TWI838112B - 血管狀態量測裝置 - Google Patents
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Abstract
一種血管狀態量測裝置包含訊號收發器以及控制模組。訊號收發器具有隧道式結構以供待測部位設置。訊號收發器至少朝隧道式結構輸出第一電磁訊號至待測部位以使待測部位產生渦電流，並接收對應渦電流所產生的第二電磁訊號。控制模組耦接訊號收發器，控制模組包括訊號產生單元以及處理單元。訊號產生單元用以生成交流訊號並提供至訊號收發器以生成第一電磁訊號。處理單元根據第一電磁訊號及第二電磁訊號計算特徵訊號。其中特徵訊號對應於待測部位處的至少一血管的至少一狀態。
Description
本發明關於血管狀態量測裝置；特別是關於配戴式磁電效應的非侵入式之血管狀態量測裝置。
目前市售上穿戴式測心率及/或血壓的產品大多使用光學體積描記法(PPG)，然而此量測機制容易因為配戴不良而造成量測位置的改變導致影響心率及/或血壓量測的準確性與數值。舉例來說，手錶式量測裝置的錶帶過鬆將會導致量測裝置滑動使量測裝置中的發光元件與光接收器發射/接收不良，進而影響到心率及/或血壓偵測。再者，PPG係利用光學穿透與反射的物理原理，受限於光學的物理限制可能會因不同受測者的膚色及/或皮膚角質厚度不同，而造成不同的光學穿透與反射的效率，進而影響量測時的準確性。
因此，在追求裝置可以達到攜帶性或便利性的同時，能提供避免因使用者各別差異所導致的量測誤差將會是本領域技術發展的一大重點。
本發明的目的之一在於提供一種穩定配戴的非侵入式血管狀態量測裝置。
本發明的目的之一在於提供一種避免因使用者各別差異所導致的量測誤差的非侵入式血管狀態量測裝置。
本發明提供一種血管狀態量測裝置包含訊號收發器以及控制模組。訊號收發器具有隧道式結構以供待測部位設置。訊號收發器至少朝隧道式結構輸出第一電磁訊號至待測部位以使待測部位產生渦電流，並接收對應渦電流所產生的第二電磁訊號。控制模組耦接訊號收發器，控制模組包括訊號產生單元以及處理單元。訊號產生單元用以生成交流訊號並提供至訊號收發器以生成第一電磁訊號。處理單元根據第一電磁訊號及第二電磁訊號計算特徵訊號。其中特徵訊號對應於待測部位處的至少一血管的至少一狀態。
如上所述，訊號收發器具有隧道式結構可以使受測者的手指或手腕等部位可以穿過後讓待測部位設置在隧道式結構中。隧道式結構具有相對穩定的結構，避免配戴時的操作不當，也能提高配戴時的方便性與安定性。利用渦電流機制進行量測，也可以避免受測者個體差異或受測部位的差異導致的量測誤差。
100:血管狀態量測裝置
110:訊號收發器
1101:第一端面
1102:第二端面
1103:隧道式結構/通孔
120:控制模組
121:訊號產生單元
122:處理單元
210:訊號收發器
2103:隧道式結構
211:第一線圈
212:第二線圈
300:血管狀態量測裝置
310:訊號收發器
3103:隧道式結構
31031:內壁
330:匹配元件
400:血管狀態量測裝置
410:訊號收發器
4103:隧道式結構
420:控制模組
421:訊號產生單元
422:處理單元
440:深度偵測單元
500:血管狀態量測裝置
510:訊號收發器
520:控制模組
521:訊號產生單元
522:處理單元
523:可調整式被動元件
600:血管狀態量測裝置
610:訊號收發器
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621:訊號產生單元
622:處理單元
624:通訊模組
AS:交流訊號
AS1-ASN:前導交流訊號
BV:血管
d:距離
ED:電子裝置
I:渦電流
GA:空隙
DS:偵測訊號
MS1:第一電磁訊號
MS2:第二電磁訊號
T:待測部位
T’:前端部分
FS:特徵訊號
P1,P2:位置
P1’,P2’:位置
PM1-PMN:前導電磁訊號
R:響應
呈現附圖以幫助描述本發明的各個方面，為簡化附圖及突顯附圖所要呈現之內容，附圖中習知的結構或元件將可能以簡單示意的方式繪出或是以省略的方式呈現。例如，元件的數量可以為單數亦可為複數。提供這些附圖僅僅是為了解說這些方面而非對其進行限制。
圖1為本發明第一實施例中，血管狀態量測裝置的示意圖。
圖2為本發明第一實施例中，血管狀態量測裝置配戴後剖面示意圖。
圖3為本發明第二實施例中，血管狀態量測裝置的示意圖。
圖4為本發明第二實施例中，血管狀態量測裝置配戴後剖面示意圖。
圖5為本發明第三實施例中，血管狀態量測裝置具有匹配元件的示意圖。
圖6為本發明第四實施例中，血管狀態量測裝置包含深度偵測單元的示意圖。
圖7為本發明第五實施例中，血管狀態量測裝置掃描前導電磁訊號的示意圖。
圖8為本發明第五實施例中，血管狀態量測裝置包含可調整式被電元件的示意圖。
圖9為本發明第六實施例中，血管狀態量測裝置與電子裝置傳輸的示意圖。
對本文中使用諸如「第一」、「第二」等名稱的元件的任何引用通常不限制這些元件的數目或順序。相反，這些名稱在本文中用作區分兩個或更多個元件或元件實例的便利方式。因此，應當理解的是，請求項中的名稱「第一」、「第二」等不一定對應於書面描述中的相同名稱。此外，應當理解的是，對第一和第二元件的引用並不表示只能採用兩個元件或者第一元件必須在第二元件之前。關於本文中所使用之『包含』、『包括』、『具有』、『含有』等等，均為開放性的用語，即意指包含但不限於。
術語「耦接」在本文中用於指代兩個結構之間的直接或間接電耦接。例如，在間接電耦接的一個示例中，一個結構可以經由電阻器、電容器或電感器等被動元件被耦接到另一結構。
在本發明中，詞語「示例性」、「例如」用於表示「用作示例、實例或說明」。本文中描述為「示例性」、「例如」的任何實現或方面不一定被
解釋為比本發明的其他方面優選或有利。如本文中關於規定值或特性而使用的術語「大約」、「大致」旨在表示在規定值或特性的一定數值(例如，10%)以內。
在本發明中，文中所指的「血管狀態」例如但不限於，血管收縮及/或舒張、脈搏、血管彈性、血管內狀態(例如，血管內部是否堵塞或暢通、血流狀態、血流流速等)、血管增生、血管密度、血管壁狀態(例如，血管壁是否破損)等醫學/非醫學意義的參數。
第一實施例。
請參照圖1至圖2，說明一種血管狀態量測裝置100包含訊號收發器110以及控制模組120。訊號收發器110具有隧道式結構1103以供待測部位T設置。訊號收發器110至少朝隧道式結構輸出第一電磁訊號MS1至待測部位T以使待測部位T產生渦電流I，並接收對應渦電流I所產生的第二電磁訊號MS2。控制模組120耦接訊號收發器110，控制模組120包括訊號產生單元121以及處理單元122。訊號產生單元121用以生成交流訊號AS並提供至訊號收發器110以生成第一電磁訊號MS1。處理單元122根據第一電磁訊號MS1及第二電磁訊號MS2計算特徵訊號FS。其中特徵訊號FS對應於待測部位T處的至少一血管BV的至少一狀態。
訊號收發器110具有隧道式結構1103，具體來說，請參照圖1，訊號收發器110的第一端面1101與第二端面1102之間具有通孔1103。待測部位T的前端部分T’可以穿過通孔1103後使待測部位T設置在通孔(隧道式結構)1103中。舉例來說，當待測部位T約為手指的第一指關節至第二指關節之間，前端部分T’為指尖至第二指關節的部分。另一方面，訊號收發器110可以包括線圈或其他具電磁波發射/接收功能的元件。以環形的線圈為例，線圈的中空部分為隧道式結構1103的一部分。換句話說，受測者的手指前段T’可以穿過線圈使待測部位T設置在隧道式結構1103中。然而，待測部位T亦可以是指尖、
手腕、手臂、大腿、小腿等，本發明的待測部位T不限於本實施例中的示例。須說明的是，通孔1103的截面不一定為圓形，通孔1103的截面例如可以為圓形、方形、多邊形，但不限於此。此外，訊號收發器110可以直接由線圈所組成或是將線圈整合在殼體或軟性包覆體中，由殼體或軟性包覆體構成隧道式結構1103。
控制模組120耦接至訊號收發器110，舉例來說，控制模組120可以是獨立的模組透過有線/無線的方式與訊號收發器110耦接。控制模組120亦可以與訊號收發器110整合在殼體或軟性包覆體中形成整合的電子裝置。控制模組120例如可以透過印刷電路板(PCB)、軟性電路板(FPC)、玻璃基板及/或矽基板來整合訊號產生單元121以及處理單元122。訊號產生單元121可以是透過主動元件(例如，震盪器、計時器)及/或被動元件(例如，電阻、電容、電感)所構成的交流/直流訊號產生單元。而處理單元122可以是微處理器、現場可程式邏輯閘(FPGA)、專用積體電路(ASIC)等具運算或程式化能力等元件搭配必要主被動元件(例如，類比數位轉換電路、電容度計、電感度計)所構成的具運算能力的單元。
請參照圖2，訊號產生單元121提供交流訊號AS至訊號收發器110，訊號收發器110因為電磁效應而生成第一電磁訊號MS1。訊號收發器110輸出第一電磁訊號MS1至待測部位T以使待測部位T產生渦電流I。具體來說，第一電磁訊號MS1施加至待測部位T後，待測部位T(例如，待測部位T處的組織、血管或血液等可視為平面導體物)會因為第一電磁訊號MS1而相應產生渦電流I。渦電流I將會產生與第一電磁訊號MS1的磁場方向相反的第二電磁訊號MS2。第二電磁訊號MS2將會被訊號收發器110所接收。換句話說，第二電磁訊號MS2在訊號收發器110上產生磁電效應而產生感應交流訊號。處理單元122將會量測感應交流訊號並產生特徵訊號FS。舉例來說，特徵訊號FS可以為訊號收發器110的電容值、電感值及/或阻抗值變化量。此外，也可以透過直接
量測第二電磁訊號MS2或第一電磁訊號MS1與第二電磁訊號MS2差值(例如，頻率變化量、振幅變化量)作為特徵訊號FS。特徵訊號FS例如可以對應血管BV的血管狀態。舉例來說，依據血管BV的收縮及舒張而導致血管BV內的血液量增加及/或減少。或是計算單位時間內的收縮及舒張量或次數藉此估算脈搏或血壓等參數。
透過訊號收發器110的隧道式結構1103可以使待測部位T設置在隧道式結構1103中。隧道式結構1103具有相對穩定的結構，避免配戴時的操作不當，也能提高配戴時的方便性與安定性。利用第一電磁訊號MS1產生渦電流I的機制進行量測，也可以避免待測部位T的差異(例如，膚色、衣物)導致的量測誤差。
第二實施例。
請參照圖3至圖4，於此實施例中，訊號收發器210還可以包含第一線圈211以及第二線圈212。第一線圈211及第二線圈212設置於隧道式結構2103中的第一位置P1。第二線圈212設置於隧道式結構2103中的第二位置P2且第一線圈211與第二線圈212的中空部分分別為隧道式結構2103的一部份。第一位置P1與第二位置P2間有間距d。第一線圈211接收第二電磁訊號MS2與第二線圈212接收第二電磁訊號具有時間差PPT。處理單元(例如處理單元122、處理單元422、處理單元522或處理單元622)根據間距d與時間差Td計算血管BV的血管狀態。
具體來說，第一線圈211及第二線圈212分別可以在血管BV的兩個位置(P1’與P2’)量測脈衝傳播延遲(pulse propagation time,PPT)。脈衝傳播延遲可以用以推測血管BV的兩個位置P1’與P2’之間的血管狀態。舉例來說，血管堵塞、血管破裂等狀況。另一方面，借助Bramwell-Hill公式(如公式1)可以知道脈衝傳播延遲PPT與血壓呈現負相關。
本實施例中，為簡化說明僅以第一線圈211及第二線圈212作為示例。然而，本領域通常知識者應可以知道，訊號收發器210可以設置多個線圈。藉由複數個線圈進行量測，可以多獲得時間參數，或者作為校正、差分等其餘數學上的應用，藉此達到更精準的量測結果。
第三實施例。
於此實施例中，請參照圖5，血管狀態量測裝置300還可包含匹配元件330。匹配元件330設置於訊號收發器310的隧道式結構3103的內壁31031。具體來說，待測部位T與隧道式結構3103的內壁31031之間也許存在空隙GA。空隙GA將會導致例如訊號收發器310滑動或錯位。於此實施例中，匹配元件330可以選用彈性或軟性材料藉此充填空隙GA，避免訊號收發器310的位移導致量測失準。在訊號傳輸方面，於此實施例中，匹配元件330的可以選擇磁阻抗介於待測部位T之磁阻抗與訊號收發器310之磁阻抗之間的材料。具體來說。藉此減少第一電磁訊號MS1與第二電磁訊號MS2能量傳遞時的能量損耗，以達到使用較小的能量便能達到量測到所需訊號或提高訊雜比之目的。避免
過大的能量造成受測者受傷或者裝置的續航力不足等問題。然而，設置匹配元件330的目的並不限於上述舉例。
匹配元件330可以做為訊號收發器310與待測部位T之間的接觸緩衝。可以例如提高受測者的舒適度或者量測時的穩定度。在訊號傳輸方面，可以選用良好的介質材料，從而提升第一電磁訊號MS1與第二電磁訊號MS2能量傳遞效率。可以減少血管狀態量測裝置300功率損耗。有效率的能源傳遞方式，也能大幅度的減少受測者暴露於電磁波的風險。
第四實施例。
於此實施例中，請參照圖6，血管狀態量測裝置400還包含深度偵測單元440。深度偵測單元440用以發出偵測訊號DS至待測部位T，並提供對應血管BV的深度資訊DI至控制模組420，控制模組420依據深度資訊DI調整第一電磁訊號MS1的頻率或強度。舉例來說，控制模組420可以控制訊號產生單元421依據深度資訊DI調整交流訊號AS的頻率或振幅以生成不同頻率及/或強度的第一電磁訊號MS1。或是可以藉由調整訊號收發器410的電性特徵(例如，阻抗值、電感值、電容值)的方式來調整第一電磁訊號MS1。然而，調整第一電磁訊號MS1的方式並不限於此。另一方面，深度偵測單元440可以為光學(偵測訊號為光訊號)或是聲學(偵測訊號為聲波訊號)等具可穿透性(例如，穿透皮膚、布料或其他介質)的偵測機制之元件所構成之單元。深度偵測單元440透過例如飛時測距(TOF)等測距機制來量測目標區域中血管的深度。但測量深度資訊DI的元件與機制並不限於此。
深度偵測單元440可以與訊號收發器410和控制模組420整合於殼體中。深度偵測單元440較佳為設置在朝向隧道式結構4103的位置。以達到較佳的判定深度的效果。透過深度偵測單元440所提供的深度資訊DI，控制模組420(例如，透過處理單元422)可以選擇較佳的訊號進行量測，從而提升第
一電磁訊號MS1與第二電磁訊號MS2能量傳遞效率。可以減少血管狀態量測裝置400功率損耗。有效率的能源傳遞方式，也能大幅度的減少受測者暴露於電磁波的風險。另一方面，根據深度資訊DI也可以利用相位陣列等聚焦方式將第一電磁訊號MS1聚焦在目標深度。藉此達到較好的量測品質以及較佳的訊雜比。
第五實施例。
於此實施例中，如圖7至圖8所示，血管狀態量測裝置500的訊號收發器510輸出第一電磁訊號MS1之前，還輸出至少一前導電磁訊號PM1-PMN。至少一前導電磁訊號PM1-PMN中的每一者分別對應不同的訊號參數，第一電磁訊號MS1的訊號參數對應至少一前導電磁訊號PM1-PMN中響應最佳者(如圖7所示的PMM)。
具體來說，訊號收發器510根據訊號產生單元521所提供的交流訊號AS來產生第一電磁訊號MS1。然而，不同受測者或不同待測部位都可能使用不同的訊號參數(例如，頻率、振幅、強度)以獲得最佳/較佳的量測結果。因此，在訊號收發器510輸出第一電磁訊號MS1之前透過至少一前導電磁訊號PM1-PMN來先進行預掃描，藉此選定最佳或相對較佳的第一電磁訊號MS1以進行量測。
於此實施例中，如圖7所示，可以透過訊號產生單元521輸出至少一前導交流訊號AS1-ASN以生成至少一前導電磁訊號PM1-PMN，其中至少一前導電磁訊號PM1-PMN中的每一者分別對應該至少一前導交流訊號AS1-ASN中的一者。具體來說，訊號產生單元521在可能的頻率區間(例如，千赫茲至百萬赫茲)依序(例如，以頻率遞增或遞減的方式)輸出不同頻率的前導交流訊號AS1-ASN。藉此生成前導電磁訊號PM1-PMN，前導電磁訊號PM1-PMN中的頻率會分別對應前導交流訊號AS1-ASN的頻率而有所不同。透過掃描不同頻率的前導電磁訊號PM1-PMN可能會使待測部位T產生不同大小的渦電流I，
以及對應產生不同大小的響應。舉例來說，可能產生不同強度的響應電磁訊號。控制模組520(例如，透過處理單元522)可以根據訊號收發器510所接收到的響應中，響應最大或最佳者所對應的發射頻率(PMM)，來決定訊號產生單元521所輸出的交流訊號AS的頻率而生成最佳或相對較佳的第一電磁訊號MS1以進行量測。
於此實施例中，另一種調控訊號參數的機制如圖8所示。控制模組520包括耦接至訊號收發器510的可調整式被動元件523，控制模組520調整可調整式被動元件523的電容值、電感值及/或阻抗值以調整至少一前導電磁訊號PM1-PMN中每一者的訊號參數。具體來說，可調整式被動元件523與訊號收發器510耦接，調整可調整式被動元件523的可以例如為可調整式電容器，可調整式電容器的電容值可以間接地調整訊號收發器510的電容值及/或阻抗值。因此，當要生成前導電磁訊號PM1-PMN時，可以藉由訊號產生單元521提供的交流訊號AS後藉由改變可調整式被動元件523的電容值使前導電磁訊號PM1-PMN中的每一者的訊號參數有所不同。透過前導電磁訊號PM1-PMN在待測部位T產生不同大小的渦電流I，以及對應產生不同大小的響應。藉此可以選定最佳/相對較佳的電容值搭配。須說明的是，可調整式被動元件523並不限制於調整電容值，可調整式被動元件523可以為針對電阻值、阻抗值、電容值及/或電感值中至少其中之一的數值所調整的元件。
透過前導電磁訊號PM1-PMN可以使血管狀態量測裝置500如同進行量測前校正等，藉此可以產生最合適當前受測者或受測部位的量測參數。藉此避免因為受測者或受測部位而導致的量測誤差。並且選定較佳的量測參數也能提高量測的效率。可以減少血管狀態量測裝置500功率損耗以及降低電磁波風險。
第六實施例。
於此實施例中，如圖9所示，血管狀態量測裝置600包括訊號收發器610以及控制模組620。其中控制模組620包括訊號產生單元621、處理單元622以及耦接至處理單元622且用以輸出特徵訊號FS至電子裝置ED的通訊模組624。具體來說，電子裝置ED例如為智慧型手機、桌上型電腦、筆記型電腦等後端裝置。通訊模組624透過無線(例如，藍芽、無線網路、紅外線等)或者有線(例如，有線網路或纜線等)與電子裝置ED通訊並提供特徵訊號FS給電子裝置ED。電子裝置ED內可以安裝應用程式來記錄或分析特徵訊號FS。藉此可以達到追蹤或者是評估血管狀態之目的，但不限於此。
提供對本發明的先前描述以使得本領域具通常知識者能夠製作或實施本發明。對於本領域具通常知識者來說，對本發明的各種修改將是很清楚的，並且在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，本文中定義的一般原理可以應用於其他變化。因此，本發明不旨在限於本文中描述的示例，而是符合與本文中發明的原理和新穎特徵一致的最寬範圍。
100:血管狀態量測裝置
110:訊號收發器
1103:隧道式結構/通孔
120:控制模組
121:訊號產生單元
122:處理單元
AS:交流訊號
BV:血管
I:渦電流
MS1:第一電磁訊號
MS2:第二電磁訊號
T:待測部位
FS:特徵訊號
Claims (11)
- 一種血管狀態量測裝置，包含： 一訊號收發器，具有一隧道式結構以供一待測部位設置，該訊號收發器至少朝該隧道式結構輸出一第一電磁訊號至該待測部位以使該待測部位產生一渦電流，並接收對應該渦電流所產生的一第二電磁訊號；以及 一控制模組，耦接該訊號收發器，該控制模組包括： 一訊號產生單元，用以生成一交流訊號並提供至該訊號收發器以生成該第一電磁訊號；以及 一處理單元，根據該第一電磁訊號及該第二電磁訊號計算一特徵訊號 其中該特徵訊號對應於該待測部位處的至少一血管的至少一狀態。
- 如請求項1所述的血管狀態量測裝置，其中該待測部位為手指。
- 如請求項1所述的血管狀態量測裝置，其中該訊號收發器包括： 一第一線圈，用以發射該第一電磁訊號；該第一線圈的中空部分為該隧道式結構的一部分。
- 如請求項3所述的血管狀態量測裝置，其中該訊號收發器還包括一第二線圈； 其中該第一線圈設置於該隧道式結構中的一第一位置，該第二線圈設置於該隧道式結構中的一第二位置且該第二線圈的中空部分為該隧道式結構的一部份； 其中該第一位置與該第二位置間有一間距； 其中該第一線圈接收該第二電磁訊號與該第二線圈該第二電磁訊號具有一時間差；以及 其中該處理單元根據該間距與該時間差計算該至少一狀態。
- 如請求項4所述的血管狀態量測裝置，其中該至少一狀態包括血壓。
- 如請求項1所述的血管狀態量測裝置，還包含： 一匹配元件，設置於該隧道式結構的內壁，該匹配元件的磁阻抗介於該待測部位之磁阻抗與該訊號收發器之磁阻抗之間。
- 如請求項1所述的血管狀態量測裝置，還包括： 一深度偵測單元，用以發出一偵測訊號至該待測部位，並提供對應該至少一血管的一深度資訊至該控制模組，該控制模組依據該深度資訊調整該第一電磁訊號的頻率或強度。
- 如請求項1所述的血管狀態量測裝置，其中在該訊號收發器輸出該第一電磁訊號之前，還輸出至少一前導電磁訊號；該至少一前導電磁訊號中的每一者分別對應不同的訊號參數，該第一電磁訊號的訊號參數對應該至少一前導電磁訊號中響應最佳者。
- 如請求項8所述的血管狀態量測裝置，該訊號產生單元輸出至少一前導交流訊號以生成該至少一前導電磁訊號，其中該至少一前導電磁訊號中的每一者分別對應該至少一前導交流訊號中的一者。
- 如請求項8所述的血管狀態量測裝置，其中該控制模組包括耦接至該訊號收發器的一可調整式被動元件，該控制模組調整該可調整式被動元件以調整該至少一前導電磁訊號中每一者的訊號參數。
- 如請求項1所述的血管狀態量測裝置，該控制模組還包含： 一通訊單元，耦接至該處理單元，該通訊單元用以輸出該特徵訊號至一電子裝置。
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TWI838112B true TWI838112B (zh) | 2024-04-01 |
Family
ID=
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106209145B (zh) | 2014-09-01 | 2019-11-05 | Lg电子株式会社 | 可穿戴终端 |
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106209145B (zh) | 2014-09-01 | 2019-11-05 | Lg电子株式会社 | 可穿戴终端 |
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