TWI827354B - 攜帶型心率分析儀 - Google Patents
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Abstract
一種攜帶型心率分析儀，包括偵測單元輸出一偵測光與一使用者的手
指部作用後得到一生理響應訊號，生理響應訊號包括一血流灌注指數的脈波訊號；處理分析單元處理分析該生理響應訊號後輸出一分析結果到一提示單元上顯示，分析結果包括基於該血流灌注指數的脈波訊號運算所得到的一心臟狀況資訊。
Description
本發明是關於一種心率分析儀的領域，特別是關於一種可提示心率不整和心房顫動等資訊的攜帶型心率分析儀。
居家照護是未來的趨勢之一，而血氧機趨勢走向家庭醫療小家電，攜帶型血氧機可提供即時的血氧偵測是居家照護不可缺少的一環。即使是在醫療院所，現今的血氧偵測方式大多使用血氧指夾主要以提供血氧及心跳生理值量測，並無心臟狀態或功能等相關資訊。
有關觀察心臟功能的相關技術，台灣發明公開號201325553公開一種具有計算及顯示心律不整功能的血氧量測系統，透過血氧的脈波訊號的頻率變化計算心律不整資訊。心房顫動(atrial fibrillation, Af)是臨床上常見的心律不整疾患，台灣發明專利號I619472公開一種用於判斷心房顫動的方法及裝置，透過脈波圖轉換成能量頻譜圖再計算棘波個數以判斷是否是心房顫動的發生可能性。中國大陸實用新型專利號CN201033073Y則公開一種既能測量血氧飽和度(SpO2)和脈率(Pulse Rate, PR)又能測量血流灌注指數(Perfusion Index, PI)的脈搏血氧量測裝置。
血流灌注指數（Perfusion Index，PI）的值反映了脈動血流情況，即反映了血流灌注能力。脈動的血流越大，脈動分量就越多，PI值就越大。因此，測量部位（皮膚、指甲、骨骼等影響）和病人本身的血流灌注情況（動脈血液的流動情況）都將影響PI值。由於交感神經會影響心率和動脈血壓（影響脈搏動脈血流），所以人體的神經調節系統或精神狀態也會間接影響PI值。在臨床上，PI值可被用於判斷麻醉的效果和程度和以及交感神經鏈切斷是否成功和完全等等。
於此提供一種攜帶型心率分析儀，其為一種攜帶型人工智慧(AI)心率分析儀且便於隨身攜帶，使用者可透過簡易量測血氧的同時持續一特定時間量測手指部的血流灌注指數(Perfusion Index, PI)後，即可得知是否有心室早期收縮、心房顫動、心速過快/過慢、心率不齊、心臟雜訊數或上述至少二者等現象發生的可能性，進而及早進行更精確的專業診斷和治療。
於此提供一種攜帶型心率分析儀，無須長時間將監測裝置持續配戴於使用者身上才能取得數據分析心臟狀況，而是透過運用人工智慧(AI)分析手指部的PI訊號來給出心臟是規律心跳、心房顫動或心律不整的人工智慧判定。
依據上述，一種攜帶型心率分析儀，包括: 一偵測單元，其輸出一偵測光與接收一生理響應訊號，其中該生理響應訊號是由該偵測光與一使用者的手指部作用後得到，該生理響應訊號包括一血流灌注指數的脈波訊號；一處理分析單元，其接收來自該偵測單元傳來的該生理響應訊號，以及運算分析該生理響應訊號後輸出一分析結果，其中該分析結果包括基於該血流灌注指數的脈波訊號運算所得到的一心臟狀況資訊；一提示單元，其接收和顯示來自該處理分析單元的該分析結果；及一電源單元連接該偵測單元、該處理分析單元和該提示單元，該電源單元提供電力給該偵測單元、該處理分析單元和該提示單元。
圖1為本發明之第一實施例的攜帶型心率分析儀的外觀立體示意圖。參考圖1，攜帶型心率分析儀2包括一殼體21，偵測、運算、分析和顯示等單元被殼體21包覆於其中或設置於其上，例如顯示幕24和電源按鈕32設置在殼體21上以及一開口11設置在殼體21的側壁上。於本實施例中，攜帶型心率分析儀2為一種夾指式攜帶型心率分析儀，故開口11提供一容置空間，可以讓使用者的手指由攜帶型心率分析儀2外放入並定位於殼體21中以準備偵測。可以理解的，攜帶型心率分析儀2包括其他設計或機構以搭配使用者方便接觸之用，例如做為彈性支點之用的控制機構13。控制機構13可控制開口11的大小以方便使用者的手指進入容置空間中並固定住容置空間中的手指。電源按鈕32可以開啟攜帶型心率分析儀2的電源或更包括切換顯示幕24顯示資訊的方式，例如使用者進行量測後的顯示資訊由橫式切換成直式。要說明的是，於本實施例中，攜帶型心率分析儀2感應到使用者的感應部，例如手指在開口11內的偵測位置(圖上未繪)時便自動進行量測，無須啟動量測的動作，量測後將量測及分析結果顯示在顯示幕24上，若使用者無進一步動作或是使用者的感應部離開偵測位置一段時間，則攜帶型心率分析儀2可自動關閉電源。如此的感應和操作方式大幅簡化使用者操作和使用，將電力以最精簡的方式運用，本案的攜帶型心率分析儀無須和其他外部裝置進行實體或電性上的連結和通訊，使用者可長時間隨身攜帶、及時量測及獲得量測和分析結果。要說明的是，本案的攜帶型心率分析儀2接觸使用者的感應部的方式主要是使用者的手指，例如以套指、軟式指環或硬式指環(套於指腹)或其他接觸皮膚的方式感測指部等等，若可達本案的量測操作，皆可為本案的攜帶型心率分析儀的設計修飾範圍，而不限於圖1所記載。
圖2為本發明之第一實施例的攜帶型心率分析儀的系統方塊示意圖。請參考圖1和圖2，攜帶型心率分析儀2包括一偵測單元42、處理單元43、分析單元45、提示單元48和電源單元47，此些單元可分別由單一或複數個模組/機構/元件所組成，並且皆設置於攜帶型心率分析儀2的殼體內和殼體上。電源單元47分別和偵測單元42、處理單元43、分析單元45以及提示單元48電性連接並提供上述單元操作時所需的電力。實踐上，電源單元47可包括一次電池或二次電池，若為二次電池，則電源單元47可更包括搭配二次電池充電所需的電路和機構設計。
續參考圖1和圖2，偵測單元42具有一生理訊號介面以輸出偵測光51與使用者5作用，而使用者的生理響應訊號53透過生理訊號介面傳回攜帶型心率分析儀2以進行進一步處理。生理訊號介面即設置於開口11的容置空間中，偵測光51發射至偵測位置處，和使用者5的感應部作用後，形成生理響應訊號53回傳。於本實施例中，偵測光51為光訊號，例如紅外光或遠紅外光；而生理響應訊號53包括一定時間內，例如15~30秒，血氧的脈波訊號、脈搏的脈波訊號和血流灌注指數的脈波訊號。其次，偵測單元42將量測到的生理響應訊號53傳送至處理單元43，處理單元43將生理響應訊號53進行前處理，例如濾波、去雜訊、放大訊雜比等等，再將脈波訊號傳送至分析單元45。分析單元45包括運用人工智慧(AI)以快速傅立葉轉換(Fast Fourier Transform, FFT)演算法運算和分析脈波訊號，例如連續運算血氧的PI訊號以得到心臟跳動的相關參數及血氧數值作為量測結果，運算PI波動的脈波訊號以得到脈搏率數值作為量測結果。
續參考圖1和圖2，本發明攜帶型心率分析儀2包括運用人工智慧(AI)技術，即計算機程序使用大量的血流灌注指數(PI)波形資料庫數據以及經過不斷地分析和修正，並輔以心臟頻譜演算法，產生本發明的人工智能分析數據。本案的分析單元45將連續偵測所量測到的生理訊號進行運算，從此些生理訊號得到的數據分析及修正，進而解讀與數據相應的量測結果。本案的特徵之一，分析單元45更包括將血流灌注指數(PI)的脈波訊號進行頻域領域轉換運算、時間領域轉換運算或上述二者運算分析，得到血流灌注指數(PI)的數值，同時比對PI時間領域的波動微分及差分和頻率領域的波動以及心臟狀況的分析結果。進一步說明，與血壓測量血流於血管中產生的壓力不同，血流灌注指數(PI)是測量血液流經區域血管膨脹的比例程度。於本案中，透過分析手指部的血流灌注指數的脈波訊號得到的心臟狀況的分析結果，包括心室早期收縮、心房顫動、心速過快/過慢、心率不齊、心臟雜訊數或上述至少二者等等情形發生的可能性。
續參考圖1和圖2，之後，分析單元45將量測和分析結果55傳送至提示單元48提示使用者，例如使用顯示面板顯示以提示使用者所有或部分的量測結果，例如一呼吸次數、一血氧數值、一脈搏率數值、一血流灌注指數數值、一血流灌注波形或上述至少二者。要說明的是，偵測單元42在輸出偵測光51與使用者5作用的同時，提示單元48也可顯示若干動態訊息以供使用者5觀看，目的在於提示使用者5目前在量測過程中。另外，處理單元43和分析單元45可以整合成為一處理分析單元，例如透過運算處理器、記憶體其電路，或是單一或多晶片來達到。再者，提示單元48可提示量測結果和分析結果的顯示資訊，提示方式，例如以顯示數值、圖形或文字等等。本案的特徵之一，在於提示資訊中包括透過分析血流灌注指數的脈波訊號得到的心臟狀況的資訊，包括規律心跳、心房顫動或心律不整的人工智慧判定。
續參考圖1和圖2，處理單元43可更包括一自動增益控制(Auto Gain Control, AGC)區塊44(圖上未示)執行自動增益控制功能。基於本案的攜帶型心率分析儀是偵測手指部的血流灌注指數的脈波訊號來得到後續分析的結果，而手指部又是人類(靈長類)最常暴露於外且屬於末梢端。因此，當外界環境溫度遠低於人體溫度且手指部長期暴露於外界低溫而冰冷時，手指部的血液灌注值(PI值)將會減少，影響偵測到的血流灌注指數的脈波訊號的品質。是以，本案的處理單元43在處理脈波信號時若得知脈波訊號的品質不佳，則可透過自動增益控制區塊44的自動增益控制功能，提高回傳的生理響應訊號53的有效部分。進一步來說，生理響應訊號53(光透射訊號)轉換成電訊號時可包括直流(DC)訊號和交流(AC)訊號，其中交流訊號代表脈動部電壓，血液灌注值(PI值)和交流訊號成正比。自動增益控制區塊44的自動增益控制功能可提高交流訊號的有效位數，進而提高了分析高血液灌注值(PI值)的能力。如此一來，即使使用者量測時的狀況屬於血液弱灌注，也可以分析出代表心臟脈動的生理響應訊號53。可以選擇的，處理單元43也可執行自動增益控制區塊44來控制偵測單元42，調整偵測光51的強度以供所需，使得血液在弱灌注時，也可量測到心臟跳動。
圖3、圖4和圖5分別為本案的攜帶型心率分析儀的俯視正面示意圖。可同時參考圖3、圖4和圖5，本案的攜帶型心率分析儀2的殼體21上設置有顯示幕24和電源按鈕32，使用者可操作電源按鈕32以啟動顯示幕24的顯示和量測的偵測準備。於一實施例中，當尚未量測時，顯示幕24上顯示若干的項目名稱，舉例但不限地，例如呼吸數，”%SpO
2”表示血氧飽和濃度，”PR bpm”表示脈搏率和其單位，以及攜帶型心率分析儀2的電池電量。當使用者進行量測後，除了上述的項目名稱外，顯示幕24上更可顯示項目值和其他分析訊號，例如”PI%”表示血流灌注指數。如圖3所示，當使用者進行量測後，得到血氧濃度數值為99，PI數值為4.3，脈搏率數值為73。除此之外還包括利用量測的PI分析得到的波型曲線或更包括波型曲線的判斷意義，例如”Reg.00”的00表示不同的頻率數，Reg00表示顯示的波型曲線的判斷意義為正常。要說明的是，本案的顯示幕24上所顯示的資訊，包括項目名稱/圖形、單位、數值或波型等等，其排列方式不限於圖3、圖4和圖5，以適合使用者目視容易理解為目的所修飾的顯示方式皆可應用於本案的攜帶型心率分析儀2。
續參考圖4，和圖3不同之處在於使用者量測後的結果，如圖4所示，此使用者的血氧濃度數值為98，PI數值為8.2，脈搏率數值為73，而利用量測的PI分析得到的波型曲線的判斷意義顯示為”Arr. 02”，表示此使用者心律不齊而且有兩個不該出現的頻率(心臟雜訊)。再者，請參考圖5，其使用者量測後的結果為血氧濃度數值為98，PI數值為5.4，脈搏率數值為75，而利用量測的PI分析得到的波型曲線的判斷意義顯示為”Arr. Af 05”，表示此使用者心律不齊、心房顫動而且有五個不該出現的頻率(心臟雜訊)。是以，本案的攜帶型心率分析儀2可讓使用者隨身攜帶和隨時量測，並以簡明的方式顯示量測結果及分析結果，使用者無須繁複的設定或安裝，即可快速即時得到心臟的狀況及可能的風險，及早處置。
參考表1，以使用一般心電圖量測的分析結果作為參考組，與本發明的攜帶型心率分析儀量測後分析得到的分析結果進行比較，可以得到本發明的攜帶型心率分析儀所分析得到的分析結果和傳統心電圖一致。然和一般心電圖裝置相較，本發明的攜帶型心率分析儀的優點在於，輕巧省電可隨身攜帶、無須長時間持續量測後才能得到分析結果，使用者可隨時量測後得知與心電圖分析一致的結果，進而根據此結果及早採取後續行動，例如及早就醫等等。
表1:
| 性別 | 年齡 | 以12導程(12_lead)心電圖(EKG)裝置量測結果 | 本發明AI心率分析儀裝置量測心跳規律性結果 | 本發明AI心率分析儀裝置量測心臟情形結果 |
| M: 男性 F: 女性 | 1: 有Af 0: 沒有Af | 1: 不規則 0: 規則 | 1: Af, 心房顫動 2: arrh, 心率不齊 0: 沒有Af/Arrh | |
| M | 52 | 1 | 1 | 1 |
| M | 75 | 1 | 1 | 1 |
| F | 87 | 0 | 0 | 0 |
| M | 73 | 1 | 1 | 1 |
| m | 59 | 0 | 0 | 0 |
| F | 89 | 1 | 1 | 1 |
| M | 65 | 0 | 0 | 0 |
| M | 97 | 1 | 1 | 1 |
| F | 75 | 1 | 1 | 1 |
| F | 89 | 1 | 1 | 1 |
| F | 79 | 1 | 1 | 1 |
| F | 69 | 0 | 0 | 0 |
| M | 88 | 1 | 1 | 1 |
| M | 90 | 1 | 1 | 1 |
| F | 89 | 1 | 1 | 0 |
| F | 68 | 1 | 1 | 1 |
| F | 69 | 1 | 1 | 1 |
| F | 73 | 1 | 1 | 1 |
| F | 67 | 1 | 1 | 1 |
| M | 71 | 0 | 0 | 0 |
| M | 47 | 1 | 1 | 0 |
| M | 49 | 0 | 0 | 0 |
| M | 59 | 0 | 0 | 0 |
| M | 90 | 1 | 1 | 1 |
| M | 61 | 0 | 0 | 0 |
| M | 92 | 1 | 1 | 1 |
| M | 79 | 0 | 0 | 0 |
| F | 95 | 0 | 0 | 0 |
| F | 80 | 1 | 1 | 1 |
| F | 75 | 1 | 1 | 1 |
| M | 88 | 1 | 1 | 1 |
| F | 88 | 1 | 1 | 1 |
| M | 95 | 1 | 1 | 1 |
| M | 87 | 0 | 0 | 0 |
| F | 99 | 0 | 0 | 0 |
| M | 85 | 0 | 0 | 0 |
圖6為本發明之第二實施例的攜帶型心率分析儀的系統方塊示意圖。攜帶型心率分析儀4包括一偵測單元42、處理單元43、分析單元45、提示單元48、電源單元47和傳輸單元49。攜帶型心率分析儀4的偵測單元42、處理單元43、分析單元45、提示單元48和電源單元47與前述第一實施例的攜帶型心率分析儀2類似，於此不贅述。其次，脈波訊號經過分析單元45初步分析後的部分數據也可以透過傳輸單元49傳送出去，以無線方式傳送至雲端41儲存、運算、分析及回傳，其中傳輸單元49可包括藍芽 / WiFi / GPRS 等無線傳輸功能。另外，雲端41，其包括雲端伺服器及資料庫，可運用AI對數據進行更精確且連續的分析以得到量測結果並加以儲存。是以，當使用者5個別的數據及量測結果可被儲存於雲端41時，可運用AI技術得到更完整連續的量測結果，並且量測結果回傳攜帶型心率分析儀4以透過提示單元48，例如一警示燈及文字提示使用者5或發出聲音或語音提示使用者5。
根據上述，本案的攜帶型心率分析儀，無須長時間將監測裝置配戴於使用者身上才能取得數據分析心臟狀況，而是透過分析PI訊號來給出心臟若干情形發生的可能性，使用者可隨時且即時量測並得到結果，藉以爭取時間盡早採取後續步驟或處理。其次，本案的攜帶型心率分析儀將量測、分析和顯示集為一體，無須將數據上傳雲端或與其他外部裝置連接，對於不熟悉或不習慣安裝和使用手機應用軟體APP的人士而言，可以獨立自主地操作，友善使用者使用本案的攜帶型心率分析儀，來達到自主自行量測的優點。
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。
2、4:攜帶型心率分析儀
5:使用者
11:開口
13:控制機構
21:殼體
24:顯示幕
32:電源按鈕
41:雲端
42:偵測單元
43:處理單元
44:自動增益控制區塊
45:分析單元
47:電源單元
48:提示單元
49:傳輸單元
51:偵測光
53:生理響應訊號
55:量測和分析結果
圖1為本發明之第一實施例的攜帶型心率分析儀的外觀立體示意圖。
圖2為本發明之第一實施例的攜帶型心率分析儀的系統方塊示意圖。
圖3為本案的攜帶型心率分析儀的俯視正面示意圖。
圖4為本案的攜帶型心率分析儀的俯視正面示意圖。
圖5為本案的攜帶型心率分析儀的俯視正面示意圖。
圖6為本發明之第二實施例的攜帶型心率分析儀的系統方塊示意圖。
2:攜帶型心率分析儀
5:使用者
42:偵測單元
43:處理單元
44:自動增益控制區塊
45:分析單元
47:電源單元
48:提示單元
51:偵測光
53:生理響應訊號
55:量測和分析結果
Claims (12)
- 一種攜帶型心率分析儀，包括：一偵測單元，其輸出一偵測光與接收一生理響應訊號，其中該生理響應訊號是由該偵測光與一使用者的手指部作用後得到，該生理響應訊號包括一血流灌注指數的脈波訊號；一處理分析單元，其接收來自該偵測單元傳來的該生理響應訊號，以及運算分析該生理響應訊號後輸出一分析結果，其中該分析結果包括基於該血流灌注指數的脈波訊號運算所得到的一心臟狀況資訊；一提示單元，其接收和提示來自該處理分析單元的該分析結果；及一電源單元連接該偵測單元、該處理分析單元和該提示單元，該電源單元提供電力給該偵測單元、該處理分析單元和該提示單元。
- 如請求項1所述的攜帶型心率分析儀，其中該心臟狀況資訊包括心室早期收縮、心房顫動、心速過快/過慢、心率不齊、心臟雜訊數或上述至少二者情形發生的可能性。
- 如請求項1所述的攜帶型心率分析儀，其中該處理分析單元對該生理響應訊號進行頻域領域轉換運算、時間領域轉換運算或上述二者以計算出一量測結果。
- 如請求項3所述的攜帶型心率分析儀，其中該量測結果包括一呼吸次數、一血氧數值、一脈搏率數值、一血流灌注指數數值、一血流灌注波形或上述至少二者。
- 如請求項4所述的攜帶型心率分析儀，其中該提示單元更包括顯示該量測結果。
- 如請求項1所述的攜帶型心率分析儀，其中該提示單元更包括顯示該使用者的一呼吸次數。
- 如請求項1所述的攜帶型心率分析儀，更包括一殼體容置該偵測單元、該處理分析單元、該提示單元和該電源單元。
- 如請求項1所述的攜帶型心率分析儀，其中該提示單元包括一警示燈或以聲音或語音提示。
- 如請求項1所述的攜帶型心率分析儀，更包括一傳輸單元電性連接該處理分析單元和該電源單元，其中該傳輸單元傳輸該生理響應訊號至一外界雲端以進行分析。
- 如請求項9所述的攜帶型心率分析儀，其中該傳輸單元以藍芽、WiFi、GPRS或上述至少二者的方式傳輸該生理響應訊號至該外界雲端。
- 如請求項9所述的攜帶型心率分析儀，其中該外界雲端包括一雲端資料庫儲存該生理響應訊號。
- 如請求項1所述的攜帶型心率分析儀，其中該處理分析單元更包括一自動增益控制區塊，該自動增益控制區塊對該生理響應訊號進行自動增益處理。
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| TW202419046A TW202419046A (zh) | 2024-05-16 |
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Family Applications (1)
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| TW201422204A (zh) * | 2012-08-17 | 2014-06-16 | Rare Light Inc | 使用位於耳朵之感測器獲取生理學量測 |
| TWM486395U (zh) * | 2014-04-22 | 2014-09-21 | Sheng-Rong Huang | 多功能非侵入式智慧型心血管監測與診斷裝置 |
| TWM640486U (zh) * | 2022-11-09 | 2023-05-01 | 張國源 | 攜帶型心率分析儀 |
-
2022
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- 2022-12-28 US US18/090,032 patent/US20240148263A1/en active Pending
-
2023
- 2023-02-20 CN CN202310137699.5A patent/CN118000686A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| TWM640486U (zh) * | 2022-11-09 | 2023-05-01 | 張國源 | 攜帶型心率分析儀 |
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| Publication number | Publication date |
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