穿戴式生理量測儀的制作方法
本發(fā)明系關(guān)于穿戴式生理量測儀，尤其是實時量測用之穿戴式血壓儀。
背景技術(shù)：
連續(xù)非侵入式血壓(continuousnon-invasivebloodpressure,cnibp)的基本原理詳述于peter等人2014年發(fā)表于irbm的“areviewofmethodsfornon-invasiveandcontinuousbloodpressuremonitoring:pulsetransittimemethodispromising？”，目前較常用的方法是量取脈波傳導(dǎo)時間(pulsetransittime,ptt)，即脈波從左心室出發(fā)(以心電圖(electrocardiograph,ecg)的r峰代表心室擠出血液，即脈波從心室出發(fā)的時刻，心電圖在體內(nèi)的傳導(dǎo)速度為光速)，傳遞到肢體末端的時間(由壓力式(tonometry)、電阻抗式(impedance)或光式(photo)血管容積計(plethysmograph)，觀察脈波再取其波峰，即為脈波到達肢末的時刻)。由脈波傳導(dǎo)時間配合受測者本身的血流動力學(xué)參數(shù)(例如血管彈性、血液黏稠性等，見美國專利5865755a)，即可推估連續(xù)非侵入式血壓。但這些血流動力學(xué)參數(shù)不容易直接量測，所以在實際上會先以傳統(tǒng)之壓脈帶型非侵入式血壓計(cuff-typenon-invasivebloodpressuremeter,nibp)與脈波傳導(dǎo)時間方法同時量測血壓，比對兩者以取得相關(guān)的血流動力學(xué)參數(shù)作為校正基準(zhǔn)，此后即可在一段時間(例如兩小時)之內(nèi)利用脈波傳導(dǎo)時間推估連續(xù)非侵入式血壓。然而，更長時間之后，血流動力學(xué)參數(shù)會因人體的排汗排尿或環(huán)境的溫濕度等因素而顯著改變，此時就需要再用傳統(tǒng)之非侵入式血壓計進行校準(zhǔn)，才能維持準(zhǔn)確性。
為了讓使用者能在正常生活作息中還能進行連續(xù)血壓量測，而不致于被血壓計限制行動，非侵入式連續(xù)血壓量測儀最好是能穿戴在身上。例如soterawireless公司的一系列美國專利(如us8,475,370b2與us8,364,250b2)揭露一種技術(shù)，此技術(shù)涉及在胸部貼三個電極取得心電圖訊號的r峰(即脈波從心室 出發(fā)的時刻)，經(jīng)由電線越過左肩再接到綁在左小臂的主機，再由戴在左手姆指處之發(fā)光二極管及光傳感器獲得光血管容積脈波之波峰(代表脈波傳遞到姆指的時刻)，以兩者之時間(即為脈波傳遞時間)估算連續(xù)非侵入式血壓。此專利另具有一傳統(tǒng)型非侵入式血壓計綁在上臂供校準(zhǔn)之用，校準(zhǔn)后即可取下，以免使用者受束縛或不舒適。此專利已商品化成名為visimobilemonitoringsystem的商品并獲美國食品藥物管理局(usfda)k130709號上市許可。然而，該技術(shù)涉及將電極貼在特定位置以取得心電圖，這對一般人而言非但不舒適也有技術(shù)上的困難度，故須由醫(yī)護人員操作。因此，美國食品藥物管理局僅準(zhǔn)許此產(chǎn)品用于醫(yī)療院所，且需經(jīng)醫(yī)師處方。soterawireless公司另有美國專利us7993275b2，所揭露之手持式裝置系藉由雙手取得心電圖及兩個光血管容積脈波，計算得兩個脈波傳導(dǎo)時間以增加準(zhǔn)確度。
triagewireless公司之美國專利us7,481,772b2揭露一種傳感器，此傳感器的貼片上有兩個電極以擷取心電圖的r峰，還有一發(fā)光二極管及感光二極管以擷取光血管容積脈波，以兩者之時間估算連續(xù)非侵入式血壓。此傳感器架構(gòu)之利弊與us8,369,936b2類似，其r峰訊號小且易受干擾，而且貼電極在身上很不舒適。
triagewireless公司之美國專利公開案us2008/0,221,461揭露一種血壓量測方法，其不用壓脈袋但用兩個電極取心電訊號、并用兩個光學(xué)或壓力式之血管容積傳感器獲得脈波訊號，計算得脈波傳導(dǎo)時間，并由兩個脈波訊號做微分及其他運算，以求得血壓。但它必須在同一肢佩戴兩個血管容積傳感器，并不舒適。
微軟公司之美國專利公開案us2014/0,249,398揭露一種利用手機計算脈波傳導(dǎo)時間的方法，其藉由裝置在手機上的兩個電極由雙手取得心電訊號，并且利用手機上的攝影機由瞳孔取得脈波訊號，以此兩者之時間作為脈波傳導(dǎo)時間。
三星公司之美國專利us7,896,811b2揭露一種可攜式手持裝置，其藉由安裝在手機上的電極及壓力式血管容積傳感器，同時獲得心電圖與脈波。然而，用戶手持此裝置時，雙手便不能同時進行其他工作。
綜合上述，現(xiàn)有技術(shù)大多是在同一裝置中有線連接心電圖電極和血管容 積傳感器，但這樣做勢必要拉長電線在身上，犧牲了穿戴式系統(tǒng)不可或缺的舒適性，讓使用者難以接受。目前技術(shù)尚未能提出足夠舒適、且操作方便的穿戴式脈波傳導(dǎo)時間量測裝置，供高血壓或中風(fēng)之已確診或高危險群病患長期使用，以實時并連續(xù)地獲得生理訊息。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明之目的在于提供一種穿戴式生理量測儀，其包含彼此之間未以實體線路或電線連接且以無線傳輸方式通訊的一體帶模塊與一肢帶模塊。體帶模塊系用以耦合至一使用者之一軀體且用以擷取一心電訊號之一r峰時刻。肢帶模塊系用以耦合至該使用者之四肢中的至少一肢且用以擷取一血管容積脈波訊號之一波峰時刻。該穿戴式生理量測儀系用以由該心電訊號之該r峰時刻與該血管容積脈波訊號之該波峰時刻產(chǎn)生一脈波傳導(dǎo)時間數(shù)據(jù)。
根據(jù)本發(fā)明之一實施例，該穿戴式生理量測儀之該體帶模塊或該肢帶模塊系用以經(jīng)由一無線傳輸方式傳送該脈波傳導(dǎo)時間數(shù)據(jù)至一資通訊裝置。
本發(fā)明之目的亦在于提供一種脈波傳導(dǎo)時間數(shù)據(jù)之獲得方法，其包含一提供步驟、一r峰時刻擷取步驟、一波峰時刻擷取步驟、及一脈波傳導(dǎo)時間數(shù)據(jù)之產(chǎn)生步驟。該提供步驟提供一穿戴式生理量測儀，此穿戴式生理量測儀包含用以耦合至一使用者之一軀體的一體帶模塊及用以耦合至該使用者之四肢中至少一肢的一肢帶膜組，該體帶模塊與該肢帶模塊之間并無實體線路或電線連接且系以一無線傳輸方式通訊。該r峰時刻擷取步驟利用該體帶模塊擷取一心電訊號之一r峰時刻。該波峰時刻擷取步驟利用該肢帶膜組擷取一血管容積脈波訊號之一波峰時刻。在該脈波傳導(dǎo)時間數(shù)據(jù)之產(chǎn)生步驟中，該穿戴式生理量測儀根據(jù)該心電訊號之該r峰時刻及該血管容積脈波訊號之該波峰時刻產(chǎn)生該脈波傳導(dǎo)時間數(shù)據(jù)。
為讓本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點更能明顯易懂，下文將以實施例并配合所附圖式，作詳細說明如下。需注意的是，所附圖式中的各組件僅是示意，并未按照各組件的實際比例進行繪示。
附圖說明
圖1概略顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例之穿戴式生理量測儀及此量測儀無線通信之一態(tài)樣。
圖2顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例之穿戴式生理量測儀中的一體電路的細部架構(gòu)。
圖3-1顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例之穿戴式生理量測儀中的一肢電路的細部架構(gòu)。
圖3-2顯示根據(jù)本發(fā)明另一實施例之穿戴式生理量測儀中的一肢電路的細部架構(gòu)。
圖3-3顯示根據(jù)本發(fā)明另一實施例之穿戴式生理量測儀中的一肢電路的細部架構(gòu)。
圖4顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例之體帶模塊之多個態(tài)樣。
圖5顯示圖4之一體帶模塊的概略俯視圖。
圖6顯示圖4之一體帶模塊的概略背面視圖。
圖7-1顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例之電極與體束帶耦合前之狀態(tài)側(cè)視圖。
圖7-2顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例之電極與體束帶耦合后之狀態(tài)側(cè)視圖。
圖8顯示根據(jù)本發(fā)明另一實施例之電極與體束帶施用于人體時的狀態(tài)側(cè)視圖。
具體實施方式
下面將詳細地說明本發(fā)明的較佳實施例，舉凡本中所述的組件、組件子部、結(jié)構(gòu)、材料、配置等皆可不依說明的順序或所屬的實施例而任意搭配成新的實施例，此些實施例當(dāng)屬本發(fā)明之范疇。
本發(fā)明的實施例及圖示眾多，為了避免混淆，類似的組件是以相同或相似的標(biāo)號示之；為避免畫面過度復(fù)雜及混亂，重復(fù)的組件僅標(biāo)示一處，他處則以此類推。
本發(fā)明之穿戴式生理量測儀使用易穿戴且舒適的體帶模塊(含心電圖電極)及肢帶模塊(含血管容積傳感器)，體帶模塊與肢帶模塊之間并無實體線路或電線連接而以無線傳輸取得脈波傳導(dǎo)時間數(shù)據(jù)以推估連續(xù)非侵入式血壓，因此相較于既不舒適又不易穿戴的現(xiàn)行技術(shù)架構(gòu)，本發(fā)明之穿戴式生理量測 儀能在完全不妨礙睡眠和日常生活的情況下進行非侵入式連續(xù)生理監(jiān)測。此外，本發(fā)明更包含其他傳感器，可排除身體運動干擾，并在血液動力學(xué)參數(shù)大幅改變時，提醒使用者再進行校準(zhǔn)，以維持測量的準(zhǔn)確度。
現(xiàn)參考圖1至圖6。圖1概略顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例之穿戴式生理量測儀1000及此量測儀無線通信之一態(tài)樣。圖2顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例之穿戴式生理量測儀1000中的一體電路520的細部架構(gòu)。圖3-1、3-2及3-3顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例之穿戴式生理量測儀1000中的肢電路620的細部架構(gòu)。圖4顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例之體帶模塊之多個態(tài)樣。圖5顯示圖4之一體帶模塊的概略俯視圖。圖6顯示圖4之一體帶模塊的概略背面視圖。如圖1所示，穿戴式生理量測儀1000包含一體帶模塊500和一肢帶模塊600。體帶模塊500包含一體束帶510及一體電路520，體束帶510例如是圖1所示之松緊腰帶、皮帶、或任何可固定至身體的支撐件例如圖4所示之內(nèi)褲、胸罩或項圈。體束帶510上有兩個固定或可拆卸的電極530與540，以便如圖4、5、6所示分別接觸穿戴者的腹部(如圖1與圖4所示)、胸部(如圖4所示)或頸部(如圖5、6所示)位于心臟左右兩側(cè)的表皮皮膚。圖4顯示穿戴者之全身正面，由正面視圖可見穿戴在頸部的電極530與540，但由于穿戴在頸部的體電路520系位于身體背面，故以虛線代表其不可見之狀態(tài)。圖5為用以例示圖4中穿戴于頸部之體帶模塊的頭肩俯視圖，由于頸部被頭遮蔽，故以細虛線代表其不可見之狀態(tài)。在圖5中，以細虛線代表例如以略具彈性之塑料制成并呈c型夾持頸部的體束帶510，以粗虛線代表依附于體束帶510上的體電路520，而體束帶之兩端分別設(shè)有電極530與540。圖6顯示穿戴者之頸部背面，可見夾在頸部的體束帶510及依附其上的體電路520，但看不到兩端的電極530與540。
電極530與540可以各種方式與體束帶耦合?，F(xiàn)參考圖7-1、7-2與圖8。圖7-1與7-2分別顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例之電極530、540與體束帶510耦合前、后之狀態(tài)側(cè)視圖。圖8顯示根據(jù)本發(fā)明另一實施例之電極530、540與體束帶510施用于人體時的狀態(tài)側(cè)視圖。對于電極530與540系固定至體束帶510的情況而言，電極530及540的主體可以是紡織產(chǎn)業(yè)習(xí)用的叉爪按扣(prongsnapbutton)，由上下兩片金屬533、534組成，未固定之前其側(cè)視圖系如圖7-1所示。貼近人體的金屬533具有尖爪以刺穿體束帶510并與金屬534銜合，金屬534 之中心有一凸型空腔535作為按扣的公頭并可容納533的尖爪。當(dāng)欲將金屬530及540安裝至體束帶510時，使金屬533與534壓迫靠近讓凸型空腔535得以將尖爪擠到旁邊，如此一來533與534緊密銜合并緊夾住體束帶510，其側(cè)視圖系如圖7-2所示。如圖8所示，凸型空腔535系供按扣母座522扣夾并且電耦合，電極540及530與身體接觸的一面，較佳地鍍上一層銀和氯化銀(ag/agcl)，以便有較穩(wěn)定的化學(xué)電位，才可取得高質(zhì)量之心電訊號。
在電極530與540為可拆卸式的情況中，兩者可以是導(dǎo)電材質(zhì)的公型按扣，其側(cè)視呈一u型，如圖8所示。按扣夾在體束帶側(cè)(例如內(nèi)褲或胸罩)，按扣一側(cè)的平坦面系用以與皮膚相接觸，仿上述鍍上一層銀和氯化銀。按扣另一側(cè)的公頭系用以與體電路520末端的按扣母座522電耦合。更具體而言，電極530之公頭系用以與體電路520突伸之按扣母座522電耦合，電極540之公頭(圖未示)系用以與體電路520突伸之按扣母座(圖未示)電耦合。電極540及530之公頭例如與醫(yī)院習(xí)用之生理電極相匹配，以便在必要時能使用醫(yī)院習(xí)用之生理監(jiān)視器。系于腰部或胸部之體束帶510可為用可伸縮布料(例如含spandex之布料，商品名lycra)制成之松緊腰帶，即可直接投入洗衣機洗滌，既兼顧穿戴之舒適性，又可安置電極530與540及體電路520于穿戴者軀體。體束帶510亦可為經(jīng)改造或加工之普通皮帶，方便穿戴者外出或工作時使用。對于安置于腹部的電極530和540，若距離太近，則取得心電圖之振幅會太小而難以辨識r峰。本發(fā)明以體型中等(身高約160cm)之成年人測試，置于腹部之電極540及530距離在10cm以上，可得振幅達0.3mv之清晰心電圖，足以辨識r峰。10cm之距離也適用于電極530及540分別置于女用胸罩之中央與左側(cè)，如圖4所示，如此同一體電路可適用于腹部及胸部。
用于頸部之體束帶510可為用塑料制成之c型夾，如圖5、6所示，電極530與540置于兩端，由體束帶510略施壓力在穿戴者的頸部左右兩側(cè)。用于頸部之體束帶510以c型夾實施之目的有二：一是其他人由正面僅能看到c型夾的一小部份，無損于穿戴者之美觀；二是c型夾容易自頸部脫離，可避免不慎勾住其他物品造成穿戴者窒息。頸部體束帶之穿戴位置，以靠近心臟為佳，因為可取得較大之振幅，而且距離人體感測血壓的左右兩側(cè)頸動脈竇777較遠(如圖4所示，是人體本身調(diào)控血壓機制之血壓傳感器，若受壓會使血壓不穩(wěn) 定甚至低血壓休克)，較不會影響血壓，而且穿戴舒適。
現(xiàn)再參考圖1-6。如圖2所示，體電路520包含心電量測電路，無線收發(fā)電路(wirelesstransmitter/receiver)、微控制器及電池、按扣母座(圖未示)，以擷取心電訊號測得r峰，再把r峰出現(xiàn)的時刻經(jīng)無線收發(fā)電路傳送至肢電路620或資通訊裝置300。體電路520還可選擇性加上呼吸量測電路、表皮汗?jié)窳繙y電路、身體阻抗量測電路、以及多任務(wù)器(和電極530與540電耦合)。肢帶模塊600包含一肢電路620，以及一肢束帶610，如手環(huán)、表帶、腳環(huán)、襪子或任何可固定至腕部或踝的支撐件，用以將肢電路620固定于穿戴者之手腕或腳踝。如圖3-1所示，肢電路620包含可被紅血球反射或吸收之光源，如綠光、紅光及/或近紅外光之發(fā)光二極管、用以接收被紅血球反射或未被吸收之光的一感光裝置如感光二極管、與感光裝置電耦合以將光轉(zhuǎn)換為電訊號的一光電轉(zhuǎn)換電路、無線收發(fā)電路、微控制器及電池。肢電路620系用以由血管容積脈波訊號擷取脈波并測出脈波出現(xiàn)的時刻，將脈波出現(xiàn)的時刻與體電路520傳來之r峰出現(xiàn)的時刻相減，即得脈波傳導(dǎo)時間，后續(xù)可以無線收發(fā)電路傳送至一資通訊裝置300如手機、健康監(jiān)控裝置、或訊號中繼站等，較佳地為一手機。或者，肢電路620將脈波出現(xiàn)的時刻傳送給體電路520，計算得到脈波傳導(dǎo)時間后，再以無線收發(fā)電路傳送至該資通訊裝置300。體電路520及肢電路620較佳地以軟性電路板(flexibleprintedcircuit,fpc)為基礎(chǔ)，將上述電子組件焊接于其上，外覆生物兼容性良好的高分子材料(例如硅酮(silicone)或聚氨酯(polyurethane))，以保護電子組件，并且有足夠的韌性以便穿戴者感覺舒適。
仍參考圖1。裝置300開始進行連續(xù)非侵入式血壓監(jiān)視之初，可引導(dǎo)使用者協(xié)同使用傳統(tǒng)的壓脈袋式血壓計100與本發(fā)明之穿戴式生理量測儀1000進行校準(zhǔn)，以取得并儲存計算連續(xù)非侵入式血壓所必須的血液動力學(xué)參數(shù)。校準(zhǔn)之后，資通訊裝置300接收自體電路520或肢電路620所傳送的脈波傳導(dǎo)時間，即可推估及顯示連續(xù)非侵入式血壓。使用者可先設(shè)定連續(xù)非侵入式血壓的正常范圍，當(dāng)測得之連續(xù)非侵入式血壓超出正常范圍時，即發(fā)出警訊如特殊鈴聲、震動加鈴聲、閃爍加鈴聲、文字訊息等予用戶本人、近端照顧者，及/或發(fā)出文字簡訊、寄電子郵件、撥打電話等予遠程監(jiān)護中心2000，以確保上述至少一者采取必要措施。本發(fā)明之體帶模塊500與肢帶模塊600采分離式 架構(gòu)，能避免導(dǎo)線纏身影響行動，并且足夠舒適，非但不會妨礙日常生活工作且亦可帶著睡覺。本發(fā)明之穿戴式生理量測儀1000可達到在正常生活作息下連續(xù)監(jiān)視血壓同時量取其他生理參數(shù)的目的。下列為本發(fā)明之較佳實施例的詳細說明以及本發(fā)明之應(yīng)用實施例。
實施例一：使用穿戴式生理量測儀進行連續(xù)非侵入式血壓監(jiān)測
如圖2所示，腰帶電路盒520內(nèi)可選擇性增設(shè)一多任務(wù)器如74hc4052，以于下列三組電路中擇一：選擇性設(shè)置之心電及呼吸量測電路(例如德州儀器之a(chǎn)ds1292r)、選擇性設(shè)置之表皮汗?jié)窳繙y電路(galvanicskinresponse,gsr，使用直流偏壓測電阻)及選擇性設(shè)置之生物阻抗量測電路(bia,bio-impedance，可推估體內(nèi)含水量(watercontent)，以微弱的高頻交流電測量阻抗，使用例如德州儀器之a(chǎn)fe4300)。此外，體電路520尚可選擇性地包含感測環(huán)境用之溫度濕度計(例如以德州儀器之hdc1008)、貼近體表的體溫計(例如以德州儀器的lmt70)及加速規(guī)(例如飛思卡爾之mma8652)，偵測體表溫度與身體活動量。體電路520亦可選擇性地包含一警訊產(chǎn)生裝置如震動馬達、喇叭等，產(chǎn)生感官警訊如震動、蜂鳴或語音等警訊，以警告使用者或其近端照護者。當(dāng)加速規(guī)察覺到身體靜止不動作時，體電路520即開始擷取心電圖，用習(xí)知的r峰偵測器算法(例如soandchan算法)偵測r峰，并同時以無線傳輸如藍芽傳輸傳送r峰的時刻予肢電路620，肢電路620同時由血管容積脈波訊號取波峰決定脈波到達時刻，以便計算脈波傳導(dǎo)時間，然后再以前述之算法推估連續(xù)非侵入式血壓?；蛘?，由肢電路620將脈波到達時刻傳送至體電路520，由體電路520來推估連續(xù)非侵入式血壓。
另一方面，體電路520可由r峰出現(xiàn)的時刻進行心率變異分析(heartratevariability,hrv，其原理可參考camm等人著作“heartratevariability:standardsofmeasurement,physiologicalinterpretation,andclinicaluse.”circulation,93,1043-1065,1996)，并可在連續(xù)測量三至五分鐘ecg后，花數(shù)秒時間量測汗?jié)癯潭燃吧眢w阻抗。當(dāng)身體輕度活動如進食或說話時，體電路520仍可繼續(xù)傳送r峰的時刻給肢電路620，但此時毋需進行心率變異分析(心率變異必須在身體靜止時量測才有代表性)；當(dāng)身體激烈活動如爬樓梯或奔跑時，由于此時心電圖可能會被過度干擾而難以辨識r峰，因此體電路520即停止擷 取心電圖，但此時仍可量測環(huán)境溫濕度。由表皮汗?jié)窳繙y及身體阻抗量測，可觀察身體是否有大量的水分變化。由環(huán)境溫濕度、體表溫度與汗?jié)穸?，可推估環(huán)境對周邊血管的影響。由心率變異可推估是否有重大精神壓力，例如以心率變異進行快速傅利葉轉(zhuǎn)換(fastfouriertransform,fft)求取低頻(lf，自0.04至0.15hz)之功率頻譜密度，以及高頻(hf，自0.15至0.4hz)之功率頻譜密度，兩者之比(lf/hf)下降時代表精神壓力及交感活性下降，血管舒張，血壓隨之降低。若這些生理或環(huán)境參數(shù)在校準(zhǔn)后有重大變化而超過使用者事先預(yù)設(shè)或表訂的正常范圍，即代表原校準(zhǔn)所得之血液動力學(xué)參數(shù)已不再適用，體電路520即開啟警訊產(chǎn)生裝置(震動馬達或喇叭)或其他提醒機構(gòu)以提醒使用者以傳統(tǒng)非侵入式血壓計再次進行校準(zhǔn)、或改變環(huán)境溫度如開啟冷氣或暖氣、或改變原有的生活作息如暫停緊張忙碌的工作，以避免異常血壓危害健康。體電路520亦可經(jīng)由無線傳輸，將上述生理或環(huán)境參數(shù)超過正常范圍之訊息，傳送至肢電路620或用戶附近的資通裝置如手機、平板等，用感官效果如震動、聲音或影像等來提醒用戶。
如圖3-1所示，肢電路620包含前述之光源如綠光發(fā)光二極管(發(fā)光波長約530nm)、紅光發(fā)光二極管(發(fā)光波長約660nm)或紅外光發(fā)光二極管(發(fā)光波長約925nm)、前述之感光裝置如感光二極管、前述之光電轉(zhuǎn)換電路，以自任一發(fā)光二極管取得光血管容積脈波訊號。如圖3-2所示，若肢電路620同時包含紅光發(fā)光二極管與紅外光發(fā)光二極管，及額外包含一血氧飽和度量測電路(例如以德州儀器之a(chǎn)fe4400為核心)，借著將此兩發(fā)光二極管與感光二極管電連接至此血氧飽和度量測電路，即可量測血氧飽和度。肢電路除了以一發(fā)光二極管取得光血管容積脈波訊號之外(圖3-1)，也可改為量測阻抗式血管容積脈波訊號，如圖3-3所示，肢電路之外殼有兩個電極接觸人體，內(nèi)含生物阻抗量測電路(使用例如德州儀器之a(chǎn)fe4300)，此電路取得之阻抗會隨脈波流過血管而變化，即可藉脈波峰以取得脈波到達的時刻。肢電路620亦可選擇性地包含一警訊產(chǎn)生裝置如震動馬達或喇叭、環(huán)境溫濕度計及加速規(guī)，其作用和上述體帶電路520中的警訊產(chǎn)生裝置、環(huán)境溫濕度計及加速規(guī)相同。當(dāng)身體靜止與輕度活動時，肢電路620以無線傳輸如藍芽傳輸接收體電路520傳送的r峰并同時以紅光發(fā)光二極管或紅外光發(fā)光二極管取得ppg訊號，計算兩者之時間 作為脈波傳導(dǎo)時間，然后再將脈波傳導(dǎo)時間傳送到手機300來推估及顯示連續(xù)非侵入式血壓。體電路620亦可將ppg傳送至體電路520，如上所述，由體電路520來計算脈波傳導(dǎo)時間以推估連續(xù)非侵入式血壓。
另一方面，演算由綠、紅、或紅外光之任一發(fā)光二極管取得之光血管容積脈波，皆可獲得血管舒張系數(shù)(vesseldilationindex,vdi，請參考中華民國專利i473595)與加大指標(biāo)(augmentationindex,ai，請參考us6786872b2)，作為評估血管及血壓的依據(jù)。類似于上述體電路520對環(huán)境溫濕度、體表溫度與汗?jié)穸取⒓靶穆首儺惖奶幚矸绞?，肢電?20亦可判別血管舒張系數(shù)、加大指標(biāo)及環(huán)境溫濕度在校準(zhǔn)后是否有重大變化致超過使用者事先預(yù)設(shè)或表訂之正常范圍。若此些參數(shù)超過正常范圍，肢電路620可開啟警訊產(chǎn)生裝置如震動馬達、喇叭或其他提醒機構(gòu)以提醒使用者或近端照護者、或經(jīng)由無線傳輸將參數(shù)超過正常范圍之訊息傳送至用戶附近的資通裝置例如手機、平板等，以感官效果如震動、聲音或影像等來提醒用戶或近端照護者。
協(xié)同體電路520與肢電路620可測量得到脈波傳導(dǎo)時間、環(huán)境溫濕度、體表溫度、汗?jié)穸?、體內(nèi)含水量、心率變異等數(shù)據(jù)，此些數(shù)據(jù)皆可經(jīng)由無線傳輸傳送至用戶附近的資通訊裝置如手機或平板等。資通訊裝置不僅能推估連續(xù)非侵入式血壓，還能依據(jù)預(yù)設(shè)或表訂的正常范圍來分析測量結(jié)果是否異常，再發(fā)出各種感官警訊如震動、聲音或影響，提醒使用者或是近端照顧者進行必要處置如開啟冷氣或暖氣、用傳統(tǒng)血壓計再行校準(zhǔn)等。手機亦可經(jīng)由無線傳輸將測量結(jié)果傳送至網(wǎng)絡(luò)基地臺，再傳送到遠程的監(jiān)護中心，進行儲存與進一步分析，必要時由遠程的醫(yī)護人員實時指導(dǎo)使用者或近端照顧者，進行必要之處置如指示使用者服用降血壓藥、就醫(yī)等。
實施例二：使用穿戴式生理量測儀監(jiān)測連續(xù)非侵入式血壓并配合呼吸引導(dǎo)以調(diào)節(jié)血壓
已知血液的主要阻力來自周邊血管(小動脈)，小動脈的舒張或收縮系受到交感神經(jīng)節(jié)制，而交感神經(jīng)與副交感神經(jīng)互為拮抗，副交感神經(jīng)可受深呼吸刺激橫膈膜而強化，故深呼吸可降低血壓，此方法稱為生物回饋法(biofeedback)降血壓，其細節(jié)系揭露于美國專利us5,800,337專利中且商品化為
實施例三：使用穿戴式生理量測儀監(jiān)測睡眠呼吸中止及快速眼動期(rem)
本發(fā)明之穿戴式生理量測儀亦可用以監(jiān)測睡眠呼吸暫停(sleepapnea)。當(dāng)用戶在睡眠時，體電路520以及肢電路620不僅能估算連續(xù)非侵入式血壓及心率變異并將數(shù)據(jù)無線傳輸至資通訊裝置如手機或平板，還能將加速度、呼吸、血氧飽和度、汗?jié)穸鹊壬韰?shù)也一并無線傳輸至資通訊裝置如手機或平板。資通訊裝置如手機或平板計算機可同時記錄影像及鼾聲，使得資通訊裝置如手機或平板得以記錄整個睡眠過程的生理變化。當(dāng)發(fā)生呼吸中止時，呼吸會暫停，血氧飽和度會降低，其他生理參數(shù)亦可能異常。此睡眠記錄可作為篩檢睡眠呼吸中止之依據(jù)，供醫(yī)師進一步診治之參考。此外，當(dāng)肢電路620測得血氧飽和度過低(例如低于90％)時，或體電路520測得呼吸暫停(例如呼吸訊號不變達15秒以上)，即可啟動警訊產(chǎn)生裝置如震動馬達喚醒用戶，避免長時間缺氧。
本發(fā)明之穿戴式生理量測儀亦可用于觀察快速眼動期(rapideyemovement,rem)。一般人類的正常睡眠，每次平均大約為八小時，可分為四個睡眠周期，每個睡眠周期是由淺眠漸進到深眠然后再逐漸回到淺眠，在淺眠時身體常有小動作，例如翻身或移動四肢，同時眼球也會轉(zhuǎn)動，故稱為快速眼動期。要偵測快速眼動期，除了直接偵測眼動之外，亦可由觀察肢體運動如利用加速規(guī)監(jiān)測肢體運動來推估快速眼動期。或由心率變異也可推估快速眼動期，細節(jié)請參考berlad等人著作「powerspectrumanalysisandheartratevariabilityinstage4andremsleep:evidenceforstatespecificchangesinautonomicdominance.」j.sleepres1993；2(2)。心率變異之低頻功率頻譜密度(lf)在快速動眼期較顯著，而高頻(hf)在非快速動眼期較顯著。若在快速 眼動期(即淺眠)被喚醒，人較不會感覺疲倦；反之，若在深眠時被喚醒，人會感覺疲倦與不悅。本發(fā)明可由體電路520及肢電路620內(nèi)的加速規(guī)觀察肢體運動，或由體電路520計算所得之心率變異，判定使用者是否在快速眼動期。使用者可事先設(shè)定欲被喚醒的時段(例如早上6:30～7:30)，本發(fā)明之穿戴式生理量測儀即可在該時段內(nèi)的快速眼動期時，啟動體電路520或肢電路520的警訊產(chǎn)生裝置如震動馬達或喇叭，來喚醒使用者。
熟習(xí)此項技藝者應(yīng)明白，本發(fā)明不限于上述實施例及文中所述之特定組件，可使用任何可達到相同功能之其他組件或裝置來替代文中所述之特定組件。例如，體帶模塊500或肢帶模塊600之間的矩距離無線傳輸可使用wi-fi、zigbee、uwb、或其他技術(shù)，穿戴式生理量測儀1000與遠程監(jiān)護中心2000之間的遠距離無線傳輸可使用gsm、3g、4g/lte、或其他技術(shù)。此外，組件之名稱并非意味著組件之形狀及/或尺寸。例如，電路盒并非局限于四方體，其可為扁圓柱體、橢圓體、類卡片或芯片之扁平板。又，文中所列舉之芯片如德州儀器或飛思卡爾之芯片可以具有類似功能之其他公司的芯片所取代。本發(fā)明之穿戴式生理量測儀的應(yīng)用亦不限于上述實施例，而是涵蓋過去已知及未來將開發(fā)之與心電訊號及/或血管容積脈波訊號相關(guān)的所有應(yīng)用。
上述實施例僅是為了方便說明而舉例，雖遭所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員任意進行修改，均不會脫離如權(quán)利要求書中所欲保護的范圍。
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