专利名称：生理讯号检测系统及其方法
技术领域：
本发明有关于一种生理讯号检测系统及其方法，尤指一种光学式的生理讯号检测
系统及其方法。
背景技术：
自从社会结构由步调缓慢的农业结构转变为步调快速的工商业结构之后，造成许多国人在饮食上，都没有时间与精力去注意饮食的均衡，再加上工作时间变长，所以缺乏运动，种种不良习惯的加重之下，一些以前老年人才容易罹患的心脏血管疾病，例如心脏病、冠状动脉疾病等，罹患年龄层每年都持续降低，由于这些疾病造成猝死的机率都很高，所以定时留意自身心脏血管的健康状况，进而调整生活作息以及饮食习惯，已经成为国人一项重要的课题。 近年来研究显示，心率变异度(Heart Rate Variability)是一种因自律神经活动
而产生的波动，它反应了交感神经与副交感神经的平衡状态，所以心率变异程度的高低可
以反映人体健康情形，作为评估猝死发生机率的一个指标，举例而言，工时过长的劳工，相
对地猝死机率较工时正常的劳工为高，而其心率变异度则普遍低于工时正常的劳工。 现有的心率变异分析方式，是将电极贴片贴附于受测者体表来撷取受测者的心电
讯号，并将心电讯号传送至计算机，最后要会操作计算机的心率变异分析接口才能计算出
心率变异度。然而电极贴片在每次使用时，都必须先于电极贴片上涂上一种特殊的黏胶，才
能将电极贴片固定于受测者体表时而不容易脱落，所以每次使用完之后，都还要清洗电极
贴片，所以电极贴片容易耗损而必须更换。另一方面，对于没有医学背景的人而言，要会操
作计算机的心率变异分析接口仍相当困难，所以无法普及，只能使用于医院的临床研究。
发明内容
鉴于以上问题，本发明的主要目的为提供一种生理讯号检测系统及其方法，受测者可以很容易且很方便地测出自己的心率变异度，且该生理讯号检测系统的感测接口不容易耗损，所以不需要经常更换，节省了更换耗材的成本，而且使用后也不会弄脏受测者的体表。 为了达到上述目的，本发明提供一种生理讯号检测系统，包括一测量装置、一模拟讯号处理模块、一模拟数字转换单元以及一数字讯号处理单元，上述测量装置上设有一光学感测接口 ，上述光学感测接口撷取受测者的光体积描记图讯号，模拟讯号处理模块与光学感测接口以及模拟数字转换单元作电性连接，上述模拟数字转换单元将光体积描记图讯号转换成数字的格式，而数字讯号处理单元与上述模拟数字转换单元作电性连接，上述数字讯号处理单元侦测上述数字格式的光体积描记图讯号的特征点，进而推算出特征点的间期以及受测者的心率变异参数。 本发明还提供一种生理讯号检测方法，其步骤包括 发射光线至受测者的体表；接收来自受测者组织反射的光线，上述反射的光线即
4为光体积描记图讯号；转换上述光讯号格式的光体积描记图讯号成为电讯号的格式；将上 述电讯号格式的光体积描记图讯号进行讯号处理；将上述光体积描记图讯号转换成数字的 格式；侦测上述数字格式的光体积描记图讯号的特征点；以及进行特征点的演算，进而推 算出受测者的心率变异参数。 本发明具有以下有益的效果当测量装置为夹具时，只需将测量装置夹在体表血 管较密集处，如手指或耳垂等，该测量装置上的光感测接口便可以侦测到受测者的光体积 描记图讯号，进而由数字讯号处理单元推算出受测者心率变异度，所以使用上十分方便且 容易，容易普及而让每个人都能随时注意自己的健康状况。另一方面，夹具相较于电极贴片 比较不容易耗损，节省了受测者更换耗材的成本，且使用时也不会弄脏受测者的体表。
图1为本发明生理讯号检测系统的架构图； 图2为装设于测量装置的光学感测接口的示意面； 图3为装设于测量装置的光学感测接口的另一示意面； 图4为测量装置的另一实施例的平面图； 图5为本发明生理讯号检测方法的流程图； 图6为本发明光体积描记图讯号的波形示意图。主要组件符号说明
测量装置l 光学感测接口 11 光发射装置lll 光接收装置112 模拟讯号处理模块2 光电讯号转换单元21 光电讯号处理单元22 模拟数字转换单元3 数字讯号处理单元4 记忆单元5 显示单元6 操控界面具体实施例方式
如图1至图3所示，本发明提供一种生理讯号检测系统，包括一测量装置1、一模拟 讯号处理模块2、一模拟数字转换单元3以及一数字讯号处理单元4。测量装置1为一夹具， 使用时，受测者将该夹具夹在体表血管较密集处，如手指或耳垂等，其中测量装置1上设有 一光学感测接口 ll，光学感测接口 11包含一光发射装置111以及一光接收装置H2，其中 光发射装置111以及光接收装置112可分别固定于该夹具的上下两边而彼此相对，或是将 光发射装置111以及光接收装置112固定于该夹具的同一边。而光发射装置111可使用红 光发射装置或红外光发射装置，光发射装置111负责发射光线至受测者体表，而光接收装
5置112则负责接收由受测者组织发射的讯号，由受测者组织发射的讯号即为光体积描记图 讯号(Photoplethsmogr即hic Signal)。 如图4所示，除了夹具外，测量装置1也可为一板体，而光发射装置111以及光接 收装置112则设置于该板体的同一侧上。 光体积描记图讯号可表示出血液中的含氧量变化，因为血液对于光线的吸收量， 会跟随着含氧量的不同而有所差异，当心脏收縮时，动脉含氧量会增加，所以血液吸收到 的光线量增加，且由于动脉的血液流动速度较快，进一步增加吸收的光线量，而当心脏舒张 时，情况则刚好相反。另外，由于血液含氧量乃随着血管脉动而变化，因此从撷取到的光体 积描记图讯号便可推得血管脉动的波形。 模拟讯号处理模块2包含一光电讯号转换单元21以及一光电讯号处理单元22， 而光电讯号转换单元21的输入端与输出端分别与光学感测接口 11以及光电讯号处理单元 22作电性连接，光电讯号转换单元21负责将光体积描记图讯号转换成电讯号的格式，而光 电讯号处理单元22则将电讯号格式的光体积描记图讯号进行放大以及滤波的处理，以增 强光体积描记图讯号的能量以及滤掉不需要的噪声部分。 模拟数字转换单元3的输入端与光电讯号处理单元22的输出端作电性连接，模拟 数字转换单元3用以将模拟格式的光体积描记图讯号转换成数字的格式。数字讯号处理单 元4的输入端与模拟数字转换单元3的输出端作电性连接，数字讯号处理单元4侦测出该 数字格式的光体积描记图讯号的特征点，进而推算出特征点的间期以及受测者的心率变异 参数，其中该特征点可为光体积描记图讯号的最大峰值点。 该生理讯号检测系统更包括一记忆单元5、一显示单元6以及一操控接口 7，记忆 单元5、显示单元6以及操控接口 7与数字讯号处理单元4的输出端作电性连接，记忆单元 5负责储存数字格式的光体积描记图讯号的特征点以及推算出的心率变异参数，而显示单 元6可使用液晶显示面板或发光二极管显示面板等，负责显示推算完成的心率变异参数以 及该光体积描记图讯号的特征点。至于操控接口 7可采用按键式或触碰式等形式，受测者 可借助操控接口 7进行记忆单元5内数据的增删或传输，或是输入受测者个人数据以及测 试日期。 如图5及图6所示，本发明还提供一种生理讯号检测方法，其步骤包括 S101 :发射光线至受测者的体表，该发射的光线可为红光或红外光，而该发射动作
可由光发射装置lll所执行； S102:接收来自受测者组织反射的光线，该反射的光线即为光体积描记图讯号，而 该接收动作可由光接收装置112所执行； S103 :转换该光讯号格式的光体积描记图讯号成为电讯号的格式，而该转换动作 可由光电讯号转换单元21所执行； S104:将该电讯号格式的光体积描记图讯号进行放大及滤波的处理，而该放大及 滤波动作可由光电讯号处理单元22所执行； S105 :将该光体积描记图讯号转换成数字的格式(如图5所示)，而该转换动作可
由模拟数字转换单元3所执行；以及 S106 :侦测该数字格式的光体积描记图讯号的每一特征点，而该侦测动作可由数 字讯号处理单元4所执行。
S107 :将每一个特征点侦测出来后，开始进行特征点的演算，并形成一特征点间期
序列，根据特征点间期序列进行心率变异参数的计算，而该计算动作可由数字讯号处理单 元4所执行。 其中S106步骤中，特征点可为P点、T点、D点、V点、A点或U点，其中P点为光体 积描记图讯号的最大峰值点，所以最为明显而比较容易被数字讯号处理单元4侦测到，接 着S107步骤中，开始进行PP、 TT、 DD、 VV、 AA或UU间期的计算，并形成一 PP、 TT、 DD、 VV、 AA 或UU间期序列。至于数字讯号处理单元4计算出的心率变异参数包含有时域分析参数以 及频域分析参数，而时域分析参数包括有心跳间期的平均值、标准差、变异系数、相邻两心 跳间期差异的标准偏差、相邻两心跳间期差异的标准差等，又频域分析参数包括有高频功 率、低频功率、总功率、高频功率与总功率的比值、低频功率与总功率的比值、低频功率与高 频功率的比值。其中后面三个比值分别作为副交感神经的活性指标、交感神经的活性指标， 以及交感神经与副交感神经的活性平衡指标。 本发明提供的生理讯号检测系统及其方法，当测量装置1为夹具时，只需将夹具 夹在体表血管较密集处，如手指或耳垂等，该夹具上的光感测接口 11便可以侦测到受测者 的光体积描记图讯号，进而由数字讯号处理单元4自动推算出受测者心率变异度，所以使 用上十分方便且容易，容易普及而让每个人都能随时注意自己的健康状况。另一方面，夹具 相较于电极贴片比较不容易耗损，节省了受测者更换耗材的成本，且使用时也不会弄脏受 测者的体表。 以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也 应视为本发明的保护范围。
权利要求
一种生理讯号检测系统，其特征在于，包括一测量装置，所述测量装置上设有一光学感测接口，所述光学感测接口用以撷取受测者的光体积描记图讯号；一模拟讯号处理模块，所述模拟讯号处理模块与所述光学感测接口作电性连接；一模拟数字转换单元，所述模拟数字转换单元与所述模拟讯号处理模块作电性连接，所述模拟数字转换单元用以将所述光体积描记图讯号转换成数字的格式；以及一数字讯号处理单元，所述数字讯号处理单元与所述模拟数字转换单元作电性连接，所述数字讯号处理单元用以侦测出所述数字格式的光体积描记图讯号的特征点，进而推算出特征点的间期以及受测者的心率变异参数。
2. 如权利要求1所述的生理讯号检测系统，其特征在于，所述测量装置为夹具。
3. 如权利要求1所述的生理讯号检测系统，其特征在于，所述测量装置为一板体。
4. 如权利要求1所述的生理讯号检测系统，其特征在于，所述光学感测接口包含至少一光发射装置以及至少一光接收装置，所述光发射装置以及所述光接受装置固定于所述测量装置上，所述光发射装置用以发射光线至受测者体表，而所述光接收装置用以接收由受测者组织发射的讯号，其即为所述光体积描记图讯号，其中所述光发射装置发射的光线为红光或红外光。
5. 如权利要求1所述的生理讯号检测系统，其特征在于，所述模拟讯号处理模块包含一光电讯号转换单元以及一光电讯号处理单元，所述光电讯号转换单元的输入端与输出端分别与所述光学感测接口以及所述光电讯号处理单元作电性连接，所述光电讯号转换单元用以将光体积描记图讯号转换成电讯号格式，所述光电讯号处理单元用以将所述电讯号格式的光体积描记图讯号进行放大及滤波的处理。
6. 如权利要求1所述的生理讯号检测系统，其特征在于，更包括一记忆单元、一显示单元以及一操控接口，所述数字讯号处理单元的输出端与所述记忆单元以及所述显示单元作电性连接，所述操控接口与所述数字讯号处理单元电性连接，所述记忆单元用以储存所述数字格式的光体积描记图讯号的特征点以及所述心率变异参数，所述显示单元用以显示所述心率变异参数以及所述光体积描记图讯号的特征点。
7. —种生理讯号检测方法，其特征在于，所述检测方法的步骤包括(a) 发射光线至受测者的体表；(b) 接收来自受测者组织反射的光线，所述反射的光线即为光体积描记图讯号；(c) 转换所述光讯号格式的光体积描记图讯号成为电讯号的格式；(d) 将所述电讯号格式的光体积描记图讯号进行讯号处理；(e) 将所述光体积描记图讯号转换成数字的格式；(f) 侦测所述数字格式的光体积描记图讯号的特征点；以及(g) 进行特征点的演算，进而推算出受测者的心率变异参数。
8. 如权利要求7所述的生理讯号检测方法，其特征在于，所述(f)步骤中，所述特征点为所述光体积描记图讯号的最大峰值点。
9. 如权利要求7所述的生理讯号检测方法，其特征在于，所述(g)步骤中，所述心率变异参数包含有时域分析参数以及频域分析参数。
10. 如权利要求7所述的生理讯号检测方法，其特征在于，所述(d)步骤中，所述电讯号格式的光体积描记图讯号进行放大及滤波c
全文摘要
本发明提供了一种生理讯号检测系统及其方法。生理讯号检测系统包括一测量装置、一模拟讯号处理模块、一模拟数字转换单元以及一数字讯号处理单元，所述测量装置上设有一光学感测接口，所述光学感测接口撷取受测者的光体积描记图讯号，模拟讯号处理模块与光学感测接口以及模拟数字转换单元作电性连接，所述模拟数字转换单元将光体积描记图讯号转换成数字格式，而数字讯号处理单元与所述模拟数字转换单元作电性连接，所述数字讯号处理单元侦测所述数字格式的光体积描记图讯号的特征点，进而推算出特征点的间期以及受测者的心率变异参数；借此，使用者可以很方便地侦测出自己的心率变异参数，达到健康预警的功效。
文档编号A61B5/024GK101773389SQ20091000266
公开日2010年7月14日 申请日期2009年1月14日 优先权日2009年1月14日
发明者张峰硕 申请人:豪展医疗科技股份有限公司