵入式檢測、體積小，可方便使用者隨身攜帶，且操作使用過程簡易便利，可方便隨時進行安全檢測，並可減少檢測時間、降低檢測成本，同時不會有環保問題產生，以確實達到人體健康管理、有效降低照護人力資源，而在其整體施行使用上更增實用功效特性者。

按，人體呼出的氣體反應了人體內的各器官與組織的狀況，例如發炎與氧化應力可以藉由量測下列氣體的濃度改變的量測而加以監控：在呼吸治療領域中，常見的使用不同的呼吸評估參數，如：壓力、容積與流速等，評估病人的呼吸狀況。

其中，針對該方面所研發的技術大致上有下列幾種：

1.公告於2010年2月1日之第I319978號「一種感測人體呼吸氣體之裝置」，包括一基材，其上承載一電路模組、一奈米碳管氣體感測元件、一無線傳送/接收模組、與一電源供應器，並具有夾持結構可夾持於鼻孔壁組織；氣體也包括氣體中的生物氣膠，該奈米碳管氣體感測元件與呼吸氣體反應，可量測呼出與吸入是否含有特定之氣體與生物氣膠、呼出及吸入氣體溫度；利用量測奈米碳管氣體感測元件之電特性，並經由電路模組進行訊號處理，再利用無線傳送/接收模組將處理後的訊號傳送至無線訊號接收裝置進行氣體種類、濃度、溫度之判讀或警示，可達到隨身攜帶、快速及高靈敏之感測能力。

2.公告於2019年3月11日之第M575322號「呼吸訓練暨監測裝置」，包括呼吸管路、流體感測器及控制單元，其中呼吸管路設有三個相通的氣體進出口，分別為呼吸端、吐氣端及吸氣端，且流體感測器設在呼吸管路中，控制單元則是電性連接到流體感測器，如此，當使用者在呼吸訓練暨監測裝置時，流體感測器在使用者吸氣或吐氣的過程中產生感測訊號，並經由控制單元傳送到外部的電子裝置，使得電子裝置可以根據感測訊號換算出呼吸過程中的容積、流速或壓力等呼吸評估資訊。

3.公告於2014年8月11日之第M483775號「基於呼吸偵測的監控裝置」，適用於監控一臥床的使用者並設置於該使用者之胸前，該裝置包含一重力感測器、一記憶體、一處理單元、一警示單元及一呼吸偵測程式模組，該重力感測器用以產生多個對應該使用者之呼吸狀態的重力信號，該呼吸偵測程式模組儲存於該記憶體並用以依據該重力感測器在一第一時間週期內所產生的重力信號判定是否該使用者處於一呼吸微弱狀態，該處理單元用以執行該呼吸偵測程式模組，該警示單元用以在該呼吸偵測程式模組判定該使用者處於該呼吸微弱狀態時發出一警示訊息。

4.公告於2011年11月11日之第M415691號「呼吸速率量測裝置」，利用生理訊號計算其呼吸速率，並顯示於介面上，其係可將頸圈式固定元件，用以將聲音感測器固定於量測部位，以集音盤收集呼吸音，再由集音盤後方之電容式麥克風將呼吸音之聲壓轉換成電壓，該呼吸音經訊號處理模組將其轉為封包訊號，該封包訊號進到微處理控制模組之AD轉換模組，將類比訊號轉換成數位訊號，該數位訊號進到中心控制單元做呼吸速率計數的判斷，計數後的結果可顯示於顯示幕上，利於提升呼吸檢測之效率，並可將量測數據以RS-232傳輸至電腦儲存。

5.公告於2019年6月14日之中國第CN 208973853號「一種便携式的呼吸信號檢測裝置」，包括呼吸監測柔性傳感器和信號調理電路，其中：所述呼吸監測柔性傳感器由PVDF壓電薄膜、兩條信號線、塑膠基材和親膚凝膠材料組成，所述PVDF壓電薄膜製成拱形結構，粘合在塑膠基材上並鑲嵌在親膚凝膠材料的中間，所述PVDF壓電薄膜的兩個電極分別與所述兩條信號線相連接；所述信號調理電路由高輸入阻抗電荷放大電路、雙電源儀表放大器電壓放大電路、一次低通濾波、二次低通濾波和電壓跟隨電路組成。

然而，上述諸等方法與技術雖可達到檢測呼吸狀態之預期功效；但，發明人還是秉持多年該相關行業之豐富設計開發及實際製作經驗，特提供一種有別於上述技術手段的發明，解決目前市面上並無可隨身攜帶型之呼吸感測器上市，提供一種可隨身攜帶、價格低廉，且靈敏度與準確度高之半導體式皮膚呼吸感測器、皮膚呼吸儀及其照護系統，使其具有更佳實用價值性之目的者。

本發明之主要目的在於提供一種皮膚呼吸感測器、皮膚呼吸儀及其照護系統，其主要係在整體操作使用上，由於屬非侵入式檢測、體積小，可方便使用者隨身攜帶，且操作使用過程簡易便利，可方便隨時進行安全檢測，並可減少檢測時間、降低檢測成本，同時不會有環保問題產生，以確實達到人體健康管理、有效降低照護人力資源，而在其整體施行使用上更增實用功效特性者。

本發明皮膚呼吸感測器之主要目的與功效，係由以下具體技術手段所達成：

其主要係包括有皮膚呼吸感測器；其中：

該皮膚呼吸感測器，其係於聚合物基板上設有二氧化矽緩衝層［SiO ₂］，於該二氧化矽緩衝層上設有矽薄膜層［n-Si］，該矽薄膜層上設有氧化銦感測層［n-In:O ₂］，再於該氧化銦感測層上設有鋁電極，及於該氧化銦感測層上設有二氧化矽後，再於該二氧化矽上設有該鋁電極，以供感測人體皮膚呼吸時所呼出之氣體的濕度及呼吸頻率，並透過檢測濕度氣體下的電容值而獲得電性量測之數值。

本發明皮膚呼吸儀之主要目的與功效，係由以下具體技術手段所達成：

其主要係包含有如請求項1所述之該呼吸感測器；其中，將該皮膚呼吸感測器設置於一貼片內側，利用該貼片將該皮膚呼吸感測器貼附於人體皮膚表面，而作為皮膚呼吸儀使用。

本發明皮膚呼吸照護系統之主要目的與功效，係由以下具體技術手段所達成：

其主要係包含有皮膚呼吸儀、傳輸單元及接收裝置；其中：

該皮膚呼吸儀，其設有貼片，於該貼片內側設置有皮膚呼吸感測器，該皮膚呼吸感測器用以檢測人體皮膚呼吸時所呼出之氣體的濕度、呼吸頻率，並透過檢測濕度氣體下的電容值而獲得電性量測之變化數據；

該傳輸單元，其供連結該皮膚呼吸感測器，能將該皮膚呼吸感測器檢測的資訊傳輸出去；

該接收裝置，其供連結接收該傳輸單元所傳入的資訊，於該接收裝置內建構有相連接之紀錄單元及分析處理器，該紀錄單元記錄該皮膚呼吸感測器所檢測的數據，而該分析處理器接收該紀錄單元所記錄的數據，並將該數據進行分析判讀。

本發明皮膚呼吸照護系統的較佳實施例，其中，該皮膚呼吸感測器，其係於聚合物基板上設有二氧化矽緩衝層［SiO ₂］，於該二氧化矽緩衝層上設有矽薄膜層［n-Si］，該矽薄膜層上設有氧化銦感測層［n-In:O ₂］，再於該氧化銦感測層上設有鋁電極，及於該氧化銦感測層上設有二氧化矽後，再於該二氧化矽上設有該鋁電極。

本發明皮膚呼吸照護系統的較佳實施例，其中，該傳輸單元係為有線傳輸、無線傳輸任一種。

本發明皮膚呼吸照護系統的較佳實施例，其中，該接收裝置為儀器設備、智慧型通訊裝置、醫療監控系統任一種。

為令本發明所運用之技術內容、發明目的及其達成之功效有更完整且清楚的揭露，茲於下詳細說明之，並請一併參閱所揭之圖式及圖號：

首先，請參閱第一圖本發明之結構示意圖所示，本發明係包括有皮膚呼吸感測器(1)；其中：

該皮膚呼吸感測器(1)，其係使用直流真空濺鍍機在室溫下進行成長，其步驟如下：

1.選用聚合物基板(11)，且於該聚合物基板(11)上成長二氧化矽緩衝層［SiO ₂］(12)，成長時間為10分鐘，成長壓力為5×10 ^-3托爾［Torr］；

2.於該二氧化矽緩衝層(12)上成長矽薄膜層［n-Si］(13)，成長時間為10分鐘，成長壓力為5×10 ^-3托爾［Torr］；

3.於該矽薄膜層(13)上成長氧化銦感測層［n-In:O ₂］(14)，成長時間為10分鐘，成長壓力為5×10 ^-3托爾［Torr］；

4.再於該氧化銦感測層(14)上成長鋁電極(15)，且於該氧化銦感測層(14)上亦成長有二氧化矽(16)後，再於該二氧化矽(16)上成長該鋁電極(15)，成長時間為10分鐘，成長壓力為5×10 ^-3托爾［Torr］。

如此一來，由於皮膚呼吸佔人類氣體交換來源約為1~2%，使得該皮膚呼吸感測器(1)可供感測人體皮膚呼吸時所呼出之氣體的濕度及呼吸頻率，並透過檢測濕度氣體下的電容值而獲得電性量測之數值，檢測在不同濕度下電阻、電抗、阻抗、電容、電感和I-V的值，而在上述的檢測中以電容值的響應度［請再一併參閱第二圖本發明之電容式檢測皮膚呼吸感測器響應度示意圖所示］及靈敏度［請再一併參閱第三圖本發明之電容式檢測皮膚呼吸感測器靈敏度示意圖所示］皆優於其他電性量測量測值，故本發明採用電容值檢測方式為之。

由於該皮膚呼吸感測器(1)使用聚合物基板(11)上製備SiO ₂/n-Si/n-In:O ₂金氧半多重結構濕度感測元件，基於氧化銦金氧半結構濕度感測元件具有二氧化矽緩衝層［SiO ₂］(12)，使得測得阻抗特性具有非線性電阻曲線，而氧化銦感測層(14)的電阻係數約為10 ⁺¹ohm-cm；使用電子顯微鏡量測氧化銦感測材料，檢測出具有奈米顆粒型態的氧化銦感測層(14)，並產生高比表面積的氧化銦感測材料薄膜。氧化銦感測材料的載子型態為p-type，載子濃度為10 ²²/cm ³，載子移動率約為10 ³cm ²/Vs，電阻率約為10 ²Ω-cm，電導率約為10 ^-3Ω-cm，磁阻約為10 ⁷Ω。使用拉曼測量SiO ₂/Si/In:O ₂上氧化銦濕度感測材料的光譜，約在561cm ^-1波長會有氧化銦的峰值［Peak］，此峰波可能是氧化銦鍵結晶格缺陷所造成。使用環境濕度感測系統測量氧化銦感測層(14)對濕度的變化，量測濕度從30%RH到90%RH，響應量測時間從0秒到600秒之間變化，嘗試使用氧化銦作為濕度感測元件，氧化銦濕度感測元件的感測特性在低於70%RH的相對度靈敏度會比較好，每10%RH相對濕度的感測靈敏度約為10 ^-1ohm，感測電阻值高達10 ²ohm，感測吸附時間約為500秒，濕度感測去吸附時間約為600秒。

請再一併參閱第四圖本發明皮膚呼吸儀量測連結分析儀器示意圖所示，由於皮膚呼吸佔人類氣體交換來源約為1~2%，使得本發明之該皮膚呼吸感測器(1)能供設置於一貼片(21)內側，以利用該貼片(21)將該皮膚呼吸感測器(1)貼附於人體皮膚表面，而作為皮膚呼吸儀(2)使用，供記錄皮膚呼吸時的吸附及去吸附效果，找出呼吸的頻率，再加以分析查看人體目前的情況。

請再一併參閱第五圖本發明皮膚呼吸照護系統方塊示意圖所示，該皮膚呼吸儀(2)於利用該貼片(21)將該皮膚呼吸感測器(1)貼附在人體皮膚表面，用以檢測人體皮膚目前的呼吸情況後，能經由檢測的數據做為否有相關的疾病發作的判斷，而透過該皮膚呼吸儀(2)的應用與皮膚呼吸照護系統的建立，讓居家照護更為完善，而其皮膚呼吸照護系統包含有該皮膚呼吸儀(2)、傳輸單元(3)及接收裝置(4)；其中：

該皮膚呼吸儀(2)，其設有貼片(21)，於該貼片(21)內側設置有皮膚呼吸感測器(1)，該皮膚呼吸感測器(1)用以檢測人體皮膚呼吸時所呼出之氣體的濕度、呼吸頻率，並透過檢測濕度氣體下的電容值而獲得電性量測之變化數據。

該傳輸單元(3)，其係為有線傳輸或無線傳輸，該傳輸單元(3)供連結該皮膚呼吸感測器(1)，以能將該皮膚呼吸感測器(1)檢測的資訊傳輸出去。

該接收裝置(4)，其可為儀器設備、智慧型通訊裝置、醫療監控系統任一種，該接收裝置(4)供連結接收該傳輸單元(3)所傳入的資訊，於該接收裝置(4)內建構有相連接之紀錄單元(41)及分析處理器(42)，該紀錄單元(41)記錄該皮膚呼吸感測器(1)所檢測的數據，而該分析處理器(42)接收該紀錄單元(41)所記錄的數據，並將該數據進行分析判讀。

使得該皮膚呼吸儀(2)於利用該貼片(21)將該皮膚呼吸感測器(1)貼附在人體皮膚表面後，於人體皮膚呼吸過程中讓該皮膚呼吸感測器(1)檢測呼出之氣體的濕度、呼吸頻率，並透過檢測濕度氣體下的電容值而獲得電性量測之變化數據，而此變化數據即能透過該傳輸單元(3)以有線傳輸或無線傳輸予以傳輸至該接收裝置(4)，該接收裝置(4)於接收到經由該傳輸單元(3)所傳輸之數據後予以記錄在該紀錄單元(41)，並利用該分析處理器(42)接收該紀錄單元(41)所記錄的數據進行分析判讀，以隨時查看人體目前的皮膚呼吸情況，當人體皮膚呼吸狀況出現問題，可予以發出警報及聯絡相關人員或醫護人員，而該分析處理器(42)所分析判讀出的結果能提供給醫師做為診治參考，且醫療院所也能透過本發明技術運用於病患中，將皮膚呼吸方面的病患進行監控，並將檢測數據傳送至醫療監控系統中，供醫師做為診治參考，透過該皮膚呼吸感測器(1)記錄人體皮膚呼吸的頻率及變化量，並可將檢測結果的數據資料經由該接收裝置(4)進行分析判斷，以達到人體健康管理，以及可即時判斷是否有相關的疾病發作，更可以應用在居家與高齡的健康照護，可有效降低照護人力資源的功效。

藉由以上所述，本發明之使用實施說明可知，本發明與現有技術手段相較之下，本發明主要係具有下列優點：

1.本發明係透過皮膚呼吸感測器記錄人體皮膚呼吸的頻率及變化量，並可將檢測結果的數據資料經由接收裝置進行分析判斷，以達到人體健康管理。

2.本發明除了可以應用在醫院病患生理監控之外，也可以應用在居家健康照護，可有效降低照護人力資源的功效。

3.本發明在整體操作使用上，由於屬非侵入式檢測、體積小，可方便使用者隨身攜帶，且操作使用過程簡易便利，可方便隨時進行安全檢測，並可減少檢測時間、降低檢測成本，同時不會有環保問題產生，而在其整體施行使用上更增實用功效特性者。

然而前述之實施例或圖式並非限定本發明之產品結構或使用方式，任何所屬技術領域中具有通常知識者之適當變化或修飾，皆應視為不脫離本發明之專利範疇。

綜上所述，本發明實施例確能達到所預期之使用功效，又其所揭露之具體構造，不僅未曾見諸於同類產品中，亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求，爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。

1:皮膚呼吸感測器

11:聚合物基板

12:二氧化矽緩衝層

13:矽薄膜層

14:氧化銦感測層

15:鋁電極

16:二氧化矽

2:皮膚呼吸儀

21:貼片

3:傳輸單元

4:接收裝置

41:紀錄單元

42:分析處理器

第一圖：本發明之結構示意圖

第二圖：本發明之電容式檢測皮膚呼吸感測器響應度示意圖

第三圖：本發明之電容式檢測皮膚呼吸感測器靈敏度示意圖

第四圖：本發明皮膚呼吸儀量測連結分析儀器示意圖

第五圖：本發明皮膚呼吸照護系統方塊示意圖

1:皮膚呼吸感測器

11:聚合物基板

12:二氧化矽緩衝層

13:矽薄膜層

14:氧化銦感測層

15:鋁電極

16:二氧化矽

Claims (6)

1. 一種皮膚呼吸感測器，其主要係包括有皮膚呼吸感測器；其中： 該皮膚呼吸感測器，其係於聚合物基板上設有二氧化矽緩衝層［SiO ₂］，於該二氧化矽緩衝層上設有矽薄膜層［n-Si］，該矽薄膜層上設有氧化銦感測層［n-In:O ₂］，再於該氧化銦感測層上設有鋁電極，及於該氧化銦感測層上設有二氧化矽後，再於該二氧化矽上設有該鋁電極，以供感測人體皮膚呼吸時所呼出之氣體的濕度及呼吸頻率，並透過檢測濕度氣體下的電容值而獲得電性量測之數值。
2. 一種皮膚呼吸儀，其主要係包含有如請求項1所述之該呼吸感測器；其中，將該皮膚呼吸感測器設置於一貼片內側，利用該貼片將該皮膚呼吸感測器貼附於人體皮膚表面，而作為皮膚呼吸儀使用。
3. 一種皮膚呼吸照護系統，其主要係包含有皮膚呼吸儀、傳輸單元及接收裝置；其中： 該皮膚呼吸儀，其設有貼片，於該貼片內側設置有皮膚呼吸感測器，該皮膚呼吸感測器用以檢測人體皮膚呼吸時所呼出之氣體的濕度、呼吸頻率，並透過檢測濕度氣體下的電容值而獲得電性量測之變化數據； 該傳輸單元，其供連結該皮膚呼吸感測器，能將該皮膚呼吸感測器檢測的資訊傳輸出去； 該接收裝置，其供連結接收該傳輸單元所傳入的資訊，於該接收裝置內建構有相連接之紀錄單元及分析處理器，該紀錄單元記錄該皮膚呼吸感測器所檢測的數據，而該分析處理器接收該紀錄單元所記錄的數據，並將該數據進行分析判讀。
4. 如請求項3所述皮膚呼吸照護系統，其中，該皮膚呼吸感測器，其係於聚合物基板上設有二氧化矽緩衝層［SiO ₂］，於該二氧化矽緩衝層上設有矽薄膜層［n-Si］，該矽薄膜層上設有氧化銦感測層［n-In:O ₂］，再於該氧化銦感測層上設有鋁電極，及於該氧化銦感測層上設有二氧化矽後，再於該二氧化矽上設有該鋁電極。
5. 如請求項3所述皮膚呼吸照護系統，其中，該傳輸單元係為有線傳輸、無線傳輸任一種。
6. 如請求項3所述皮膚呼吸照護系統，其中，該接收裝置為儀器設備、智慧型通訊裝置、醫療監控系統任一種。

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