穿戴式或手持式设备用之生理电极装置的制作方法

本发明是关于穿戴式或手持式设备用之生理电极装置，尤其是记录电生理讯号用之穿戴式或手持式设备用之生理电极装置。

背景技术：

美国自1900年迄今，每年第一名死亡原因皆是心脏病。藉由心电图可早期诊断出大部份的心脏病，然而对于早期的心脏病患而言，其心电图并非每次都异常而是偶发性异常，此些偶发性异常所造成的表征例如是每日仅一两次持续数秒的胸痛或气闷，除此之外，患者其它时间的心电图皆正常。此异常心电图是诊断心脏病的重要依据。要记录偶发的异常心电图，效果最好的是霍特氏心电图记录机(Holter ECG recorder)，其可连续记录24小时大约10万次心搏的肢导与胸导的心电图，后续再由心脏内科医师仔细判读。然而，使用霍特心电图记录机要贴许多生理电极在身上，这会让人皮痒难耐。而目前唯一被认可在医疗应用的标准生理电极，是银/氯化银/氯化钾(Ag/AgCl/KCl)结构(参考ANSI/AAMI EC12：Disposable ECG electrodes)，这也是一般电化学和电生理研究中常用的结构。此生理电极具有银、由银片表面所氧化成的氯化银薄膜及一层富含氯化钾的凝胶。将此生理电极贴在皮肤上，可藉由钾离子与氯离子将心脏、肌肉或脑细胞活动产生的电生理讯号经过大血管至小血管(内含血液是良导体)再经过皮肤的汗腺(汗液含钾钠氯离子易导电)传导至氯化钾/氯化银/银界面。心电图设备再由下面所列的两个电化学反应，将血液中之离子流(Cl^-、Na⁺、HCO^-、K⁺等)所呈现的电生理讯号转换成金属导体(银、铜等)中的电子流或半导体中的电子/电洞流。电子流或电子/电洞流即使在不同的导体(银、铜、或硅)中流动，接口所引起的噪声仍然很小可忽略，故可轻易在集成电路中进行放大、滤波等处理。

Ag←→Ag⁺+e-；

Ag⁺+Cl^-←→AgCl；

凝胶内采用氯化钾而不用氯化钠的原因，是因为氯离子与钾离子在水中的扩散速率很接近，在扩散时碰到半透膜引起的膜电位(membrane potential)很小。相对地，氯离子与钠离子在水中的扩散速率相差较远，易形成额外的膜电位，干扰要撷取的生理讯号而导致较不准确的结果。然而，细胞内液的钾离子浓度较高，而细胞外液、血液及汗液的钾离子浓度较低，不足以造成稳定的电位，因此，仅以表皮的汗液导电并不理想，必须外加氯化钾溶液。在符合ANSI/AAMI EC12的标准生理电极内，只要电极的温度接近体温、凝胶中的银离子与氯离子两者的浓度维持稳定，上述电化学反应所形成的半电池电位(half-cell potential)就会稳定，也就能顺利取得电生理讯号了。电生理讯号经过贴在皮肤上的电极，传导至模拟电路再至数字电路，再经过韧体和软件等等的运算处理后，可组成心电图(ECG)、肌电图(EMG)、脑电图(EEG)等，用于诊断各种疾病以维护人体健康。在实际应用上，银较贵且较软，故常以较硬的铜合金为本体，在本体的一面镀银薄膜，再将银薄膜浸泡在稀盐酸中通正电行阳极处理，银表面即氧化形成氯化银薄膜；在铜本体的另一面镀锡、镍、或金避免铜本体在空气中氧化，如此一来，铜本体可接触或焊接其它导体以连接半导体电路。目前在医院常见的生理电极呈圆盘状，其核心为一直径约10mm的银/氯化银片，一侧有凝胶以接触皮肤而另一侧有按扣(snap-in button)以藉由电线连接至心电图计、肌电计或脑电图计等仪器。

请参考图1，图1显示Einthoven三角形所定义的三肢导。对于心电图而言，最常用于疾病诊断的是如图1中所示的Einthoven三角形所定义的三肢导I、II、III(limb肢导I，II，III)。

由定义上看，要取得肢导，电极可以放在上下肢的任何一处皆可。然而在实际应用上，通常电极是贴在腕部或踝部内侧，因为此部份电极到血管之间仅是薄薄的肌腱而几乎无肌肉，故可避免肌肉运动对肢导造成干扰(motion artifact)，例如人体不可避免的呼吸运动就必然会对肢导I(肢导I)造成基线漂移(baseline wandering)。对于心脏内科医师要审视的诊断用心电图，需要高品质低干扰，因此必须让病患静卧并在腕部及踝部内侧贴电极，避免运动干扰。对于手持式或穿戴式设备而言，其常常是用来撷取在活动中、而非静卧中的人体电生理讯号，必然会面临更严重的运动干扰。

虽然银/氯化银/氯化钾(Ag/AgCl/KCl)结构电极可取得品质良好的心电图，但长时间接触银、氯、钾离子和凝胶，会使皮肤红肿发痒很不舒服，超过两天就可能溃烂发炎化脓，这是在加护病房常见的。并且绑一台心电图机在身上，严重干扰日常生活作息，绝大部份的心脏病患戴了一天之后，就不愿再戴。为了解决此问题，市售有多款手持式或穿戴式事件记录心电图机(Event ECG recorder)，让病患在感觉不适时才撷取心电讯号，平常则不接触皮肤也不撷取心电讯号，以避免皮痒。由于凝胶会沾黏，既引起不适又影响日常生活，且氯化银呈深棕色，既不美观又易损耗剥落，所以绝大部份的手持式或穿戴式事件记录心电图机，都不采用标准的银/氯化银/氯化钾(Ag/AgCl/KCl)生理电极，也不用凝胶，而是用金属或导电化合物当导体，直接碰触人体以撷取生理讯号，这种电极常称为干电极(dry electrode)。由Michael Neuman等人的研究得知(参考Neuman，M.R.Chap.48，“Biopotential Electrodes.”in″The Biomedical Engineering Handbook：Second Edition″，Edited by Joseph D.Bronzino)，相较于标准的银/氯化银/氯化钾生理电极，干电极有阻抗较高、接口电位不稳定、易受温度变化等缺点而造成低频漂移或高频(60Hz或无线电频率)噪声，因此藉由干电极所取得的电生理讯号品质甚差。这是因为干电极并没有稳定的电化学反应来维持接口电位，而且它本身没有凝胶保存氯化钾水溶液，必须依赖皮肤上水份(汗水)将生理讯号传导到心电图电路。汗水中钾离子远少于钠离子，离子扩散时会形成膜电位干扰，构成一种低频漂移。特别是在干冷环境下，皮肤上的水份很少，难以提供足够的导电性，致噪声干扰很严重。

参考图2，图2显示理想的肢导I心电图。由于心电图中的P波、T波、U波等皆为低频且振幅很小的讯号，仅QRS波群的振幅较大，因此对于心电图(ECG)、肌电图(EMG)、脑电图(EEG)三者而言，心电图最容易受到低频漂移干扰。干电极常有低频漂移或高频(60Hz或无线电频率)噪声，使得P波、T波、U波等被淹没在噪声内(参考US 2014/0249398 A1的图2)，只有振幅较大的QRS波群能被鉴别。仅能鉴别QRS波群的心电图，只能用于计算心率或进行心率变异(Heart rate variability，HRV)分析，但不足以进行常规的心脏病诊断。

干电极还有一项严重的缺点很不利于事件记录心电图机的应用，即其反应很慢，往往要在电极接触皮肤十余秒后才能取得讯号。这对异常心电图仅维持数秒钟的早期心脏病患而言，难谓有帮助。干电极反应很慢的原因系如下述。

参考图3，图3显示生理讯号经皮肤和电极传导到电生理讯号放大电路的电路示意图。习知之电生理讯号放大电路的输入端是一仪表放大器(参考Analog Devices Inc.出产之AD8220规格书)，为了保护仪表放大器免于人体的静电伤害并降低无线电之干扰，输入端必须搭配一些电阻、电容和二极管。除此之外，仪表放大器的输出端还有由电阻电容组成的高通及低通滤波器。在电极接触人体之前，这些电容和二极管既有的电荷很可能使仪表放大器的输出漂到上饱和或下饱和区，而无法呈现电生理讯号；在电极接触人体之后，这些电容和二极管开始被人体充电或放电，达一稳定状态后，仪表放大器的输出才漂回到线性区，才能呈现电生理讯号。电极接触人体到仪表放大器能呈现电生理讯号所经的时间，称为瞬时时间(transient time)。若用标准生理电极(符合AAMI EC12)，由于其电阻低于3千奥姆(4.2.2.1，AAMI EC12)，因此其瞬时时间通常远低于一秒钟，使用者几乎感觉不到；若是在干冷的环境下用干电极，由于其电阻可能高达数百万奥姆，因此其瞬时时间可能长达十余秒钟。对于在医师诊疗室中躺三分钟用标准生理电极撷取完整12导程心电图的病患而言，瞬时时间十余秒钟几乎不影响；但是，对于使用穿戴式或手持式设备撷取偶尔出现数秒钟异常心电图的病患而言，瞬时时间的长短决定了实用与否。

综合上述，干电极所撷取的心电图品质不佳，仅能用于计算心率或进行心率变异分析，但不足以进行常规的心脏病诊断，若要应用在手持式或穿戴式事件记录心电图机，目前仍有未臻完美之处。美国专利US5289824及5613495请求一款腕表式事件记录心电图机，此发明已获得美国政府上市许可(K945476，商品名Hearth Watch III)。在此产品中，电极系位于表身内面并用以长期接触戴表之手腕。使用此产品时，穿戴者以非戴表手之手指轻触心率计上表面之电极，如此左右手各触一电极，即可取得心电图之R峰来计算心率。但此产品的电极使用不易锈蚀的钛，或再覆以导电的氮化钛、碳化钛 或碳氮化钛，以使电极表面较美观。其未使用银/氯化银片亦未使用氯化钾水溶液，当手指皮较厚又较干不易导电时，必须等待较长时间才能取得心电图。除此之外，手指皮肤电阻抗较大，心电图讯号易受60Hz、无线电及肌肉运动干扰。

US 5,778,882揭露一可携式保健信息追踪设备，但未说明其电极架构。

US 6,587,712 B1揭露一可携式心电讯号监控设备，其具有由使用者手持之类似听诊器的一探头(含两个电极)。当使用者将探头按在胸廓上时，可取得心电讯号。然而，如此获得的心电讯号并非Einthoven定义的肢导心电图，此专利也未说明电极材质。

US 7,171,259 B2陈述先前腕表型心率测量设备的缺点：使用者仅以一支手指的指尖碰触腕表外侧，因此两手的相对位置不稳定、手指肌肉活动造成干扰、及接触面积太小且表皮太干，如此所取得的心电讯号很不稳定难以解读。此专利提出一改良性架构，其在腕表外侧设置多个电极让使用者以两支手指″环扣″腕表(例如以食指和拇指组成一圈)，如此可使两手的相对位置较稳定，且接触面积较大，可得到较佳的心电讯号品质。此专利亦提出以透明导电材质氧化铟锡(Indium-Tin-Oxide，ITO)镀于表面，使表面兼具电极功能以取得较大接触面积，但此专利未提出银/氯化银/氯化钾电极架构。

US 7,197,351 B2揭露了一款手持式设备，其外壳含两个电极，一电极供使用者右手握持时接触，另一电极位于设备底侧以接触左胸，以取得肢导I之肢导心电图。此专利未说明电极材质，在使用时必须赤裸左胸，且右手电极是透过手掌及手指的肌肉才连接到手腕的大血管，故使用时右手必须适当出力才能握持设备并接触左胸，因此不可避免会受右手肌肉运动干扰。

US 7,471,976 B2揭露揭露一名片型手持式设备，其在两侧处各设有一无凝胶电极供使用者的手指接触以取得心电图。此专利仅说明电极的材质是导电金属或橡胶，且未使用氯化钾水溶液。

US 7,894,888 B2揭露一腕表型的心电讯号记录器，其表本体内层设有一电极，本体外层和表带设有两电极。将手指和左下腹接触此腕表，即可撷取Einthoven定义的三肢导。此专利提出以压力、红外线或电阻抗传感器，得知电极是否接触身体，以适时启动心电图电路，但此专利未说明电极材质。

US 7,896,811 B2揭露一手持式设备(例如手机)，其在机壳处装设有两电极及两压力传感器。但此专利未说明电极的材质，也未用到氯化钾水溶液。

US 8,082,762 B2揭露一款含导电材质及有弹性之纺织品的电极，安装在衣物上。其中一实施例为铜体镀银线(silver plated copper wire)和尼龙体镀银纺纱(silver metalized nylon yarn)，但其作用为导电，而非银/氯化银架构，故不能维持一稳定的电化学电位。

US 8,214,008 B2揭露一款以含导电材质且有弹性的纺织品作为电极，安装在衣物上，其中一实施例为含银微粒的纤维，但其作用为导电，而非银/氯化银架构，故不能维持一稳定的电位学电位。

US 8,244,336 B2及US 8,095,199 B2揭露了一款手持式设备，其外壳含两个电极，一电极供使用者右手握持时接触，另一电极位于设备底侧以接触左胸，以取得肢导I之肢导心电图。此专利未列出电极材质，在使用时必须赤裸左胸，且右手电极是透过手掌及手指的肌肉才连接到手腕的大血管，而使用时右手必须适当出力才能握持并接触左胸，因此不可避免会受右手肌肉运动干扰。

US 8,359,088 B2揭露了一款为折迭式手机而设计的外套，含一双不锈钢、铜或黄铜材质的电极，以撷取心电图。

US 2009/0048526 A1亦为一腕表型的心电讯号记录器，它系利用单腕而非双腕取得的脉搏电讯号来侦侧心跳。此记录器可以获得心率，再由心率计算心率变异，但无法得到Einthoven定义的肢导心电图。此记录器能提供的生理或病理讯息远不及肢导心电图。

US 201I/0066042 A1揭露一手持式设备，其含有心电图、心音、及加速度感测电路。此专利未说明电极的材质。

US 2013/0261414 A1揭露一手持式设备，其包含两电极及两个光血管容积(photo plethysmograph，PPT)传感器，由两食指取得心电图及脉波讯号。但此专利申请案未说明电极的材质，也未用到氯化钾水溶液。

US 2014/0249398 A1揭露一种利用手持式设备(例如手机)计算脉搏传递时间(Pulse Transient Time，PTT)的方法，其利用设有两个电极的手持式设备由双手取得心电讯号并且利用安装于手持式设备上的摄影机由瞳孔取得脉波讯 号，以此两者之时间差作为脉搏传递时间。此专利申请案未说明电极的材质。

上述先前技术皆采用干电极，因此会有阻抗高、基线漂移、瞬时时间长等缺点。为了克服上述缺点，受美国专利US5928141及US 6,345,196 B1保护并获得美国政府上市许可的产品(K012012，商品名ecg@home)实施一种约名片大小的手持式设备，其两侧各设有一银/氯化银电极供使用者手指接触，电极表面富含小孔以容纳氯化钾水溶液。此产品在平常不使用时系收藏在提包或衣袋，要使用时需在电极处滴氯化钾溶液以增加导电性，始能开始记录，这段准备过程大约耗时十秒，对于胸痛仅数秒钟的初期心脏病患而言，不易撷取到异常心电图。

综合上述，要能及时撷取偶发的异常心电图用于疾病诊断，又不想长时间黏贴电极，较佳的方法是利用装有银/氯化银/氯化结构之电极的手持式或穿戴式设备(手机或腕表)，并配合将氯化钾水溶液涂布在身体的适当部位却不会导致凝胶所造成的不舒适。电极接触的皮肤和大血管之间较佳地无肌肉，且手持或穿戴的姿势较佳地是让使用者尽量放松不必用力以减少肌肉运动干扰的姿势。完成记录后，电极停止接触皮肤以避免皮肤过敏致痒。

技术实现要素：

本发明之目的在于提供一种易及时使用、无生理负担且记录精确可靠的穿戴式或手持式设备用之生理电极装置。在一态样中，此生理电极装置包含一导电本体、位于该导电本体上方的一银层、位于该银层上方的一银化合物层、位于该银化合物层上方的一液体吸附暨释放组件、包覆该液体吸附暨释放组件之上表面与部分侧面的一阻挡组件、及用以使该阻挡组件于至少两位置之间往复的一移动机构。

在根据本发明之一实施例中，该阻挡组件是用以与一弹簧耦合、或与一扣件衔合、或与一微动开关连接。

在根据本发明之一实施例中，该阻挡组件是一具有弹性可曲挠材质的弯曲片状结构。

在根据本发明之一实施例中，该阻挡组件有一向内延伸之边缘，以抓持该液体吸附暨释放组件。

在根据本发明之一实施例中，该银层与该银化合物层共同具有向内延伸之边缘，以抓持该液体吸附暨释放组件。

本发明之另一目的在于提供一种易及时使用、无生理负担且记录精确可靠之用于记录心电图的穿戴式设备。在一态样中，此用于记录心电图的穿戴式设备包含一穿戴式设备内面、和该穿戴式设备内面相对的一穿戴式设备外面、一本体、及一第一电极与一第二电极。该本体包含一心电图放大电路、一微控制器、一内存、一电池及一控制韧体。该第一电极与该第二电极中的每一者包含一银层与一银化合物层、一阻挡组件、一液体吸附暨释放组件、及一移动机构。该第一电极是位于该穿戴式设备内面处并用以置于一腕部之一桡动脉与一尺动脉之间。该第二电极是位于该穿戴式设备外面处。该第一电极与该第二电极可分别连接至该心电图放大电路的两输入端。

在根据本发明之一实施例中，该用于记录心电图的穿戴式设备更包含一第三电极装置位于该穿戴式设备外面处，该第三电极装置包含一银层与一银化合物层、一阻挡组件、一液体吸附暨释放组件、及一移动机构。该第三电极装置连接该心电图放大电路的一第三输入端。

在根据本发明之一实施例中，该用于记录心电图的穿戴式设备是一腕表。

在根据本发明之一实施例中，该心电图是利用内建之一无线传输装置，传送至其它通讯设备，以便显示、储存、分析及/或诊断。

本发明之更另一目的在于提供一种易及时使用、无生理负担且记录精确可靠之用于记录心电图的手持式设备。在一态样中，此用于记录心电图的手持式设备包含具有一第一面以及与该第一面相对之一第二面的一设备本体以及一第一电极装置与一第二电极装置。该设备本体更包含一心电图放大电路、一微控制器、一无线传输电路、一内存、一电池与一控制韧体。该第一电极装置系位于该设备本体之该第一面并包含一银层与一银化合物层以及一液体吸附暨释放组件。该第二电极装置是以一转臂与一枢纽与该设备本体连接。该第一电极装置与该第二电极装置分别电性连接至该心电图放大电路之两输入端。当该手持式设备处于不进行记录之状态时，该第二电极装置是用以遮覆该第一电极上装置以避免该第一电极装置暴露，当该手持式设备欲进行记录时，该第二电极是用以被翻转至该本体之该第二面以露出该第一电极装置 与该第二电极装置供一使用者接触。

在根据本发明之一实施例中，该用于记录心电图的手持式设备更包含一永久磁石或一弹簧用以使该第二电极装置紧靠该第一电极装置。

在根据本发明之一实施例中，该用于记录心电图的手持式设备更包含位于该手持式设备之一侧面且电性连接至该心电图放大电路之一第三输入端的一第三电极装置。该第三电极装置包含一银层与一银化合物层、一阻挡组件、一液体吸附暨释放组件、及一移动机构。

本发明之更另一目的在于提供一种易及时使用、无生理负担且记录精确可靠之用于记录心电图的腕戴设备。在一态样中，此用于记录心电图的腕戴设备包含一主腕带及一副腕带，其中该主腕带与该副腕带系分别用以穿戴在一使用者的两手腕。该主腕带包含一本体、一第一束带、一第一电极装置、一第一导电接点及二条第一连接线。该本体包含一心电图放大电路、一微控制器、一电池、一内存与一控制韧体。该第一电极装置是位于该第一束带内侧并用以置于一腕部之一桡动脉与一尺动脉之间。该第一电极装置包含一第一银层与一第一银化合物层、一第一阻挡组件、一第一液体吸附暨释放组件、及一第一移动机构。该第一电极装置是以两条该第一连接线中的一者连接至该心电图放大电路之一第一输入端，且该第一导电接点是以两条该第一连接线中的另一者连接至该心电图放大电路之一第二输入端。该副腕带包含一第二束带、一第二导电接点、一第二电极装置及一条第二连接线。该第二电极装置是位于该第二束带内侧并用以置于另一腕部之一桡动脉与一尺动脉之间。该第二电极装置包含一第二银层与一第二银化合物层、一第二阻挡组件、一第二液体吸附暨释放组件、及一第二移动机构。该第二导电接点是以该第二连接线连接至该第二电极装置。

在根据本发明之一实施例中，该该主腕带更包含一开关。该开关于该主腕带和该副腕带接触与不接触时分别呈现不同的逻辑状态予该微控制器。

本发明之穿戴式或手持式设备用生理电极在不进行电生理讯号记录时，阻挡组件盖住电极以避免电极接触身体造成皮肤过敏致痒并同时阻止电化学溶液蒸发；在进行生理讯号记录时，使用者可迅速顺手地拨开阻挡组件，使电极露出接触身体并同时挤压液体吸附暨释放组件而释出电化学水溶液。藉 此，电化学溶液得以涂抹在电极上形成良好的电导体，大幅缩短瞬时时间，俾便立即取得低噪声高品质的电生理讯号。是以本发明之穿戴式或手持式设备用生理电极可改善现有技术的缺失，顺利记录早期心脏病患的异常心电图但不致引起皮肤不适。

为让本发明的上述目的、特征和优点更能明显易懂，下文将以实施例并配合所附图式，作详细说明如下。需注意的是，所附图式中的各组件仅是示意，并未按照各组件的实际比例进行绘示。

附图说明

图1显示Einthoven三角形所定义的三肢导。

图2显示理想的肢导I心电图。

图3显示生理讯号经皮肤和电极传导到电生理讯号放大电路的电路示意图。

图4A所示为本发明一实施例之一生理电极装置的横剖面图。

图4B与4C显示根据本发明不同实施例之移动机构及阻挡组件的俯视图，图中亦显示阻挡组件移动前与移动后之位置。

图4D与4E显示图4B与4C中之实施例的变化型，本图中亦显示阻挡组件移动前与移动后之位置。

图4F显示根据本发明一实施例之一扣件的示意图。

图5显示根据本发明实施例之生理电极装置应用于穿戴式或手持式心电图记绿器的系统架构。

图6显示根据本发明另一实施例之一生理电极装置的横剖面图。

图7A显示根据本发明一实施例包含本发明之生理电极装置之腕表的内面与外面俯视图。

图7B显示记录心电图时图7A之腕表的使用状态。

图8显示人体之腕部内侧的示意图。

图9A显示根据本发明另一实施例包含本发明之生理电极装置之腕表的内面与外面俯视图。

图9B显示显示使用者左手戴上图9A之腕表后的状态。

图10-12分别显示记录第一、二、三导程心电图时图9A之腕表的使用状态。

图13显示根据本发明一实施例之包含本发明之生理电极装置之手机分别在不撷取与撷取电生理讯号时的状态侧视图。

图14显示图13之实施例的变化型。

图15显示根据本发明一实施例包含本发明之生理电极装置之双腕带穿戴设备的使用状态图。

具体实施方式

下面将详细地说明本发明的较佳实施例，举凡本中所述的组件、组件子部、结构、材料、配置等皆可不依说明的顺序或所属的实施例而任意搭配成新的实施例，此些实施例当属本发明之范畴。

实施例一：

请参考图4A，其显示根据本发明一实施例之一生理电极装置的横剖面图。此生理电极装置包含一导电本体1如铜合金本体、位于该导电本体1上方的一银层2、位于该银层2上方的一银化合物层2’如一氯化银层、位于该银化合物层2’上方的一液体吸附暨释放组件4、包覆该液体吸附暨释放组件4之上表面与部分侧面的一阻挡组件3如一挡片、及用以使该阻挡组件3于至少两位置之间往复的一移动机构(未显示于图4A中，后续将参考图4B-4F详细说明)。只要能维持良好的导电性，导电本体1可以是任何金属之合金、化合物、导电聚合物、或其它材料如奈米碳管。在一实施例中，液体吸附暨释放组件4为可压缩且富含孔洞的结构如人造泡绵(sponge)或水胶(hydro-gel)，是以其吸收电化学溶液如氯化钾水溶液(Potassium chloride solution)后体积略为膨胀，俾以接触银化合物层2’之上表面并与阻挡组件3紧密嵌合不致脱落。应注意，电化学溶液和银化合物层2’应具有一共同的离子，在本实施例中此共同的离子为氯离子。然而，此一共同的离子也可以为其它离子。在一实施例中，阻挡组件3可为一具有弹性可曲挠材质(例如塑料)之弯曲片状结构。以剖面视之，阻挡组件3之外缘稍向内延伸呈一C型，使液体吸附暨释放组件4在操作期间不会因正常移动而脱落，但可被工具(如镊子)拉出以便清洗或更 换。由于阻挡组件3与液体吸附暨释放组件4紧密嵌合，当阻挡组件3在银层2与银化合物层2’(后文中将两者简称为电极)上方移动时会使液体吸附暨释放组件4同步移动，如此即可将电化学溶液如氯化钾水溶液(为了便于说明，后文中将使用氯化钾水溶液来代表电化学溶液)均匀涂布在电极上。阻挡组件3在被使用者拨动时会略为变形，即可挤压阻挡组件3内部的液体吸附暨释放组件4，以挤出少量的氯化钾水溶液到电极表面。为求电极表面能吸附较多的氯化钾水溶液，可用喷砂使电极表面粗糙，或用工具于电极表面刮出沟痕，以容纳较多溶液。另一方面，亦可在氯化钾水溶液中加入一些凝胶或淀粉以提高黏滞性，使更多溶液停留在电极上。如此一来，一旦电极接触皮肤即可使皮肤更湿润，获得品质更佳的电生理讯号。

现参考图4B，其显示根据本发明一实施例之一移动机构6及一阻挡组件5的俯视图。移动机构6可为一枢纽(pivot)。阻挡组件5代表此组件遮盖电极之位置，即移动前之「原位」(original position)。在使用时稍加一横向力即可推动阻挡组件5，使阻挡组件5被推离开原位并如箭头所示以枢纽6为轴心旋转90度后到达位置7，以暴露出电极。视应用需要，阻挡组件5可选择性地与一弹簧11耦合，在推力消失后把阻挡组件5拉回原位以遮蔽电极。

现参考图4C，其显示根据本发明另一实施例之移动机构10-1与10-2及一阻挡组件8的俯视图。移动机构10-1与10-2可为一组滑轨。阻挡组件8代表此组件遮盖电极之位置，即移动前之「原位」(original position)。在使用时稍加一横向力即可推动阻挡组件8，使阻挡组件8被推离开原位并如箭头所示沿滑轨10-1与10-2平移后到达位置9，以暴露出电极。视应用需要，阻挡组件8可选择性地与一弹簧12耦合，在推力消失后把阻挡组件5拉回原位以遮蔽电极。

根据本发明之更另一实施例，图4B与4C中的两种移动机构可以选择性地搭配一扣件如图4F中所示的锁扣而成为图4D与4E中的实施例，让阻挡组件迅速离开原位以露出电极。请参考图4D、4E与图4F，图4F显示根据本发明一实施例之一扣件的示意图。图4D与4E的实施例系类似于图4B与4C的实施例，但图4D与4E中弹簧11/12’的作用力方向和图4B与4C相反。即阻挡组件5/8在原位时，弹簧11/12’是被压缩以储存弹力位能且阻挡组件5/8 与扣件14/15衔合而无法弹出；当要记录心电图时，使用者轻按扣件14/15使锁件的凸点17(见图4F)被压下而不再与阻挡组件5/8的开口衔合，让弹簧释放弹力位能以迅速推开阻挡组件5/8而露出电极。完成心电图记录后，使用者需稍用力把阻挡组件5/8自位置7/9处推回原位，锁扣的凸点17即被悬臂18向上推以与阻挡组件5/8的开口衔合，阻挡组件5/8即固定在原位不致被弹簧推出。弹簧迅速推开阻挡组件5/8的好处，是让使用者得以在最短时间内即能撷取心电图，这对早期心脏病患(例如偶发心律不整)是很有利的。阻挡组件5/8的功用在于避免银、氯、钾离子等长时间接触皮肤造成不舒服或伤害，亦可避免氯化银受磨擦而损耗。因此平常不撷取心电图时，阻挡组件是在「原位」以遮蔽电极避免接触皮肤，只有在要撷取心电图时才离开「原位」，露出电极让皮肤接触。

现参考图5，其显示上述实施例之生理电极装置应用于穿戴式或手持式心电图记绿器的系统架构。LA为接触左手的电极、RA为接触右手的电极、LL为接触左腿的电极，上述三个电极分别电连接到仪表放大器(instrumentation amplifier，InA)的正端与负端输入，以消除共模噪声(主要是60Hz)。仪表放大器的输出经过高通及低通滤波器(high-pass and low-pass filter，HP and LP filter)，以滤除低频噪声(包括温度变化或离子扩散造成的电化学电位漂移、呼吸或其它肌肉运动造成的漂移)和高频噪声(包括肌电图、60Hz和无线电波等干扰)，然后由一运算放大器(operational amplifier，Op.Amp)放大电压，续由模拟数字转换器(analog-digital convertor，ADC)转换成数字讯号，再由微控制器(microcontroller unit，MCU)处理后储存在内存(memory)、或经由通用序列总线(USB)等有线接口、WiFi或蓝芽无线接口传送至其它资通讯设备。上述电路模块皆由电池(Battery)供电，并可由微控制器开启或关闭其电源。除此之外，尚可加装连接到微控制器的一微动开关(micro-switch，u-switch)，在阻挡组件被拨离原位与归复原位时有不同的逻辑电路状态。利用此一微动开关，微控制器可以在阻挡组件位于原位时关闭上述各电路模块，并使微控制器本身进入休眠状态；阻挡组件被拨离时才开启心电图电路，即可节省电力消耗，延长操作时间。上述心电图记录器的系统架构可置于穿戴式设备例如腕表本体内(见图7A之87)，或置于行动电话内(见图13)。

本实施例所述之生理电极装置可安装在穿戴式设备(例如腕表)或手持式设备(例如行动电话)。当不进行电生理讯号记录时，阻挡组件遮盖电极以避免接触身体，同时阻止电化学溶液蒸发；当使用者欲进行生理讯号记录时，可拨开阻挡组件，使电极外露以接触身体，同时挤压阻挡组件内的液体吸附暨释放组件，挤出电化学溶液而涂抹在电极上，形成良好的电导体，俾使顺利撷取生理讯号。

上述实施例适用于撷取心脏电讯号以建构心电图(ECG)，亦适用于肌电图(EMG)和脑电图(EEG)。

实施例二：

对于腕表内侧的电极装置而言，实施例一所示之电极装置的阻挡组件太厚，要放在腕表内侧又要让阻挡组件移动，阻力太大又不舒服，较不易实施。现参考图6，其显示根据本发明另一实施例之一生理电极装置的横剖面图。对于用于腕表内侧而言较佳的电极装置系如图6所示，其包含作为电极且类盒状的银层与银化合物层42(后文中将两者简称为电极42)、容纳于类盒状之电极42内的液体吸附暨释放组件43、覆于电极42与液体吸附暨释放组件43上方的阻挡组件41、及用以使该阻挡组件41于至少两位置之间往复的一移动机构(未显示于图6中，见先前对应图4B-4F之详细说明)。本实施例省略导电本体，但应了解，本实施例之电极装置亦可包含一导电本体包覆电极42外表面或位于电极42下方。类似于实施例一之阻挡组件3，电极42的上缘向内延伸呈一C型抓持液体吸附暨释放组件43，让液体吸附暨释放组件43在操作期间与电极42共同移动而不致脱落。液体吸附暨释放组件43吸收电化学水溶液如氯化钾水溶液(为了便于说明，后文中将使用氯化钾水溶液来代表电化学溶液)后会略为膨胀，因此当阻挡组件41移开后液体吸附暨释放组件43会高出电极42的最上表面，再被皮肤挤压即释出少许氯化钾水溶液涂抹在皮肤上，如此可将生理电讯号传导至电极42。本实施例之阻挡组件41亦可具有多孔设计。如此一来，平时未量测时阻挡组件41与电极42间维持一间距以避免氯化钾水溶液接触皮肤，量测时将电极42压在量测点时可使阻挡组件41向下移动并同时将氯化钾水溶液挤出接触皮肤。

本实施例所述之电极装置可应用于穿戴式设备(例如腕表)，其详细说明如 下。请参考图7A，其显示根据本发明一实施例包含本发明之生理电极装置之腕表的内面与外面俯视图。图7A之腕表包含用以紧贴皮肤之腕表内面81、与内面81相对之腕表外面82、含有如图5所示之心电图记绿器的表本体87、用以将表本体固定于使用者腕部的束带88、位于内面处之内面电极装置83、位于外面处之外面电极装置84、及用以连接内面电极装置83与外面电极装置84之二条连接线85与86。内面电极装置83之剖面结构可如图4或图6所示。

现参考图8，其显示人体之腕部内侧的示意图。在图8中，腕部桡动脉51与腕部尺动脉52系位于手腕内侧介于手掌与前臂之间，因该处表皮与血管之间无厚实肌肉而仅有附着在腕骨端的韧带，故其结构较其它部位薄，致使该处具有较低电阻也不易受肌肉的收缩舒张干扰，是以最利于传导心电讯号。此外，手腕内侧较平坦，可容纳较大面积电极且较易稳定接触皮肤。因此，图7A中之内面电极装置83的较佳位置为如图8所示之腕部内侧中间(桡动脉至尺动脉处)。

内面电极装置83之相同位置的束带外面设有外面电极装置84，其剖面结构可如图4或图6所示，预备给另一支手的腕部桡动脉51至尺动脉52处表皮接触。当未记录心电图时，电极装置83与84各自的银层/银化合物层(电极)皆被阻挡组件遮覆而不接触皮肤。在阻挡组件被拨离时，皮肤接触电极，使心电讯号被传导至生理电讯号放大电路，然后由微控制器和韧体处理，组成心电图，再利用腕表内建之无线传输装置如WiFi、蓝芽、RFID、或红外线等，传送至其它通讯设备(例如行动电话或个人计算机)，以便显示、储存、分析与诊断。现参考图7B，其显示记录心电图时腕表的使用状态。如上所述，欲记录心电图时，以双腕分别接触腕表内面与外面的电极，即可取得第一导程(肢导I)心电图。

本发明之实施例亦可应用至欲同时取得第一、二、三导程心电图的情况。参考图9A与9B，其分别显示根据本发明另一实施例包含本发明之生理电极装置之腕表的内面与外面俯视图以及使用者左手戴上图9A之腕表后的状态。图9A之腕表包含用以紧贴皮肤之腕表内面54、与内面54相对之腕表外面55、表本体(仅显示未标号)、束带(仅显示未标号)、位于内面处之内面电极装 置63、位于外面处之第一外面电极装置61、及位于外面处之第二外面电极装置62。内面电极装置63之剖面结构系如图4或图6所示，其较佳位置系位于桡动脉51与尺动脉52中间。第一外面电极装置61与第二外面电极装置62之剖面结构系如图4或图6所示，其分别较佳位置系位于桡动脉51处及尺动脉52处。

如图9B所示，当左手掌朝上时，第一外面电极装置61位于较近左姆指之一侧、第二外面电极装置62位于较近左小指之另一侧、内面电极装置63则位于第一外面电极装置61与第二外面电极装置62之间(图9B以虚线显示之以表现其位于内面而被束带所遮覆)。

现参考图10、11与12，其显示记录第一、二、三导程心电图时图9A之腕表的不同使用状态。如图10所示，欲记录第一、二、三导程心电图时，使用者可以左手戴图9A之腕表，把腕表之第二外面电极装置62靠心脏下方即左侧小腹，以右手靠腕表之第一外面电极装置61处，左手略施一往左之横向力，即可移开阻挡组件让三个生理电极装置分别接触左手、右手、及左腹，即可同时取得第一、二、三导程心电图。若为衣着所限而不方便接触左腹，使用者可分别依图11或图12所示以腕表接触左踝或左大腿等左侧心脏下方之身体处，便可同时取得第一、二、三导程心电图。

在上述实施例中，位于外面的生理电极装置较佳地具有图4之剖面结构，位于内面之生理电极装置较佳地具有图6之剖面结构。为了可以指导使用者正确操作，腕表本体可设有数个不同颜色的LED灯、蜂鸣器、LCD或语音产生器在侦测到R波时提示使用者。

与现有技术相比，本实施例有银层/氯化银层/氯化钾水溶液协助导电，而且人体接触电极装置之部位与大血管之间的电阻抗较低，使得心电图放大电路的过渡时间较短(transient time小于0.5秒)，可在较短时间内获得有效的心电图，有利于早期的心脏病患。除此之外，电极装置与大血管之间没有肌肉，不会被肌肉的收缩舒张干扰，可得品质较佳之心电图。

实施例三：

若要用手持式设备如手机撷取电生理讯号，必须考虑到一项限制：现在手机正面多为触控面板，表面是一层绝缘体，才能行电容感测。现参考图13， 其A和B分别显示根据本发明一实施例之包含本发明之生理电极装置之手机在不撷取与撷取电生理讯号时的状态侧视图。为了利用手机撷取电生理讯号，实施例二所述的两个电极装置系安装在手机背面。此手机包含一设备本体(示意为一大矩形，未标号)、转臂105与106、枢钮103与104、固设于手机背面的第一电极装置101、及和转臂105耦合并具有阻挡组件之功能的第二电极装置102。转臂105与106系由枢钮103相互连接并藉由枢钮104连接至机身。由于状态A与B涉及相同之组件，为了图标过于壅挤，在状态A中省略部分标号。

如状态A所示，当不撷取电生理讯号时，第二电极装置102位于手机背面遮盖手机背面处的第一电极装置101。如状态B所示，当欲撷取电生理讯号时，使用者藉由转臂105与106及枢钮103与104将第二电极装置102翻到手机正面，俾使手机之正面与背面处皆有电极装置，使用者以两手腕碰触手机之两面，即可获得电生理讯号。为了固定转臂，可在转臂及机身上安装永久磁石或一端安装永久磁石而另一端安装导磁材(例如铁片)，使转臂有适当的附着力，使用者需施加一拉力才能让转臂脱离机身。在另一态样中，可在枢纽处加一弹簧，产生相同作用。

类似于实施例二所述之优点，本实施例与现有技术相比，可在较短时间内获得有效的心电图，并且因电极装置贴附部位避开厚实肌肉组织，可降低肌肉收缩之讯号干扰，以此量测得品质较佳之心电图。

实施例四：

现参考图14，其显示图13之实施例的变化型。如图14所示，在实施例三之手持式设备如手机的侧面增添如实施例一所述之一第三电极装置123。如此一来，图14的手持式设备具备三个电极装置：如原实施例三之可移动的第二电极装置121、如原实施例三之设于背面的第一电极装置122、新增于侧面之第三电极装置123。第一、第二、第三电极装置例如分别电性连接至手持式设备本体中之心电放大电路的第一、第二、第三输入端，即可记录Einthoven肢导I、II、III三肢导心电图(limb leads)。欲记录心电图时，使用者分别以双腕内侧接触手持式设备之正面与背面以夹持设备，再仿实施例二以手持式设备之侧面接触左下腹或左腿皮肤，即可开始撷取心电图。

与现有技术相比，本实例有银层/银化合物/氯化钾(电极)协助导电，而且人体接触电极之部位与大血管之间的电阻抗较低，使得心电图放大电路的过渡时间较短(transient time小于0.5秒)，可在较短时间内获得有效的心电图，这不但有利于早期的心脏病患，对于心脏病紧急发作之病患，其能自行或由旁人协助操作而快速取得清晰之心电图，获得之结果可立即传送给亲友或医疗保健单位，以俾病患尽速得到安置与照顾。

实施例五：

现参考图15，其显示根据本发明一实施例包含本发明之生理电极装置之双腕带穿戴设备的使用状态图。图15之双腕带穿戴设备具有一主腕带及一副腕带，两腕带分别包含如实施例一所述之电极装置。如图15所示，主腕带和副腕带可依使用者喜好分别穿戴在使用者的左右腕或右左腕，让使用者轻易且快速地取得心电图。

主腕带包含本体、束带、电极装置、导电接点及二条连接线。副腕带较主腕带简单，仅包含束带、导电接点、电极装置及一条连接线。其中本体含有心电图放大电路、微控制器、电池、内存和控制韧体。本体含电池较重，为求舒适及方便，较佳的位置是在手背(一般人习惯戴表位置)，即可腾出腕部桡动脉与尺动脉供电极装置接触。

主腕带和副腕带的电极装置皆安装在束带内侧，位于腕部之桡动脉与尺动脉之间。如实施例一的图4A所示，电极装置包含一银层/银化合物层、一阻挡组件、一液体吸附暨释放组件、及一移动机构。

在主腕带中以第一条连接线将电极装置连接至心电图放大电路之第一输入端，在主腕带中以第二条连接线将导电接点连接至心电图放大电路之第二输入端，在副腕带中以连接线将副腕带之电极装置连接至导电接点。

欲记录心电讯号时，使用者移动两臂使两腕带之导电接点相接触，如实施例一所述稍加施力，则正腕带与副腕带的阻挡组件即被移开而露出电极，电极即可将该腕的心电讯号经连接线及导电接点传导到主体的放大器输入端，从而取得肢导I心电图。

如实施例二所述，为了节省电力消耗，主腕带可加装一微动开关连接至微控制器，在阻挡组件被拨离与归复原位时有不同的逻辑电路状态。或者， 在主腕带外侧导电接点旁另设两个分别连接至微控制器的未导通接点，并在副腕带的相对位置安装一导体；当主腕带与副腕带相接触时，两个接点亦碰触到导体而导通，微控制器即可得知两主腕带和副腕带是否相接。同理，前述两个接点改为磁簧开关，并将前述导体改为永久磁石，亦可得相同效果。

上述实施例仅是为了方便说明而举例，虽遭所属技术领域的技术人员任意进行修改，均不会脱离如权利要求书中所欲保护的范围。