具有心率分析模块的血压计的制作方法

本发明关于用于血压计上的心率分析模块，尤为一种包含配置有心率分析模块的血压计，使心率分析模块的心率分析结果能够在血压计上显示。

背景技术：

一般有心血管相关病史民众，或是较简易医疗站，多会备置血压计，可方便使用者常藉血压之量测确认健康状态。但是一般血压计仅能用于量测到血压的变化，不包含其他附加功能。有鉴于有心血管相关问题，以及量血压需求者，除了需要常检视血压，亦需要量测其他心血管相关参数，以更全面地获知患者的身心血管健康状态、发现问题并及早治疗，因此，发展具有多功能的血压计为十分重要的议题。

在心血管相关疾病中，心房颤动(Artrial fibrillation)是临床上最常见的一种心律不整。高血压、心衰竭、糖尿病、甲状腺机能亢进等疾病病患，以及年纪较长者，皆为容易发生心房颤动或心律不整的族群。心房颤动发生时，心房无法有效收缩泵血，容易进一步导致血栓及中风。根据统计患有心房颤动疾病的患者比一般人有5倍以上的机率会罹患中风。若心血管疾病的较高危险族群，除了在家中购置血压计外，亦能拥有能早期侦测心房颤动的相关仪器，若侦测异常，提醒使用者及早作进一步的健康检查及治疗，可降低中风风险。若能将量测心房颤动等心律不整的功能与血压计结合，将为患者带来许多便利。

「心跳」的侦测，可以反映个人健康的重要讯息，例如心脏的健康状态。一定时间内的心跳振幅与心跳间隔，称为「心率」，可反映出心脏的状态。心率检测的方式主要有两种，分别为「光透射测量法」与「电讯号测量法」。「光透射测量法」又称光体积变化描记法(Photoplethysmography)，其作法为对皮肤投射光束，并测量反射或透 射的光讯号，藉以获知心跳情形。「电讯号测量法」之原理则类似于心电图，透过传感器，直接测量心肌收缩时产生的电信号，判断出使用者的心率情况。目前技术无论使用「光透射测量法」或「电讯号测量法」，在讯号检测后如何将所检测到的讯号进行快速且精确的分析解读，是生理讯号分析精准度的关键。

技术实现要素：

针对上述须解决的技术问题，本发明提供一种血压计，其包含一种运用快速且精准讯号处理方法，侦测心房颤动等心律不整之心率分析模块，通过将所侦测到的数据经过多次筛选及判读，提升数据判读之精确度。

本发明提供一种具有心率分析模块之血压计，包含：血压量测装置，用于量测并输出用户的血压讯号；心率分析模块，用以侦测并输出用户的心率讯号；主机，与血压量测装置以及心率分析模块连接，且主机配置有微处理器，用以对用户的血压讯号及用户的心率讯号进行处理，并获得心率量测结果；控制面板，配置于所述主机的一侧面上，用以连接并控制血压量测装置以及心率分析模块；以及第一显示设备，相邻配置于控制面板的一侧，与微处理器连接，用以显示心率量测结果的波形。

本发明更提供一种具有心率分析模块的血压计，包含：血压量测装置，用于量测并输出用户的血压讯号；心率分析模块，用以侦测并输出用户的心率讯号，并配置有第一微处理器，第一微处理器对用户之心率讯号进行处理；主机，与血压量测装置以及心率分析模块的第一微处理器连接，且主机还配置有第二微处理器，第二微处理器对用户的血压讯号及用户的心率讯号进行处理，并获得心率量测结果；控制面板，配置于主机的一侧面上，用以连接并控制血压量测装置以及心率分析模块；以及第一显示设备，相邻配置于控制面板的一侧，与第二微处理器连接，用以显示心率量测结果的波形。

本发明更提供一种心率分析模块，包含：光源装置，用于提供光源 并使光源照射在物体上；讯号感测装置，用于量测光源照射自物体上的反射讯号后，并输出用户的心跳讯号；微处理器，储存并执行演算流程，以分析出用户的心跳情形。

附图说明

图1为本发明一实施例的血压计结构示意图；

图2为本发明一实施例之心率分析模块结构示意图；

图3为本发明一实施例之心率分析模块操作流程图；

图4为本发明之通过心跳相关讯号评估个人健康之讯号处理方法概略总流程图；

图5为本发明之心房颤动检测讯号筛选概略流程图；

图6为本发明之心房颤动检测讯号筛选详细流程图；以及

图7为本发明之异常心跳检测步骤流程图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。本发明主要揭露用于血压计上的心率分析模块以及一种包含心率分析模块的血压计，透过血压计上的心率分析模块，量测用户的心跳讯号，来进行评估个人健康。而与本发明有关血压计基本原理与功能，已为本技术领域的技术人员能够理解，故以下文中的说明，仅针对与本发明的心率分析模块有关的技术特征、解决本发明的技术问题以及达到的有益效果，进行详细说明。此外，于下述内文中的图式，亦并未依据实际的相关尺寸完整绘制，其作用仅在表达与本发明创造的技术特征有关的示意图。

请参见图1，图1为本发明所揭露的血压计结构示意图。本发明所揭露的血压计1，是由主机11、血压量测装置12及心率分析模块13所组成；其中，在主机11的一侧面上配置控制面板111，藉由控制面板111 上的按键来连接并控制血压量测装置12及心率分析模块13；并且包含显示或回馈装置，于一实施例中，包含第一显示设备112，相邻配置于控制面板111的一侧面上，用于显示血压量测之结果；第二显示设备113，相邻配置于控制面板111及第一显示设备112的一侧面上，用于显示心率量测及分析的结果。于本发明其他实施例中，可仅包含显示设备或包含多个显示或回馈装置，于本发明不加以限定。另外，主机装置内部配置有微处理器(图中未示出)，于一实施例中，微处理器为血压计微处理器、心率分析微处理器，或包含血压计、心率分析微处理器，于本发明不加以限定。于一实施例中，微处理器可与血压量测装置12及心率分析模块13连接，用于对血压量测装置12所量测到的血压及通过心率分析模块13处理过的数据进行分析后，将量测到的血压讯号送至第一显示设备112之后，于第一显示设备112显示血压讯号。另外，亦可接收心率分析模块13发出的讯号。于一实施例中，可将心率分析模块13的讯号送至第二显示设备113进行显示，或先对讯号作处理之後，再进一步送至第二显示设备113显示。关于血压计1的主机11之基本构造，已为相关技术领域具有通常知识者所能理解，在此不多加陈述。此外，血压量测装置12可为一种气压袖带、或是一种压电组件装置、或一光电装置(应用光体积描记法)，于本发明不加以限定。

请参见图2，为本发明所揭露的心率分析模块结构的实施例示意图。如图2所示，在本发明的实施例中，心率分析模块13为一种应用「光透射测量法」又称光体积变化描记图(Photoplethysmography,PPG)侦测心跳相关讯号的装置；此外，心率分析模块13亦可为一种应用「电讯号测量法」透过传感器，直接测量心肌收缩时产生电信号的装置；藉由心率分析模块13侦测心跳相关讯号或量测心肌收缩时产生的电信号，以判断出使用者的心率情况。本发明对于心率分析模块13的实施方式，并不加以限定。接着，如图2所示，当本发明的心率分析模块13选择使用一种应用「光透射测量法」作为心率量测的装置时，心率分析模块13包含光源装置131及光学传感器132。于操作时，使用者可将手指或肢体其他部位的皮肤，放置于心率分析模块13上，然后，光源装置131会发出光束至用户的皮肤，而光学传感器132则接收自使用者皮肤反射 或透射的光讯号，并记录其变化，藉以获知心跳情形。而此心率分析模块13运作的原理为，因为特定区域的人体皮肤肌肉组织等对光的吸收量原是恒定不变的，但皮肤内的血液容积会影响光的吸收量。因此，当心脏搏动时，皮肤内的血液容积亦呈搏动性变化，当心脏收缩时，皮肤外周血容量最多，光吸收量也最大。用光感测接收反射的光时，可以随着皮肤外周血容量所产生的微小变化，判断心脏跳动一次。同时，又因为血液对特定波长的光有吸收作用，故每次心脏泵血时，光源装置131发出的光束波长都会被大量吸收，故测量反射或透射的光讯号，即可确认心跳。在本发明的实施例中，心率分析模块13内包含微处理器(图中未示出)，可将接收的讯号进行分析处理，并将分析结果、PPG波形，传送至主机11的血压计微处理器，并转由第二显示设备113作显示。

请参见图3，为本发明一实施例之心率分析模块的操作步骤流程图，并在说明心率分析模块的操作流程步骤时，也请同时参阅本发明图1的血压计结构示意图。如图3所示，心率分析模块13的操作步骤流程如下：首先，如步骤21，使用者可透过血压计1的主机11上的控制面板111，启动心率侦测功能；并于确定启动后，此时使用者可将手指或其他肢体部位放置于心率分析模块13上一段时间，使得使用者的皮肤位于光源装置131及光学传感器132之上，在此使用者的皮肤是否接触光源装置131及光学传感器132并不加以限制。接着，如步骤22，心率分析模块13的光源装置131会发出光束，使光束能够接触到使用者的皮肤；而后，如步骤23，光学传感器132会接受反射、透射自使用者皮肤的光束。在本实施例中，经由实际量测结果，于此处所接收由光学传感器132所传来的心跳讯号，其可为一种高分辨率心跳间隔讯号(R-R interval)；在其他实施例中，可为其他类型的心。再接着，如步骤24，心率分析模块13的微处理器可将特定期间内所接收到的心率讯号，进行处理及演算，并输出一个判断心跳讯号是否为心房颤动讯号的分析结果。于一实施例中，心率分析模块13具有第一微处理器，用以对所述用户的所述心率讯号进行处理，而主机11具有第二微处理器，例如血压计微处理器，用以对所述用户的所述血压讯号，以及所述用户的所述心率讯号等讯号进行处理。此处所指的特定期间，可为5秒至60秒，较佳为20-40秒钟， 于此处不加以限定，换句话说，使用者必须将手指或其他肢体部位放置于心率分析模块13上一段时间。接着，如步骤25，心率分析模块13将分析结果传递至血压计1的主机11中的血压计微处理器；最后，如步骤26，主机11内的血压计微处理器，会将心率分析模块13的分析结果，转由第二显示设备113作显示；例如，若心率分析模块13之微处理器的分析结果是在特定期间内有心律不整的情况出现时，会将该期间的诊断结果，如心房颤动或心律不整的波形呈现在血压计1的第二显示设备113上，提醒使用者注意自身健康状态，或提醒使用者作进一步健康检查。此外，在本发明的实施例中，于第二显示设备113显示心率分析模块13的诊断结果同时，第二显示设备113亦能显示心率分析模块13所侦测的PPG波形，而第一显示设备112则可显示血压量测装置12所量测的血压相关数据。

再接着，请参考图4，为本发明所揭露的心率分析模块13所执行的藉由心跳相关讯号评估个人健康之讯号处理方法的步骤流程示意图。如图4所示，藉由心跳相关讯号评估个人健康的讯号处理方法包含以下步骤：步骤33，心跳讯号接收。于此步骤中，心率分析模块13侦测用户的心跳讯号。接着，在步骤34，心率分析模块13会侦测用户的心跳间隔时间讯号以及预定时间内的心跳数状态。于本发明中，此预定时间可为适当且固定之时间间隔，例如10秒钟至5分钟，于本发明不加以限定。随后，心率分析模块13将此预定期间内的心跳间隔时间讯号以及心跳数进行演算及判断。接着，进行步骤35，判断是否为心房颤动讯号。心率分析模块13会依据心跳间隔时间讯号、心跳数、标准偏差等讯息，判断所接收到的讯号是否为心房颤动讯号。若判断为心房颤动讯号时，会进行步骤36，发出心房颤动警示；而若判断不为心房颤动讯号时，则会进行步骤37，判断是否存在异常心跳。于本发明所揭露的技术中，所指的异常心跳，包括早发波、快速心搏、慢速心搏、与特殊联律的心跳讯号等等。而此处所指的正常心跳则为窦房结造成的讯号。若判断不存在异常心跳时，执行步骤38，即不显示任何警示；若判断有异常心跳存在时，则进入步骤39，发出心律不整警示。于本发明的实施例中，心律不整警示是显示于第二显示设备113的警示讯息。步骤34至39心跳讯 号检测步骤的各步骤详细流程，将随后详述。

接着，请参阅图5，为本发明的心房颤动检测讯号筛选概略流程图。于本发明中，藉由心跳相关讯号评估个人健康的讯号处理方法步骤中，步骤35判断是否为心房颤动讯号，其细节步骤可概略分为三个讯号处理及筛选阶段：步骤351，第一阶段筛选(筛检讯号是否为非心房颤动心跳)，于此筛选阶段中，会先筛检所侦测到的讯号是否确定为非心房颤动心跳。若确定为非心房颤动心跳，将进入步骤37，判断是否存在异常心跳。而若筛检结果显示讯号可能为心房颤动心跳，则进入步骤352第二阶段筛选。于步骤352中，将步骤351中判定并可能为心房颤动心跳的讯号，进一步筛选出确定为心房颤动讯号的讯号，并进入步骤36，发出心房颤动警示。于一实施例中，本发明的心房颤动警示为第二显示设备113所显示的警示讯息。此外，在本发明的其他实施例中，亦可包含第三阶段筛选步骤。若第二阶段筛选步骤后，于剔除异常心跳讯号之步骤后，剩下不确定的讯号量超过一预定范围，例如多于6-10心跳数，则可进入步骤353，第三阶段筛选。此阶段筛选，可筛选出较不明显的心房颤动讯号，若判断为心房颤动讯号，同样进入步骤36发出心房颤动警示；而若判断非为心房颤动讯号，则进入步骤37，判断是否存在异常心跳。

请参见图6，图6为本发明所揭露的心房颤动检测讯号筛选详细步骤流程图。如图6所示，心房颤动检测步骤包含步骤351，第一阶段筛选；步骤352，第二阶段筛选；于本发明其他实施例中，亦可包含步骤353，第三阶段筛选。于此些筛选阶段中，若侦测到确定为心房颤动之讯号，皆会进入步骤36，发出心房异常警示。其中，步骤351，第一阶段筛选，其详细流程如下：首先执行步骤3511，计算预定时间内的心跳数。此步骤为计算一预定时间内，心跳的数目，此一预定时间可为一适当且固定的时间，例如5秒钟、10分钟，或可介于5秒钟至10分钟间，于本发明不加以限定。接着，进入步骤3512，计算预定时间内所有心跳间隔时间的平均值、标准偏差、相邻心跳间隔的时间差值。接着，进入步骤3513，与第一正常筛选数据库比对，判断是否为非心房颤动心跳。步骤3513所使用的第一正常筛选数据库，为统计健康人心跳趋势撰写 出的判断法则。此数据库包含正常心率的平均值、心率的标准偏差、相邻心率的差值的分布状态及比例等数据，可用与步骤3512所计算出的数值，作比对参考，可藉以筛选出符合正常数据库范围的讯号。于一实施例中，第一正常数据库所包含的数值为「心率的平均值介于80～100bpm，心率的标准偏差阈值为20」。使用此数值作为第一正常筛选数据库作筛检时，当所侦测到的心率平均值介于80～100bpm，心率的标准偏差小于20，所侦测到的讯号会被判定为非心房颤动讯号。此时将进入步骤37，判断是否存在异常心跳。于本发明的另一实施例中，第一正常筛选数据库中所包含之心率标准偏差阈值为10至20间之一数值，于本发明不加以限定。

请继续参考图6，在步骤3513，第一正常筛选数据库对比，判断是否为非心房颤动讯号的步骤，若筛检结果显示所侦测到的讯号，与第一正常数据库比对显示为异常讯号，例如当心率的平均值并非介于80～100bpm，心率的标准偏差大于20，则会进一步执行步骤352第二阶段筛选。第二阶段筛选程序的详细步骤如下：步骤3521，剔除异常心跳。此阶段利用判断相邻心跳间隔时间与中位数之差值是否大于异常心跳阈值的方式，剔除异常心跳，剩余的心跳为仍不确定的讯号。此部分讯号处理方式如下：先计算相邻心跳之间隔时间差，其后，判断相邻心跳之间隔时间差是否大于异常心跳阈值。于本发明的一实施例中，所述异常心跳阈值可为5-15bpm，于本发明不加以限定。相邻心跳的心跳差大于异常心跳阈值，判断为异常心跳的讯号将被剔除。接着，进行步骤3522，第二正常筛选数据库对比，判断是否可能为心房颤动。在此阶段，统计步骤3521剔除异常心跳后，剩余不确定的心跳数量，与第二正常筛选数据库作对比。此处所指的第二正常筛选数据库，其内容为「剔除异常心跳后剩余的讯号数量阈值」。例如，于本发明的一实施例中，第二正常筛选数据库之值为「剔除异常心跳后剩余的讯号数量为6个心跳」。于本发明的各实施例中，第二阶段筛选数据库的讯号数量阈值可为6-10个心跳数，于本发明不加以限定。若第二阶段筛选数据库的讯号数量阈值为6个心跳数，当步骤3521剔除异常心跳后，剩余不确定的讯号数量小于6个心跳数，则判断讯号不为心房颤动讯号。而若剩余的 讯号数量大于6个心跳数，则进一步进行步骤3523，心跳变异程度检测。于此步骤，将计算于步骤3521剔除异常心跳后，剩余不确定的心跳，其心跳变异程度，以利于随后进一步判读剩余不确定的讯号。心跳变异程度的计算准则为，计算心跳差在一阈值范围内之心跳在全部心跳占的比例，于本发明的一实施例中，该阈值范围为心跳差在10-40bpm之间。接着执行步骤3524，第二异常筛选数据库对比，判断是否为心房颤动。于此步骤中，会将步骤3523所计算出之心跳变异程度，与第二异常筛选数据库作对比，判断是否为心房颤动。第二异常筛选数据库之内容，为「心跳差在一阈值范围内之心跳，在全部心跳占的比率阈值」。所述心跳差阈值范围，与步骤3523之心跳差阈值范围相同，于本发明一实施例中为心跳差在10-40bpm之间。而所述比率阈值，于本发明之一实施例中可为40-60％。意即，若心跳差在10-40bpm之间的心跳，在全部心跳占的比率超过40-60％，则判断为心房颤动。于此步骤若判读出心房颤动讯号，同样进入步骤36发心房颤动警示。

请继续参阅图6，于另一实施例中，若步骤3524第二异常筛选数据库比对，判断是否为心房颤动后，发现心跳差符合心跳差阈值范围的心跳，在全部心跳占的比例未超过第二异常筛选数据库的比率阈值，则可进入步骤353第三阶段筛选，于此阶段，将可进一步筛选出较不明显的心房颤动讯号。第三阶段筛选的详细步骤如下：步骤3531，第三正常筛选数据库比对，判断是否为心房颤动。于此阶段的判断法则为判断异常心跳的相关性。异常心跳相关性的判断方法为，检视「异常心跳之前后心跳间隔，与正常心跳之间是否有倍数关系」，若异常心跳的两两心跳间隔时间，与正常波的两两心跳间隔时间，呈现倍数关系，且此倍数关系符合统计出的一倍数关系阈值，则可判断异常讯号与正常讯号的具相关性，表示此讯号可能不属于心房颤动讯号，须进一步分析。于一实施例中，上述的倍数关系阈值可为1.3倍至2.5倍的任意值，于本发明不加以限定。于阈值为1.3倍至2.5倍时，异常心跳之相关性达50-80％。于此实施例中，若异常心跳的相关性未达50-80％，可判断为心房颤动，可进入步骤36发出心房颤动警示。反之，于此实施例中，若异常心跳的两两心跳间隔时间，与正常波的两两心跳间隔时间，呈现1.3～2.5倍 间的倍数关系，即为异常心跳的相关性达到50-80％，表示仍不确定是否为心房颤动讯号，将进入步骤3532进一步分析。接着进入步骤3532，计算心跳间隔时间标准偏差，将第二阶段筛选时剔除异常心跳后剩余讯号的心跳间隔时间的标准偏差计算出，可供进一步筛选及判断。步骤3533，第三异常筛选数据库对比，判断是否为心房颤动，此阶段可筛选出较不明显的异常数据。步骤3533所使用的第三异常筛选数据库，为统计心房颤动者心跳趋势，撰写出的判断法则，其包含正常心率的平均值、心率的标准偏差、相邻心率的差值的分布状态及比例等数据，可用与步骤3532所计算出的数值，作比对参考，藉以筛出与心房颤动数据相符的讯号。第三异常筛选数据库的统计方式，与步骤3513所使用的第一正常筛选数据库，以及步骤3524所使用的第二异常筛选数据库是相同的，但第三正常筛选数据库的数值范围最小，可藉以更精准及严格地筛选出较不明显的心房颤动讯号。于一实施例中，第三异常筛选数据库所包含之数值为「正常心跳的标准偏差阈值」。于一实施例中，此正常心跳标准偏差阈值为5-15bpm，例如10bpm。若第三异常筛选数据库的正常心跳标准偏差阈值为10bpm，而步骤3532所计算出的数值大于10bpm，可判定为心房颤动，并同样进入步骤36发出心房颤动警示。

请参见图7，图7为本发明之异常心跳检测步骤流程图。步骤37，判断是否存在异常心跳，其步骤包含：步骤371，计算预定时间间隔内所有心跳间隔时间的中位数；步骤372，计算所有心跳间隔时间与中位数的差值；步骤373，计算相邻心跳之间隔时间差，步骤373并非必要步骤，但若加入此步骤的处理，可以更精准地判定；步骤374，判断各心跳间隔时间与中位数的差值是否大于异常心跳阈值。于本发明的一实施例中，所述异常心跳阈值可为5-15bpm，于本发明不加以限定。若异常心跳阈值为5-15bpm，而各心跳间隔时间与所有心跳间隔时间中位数的差值小于异常心跳阈值5-15bpm，则进入步骤375，判定异常心跳不存在，不警示；而若心跳间隔时间与所有心跳间隔时间中位数的差值大于异常心跳阈值5-15bpm，则进入步骤39，心律不整警示。于本发明的一实施例中，心律不整警示显示于第二显示设备113，于其他实施例中，可为其他显示方式，或为听觉警示。

于本发明的另一实施例中，本发明的心率分析模块13所执行的藉由心跳相关讯号评估个人健康之讯号处理方法更可包含病征分析步骤(图中未示出)。此步骤可于异常心跳检测步骤后进一步将心跳讯息精确分析。在确定无心房颤动讯号时执行检测，确定心跳所代表的生理状态，可判定心律不整。其步骤如下：心率分析模块13利用节律演算程序，判断异常心跳于该心跳间隔时间讯号的发生位置，例如整段讯号中有10个波，侦测出在第2波，则发生位置为2。内存装置13储存有“各异常心跳位置可能对应何种病征”的信息，而节律演算程序可分析所侦测到的异常心跳位置，与所储存之数据库数据相比，进一步判断所侦测到的位置信息，可对应何病征，各数据是否有早发波、快速心搏、慢速心搏或特殊联律，。例如当异常心跳与正常心跳间隔出现二次以上时，即为「双联律」。获得分析结果后，发出病征讯号至显示设备，于一实施例中，为第二显示设备113。

于本发明的各实施例中，可在传统居家用的血压计上，加上心脏疾病分析模块，成为同具有血压量测及心率分析功能的心脏、血管疾病监视器，用于病人的日常心血管健康监控非常方便。

虽然本发明以前述的较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习所属技术领域的技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的专利保护范围须视本说明书所附的申请专利范围所界定者为准。