TWM353729U - Devices of improving automatic real-time heart rate variability analysis using accelerometer - Google Patents

Description

M353729 八、新型說明： 【新型所屬之技術領域】 本創作係一種行動式心電圖裝置，其改善即時心率變異度(HRV)自動判斷。 【先刚技術】 心率在人體循環系統中極為重要，藉由心率變化之調控維持適當的血壓與心 輸出量。心電圖中每個R波與R波的時間間隔即為R-R間期，R-R間期的變化 馨即是心率變異度。 短時間的心率變異度(Heart Rate Variability，HRV)分析反應心率的快速調控， 主要由自律神經所控制。心率變異度之頻譜分析是有效量化並區別交感 (sympathetic )神經與副交感（parasympathetic or vagal)神經對心率控制之活性。 1996年心率變異度由歐洲心臟學會(European Society of Cardiology)與北美心 律電生理學會(The North American Society of Pacing and Electrophysiology)公佈 ^ 其標準、方法與臨床應用。提到姿勢對於心率變異度有顯著而且直接的影響。 - 所以在自動判斷心率變異度數值時，常因姿勢的因素，導致誤判之情形。此— 學會依據多份臨床報告訂定了心率變異度相關參數之生理意義，在心跳間期序 列的頻譜分析中’低頻成分(Low Frequency，LF)之頻率範圍為0.04-0.15 Hz ,高 頻成分(HighFrequency，HF)為0.15-0.4Hz ’不同頻帶之生理意義說明如下： (1) 低頻成分(LF)-交感與副交感神經活性指標 (2) 高頻成分(HF)-副交感神經活性指標 (3) 低頻成分百分比(LF%，LF/(HF+LF))-交感神經活性指標 5 M353729 ⑷高頻成分百分比(hp/〇，hf/(hf+lf))-副交感神經活性指伊 (5)低頻/高頻成分比值(LF/HF)-交感/副交感神經平衡指襟 一般裝置可能會紀錄心電圖與加速規等相關訊號，可能僅作一此簡單的次勢 紀錄、心電圖判讀與資料儲存。這些行動式系統中也不會加入即時自動、、率變 異度運算，所以此改良的新型裝置的最大特點為考慮動作因素的自動心率變異 度分析方法。 下述文獻中發展系統為心電圖與加速規訊號的紀錄裝置，再經由後端人為分 析。 2000年，JNg等人發表一篇心電圖與加速規儲存裝置相關論文「^仍丨啤

Documentation of Body Position During Ambulatory ECG Monitoring」（Computers in Cardiology, 27:77-80, 2000)系統包含一個配於胸前的兩軸加速規、一個左大腿 的單轴加速規、心電圖與類比/數位轉換等相關裝置。

2003與2006年，HL Chan等人發表心電圖與加速規儲存裝置相關論文 「Segmentation of heart rate variability in different physical activities」(Computers in Cardiology，30:97-100, 2003)、「Heart rate variability characterization in daily physical activities using wavelet analysis and multilayer flizzy activity clustering」 (IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 53:133-139, 2006)系統也包含一個 配於胸前的兩軸加速規、一個大腿的單軸加速規，並將儲存的資料作心率變異 度分析（非即時的後端分析），探討動作與心律變異度之關係。 2006 年，DM Karantonis 等人發表 ^Implementation of a real-time human 6 M353729

movement classifier using a triaxial acCelerometer for ambulat〇ry monitoring」(IEEE

Transactions on Information Technology in Biomedicine，1〇:156_166, 2〇〇6)裝置使 用-個配於腰部的三軸加速規’透過無線傳輸制後端系統，判斷使用者動作。 【新型内容】 .本解主要難加賴滅作行械'_變異度分析，主郷點為由微 _控制器或處理器的全自動評㈣新型裝置，這樣的裝置有效自動的找出在相同 •錄或動作中’心率變異度之變化。而連續的心率變異度分析，可以幫助發現 ;自律神ϋ贼其他侧之可歸常情形。本_為賊雛(自動運算並 考慮動作)的自動HRV分析裝置。 目前習用裝置中，即時心率變異度演算法與動作偵測都是分開的兩種系統。 =用於日常生种的自動娜運算純上，得到心率變異度的變化常不知道為 又何種動作影響，所以料造成W上的ϋ擾。 異型裝置有效得知使用者的動作或姿勢’可以辅助判斷心率變 中w。在日料㈣行賦緖中，長時間使用 運算，可以在省電j斷其變異。改良的行動式"電圖裝置包含自動心率變異度 異度時域與頻譜運算與資料儲存等二析^·中包含動作_、心率變 號經微處理後？（騎型裝置伽合三軸加速規訊 件〜、動作或姿勢，有效辅助心率變異度數值之判斷。 傳、'克的仃動式心電圖機僅提供長時間心電圖紀錄，並在後端麵作心率 7 M353729 變異度分析。但本裝置除包含以上功能外，還加入加速規判斷動作，作 率變異度頻譜運算，並考慮影響甚大的動作因素，是-套包含即時自動運算心 率變異度的運算及儲存㈣魏置，本_所时法可以紐至許錄處理器 或數位訊號處理器去應用。 將加速規與心率變異度整合，以即時心率變異度分析配合加速規所判斷姿勢 與活動量，可以輔助判斷心率變異度之變化。 當靜止狀態時，可排除因動作的影響因素。活動狀態時，配合加速規運算的 活動量，對心率變異做更有效的評估，研究表示一般於輕度運動中會出讀上 升與HP下降；較激烈運動所得數值較不具意義，所以需加以排除。所以，以 加速規訊號區分靜止狀態與運動激烈程度有助於心率變異度之判斷，在臨床 上，可用於日常生活中偶發性心律不整心電圖監測。 本創作係-種_加速财善即時辞變狀自動分析之行動式《圖之裝 置，其包括⑴-類比/數位_)轉換單元，係為轉換類比訊號為數位訊號，供 微處理器(微崎單元作業之用，㈣可傳輸錢處理賴控稱元⑹一 微處理H(雜H)單元，處理加速舰鼓心電_作,_變異紅時域與頻 譜分析，其資料可儲存並讀取於資料儲存單元；（3) _資料儲存單元；⑷一加 速規週邊棚單元，可為三軸加舰，其資射翻^槪/触職單元；及 ⑺-心電圖週邊硬體單元，可為心電職路及购，其資料可傳輸至類比/ 數位轉換單元。其另包括—提供電狀單元，可轉接獅魏上之組 M3 53 729 、本創作之處㈣(微II)單元包括：⑴R波伽，係為量測魏週期R 紅間隔時間’其資料可使用於心輕異度參數運算；（2)心錢異度參數運 异’係為_心或脈搏量測所得之心跳間隔，以得到連續心跳速率變化程 度’其資料可使用於整合判斷運算；（3)動作判斷運算，係為依加速規資料，處 理判斷目前之姿勢、運動量’其:祕可使用於整合_運算；（4)整合判斷運 算’係為利用個人動作參數，修正不同姿勢、運動量之册、LF所造成之心率 變異度誤差’射料可使:雜儲存週邊㈣；及⑺詩儲存週邊控制為控 制晶片’其資料存雜於_贿單元，如_記憶體。 由以上呈現’糖瓣瞧吻姐繼型改良的特 2為了使任何《侧技藝者，了解本創作之技術内容並據以實施，且能根 據本朗麵揭紅够、tft翻細及圖式，㈣地 的及優點。因此，將在眘祐古4击， 解本創作相關之目 及若干频實射丨Μ 敘述本_之雜及優點。本創作内容 、實_5月參考附圖且詳述如下。事實上，本創作

來實施’私應馳推_僅限於文中所提及的實例。b 4 【實施方式】 實施例一 ··操作流程 百先，將本創作置於腰包中，將電極片黏於胸 依照指示動作’以_加速規週邊顯單元1G作辦開機後’ 體單元騎得之心電圖資訊，進由類比/數位娜;動彳二，與心電圖週邊硬 ㈣器―進行處理，其帽料包含 ^43 ^, -- 硬异44 ’攻後藉由資料儲存避 9 M353729 邊控制45 ’儲存於資料儲存單元％，供後續追蹤使用。 圖1即為本創作之單元運算流程圖。詳言之，本創作所用操作流程包含：⑴ 心電訊號輸人自動姻R波；（2)即時運算心賴異度之時域與_參數演算 法，⑴以加速規訊號，躺動作與姿勢；⑷以快閃記憶體當成資料儲存裝置， 寫入與讀出；及⑺心率變異度配合動作輔助判斷方法。 _ A本;ij作實現運算之流糊。最左邊為硬體部分至少須包含加速規週邊 >硬體早兀10(加速規)與心電圖週邊硬體單元2〇(一個導程的心電圖）。中間為微 控制器單元40 ’微處理器(微控制器)單元40可以包含類比/數位轉換單元3〇， 裡面須至少包含R波侧運算、動作賴、轉異常鑛與即時膽運算等演 算儲存裝置為-貝料儲存單元5〇(快閃記憶體或其他可讀寫的非揮發式記憶 體)。 “ 圖3為树航合辞魏度數_法流賴。-開賊立個人各 •姿勢的參考數值，在經由自動黯運算演算法配合動作與姿勢校正後，由 LF/HF之比值了解心率之異常與否。 圖4係實現摘狀實體，上有加速朗邊硬群元1()(加舰)細電圖週邊 硬體單元20與微處理器(微控制器)單元4〇共同組合之電路板⑼可接受處理來 自電極片之資訊，配合加速規加以整合運算，並將㈣由資_存週邊控制45 之電路板7G f精於資料儲料元％，其電力由電源供應盒⑻裝設電池或充電 使用。 10 M353729 置於胸部下緣，如一 即可於各種身體姿勢 圖5係實現本創作之實體，本創作90將三片電極片95 般心電®電極片之使用方法，本創作置於腰包100之中， 狀悲下量測校正之心率變異度。 圖6係本創作配帶之各狀態計算結果。判斷R波演算法找出灿間期，配合 加速規訊制_作，可得知每段_的轉變異辦域、賴數值的動

作為何。表格内容對應各段資料經由自動轉難度演算騎時求得之頻譜分 析數值(呈現數值為儲存犯卡資料中的原始數值至小數點第六位）。曰 。此後配戴細，隨時偵測心率 ’而資料將儲存於記,It體中，供 簡而言之，本創作可建立個人基本動作參數 變化’並以個人動作參數加人演算法作為調整 後續利用。 峨佳實麵财如上，财並翻趙林 此技藝者，在不脫離本創作之精神和範_，所為之更動與稱7熱習 之專利保護範圍。關於本創作 、 句屬本創作 準。 之保護㈣當減附之㈣專·_界定者為 M353729 【圖式簡單說明】 圖1本創作之單元運算流程圖。 圖2本創作實現運算之流程圖。 圖3利用加速規配合與心率變異度數值之演算法流程圖。 圖4本創作實現演算法之實體。 圖5本創作實體之配帶方式。 圖6本創作配帶之各狀態計算結果。 【主要元件符號說明】 10加速規週邊硬體單元 20心電圖週邊硬體單元 30類比/數位轉換單元 40微處理器(微控制器)單元 41 R波偵測運算 42動作判斷運算 43心率變異度參數運算 44整合判斷運算 45資料儲存週邊控制 50資料儲存單元 60加速規週邊硬體單元、心電圖週邊硬體單元及微處理器(微控制器)單元， 共同組合之電路板 12 M353729 70資料儲存週邊控制之電路板 80電源供應盒 90本創作之實體 95電極片 100腰包

Claims (1)

1. M353729 九、申請專利範圍： 1. 一 其=加速嶋即時心率崎自動分析之行動式心電圖之裝置， •類比/數位雛單元，其賴可傳輸歧^(顺器)單元. ‘微處理器(微H)單元，錢财_棘於轉齡單: 一資料儲存單元； ;及 -加速規週邊硬體單s，其資料可傳輸至類比/數位轉換單元 一心電圖週邊硬體單元，其龍可傳輪至類比/數位轉換單元 2·根據中請專概圍第i項之裝置，其另包括—提供電源之單^ 3. ===?項之裝置，其中該提供電源之單元可為外接電源 4. ^申料截邮丨狀妓，其+該加速規週邊硬料元為三轴加 5. ==1範圍第1項之裝置，其中該心電圖週邊硬體單元為心電圖 • 範圍第1項之裝置，其中該類比’數位轉換單元係為轉換類 比訊唬為數位訊號，供微處理器(微控器)單元作業之用。 7.根據申請專利範圍第丄項之裝置，其中該處理器(微控器傅元包括·· R波價測運算，其資料可使用於心率變異度參數運算； 心率變異度參數運算，其資料可使用於整合判斷運算； 動作判斷運算，其資料可使用於整合判斷運算； 整合判斷運算，其資料可使用於資料儲存週邊控制；及 資料儲存週邊控制，其資料可儲存讀取於資料儲存單元。 &根據申5胃專利範㈣7項之裝置，其巾該卩波侧運算係為量測心跳週 14 M353 729 期R波之間隔時間。 根據申請專利範圍第7項之 心電圖或脈搏麵所得之心跳間隔心率變異度參數運算係為利用 頻域參數。 I以得到連續心桃速率變化之時域及 1()，根據申請專利範圍第7項 資料，處理彻f目前之雜、、運動量。該動作判斷運算，係為依加速規 H請專鄕M 7項之裝置，其中該 祚參數’修正不同姿勢、運動量所造成之心率變Us為利用個人動 12.=據申請專利範圍第7項之裝置，其中該資料儲;^邊控制為控制晶 13·根據中請專概_丨項之裝置，其中該㈣儲存單福快閃記憶體。 15