TWM596601U - 人工智慧之量測生理訊號系統 - Google Patents

Abstract

本新型是有關一種人工智慧之量測生理訊號系統，尤指一種利用光敏傳感器來偵測血壓及心率等數據，以提供日常生活中心血管生理參數參考之偵測，並得以利用一應用程式掌握使用者的心血管生理數據，且利用人工智慧來依個人之數據及狀況來客製化血壓的計算方式，並得以傳送到雲端做隨時監控，並在異常時得以通知醫療院所及親友，以即時提供就醫及用藥的需求提醒。

Description

人工智慧之量測生理訊號系統

本新型是有關一種人工智慧之量測生理訊號系統，尤指一種利用光敏傳感器來偵測血壓及心率等數據，以提供日常生活中心血管生理參數參考之偵測，且利用人工智慧(Artificial Intelligence；AI)來依個人之數據及狀況來客製化血壓的計算方式，並得以利用一應用程式掌握使用者的心血管生理數據，並得以傳送到雲端做隨時監控，並在異常時得以通知醫療院所及親友，以即時提供就醫及用藥的需求提醒。

目前市面上可測量生理訊號的穿戴裝置很多，但可量測、分析及分享自我健康資訊的隨身裝置並不多見。一般都只提供心跳數、心率、血壓，但是生理訊號的分析及分享對於個人心血管健康管理是相當重要的，且為了避免各項疾病(中風、心血管阻塞等)的產生，應做日常的隨時監控。

具研究結果顯示，心率增快，高血壓的發病率和心血管死亡風險明顯增加，其與高血壓互為因果，即心率過快，發生高血壓的風險就更高，且處於靜態時，心率偏快的人收縮壓和舒張壓都較高，心血管疾病發生和死亡的風險也隨之增加(高血壓患者每分鐘超過80次/分)。

高血壓是「無聲的殺手」，能引起心臟相關病變(心臟衰竭、 主動脈瘤、心肌梗塞、主動脈剝離)，也是導致動脈硬化最具代表性的疾病。

當到大腦某部的血供突然中斷或腦血管爆裂，血液流到腦細胞間隙，就發生中風，中風發生前具有血管的血流速度變慢、血壓增加及血氧濃度下降，目前中風係為常見的疾病，衛生署調查，65歲以上的人有11.6%，40~64歲的民眾有3.41%具有中風，且中風有時係為非常急性的。

目前要偵測心率、血管的血流速度、血壓及血氧濃度只能到醫院所使用專業的儀器做檢查，但是中風及心血管阻塞大部份係在日常生活起居時發生狀況，且具有年輕化的趨勢，因此提供一種得以在日常生活時即得以隨時量測腦部生理參數的偵測系統係為十分重要的課題。

目前可用來非侵入性診斷心血管功能的方法各有利弊，存在有費用昂貴、操作複雜、理論依據不充分等諸多缺點。光電容積脈搏波描記法具有操作簡便、成本低等優點，有巨大的發展潛力，有鑑於此，本新型提供一種人工智慧之量測生理訊號系統，其係為當前社會極需的技術。

本新型為一種人工智慧之量測生理訊號系統可達到心血管功能居家自我監測的應用，並且量測機制簡便，所以於居家儀器中極具發展潛力。

本新型提供一種人工智慧之量測生理訊號系統，在一些實施態樣中，包含一手臂穿戴件，該手臂穿戴件係用來偵測使用者的血壓及心率；一電池，連接於該手臂穿戴件，得以提供該手臂穿戴件電力來源；一雲端伺服器，利用一聯結方式與該手臂穿戴件聯結，用於儲存該手臂穿戴件所偵測的血壓及心率資訊，並具有一對外通訊裝置；一電子裝置(例如手 機)，其內建有一應用程式，得以與該雲端伺服器連結，並可接收該雲端伺服器的複數個資訊。

在一些實施態樣中，該手臂穿戴件進一步具有一光發射器及一光接收器，其中該光發射器及該光接收器係利用光電容積脈搏波描記法(PhotoPlethysmoGraphy；PPG)取得使用者PPG信號，以計算使用者的血壓及心率。

在一些實施態樣中，該手臂穿戴件進一步具有一運算IC，該運算IC取得使用者PPG信號後，得以計算使用者的血壓及心率。

在一些實施態樣中，該手臂穿戴件進一步具有一顯示器，該顯示器得以顯示使用者的過往血壓及心率記錄。

在一些實施態樣中，該電池進一步可為一可饒式電池，該可饒式電池得以為有線充電系統或無線充電系統。

在一些實施態樣中，該聯結方式係包含一電信網路、一網際網路、一藍牙、一WiFi或一Zigbee、一網路線、一電話線、一電纜或一光纖。

在一些實施態樣中，系統進一步具有一血氧濃度儀，設置於該手臂穿戴件接觸皮膚的一端點，該血氧濃度儀係貼合於皮膚部位，得以偵測使用者的血氧濃度。

在一些實施態樣中，系統進一步具有一手環，與該手臂穿戴件具有聯結，得將使用者的血壓及心率傳送到該手環。

在一些實施態樣中，該手環得以量測血壓及心率，並將血壓及心率傳送到該雲端伺服器。

在一些實施態樣中，該手臂穿戴件得以依照使用者的手臂維 度分為不同尺寸。

在一些實施態樣中，該手臂穿戴件得以依照使用者的手臂維度建模做客製化三維列印。

在一些實施態樣中，該雲端伺服器得以即時接收到使用者的血壓、心率及血氧濃度，並進一步判斷血壓、心率及血氧濃度是否具有異常。

在一些實施態樣中，該雲端伺服器或電子裝置進一步具有一生理資料庫，該生理資料庫係儲存有各年齡層的正常生理數值資訊，將血壓、心率及血氧濃度比對該生理資料庫的正常生理數值資訊，以判斷使用者的該血壓、心率及血氧濃度是否有異常，當血壓、心率及血氧濃度其中之一個具有異常時，該電子裝置會提供光電、語音、振動或其組合以警告使用者。

在一些實施態樣中，當血壓、心率及血氧濃度其中之一個具有異常時，該電子裝置則發出簡訊、信箱、語音或其組合通知預設的人員。

在一些實施態樣中，當血壓、心率及血氧濃度其中之一個具有異常時，該電子裝置則依該應用程式的一定位系統，提示最近的醫療院所的名稱及路線圖。

在一些實施態樣中，系統進一步具有一雲端伺服器，該電子裝置得以透過無線傳方式連結該雲端伺服器，將使用者的血壓、心率及血氧濃度血壓、心率及血氧濃度資訊上傳至該雲端伺服器，且醫療院所得以即時接收到該血壓、心率及血氧濃度。

在一些實施態樣中，醫療院所會對於該血壓、心率及血氧濃 度做分析，且能依照該電子裝置的定位系統得知使用者的位置，若有嚴重異常時則立即與使用者聯絡，若無法聯絡則馬上派出醫護人員以訪視使用者。

在一些實施態樣中，該運算IC得以計算血壓、心率及血氧濃度分別的日平均數值、周平均數值及月平均數值。

在一些實施態樣中，該電子裝置得以顯示該血壓、心率及血氧濃度的即時數值、日平均數值、周平均數值及月平均數值。

在一些實施態樣中，系統進一步具有一類神經網路學習模組，根據使用者的當前模式、年齡、運動次數、身高及體重帶入模型，以達成自動學習功能及統計分析功能的目的，並將模型時時做反推論及追蹤，以修正演算法並使用者得以以參數形式輸入當前模式、運動次數及體重，藉此建構針對使用者最優化的生理訊號模型。

在一些實施態樣中，其中該電子裝置、該手環、該手臂穿戴件及該雲端伺服器均具有聯結，且該電子裝置、該手環及該手臂穿戴件得以設定使用者的當前模式、年齡、運動次數、身高及體重。

10:手臂穿戴件

101:光發射器

102:光接收器

103:運算IC

104:顯示器

105:電池

106:血氧濃度儀

20:雲端伺服器

30:手環

50:電子裝置

51:應用程式

52:定位系統

第一圖係為本新型之示意圖。

第二圖係為本新型之實施例之一。

本新型所述之一種人工智慧之量測生理訊號系統，包含一手臂穿戴件、一雲端伺服器及一電子裝置。

參閱第一圖，第一圖係揭示本新型所述之一電子裝置的各個 元件的連結關係示意圖。

參閱第二圖，該手臂穿戴件具有光發射器、光接收器、運算IC、顯示器及電池。

光發射器及光接收器係利用光電容積脈搏波描記法(PhotoPlethysmoGraphy；PPG)取得使用者之PPG信號，光體積變化描記器取得之信號為PPG(Photoplethysmography)信號，PPG信號是利用光感測元件吸收光線能量的原理，紀錄光線於血管中受血流脈動的變化而偵測出來的信號。血管單位面積的血流量會隨心臟的搏動而產生變化，光感測元件會隨著血液量的變化使得感測電壓跟著變化。

本新型所述之光發射器發射一特定波長的光，較佳的為綠光，當光發射至手臂皮膚後反射的光由光接收器所接收，並利用運算IC來計算光發射器所感測的電壓變化，進而得到使用者的心率及血壓，其中本新型所述之手臂穿戴件係貼合於手臂具血管部位，用以測量使用者的手臂血管的血流速度及血壓，其中血管部位尤其指的是動脈，較佳地指的是橈動脈。

本新型所述一種人工智慧之量測生理訊號系統進一步具有一血氧濃度儀，該血氧濃度儀係貼合於手臂皮膚部位，用以測量使用者的手臂皮膚血管的血氧濃度。

該手臂穿戴件進一步具有一顯示器，該顯示器得以顯示使用者的過往血壓及心率記錄，且該手臂穿戴件具有觸控系統，得以利用該觸控系統切換顯示器的顯示資料，並得以利用該觸控系統的控制來輸入資料及切換目前使用者的行為模式。

該手臂穿戴件具有當前模式、年齡、運動次數、身高及體重的輸入介面得以利用觸控系統切換到輸入介面，並得以切換當前模式為睡眠、運動或一般，使得運算IC在運算時，得以做為運算的依據；使用者的年齡、運動次數、身高及體重也是得以隨時做修正。

該運算IC得以計算血壓、心率及血氧濃度分別的日平均數值、周平均數值及月平均數值。

該電子裝置得以顯示該血壓、心率及血氧濃度的即時數值、日平均數值、周平均數值及月平均數值。

該手臂穿戴件係為親膚性，得以為矽膠或布類，且得以依照手臂的維度分為不同尺寸，如S、M、L、XL及2XL，該手臂穿戴件為矽膠時，進一步更得以依照使用者的手臂維度建模做客製化三維列印，得與使用者的手臂做緊密貼合。

本新型所述之手臂穿戴件係由電池提供電力來源，該電池進一步可為可饒式電池，該可饒式電池得以為有線充電系統或無線充電系統。

本新型所述之系統進一步具有手環，該手環得以接收手臂穿戴件所偵測的血壓、心率及血氧濃度資訊，又該手環也得以偵測血壓、心率的資訊，但手臂穿戴件其係使用PPG之量測方法且配合AI類神經模糊網路，因此其準確度較習知的手環偵測來得精準。

該雲端伺服器，用於儲存系統所偵測的血壓、心率及血氧濃度，並具有對外通訊裝置，該對外通訊裝置與該電子裝置係使用無線傳方式或有線傳方式連結，該無線傳輸方式係包含一電信網路、一網際網路、一藍牙、一WiFi或一Zigbee；該有線傳輸方式係包含一網路線、一電話線、 一電纜或一光纖。

該電子裝置內建有一應用程式，得以與該雲端伺服器連結，並利用該對外通訊裝置接收該血壓、心率及血氧濃度，其中該電子裝置係包含電腦、智慧型手機、平板電腦或具同等作業系統之裝置；又該應用程式係指一種儲存於電子裝置可讀取紀錄媒體之載體應用程式(Application；APP)，另應用程式呈現於各類型作業系統(如Wins、Android或IOS...等)之電子裝置。

使該應用程式即時接收到該血壓、心率及血氧濃度，該電子裝置或該雲端伺服器進一步具有一生理資料庫，該生理資料庫係儲存有各年齡層的正常生理數值資訊，將該血壓、心率及血氧濃度比對該生理資料庫的正常生理數值資訊，以判斷使用者的該血壓、心率及血氧濃度是否有異常，當該血壓、心率及血氧濃度其中之一個具有異常時，該電子裝置提供光電、語音、振動或其組合以警告使用者。

當該血壓、心率及血氧濃度其中之一個具有異常時，該電子裝置則發出簡訊、信箱、語音或其組合通知預設的人員使用者的血壓、心率及血氧濃度，該人員得以為家人、醫生、朋友或鄰居等，讓使用者的親屬馬上得到消息，以掌握使用者頭部血壓、血流速度及血氧濃度的數值，以督導使用者的相關就醫及用藥狀況。

另當該血壓、心率及血氧濃度其中之一個具有異常時，該電子裝置則依該應用程式的一定位系統，提示使用者最近的醫療院所的名稱及路線圖，同時將使用者的位置通知預設的人員，以掌握使用者的位置。

本系統進一步具有一雲端伺服器，該電子裝置得以透過無線 傳方式連結該雲端伺服器，將血壓、心率及血氧濃度上傳至該雲端伺服器，且醫療院所得以即時收到該血壓、心率及血氧濃度，其中醫療院所會對於該血壓、心率及血氧濃度做分析，且能依照該電子裝置的定位系統得知使用者的位置，若有嚴重異常時則立即與使用者聯絡，若無法聯絡則馬上派出醫護人員以訪視使用者。

該系統所述該類神經網路學習模組，以通過海量的數據對比分析，根據相近的脈搏波對應與偵測相近的血壓做為基礎模型，通過AI所偵測的基礎模型算法就可以有效計算出使用者的血壓，並預測未來血壓是上升還是下降，以供使用者作為參考。

該類神經網路學習模組得以收接當前模式、年齡、運動次數、身高及體重資訊，來對於基礎模型做模型調整，並可做自動學習，類神經網路學習模組得以建立在運算IC、雲端伺服器或是應用程式上。

該系統所述之該類神經網路學習模組在一定時間內會進行反推驗證，以驗證血壓的精度及準度，當該精度及準度偏離預定誤差時，則再重新學習並建立新的基礎模型，藉此建構針對使用者最優化的生理訊號計算模型。

本新型所述之一種人工智慧之量測生理訊號系統具有以下功能：

一、PPG信號有著成本低廉、使用方便簡單、較不受限於人體部位。

二、本系統得以偵測血氧濃度。

三、本系統具類神經網路學習模組，建構針對使用者最優化的生理訊號計算模型。

四、當使用者的生理數值有異常的時候，得以通知預設人員使用者的的資訊。

五、當使用者的生理數值有異常時，得指示最近醫療院所之資訊。

六、當使用者的生理數值有嚴重異常時，醫護人員立即與使用者聯絡，若無法聯絡則馬上派出醫護人員以訪視使用者。

綜上所述，本新型係具有偵測生理參數的用途，在日常生活常中即得以做偵測，並得以依照使用者自身的狀況調整生理訊號計算模型，並定時驗證，達到心血管功能居家自我監測的應用，並且量測機制簡便，所以於居家儀器中極具發展潛力。

且目前並沒有任何產品是透過本新型的概念來呈現，而且本新型係製作成可攜式的量測系統，因此對於居家照護方面可提供使用者的長時間監控數據，來幫助醫師做長期的追蹤與診斷，也可以針對使用者的治療過程做長時間的療效評估。

再者，本新型是可以非常容易的量產，加上全世界都將邁入老年化社會，對於居家照護或長時間的病情追蹤，都提供產業界非常大的市場導向。因此，不論是提供醫師方便、即時的量測數據來幫助診斷或是佈局龐大的居家照護市場，本新型係非常具有進步性。

上列詳細說明係針對本新型之一可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本新型之專利範圍，凡未脫離本新型技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本新型之專利範圍中。

10:手臂穿戴件

101:光發射器

102:光接收器

103:運算IC

104:顯示器

105:電池

106:血氧濃度儀

20:雲端伺服器

30:手環

50:電子裝置

51:應用程式

52:定位系統

Claims (21)

1. 一種人工智慧之量測生理訊號系統，包含

   一手臂穿戴件，該手臂穿戴件係用來偵測使用者的血壓及心率；

   一電池，連接於該手臂穿戴件，得以提供該手臂穿戴件電力來源；

   一雲端伺服器，利用一聯結方式與該手臂穿戴件聯結，用於儲存該手臂穿戴件所偵測的血壓及心率資訊，並具有一對外通訊裝置；

   一電子裝置，其內建有一應用程式，得以與該雲端伺服器連結，並可接收該雲端伺服器的複數個資訊。
2. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該手臂穿戴件進一步具有一光發射器及一光接收器，其中該光發射器及該光接收器係利用光電容積脈搏波描記法(PhotoPlethysmoGraphy；PPG)取得使用者PPG信號，以計算使用者的血壓及心率。
3. 如申請專利範圍第2項所述之系統，其中該手臂穿戴件進一步具有一運算IC，該運算IC取得使用者PPG信號後，得以計算使用者的血壓及心率。
4. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該手臂穿戴件進一步具有一顯示器，該顯示器得以顯示使用者的過往血壓及心率記錄。
5. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該電池進一步可為一可饒式電池，該可饒式電池得以為有線充電系統或無線充電系統。
6. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該聯結方式係包含一電信網路、一網際網路、一藍牙、一WiFi或一Zigbee、一網路線、一電話線、一電纜或一光纖。
7. 如申請專利範圍第3項所述之系統，進一步具有一血氧濃度儀，設置於該手臂穿戴件接觸皮膚的一端點，該血氧濃度儀係貼合於皮膚部位，得以偵測使用者的血氧濃度。
8. 如申請專利範圍第1項所述之系統，進一步具有一手環，該手環與該手臂穿戴件具有聯結，得將使用者的血壓及心率傳送到該手環。
9. 如申請專利範圍第8項所述之系統，其中該手環得以量測血壓及心率，並將血壓及心率傳送到該雲端伺服器。
10. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該手臂穿戴件得以依照使用者的手臂維度分為不同尺寸。
11. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該手臂穿戴件得以依照使用者的手臂維度，建模做客製化三維列印。
12. 如申請專利範圍第7項所述之系統，其中該雲端伺服器得以即時接收到使用者的血壓、心率及血氧濃度，並進一步判斷血壓、心率及血氧濃度是否具有異常。
13. 如申請專利範圍第7項所述之系統，其中該雲端伺服器或該電子裝置進一步具有一生理資料庫，該生理資料庫係儲存有各年齡層的正常生理數值資訊，將該血壓、心率及血氧濃度比對該生理資料庫的正常生理數值資訊，以判斷使用者的該血壓、心率及血氧濃度是否有異常，當血壓、心率及血氧濃度其中之一個具有異常時，該電子裝置會提供光電、語音、振動或其組合以警告使用者。
14. 如申請專利範圍第13項所述之系統，其中當該血壓、心率及血氧濃度其中之一個具有異常時，該電子裝置則發出簡訊、信箱、語音或其組合通知預設的人員。
15. 如申請專利範圍第14項所述之系統，其中當該血壓、心率及血氧濃度其中之一個具有異常時，該電子裝置則依該應用程式的一定位系統，提示最近的醫療院所的名稱及路線圖。
16. 如申請專利範圍第7項所述之系統，其中該電子裝置得以透過無線傳方式 連結該雲端伺服器，將使用者的血壓、心率及血氧濃度資訊上傳至該雲端伺服器，且醫療院所得以即時收到該血壓、心率及血氧濃度。
17. 如申請專利範圍第16項所述之系統，其中醫療院所會對於該血壓、心率及血氧濃度做分析，且能依照該電子裝置的定位系統，得知使用者的位置，若有嚴重異常時則立即與使用者聯絡，若無法聯絡則馬上派出醫護人員以訪視使用者。
18. 如申請專利範圍第7項所述之系統，其中該運算IC得以計算血壓、心率及血氧濃度分別的日平均數值、周平均數值及月平均數值。
19. 如申請專利範圍第18項所述之系統，其中該電子裝置得以顯示該血壓、心率及血氧濃度的即時數值、日平均數值、周平均數值及月平均數值。
20. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該系統進一步具有一類神經網路學習模組，根據使用者的當前模式、年齡、運動次數、身高及體重帶入模型，以達成自動學習功能及統計分析功能的目的，並將模型時時做反推論及追蹤，以修正演算法並使用者得以以參數形式輸入當前模式、運動次數及體重，藉此建構針對使用者最優化的生理訊號模型。
21. 如申請專利範圍第8項所述之系統，其中該電子裝置、該手環、該手臂穿戴件及該雲端伺服器均具有聯結，且該電子裝置、該手環及該手臂穿戴件得以設定使用者的當前模式、年齡、運動次數、身高及體重。

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