专利名称：生理信号测量模块及方法
技术领域：
本发明是有关于一种生理信号测量模块，特别是有关于一种移动式血压信号测量模块。
背景技术：
随着社会的高龄化，年老人口逐渐增加，对于医疗设备的需求亦大幅增加，使得医 疗资源供不应求大型医院经常人满为患。再者，生活压力的增加使得现代人罹患心血管疾 病机率也提高，其中，高血压更是造成中风的主要因子。因此，生理信号自我测量设备已逐 渐成为医疗产业发展的重要目标。通过生理信号自我测量的方式，个人能够随时监控自己 的生理状况，并能减少医疗资源浪费。已知的血压测量设备是利用腕带式气囊感测技术，其通过气囊的充放气来测量血 压。但是，此感测技术无法连续地测量血压，且气囊的充放气需花费较长时间。此外，腕带 式的血压测量设备会因为手腕与心脏的高度差而造成测量误差。因此，期望提供一种生理信号测量模块，其可随身携带，且能补偿测量部位与心脏 间的高度差所造成的误差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种生理信号测量模块及方法，其可随身携 带，且能补偿测量部位与心脏间的高度差所造成的误差。本发明提供一种生理信号测量模块，包括生理信号感测单元、姿势感测单元、以及 处理单元。生理信号感测单元测量受测者的心电信号与脉搏信号。姿势感测单元感测生理 信号测量模块的位置，并输出多个位置信号。处理单元接收心电信号、脉搏信号、与位置信 号，用以根据位置信号来产生表示生理信号测量模块与参考位置间的高度差的变化参数。 处理单元还根据心电信号与脉搏信号来计算当前脉波延迟时间，且根据高度变化参数来补 偿当前脉波延迟时间以获得补偿脉波延迟时间，并根据补偿脉波延迟时间来获得血压信 号。本发明另提供一种生理信号测量方法，首先，以一生理信号测量模块来测量受测 者的心电信号与脉搏信号，接着测量生理信号测量模块与参考位置之间的高度，以产生高 度变化参数。根据心电信号与脉搏信号来计算当前脉波延迟时间。根据高度变化参数来补 偿当前脉波延迟时间以获得补偿脉波延迟时间。最后，根据补偿脉波延迟时间来获得血压 信号。本发明的生理信号测量模块可随身携带，且能补偿测量部位与心脏间的高度差所 造成的误差。为使本发明能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明 如下。
图1表示根据本发明实施例的生理信号测量模块架构；图2表示生理信号测量模块1的外观示意图；图3表示脉波延迟时间的示意图；以及
图4表示根据本发明实施例的生理信号测量流程图。主要组件符号说明1 生理信号测量模块；10 生理信号感测单元；11 姿势感测单元；12 处理单元；13 内存；14 显示单元；15 外部装置；20 输入端口 ；21、22、23 感测电极；24 光传感器；140 显示面板。
具体实施例方式图1是表示根据本发明实施例的生理信号测量模块架构。参阅图1，生理信号测 量模块1包括生理信号感测单元10、姿势感测单元11、处理单元12、内存13、以及显示单元 14。图2是表示生理信号测量模块1的外观示意图。生理信号测量模块操作在初始参数设 定模式或测量模式下。在初始参数设定模式下，将一外部装置15连接至生理信号测量模块1的输入端口 20。外部装置15可以是已知的血压计，例如电子式气囊血压计。由外部装置15来测量受 测者在数秒内的平均舒张压与收缩压，并透过输入端口 20将所测得的舒张压与收缩压输 入至内存13，作为初始舒张压参数DBPtl与初始收缩压参数SBP。。参阅图2，生理信号测量模块1具有三个感测电极21-23与一个光传感器24。受 测者的三只手指分别触碰感测电极21-23，借以撷取心电信号(例如，左手的食指触碰感测 电极23、左手的大拇指触碰感测电极21、以及右手的大拇指触碰感测电极22)。用来撷取脉 搏信号的光传感器24可与感测电极23结合，因此，受测者的左手食指是同时触碰感测电极 23与光传感器24。在此数秒内的血压测量期间，生理信号测量模块1的生理信号感测单元 10同时透过感测电极21-23与光传感器24来测量数秒的心电信号与脉搏信号，以作为初始 心电信号ECGtl与初始脉搏信号PPG—处理单元12接收初始心电信号ECGtl与初始脉搏信号 PPG。，并根据初始心电信号ECGtl与初始脉搏信号PPGtl来计算脉波延迟时间(Pulse Transit Time, PTT)。此技术领域的人员已知，如图3所示，脉波延迟时间是心电信号与脉搏信号之 间的时间差(例如，心电信号R波与脉波信号位准开始上升的时间点)。在初始参数设定模 式下，处理单元12计算获得此数秒内多个脉波延迟时间的值，且将这些值做平均运算以获 得初始脉波延迟时间ΡΤ ；。在获得初始脉波延迟时间PTTtl后，处理单元12根据式(1)来计算关系常数K:<formula>formula see original document page 6</formula>式(1)根据式(1)可得知，关系常数K是有关于初始收缩压参数SBPtl与初始脉波延迟时 间 PTT0。在此数秒的血压测量期间，姿势感测单元11同时来测量此时的生理信号测量模 块1与受测者的心脏间的初始高度差氏。姿势感测单元11依据生理信号测量模块1的位 置来获得重力(G)在X轴、Y轴、与Z轴方向的分量，以产生对应的初始位置信号，即Xp Y0 及Ztl信号。处理单元12根据Ytl与Ztl来计算受测者此时下臂倾斜角度θ ^，如式(2)
<formula>formula see original document page 6</formula>在获得下臂倾斜角度θ ^后，处理单元12根据式(3)来计算生理信号测量模块1 与受测者的心脏间的初始高度差H0 H0 = L0-L^L2Sin θ。 式(3)其中，Ltl表示受测者的心脏至肩膀高度、L1表示受测者的上臂长度、而L2表示受测 者的下臂长度。受测者可透过生理信号测量模块1的输入单元(未显示)来预先输入其身 高，且处理单元12根据受测者的身高由标准身材比例(stand body proportion)公式来求 出数值‘ L1、与L2,并将获得的数值‘ L1、与L2储存至内存13。当处理单元12完成计算初始脉波延迟时间PTTtl、关系常数K、以及初始高度差Htl 后，将这些初始参数传送至内存13储存。在上述初始参数设定模式完成后，内存13已储存 个体化的血压校正所需的初始参数，即初始舒张压参数DBPtl、初始收缩压参数SBPtl、初始脉 波延迟时间PTT。、关系常数K、以及初始高度差H。。之后，可移除外部装置15与输入端口 20 的连接。在初始参数设定模式结束后，若随时欲测量受测者的血压信号时，生理信号测量 模块1则进入测量模式。参阅图1及2，在测量模式下，受测者的相同三只手指(即左手的 食指与大拇指、以及右手的大拇指)分别触碰感测电极21-23，同时，左手的食指也触碰光 传感器24。生理信号感测单元10同时透过感测电极21-23与光传感器24来测量当前的心 电信号ECGn与脉搏信号PPGn。处理单元12接收当前的心电信号ECGn与脉搏信号PPGN，并 根据当前的心电信号ECGn与脉搏信号PPGn来计算当前脉波延迟时间PTTN。在此测量模式中，姿势感测单元11同时测量此时的生理信号测量模块1与受测者 的心脏间的高度差HN。同样地，姿势感测单元11依据生理信号测量模块1的位置来获得重 力(G)在X轴、Y轴、与Z轴方向的分量，以产生对应的位置信号，即XN、YN、及Zn信号。处理 单元12根据Yn信号与Zn信号来计算受测者此时下臂倾斜角度θ Ν，如式(4)
<formula>formula see original document page 6</formula>在获得下臂倾斜角度θ Ν后，处理单元12根据式(4)来计算生理信号测量模块1 与受测者的心脏间的高度差Hn Hn = L0-L^L2Sin θ Ν 式(5)在处理单元12计算出在测量模式下生理信号测量模块1与受测者的心脏间的高 度差Hn后，根据在初始参数设定模式下的高度差Htl(读取自内存13)与在测量模式下的高度差hn，则可以得到生理信号测量模块1在测量模式下与在初始参数设定模式下的高度差 ΔH，以作为高度变化参数。换句话说，在初始参数设定模式下生理信号测量模块1的位置 视为参考位置，而在测量模式下处理单元12则是依据Yn信号与Zn信号来计算生理信号测 量模块1与参考位置的高度差ΔΗ(高度变化参数)。在获得高度变化参数ΔΗ后，处理单元12根据高度变化参数ΔΗ来补偿与当前脉 波延迟时间PTTn，以获得补偿脉波延迟时间PTTc，如式(6)PTTc = PTTn - (二)式(6)在获得补偿脉波延迟时间PTTc后，处理单元12自内存13读取在初始参数设定模 式下获得的关系常数K，且根据补偿脉波延迟时间ΡΤΤ。与关系常数K来计算血压信号的收 缩压值SBP。，如式(7)SBPc = K [PTTc] 式(7)在获得收缩压值SBP。后，处理单元12自内存13读取初始舒张压参数DBPtl、初始 收缩压参数SBPtl、及初始脉波延迟时间PTTtl,并根据缩压值SBP。、初始舒张压参数DBPtl、初始 收缩压参数SBPtl、初始脉波延迟时间ΡΤ ；、以及补偿脉波延迟时间PTTc来计算该血压信号 中的舒张压值SBPc^S (8)DBPc = SBPc -(W0-DBP,)x(^-)2
pttC(8)根据上述，在测量模式下，假使生理信号测量模块1的高度偏离参考位置的高度 时，可通过姿势传感器11来计算此高度差ΔΗ(高度变化参数)，并透过高度变化参数ΔΗ 来对当前脉波延迟时间PTTn进行补偿，以进一步精准地计算收缩压值与舒张压值，避免因 受测者下臂位置的变换所导致的血压值误差。根据本发明的实施例，在生理信号测量模块1每次进行测量模式前，不需一定要 进行初始参数设定模式。当内存13已储存了上述初始参数后，使用者可随时使用生理信号 测量模块1的测量模式来测量血压。可定时或在必要时再将外部装置15连接至生理信号 测量模块1，以进行初始参数设定模式。本发明的生理信号测量模块1可整合在个人数字助理、移动电话、数字相机、全球 定位系统等移动式电子设备，以方便使用者能随身携带，以达到居家照护与实时自我生理 测量的目的。在本发明的实施例中，姿势感测单元11可包括加速度计、陀螺仪、或磁力计。此 夕卜，生理信号测量模块1可包括显示单元14，其可接收来自内存13的初始参数初始舒张压 参数DBPtl、初始收缩压参数SBPtl、初始脉波延迟时间PTTtl、关系常数K、以及/或高度差Htl，也 可接收由处理单元12所计算获得的高度变化参数ΔΗ、补偿脉波延迟时间ΡΤΤ。、收缩压值 SBPc,以及/或舒张压值SBP。，并将接收的参数或信号透过显示面板140来显示给受测者。在本发明的实施例中，光传感器24可与感测电极21-23中的一个结合，例如，光传 感器24与感测电极23结合。在其它实施例中，光传感器24接近于感测电极23。图4是表示根据本发明实施例的生理信号测量流程图。参阅图1与2以及图4，首先，以生理信号测量模块11的感测电极21-23与光传感器24来测量受测者的心电信号 ECGn与脉搏信号PPGn(步骤S40)。接着，处理单元12测量生理信号测量模块1与参考位置之间的高度，以产生高度变化参数ΔΗ(步骤S41)。处理单元12根据心电信号ECGn与该脉 搏信号PPGn来计算当前脉波延迟时间PTTn(步骤S42)。处理单元12根据高度变化参数ΔΗ 来补偿当前脉波延迟时间PTTn以获得补偿脉波延迟时间PTTc,如式(6)(步骤S43)。由外 部装置15提供初始舒张压参数DBPtl与初始收缩压参数SBP。，且由内存13提供预先储存的 初始脉波延迟时间PTTtl与以及关系常数K (步骤S44)。在此实施例中，外部装置15测量初 始舒张压参数DBPtl初始收缩压参数SBPtl的操作，以及初始脉波延迟时间PTTtl与以及关系 常数K的获得如前图1的实施例所述。处理单元12根据关系常数K与补偿脉波延迟时间 PTTc来计算血压信号的收缩压值SBP。，如式(7)(步骤S45)。在获得收缩压值SBP。之后，处 理单元12根据收缩压值SBP。、初始收缩压参数SBPtl、该初始舒张压参数DBPtl、初始脉波延迟 时间PTTtl、与补偿脉波延迟时间PTTc来计算血压信号的舒张压值DBPc(步骤S46)。在本发明的实施例中，步骤S44不限定在步骤S43之后，其可在执行步骤S45之前 完成即可。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限制本发明，任何熟悉此项 技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做更动与润饰，因此本发明的保护范围 当视后附的权利要求书所界定的范围为准。
权利要求
一种生理信号测量模块，其特征在于，包括一生理信号感测单元，用以测量一受测者的一心电信号与一脉搏信号；一姿势感测单元，用以感测该生理信号测量模块的位置，并输出多个位置信号；以及一处理单元，接收该心电信号、该脉搏信号、与该多个位置信号，用以根据该多个位置信号来产生表示该生理信号测量模块与一参考位置间的高度差的一高度变化参数，该处理单元还根据该心电信号与该脉搏信号来计算一当前脉波延迟时间，且根据该高度变化参数来补偿该当前脉波延迟时间以获得一补偿脉波延迟时间，并根据该补偿脉波延迟时间来获得一血压信号。
2.根据权利要求1所述的生理信号测量模块，其特征在于，还包括一内存，用以储存一 初始舒张压参数、一初始收缩压参数、一初始脉波延迟时间、以及一关系常数，其中，该关系 常数是有关于该初始收缩压参数与该初始脉波延迟时间。
3.根据权利要求2所述的生理信号测量模块，其特征在于，该处理单元根据该关系常 数与该补偿脉波延迟时间来计算该血压信号中的一收缩压值。
4.根据权利要求3所述的生理信号测量模块，其特征在于，该处理单元根据SBPc= KtPTTc]-1来计算该收缩压值，SBPc表示该收缩压值、K表示该关系常数、且PTT。表示该补偿 脉波延迟时间。
5.根据权利要求4所述的生理信号测量模块，其特征在于，该关系常数等于该初始收 缩压参数与该初始脉波延迟时间相乘的值。
6.根据权利要求3所述的生理信号测量模块，其特征在于，该处理单元根据收缩压值、 该初始收缩压参数、该初始舒张压参数、该初始脉波延迟时间、与该补偿脉波延迟时间来计 算该血压信号中的一舒张压值。
7.根据权利要求6所述的生理信号测量模块，其特征在于，该处理单元根据=MPr来计算该舒张压值，DBP。表示该舒张压值，38&表示该收缩压值，SBP0表示该初始收缩压参数，DBpo表示该初始舒张压参数，PTT0表示该初始 脉波延迟时间，且PTTc表示该补偿脉波延迟时间。
8.根据权利要求2所述的生理信号测量模块，其特征在于，储存在该内存的该初始舒 张压参数与该初始收缩压参数由该生理信号测量模块的一外部装置所提供，且当该外部装 置测量该初始舒张压参数与该初始收缩压参数时，该生理信号测量模块与该外部装置位置 约等高。
9.根据权利要求8所述的生理信号测量模块，其特征在于，当该外部装置测量该初始 舒张压参数与该初始收缩压参数时，该生理信号感测单元同时测量该受测者的一初始心电 信号与一初始脉搏信号，该处理单元根据该初始心电信号与该初始脉搏信号来计算该初始 脉波延迟时间、以及根据该初始收缩压参数与该初始脉波延迟时间来计算该关系常数。
10.根据权利要求9所述的生理信号测量模块，其特征在于，该处理单元将计算获得的 该初始脉波延迟时间与该关系常数储存至该内存。
11.根据权利要求1所述的生理信号测量模块，其特征在于，该参考位置位于与该受测 者的心脏等高的位置。
12.根据权利要求1所述的生理信号测量模块，其特征在于，还包括三个感测电极，用以撷取该受测者的该心电信号；以及 一光传感器，用以撷取该受测者的该脉搏信号。
13.根据权利要求12所述的生理信号测量模块，其特征在于，该光传感器与所述感测 电极中的一个结合。
14.根据权利要求1所述的生理信号测量模块，其特征在于，该生理信号感测单元透过 该受测者的至少三只手指来测量该心电信号与该脉搏信号。
15.根据权利要求1所述的生理信号测量模块，其特征在于，该生理信号测量模块可整 合在一个人数字助理、一移动电话、一数字相机、或一全球定位系统。
16.根据权利要求1所述的生理信号测量模块，其特征在于，该处理单元根据<formula>formula see original document page 3</formula>来补偿该当前脉波延迟时间以获得该补偿脉波延迟时间，PTTc表示该补偿脉波延迟时间，PTTn表示该当前脉波延迟时间，且ΔΗ表示该高度变化参数。
17.—种生理信号测量方法，其特征在于，包括以一生理信号测量模块来测量一受测者的一心电信号与一脉搏信号；测量该生理信号测量模块与一参考位置之间的高度，以产生一高度变化参数；根据该心电信号与该脉搏信号来计算一当前脉波延迟时间；根据该高度变化参数来补偿该当前脉波延迟时间以获得一补偿脉波延迟时间；以及根据该补偿脉波延迟时间来获得一血压信号。
18.根据权利要求17所述的生理信号测量方法，其特征在于，还包括提供一初始舒张 压参数、一初始收缩压参数、一初始脉波延迟时间、以及一关系常数，其中，该关系常数是有 关于该初始收缩压参数与该初始脉波延迟时间。
19.根据权利要求18所述的生理信号测量方法，其特征在于，获得该血压信号的步骤 还包括根据该关系常数与该补偿脉波延迟时间来计算该血压信号中的一收缩压值。
20.根据权利要求19所述的生理信号测量方法，其特征在于，该收缩压值是根据<formula>formula see original document page 3</formula>来计算获得，SBPc表示该收缩压值、PTT。表示该补偿脉波延迟时间、且K表示该 关系常数K = SBP0XPTT0，而SBPtl表示该初始收缩压参数，且PTTtl表示该初始脉波延迟时 间。
21.根据权利要求19所述的生理信号测量方法，其特征在于，获得该血压信号的步骤 还包括根据收缩压值、该初始收缩压参数、该初始舒张压参数、该初始脉波延迟时间、与该 补偿脉波延迟时间来计算该血压信号中的一舒张压值。
22.根据权利要求21所述的生理信号测量方法，其特征在于，该舒张压值是根据<formula>formula see original document page 3</formula>来计算获得，DBP。表示该舒张压值，SBP。表示该收缩压值、SBPtl表示该初始收缩压参数、DBPtl表示该初始舒张压参数、PTTtl表示该初始脉波延 迟时间、且PTTc表示该补偿脉波延迟时间。
23.根据权利要求17所述的生理信号测量方法，其特征在于，该当前脉波延迟时间是根据<formula>formula see original document page 3</formula>来补偿以获得该补偿脉波延迟时间，PTTc表示该补偿脉波延迟 时间，PTTn表示该当前脉波延迟时间，且ΔΗ表示该高度变化参数。
全文摘要
本发明涉及一种生理信号测量模块，包括生理信号感测单元、姿势感测单元、以及处理单元。生理信号感测单元测量受测者的心电信号与脉搏信号。姿势感测单元感测生理信号测量模块的位置，并输出多个位置信号。处理单元接收心电信号、脉搏信号、与位置信号，用以根据位置信号来产生表示生理信号测量模块与参考位置间的高度差的高度变化参数。处理单元还根据心电信号与脉搏信号来计算当前脉波延迟时间，且根据高度变化参数来补偿当前脉波延迟时间以获得补偿脉波延迟时间，并根据补偿脉波延迟时间来获得血压信号。
文档编号A61B5/02GK101810470SQ20091000699
公开日2010年8月25日 申请日期2009年2月23日 优先权日2009年2月23日
发明者李文卿, 柯志祥, 黄俊哲 申请人:财团法人工业技术研究院