脈搏壓力信號的量測系統及其量測方法
2023-04-24 02:55:01 1
專利名稱：脈搏壓力信號的量測系統及其量測方法
技術領域：
本發明涉及一種脈搏壓力信號的量測系統及其量測方法，特別是一種利用陣列組合的氣囊感測人體四肢脈搏信號的量測系統及其量測方法。脈搏壓力信號是指由感測器獲取壓脈袋內的壓力信號，以下簡稱為脈壓信號。
背景技術：
在人體的循環系統中，對於診斷心血管系統疾病的方法，西醫方面有心電圖、血管攝影術、超音波照影術、侵入式導管血壓波形量測等方式。然而，傳統中國醫學方面也有一套完整的診脈法，此方法亦是許多研究欲將之科學化的目標。
一般人手腕上的動脈有二條(即橈骨動脈和尺骨動脈)，大拇指下端的是橈骨動脈，一般是診脈時所取用的位置。中醫脈診即是透過探尋橈動脈的搏動所得到信息，以判斷人體內外的生理病理變化。有些研究認為這些信息與血液的流變狀態、分配比例及心臟的頻率、節律等參數有關，因此中醫脈診的內容豐富，是值得探究的一種診斷方法。中醫對脈診的定義與西醫對血壓的定義具有相似之處，兩者皆是從血管外施以壓力，而後逐漸降低壓力，以觀察血管的反應狀態。傳統中醫脈診乃是透過醫者手指的指腹放至腕部橈骨動脈位置，同時利用三指施予特殊按壓技巧進而感知脈象變化，經由綜合所有訊息以輔助病證的診斷。目前，雖有脈診儀器的先前技術，但大多是採以單點感測器以垂直直立於單一橈動脈血管進行量測，不僅無法簡便且精確地模擬醫者三指按壓血管，其量測的過程亦具有相當的困難度，並且費時費力。
發明內容
本發明的主要目的在於提供一種脈壓信號的量測系統及其量測方法，利用陣列組合的氣囊在充氣與洩氣時不同程度的膨脹狀態，間接地施予壓力於動脈血管上，達到阻撓血流並且量測脈搏壓力的功效。本發明的另一目的在於提供一種脈壓信號的量測系統及其量測方法，透過不同施壓樣式的序列組合條件，控制氣囊的充氣與洩氣，進一步地模擬中醫師把脈時手指的複雜操作手法。本發明的再一目的在於提供一種脈壓信號的量測系統及其量測方法，可運用於監視心血管生理功能或中醫脈診科學化的領域，藉由非侵入式電子診斷儀器所測得的脈壓信號及參數，評估心血管功能或建立中醫脈診的圖譜資料庫，提供實際的數據作為判斷及參考的依據，並且輔助醫師在臨床上長期監測及心血管生理分析的用途。為達到上述目的，本發明提出一種脈壓信號的量測系統及其量測方法，不僅可量化醫者脈診時所施予的壓力大小及客觀紀錄，更可模擬醫者以經驗性三指手法按壓血管的技巧。本發明公開一種脈壓信號的量測系統，包括一感測裝置與一主機裝置。感測裝置包含至少一氣囊，且氣囊位於一人體四肢動脈上。主機裝置用以控制氣囊的囊內壓力，並且量測其囊內壓力的變化，以取得人體四肢動脈的脈壓信號。本發明另公開一種脈壓信號的量測方法，包括以下步驟將具有至少一氣囊的感測裝置置於一人體四肢動脈上；控制氣囊的囊內壓力至一特定壓力值；以及當氣囊的囊內壓力達到特定壓力值時，紀錄人體四肢動脈的脈壓信號。本發明的有益效果在於，通過本發明提出的脈壓信號的量測系統及其方法，可利用一個或一個以上的氣囊(例如=MXN陣列式氣囊)進行脈搏信號的測量，其實施方式可在不同陣列樣式的組合條件下，達到阻撓血流並且量測脈搏壓力的效用。除此之外，本發明的量測系統及其方法，更可依據不同需求而改變氣囊的囊內壓力，並且氣囊陣列亦不限定以一種排列量測方式為限，其方法可在不同施壓樣式之序列組合條件下，進而模擬中醫師手指在把脈時的複雜操作手法。
圖I為根據本發明實施例的量測系統的系統示意圖。圖2A為根據本發明實施例的感測裝置的結構示意圖。圖2B為根據本發明實施例的氣囊在充氣前的結構示意圖。圖2C為根據本發明實施例的氣囊在充氣後的結構示意圖。圖3為根據本發明實施例的氣囊結構的分解示意圖。圖4A為根據本發明實施例的量測系統的系統方塊圖。圖4B為根據本發明另一實施例的量測系統的系統方塊圖。圖4C為根據本發明另一實施例的量測系統的系統方塊圖。圖5為根據本發明實施例的量測系統的操作示意圖。圖6為根據本發明實施例的脈壓信號的量測方法的步驟流程圖。圖7為根據圖4A的氣囊在不同排列組合下量測時的施壓樣式圖。圖8為根據本發明實施例的脈壓信號的量測方法的步驟流程圖。附圖標記說明10_感測裝置；12_氣囊；12a_壓力感測器；16_定位架；18_手腕；20-主機裝置；30-氣管；102-氣口 ； 104-上蓋；106-折翼層；106a_開孔；108-下蓋；202_微處理器；204_儲存裝置；206_通訊裝置；208_壓力感測電路；210_顯示裝置；212-濾波電路；214_模擬數字轉換器；302_空氣幫浦；304_洩氣閥；306_電磁氣閥。
具體實施例方式請參閱圖1，為根據本發明實施例的量測系統的系統示意圖，此種量測系統適於感測一人體四肢動脈的脈壓信號。以下所述的實施例，是以量測系統感測人體的腕部的脈壓信號為例，但其可量測的脈壓信號並不以此為限。此一量測系統包括有一感測裝置10與一主機裝置20。其中，感測裝置10包含有一個或一個以上的氣囊12，並藉由一氣管30與主機裝置20相連接。根據本發明的實施例，主機裝置20負責控制感測裝置10內各氣囊12的囊內壓力(包括充氣及洩氣氣囊12)，並且量測氣囊12的囊內壓力的變化，藉此進行脈壓信號的量測與分析。請參見圖2A至圖2C所示，其中圖2A是以感測裝置10包含有六個氣囊12，排列為2乘3的矩陣陣列為例，然而本發明並不以此為限，熟習此項技術領域者當可根據實際應用上所需的氣囊數目決定氣囊12的個數或排列形狀。圖2B與圖2C則分別為氣囊在充氣前與充氣後的形狀，其局部結構請一併參閱圖3所示。氣囊12包含有一氣口 102、一上蓋104、多個折翼層106與一下蓋108，其中氣口102連接氣管30，使得主機裝置20可經由相互連通的氣管30與氣口 102，對氣囊12進行充氣與洩氣的動作。多個折翼層106迭置於上蓋104與下蓋108之間，並在其中心具有開孔106a連通氣口 102。根據本發明的實施例，折翼層106可以多層塑膠薄片迭合密封而成，並以低彈性材料製成。藉此，當主機裝置20經由氣口 102重複充氣及洩氣，以調節氣囊12的囊內壓力時，折翼層106的設計不僅可用以維持氣囊12的原始外型、強化氣囊12充氣後的結構、並且增加氣囊12膨脹後的體積。圖4A為根據本發明實施例的量測系統的系統方塊圖，本實施例的感測裝置10以具有2乘3個氣囊12為例。各氣囊12具有一壓力感測器12a，舉例而言，壓力感測器12a可以是但不限於一電阻式壓力感測器，以偵測氣囊12的囊內壓力。各氣囊12對應連接一電磁氣閥306，電磁氣閥306與主機裝置20之間更具有一空氣幫浦302與一洩氣閥304。藉此，主機裝置20中的微處理器202控制空氣幫浦302、洩氣閥304與電磁氣閥306，以調節·各氣囊12的進氣量。其中，圖示中較粗的線代表空氣管線，而較細者代表電子信號線。請配合參閱圖5所示，當感測裝置10置於使用者的手腕18的動脈上，且其氣囊12被充氣至一特定壓力值時，該腕部血管將因脈搏跳動而推擠氣囊12，造成氣囊12囊內壓力的變化。在此情況下，壓力感測器12a感測該壓力變化，並將其氣壓信號輸出予主機裝置20。之後，如圖4A所示，主機裝置20中的壓力感測電路208便將壓力感測器12a輸出的氣壓信號轉換為一電子信號。微處理器202接收該電子信號，並藉由與其連接的一模擬數字轉換器214，轉換該電子信號為數字資料儲存及處理。因此，根據本發明的實施例，主機裝置20不僅控制氣囊12的囊內壓力，量測其壓力變化，以紀錄手腕18的動脈的脈壓信號。並且，主機裝置20更可根據處理運算後的結果再次控制空氣幫浦302與洩氣閥304，達到重複充氣及洩氣氣囊12的動作。為增加本發明量測系統的精度，如圖4B所示，主機裝置20更可包括一濾波電路212，電性連接於壓力感測電路208與微處理器202之間。濾波電路212用以接收並且濾除壓力感測電路208所輸出電子信號中的高頻雜訊，藉由與其連接的模擬數字轉換器214，以提高微處理器202分析脈壓信號的精確度。圖4C為根據本發明另一實施例的量測系統的系統方塊圖，除前所述的微處理器202、模擬數字轉換器214及壓力感測電路208之外，主機裝置20更可包括電性連接於微處理器202的一儲存裝置204、一通訊裝置206或一顯示裝置210。儲存裝置204例如為SD記憶卡儲存裝置，以將微處理器202測量得的信號紀錄於其中。通訊裝置206例如為USB規格的通訊傳輸裝置，以將微處理器202測量得的信號傳送出來。顯示裝置210例如為繪圖型的液晶顯示器，用以顯示微處理器202測得的信號，包括即時脈搏信號、微分信號、積分信號、心跳頻率及氣囊內壓力值，以提供給醫師作為脈診判斷及參考的用途。除此之外，根據本發明所揭示的量測系統，當所有的氣囊12皆被充氣致能時，微處理器202所量測到的脈壓信號更可視為一血壓信號，以達到量測血壓之效。其次，如圖5所示，在量測過程中，感測裝置10更可以一定位架16限制其氣囊12與手腕18之間的位置。定位架16可以是但不限於一 C型環，除了可依照不同手腕18的寬度來調整感測裝置10的位置，使得氣囊12服貼於腕部動脈。定位架16更可固定感測裝置10於受測部位，使得量測過程中氣囊12膨脹的推擠力量，不致造成感測裝置10的偏移，而影響到測量精度。圖6為根據本發明實施例的脈壓信號的量測方法的步驟流程圖，以下有關本發明量測方法的說明，請一併參閱圖I及圖5所示。然需說明的是，本發明提出的量測方法並不以應用於第1、5圖的量測系統為限，以下說明僅作為解釋本發明技術思想之一示範實施例而已。本發明提出的量測方法主要包括以下步驟
步驟S21 :將具有至少一氣囊12的感測裝置10置於手腕18的動脈上；步驟S22 :控制氣囊12的囊內壓力至一特定壓力值；以及步驟S23 :當氣囊12的囊內壓力達到特定壓力值時，手腕18的動脈血管將因脈搏跳動而推擠氣囊12，造成氣囊12囊內壓力的變化。此時，主機裝置20紀錄手腕18的動脈的脈壓信號。本發明根據不同的特定壓力值，將氣囊的充氣程度定義為無、輕、中、重四段施壓模式的設計，其壓力的工作區間分別設定在無壓0毫米汞柱(mmHg)、輕壓30-80毫米汞柱(mmHg)、中壓80-120毫米萊柱(mmHg)及重壓120-180毫米萊柱(mmHg)的壓力範圍，藉此將不同的氣囊工作條件分別定義為無壓力工作氣囊、輔助量測氣囊、主要量測氣囊及封阻血管氣囊四種氣囊名稱。依據各個氣囊充至上述的四種壓力狀態，可達到不同排列組合的量測時施壓樣式的變化，圖7為根據圖4A的氣囊在不同排列組合下量測時的施壓樣式，其為2X3陣列式氣囊多種排列組合的一種應用，目的在於量測血管受到壓迫時壓力信號的變化。為能說明其施壓樣式的功能，以圖7中A組為例，其目的為壓阻後方血管，量測前方血管的脈搏信號；C組則為壓阻前方血管，量測後方血管的脈搏信號。除此之外，根據本發明所揭示的量測方法，當所有氣囊皆被充氣致能至特定壓力值時，其可視為一完整的氣囊。藉此，此一完整氣囊所反應出的脈壓信號更可視為一血壓信號，以達到量測血壓之效。請一併參閱圖8所示，本發明提出的量測方法包括主機裝置自動控制與操作者手動控制兩種量測模式。首先，如步驟S32所示，系統判斷操作者是否選擇自動模式，若是，則進行自動模式。其後，如步驟S34所示，系統再次判斷操作者是否選擇記憶模式，若是，則直接載入氣囊於前次量測時的充氣數量與充氣樣式，即進入量測程序。若操作者在步驟S34非選擇記憶模式，則如步驟S36所示，操作者可自圖7中選擇任一預設的氣囊充氣樣式，然後進入量測程序。至於，當操作者在步驟S32未選擇自動模式時，則系統進入步驟S38至S42，即操作者手動控制模式。在此手動模式下，操作者可視需求擴建其量測程序，使其設定較自動模式更具彈性。舉例來說，操作者可預先設定氣囊的充氣數量與充氣樣式，輸入小於10的數字後開始設定氣囊的施壓壓力，並且安排各氣囊充氣的程度，至系統確定操作者設定的樣式皆設定完成，系統即進入量測程序。之後，如步驟S44所示，系統開始量測程序，並接著如步驟S46所示，由微處理器控制空氣幫浦、電磁氣閥、及洩氣閥，以對氣囊充氣至指定模式與特定壓力值。之後，如步驟S48所示，系統判斷氣囊是否達到特定壓力值，若否，則持續充氣直到氣囊充氣完成。若是，則系統開始執行步驟S50，進行人體脈博信號量測及記錄。待記錄完成後，如步驟S52所示，系統判斷所有樣式是否皆量測完成，若否，即進入步驟S54，開始下一量測樣式的量測，直至系統判定完成所有氣囊選擇樣式的量測，則結束所有流程。本發明提出的主機裝置的運算核心不僅可以極易實現的單晶片微處理器完成系統的控制與數據存取，並可透過自動及手動兩種模式進行信號的量測。自動模式可依照系統預設程序快速完成量測，其氣囊陣列的施壓樣式不限定一種序列組合。為能增加本系統的量測使用彈性，如需要量測不同按壓模式時，使用者可藉由手動模式給予系統量測程序的調整，依照使用者自行設定需要序列個數及 施壓樣式，並可按照設定進行信號量測，即可得到該種設定模式下的量測信號，並儲存至儲存裝置。綜上所述，本發明提出的脈壓信號的量測系統及其方法，可利用一個或一個以上的氣囊(例如=MXN陣列式氣囊)進行脈搏信號的測量，其實施方式可在不同陣列樣式的組合條件下，達到阻撓血流並且量測脈搏壓力的效用。除此之外，本發明的量測系統及其方法，更可依據不同需求而改變氣囊的囊內壓力，並且氣囊陣列亦不限定以一種排列量測方式為限，其方法可在不同施壓樣式的序列組合條件下，進而模擬中醫師手指在把脈時的複雜操作手法。更進一步而言，本發明所揭示的脈壓信號的量測系統及其方法為一種量測動脈壓力的系統及方法，不僅可用以量測本發明實施例所述的脈搏壓力，亦可自人體的四肢取得如橈動脈、足背動脈等位在身體淺表靠近骨胳的動脈信號。以上所述的實施例僅為解釋本發明技術思想之用，本發明並不以量測人體腕部的脈壓信號為限。以上說明對本發明而言只是說明性的，而非限制性的，本領域普通技術人員理解，在不脫離以下所附權利要求所限定的精神和範圍的情況下，可做出許多修改，變化，或等效，但都將落入本發明的保護範圍內。
權利要求
1.一種脈壓信號的量測系統，包括 一感測裝置，位於一人體四肢動脈上，並包括至少一氣囊；以及 一主機裝置，控制該至少一氣囊的囊內壓力，並且量測其囊內壓力的變化，以取得該人體四肢動脈的脈壓信號。
2.如權利要求I所述的脈壓信號的量測系統，其特徵在於，該感測裝置包括多個該氣囊，且該些氣囊排列為一矩陣陣列。
3.如權利要求I所述的脈壓信號的量測系統，更包括一空氣幫浦、一洩氣閥與至少一電磁氣閥，該空氣幫浦與該洩氣閥連接該至少一電磁氣閥，該主機裝置控制該空氣幫浦與該洩氣閥，使得該至少一電磁氣閥調節該至少一氣囊的囊內壓力。
4.如權利要求I所述的脈壓信號的量測系統，其特徵在於，該感測裝置具有至少一壓力感測器，用以偵測該至少一氣囊的囊內壓力，該主機裝置包括一壓力感測電路與一微處理器，該壓力感測電路連接該至少一壓力感測器，以將該至少一壓力感測器輸出的氣壓信號轉換輸出為一電子信號，該微處理器根據該電子信號紀錄該人體四肢動脈的脈壓信號。
5.如權利要求4所述的脈壓信號的量測系統，其特徵在於，該主機裝置更包括一濾波電路，電性連接於該壓力感測電路與該微處理器之間，該濾波電路接收並濾除該電子信號中的高頻信號，以使該微處理器紀錄該人體四肢動脈的脈壓信號。
6.如權利要求4所述的脈壓信號的量測系統，其特徵在於，該主機裝置更包括一儲存裝置，用以儲存該微處理器所紀錄的該人體四肢動脈的脈壓信號。
7.如權利要求4所述的脈壓信號的量測系統，其特徵在於，該主機裝置更包括一通訊裝置，用以傳輸該微處理器所紀錄的該人體四肢動脈的脈壓信號。
8.如權利要求I所述的脈壓信號的量測系統，其特徵在於，該至少一氣囊包括一氣口、一上蓋、一下蓋與多個折翼層，該主機裝置藉由該氣口調節該至少一氣囊的囊內壓力，該些折翼層是迭置於該上蓋與該下蓋之間，以增加該至少一氣囊膨脹後的體積。
9.如權利要求I所述的脈壓信號的量測系統，其特徵在於，更包括一定位架，用以固定該感測裝置，以限制該至少一氣囊與該人體四肢動脈之間的位置。
10.如權利要求I所述的脈壓信號的量測系統，其特徵在於，當所有的該氣囊皆被充氣致能時，該人體四肢動脈的脈壓信號可視為一血壓信號。
11.一種脈壓信號的量測方法，包括以下步驟 將一具有至少一氣囊的感測裝置置於人體四肢動脈上； 控制該至少一氣囊的囊內壓力至特定壓力值；以及 當該至少一氣囊的囊內壓力達到該特定壓力值時，紀錄該人體四肢動脈的脈壓信號。
12.如權利要求11所述的脈壓信號的量測方法，其特徵在於，在控制該至少一氣囊的囊內壓力至該特定壓力值前，更包括步驟 決定該至少一氣囊的充氣數量與充氣樣式，以控制被選定的氣囊的囊內壓力至該特定壓力值。
13.如權利要求11所述的脈壓信號的量測方法，其特徵在於，在控制該至少一氣囊的囊內壓力至該特定壓力值前，更包括步驟 載入該至少一氣囊的前次充氣數量與前次充氣樣式，以控制該至少一氣囊的囊內壓力至該特定壓力值。
14.如權利要求11所述的脈壓信號的量測方法，其特徵在於，控制該至少一氣囊的囊內壓力至該特定壓力值的步驟是由一主機裝置自動控制，或由操作者手動控制。
15.如權利要求11所述的脈壓信號的量測方法，其特徵在於，當該至少一氣囊的囊內壓力未達該特定壓力值時，持續充氣該至少一氣囊。
16.如權利要求11所述的脈壓信號的量測方法，其特徵在於，當所有的該氣囊的囊內壓力皆達到該特定壓力值時，該些氣囊可視為一完整的氣囊，以量測血壓。
全文摘要
一種脈搏壓力信號的量測系統及其量測方法，利用至少一氣囊在充氣及洩氣間的體積膨脹，感測人體四肢的脈壓信號。量測系統包括一感測裝置與一主機裝置，感測裝置位於一人體四肢動脈上，且包括一個或一個以上的氣囊。主機裝置控制感測裝置內氣囊的充氣及洩氣，並且藉由量測其囊內壓力的變化，進行脈壓信號的紀錄與分析。應用此種量測系統及其量測方法，可簡易模擬醫者三指按壓血管的技巧，並提供給醫師較精確的脈診判斷與病理參考。
文檔編號A61B5/0225GK102949187SQ20121028327
公開日2013年3月6日 申請日期2012年8月9日 優先權日2011年8月19日
發明者林康平, 張恆鴻, 林汶正, 林耿弘 申請人:中原大學