TWI805459B - 生理監測設備 - Google Patents
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Abstract
一種生理監測設備包含一呼吸音偵測單元、一震動偵測單元、一移動偵測單元、及一控制單元。該控制單元電連接該呼吸音偵測單元、該震動偵測單元、及該移動偵測單元，並根據該呼吸音偵測單元偵測一使用者的呼吸聲音而獲得的一聲音信號、該震動偵測單元偵測該使用者的胸壁起伏而獲得的一個三軸加速度信號、及該移動偵測單元偵測該使用者的胸部及腹部的移動變化而獲得的一應變信號，判斷該使用者的呼吸態樣。
Description
本發明是有關於一種生理監測設備，特別是指一種用於監測上呼吸道阻力症候群及胸腹呼吸型態的生理監測設備。
病患因為年齡及退化等因素會導致上呼吸道的障礙，被定義為上呼吸道阻力症候群。其造成的原因包含下顎後縮、慢性鼻過敏、及牙齒咬合問題，而導致上呼吸道阻力增加，進而造成各種的臨床問題與相關症狀。上呼吸道阻力症候群患者在輕症時，大部分會以睡眠呼吸障礙為主要表現。但如果是退化較為明顯的老年族群，或是腦血管退化合併意識不清的族群，上呼吸道阻力增加除了會導致病患呼吸偏喘外，更因呼吸道狹窄導致吸氣時受到限制，而造成肺功能下降，導致臨床咳痰不易，更惡化呼吸中止問題。而清痰不易再加上咽喉部分痰液慢性積留，在躺臥姿勢時會導致吸入時帶入痰液到氣管中，而造成吸入性肺炎，使得病患頻繁住院，加重照顧者負擔。有鑑於上呼吸道阻力症候群的病患於老年族群中逐漸增加，但病患或照顧者之間可能沒有正確的概念，且醫療端無法隨時提供介入與監視，都是現有醫療所無法滿足的問題。再者，許多呼吸偏喘的病患由於呼吸時的呼吸道障礙，或是痰液障礙，使得呼吸時的胸腹部同步無法正常，以及在呼吸時因胸部與腹部呼吸無法同步，而產生胸式呼吸，或是腹式呼吸型態，或是痰液無法清除，都會造成相同呼吸次數下，不同的呼吸窘迫程度。因此，如何進行有效監測以確認現有治療是否能夠有效維持呼吸道暢通，確認胸腹呼吸狀況，以及痰液多寡，也就成為一個待解決的問題。
因此，本發明的目的，即在提供一種藉由量測聲音、震動、及位移的結果以監看呼吸的態樣的生理監測設備。
於是，本發明提供一種生理監測設備，適用於一使用者，並包含一呼吸音偵測單元、一震動偵測單元、一移動偵測單元、及一控制單元。該呼吸音偵測單元設置於鄰近該使用者，以偵測該使用者的呼吸聲音而產生一聲音信號。該震動偵測單元設置於鄰近該使用者的胸骨，以偵測該使用者的胸壁起伏而產生一個三軸加速度信號。該移動偵測單元設置於且偵測該使用者的胸部及腹部的移動變化，而產生一應變信號。該控制單元電連接該呼吸音偵測單元、該震動偵測單元、及該移動偵測單元，並根據該聲音信號、該三軸加速度信號、及該應變信號，判斷該使用者的呼吸態樣。
在一些實施態樣中，其中，該呼吸音偵測單元包括三個麥克風，其中兩個該麥克風分別設置於鄰近該使用者的胸骨下緣左側的肋間及胸骨下緣右側的肋間，大致為左側主氣管與右側主氣管的相對位置，以分別偵測左胸聲音及右胸聲音，其餘的該麥克風用於偵測環境聲音。該聲音信號包括一左胸聲音信號、一右胸聲音信號、及一環境聲音信號。該震動偵測單元是一種三軸感測器。該移動偵測單元是一種應變片感測器，並設置在該使用者的胸部及腹部，以偵測該使用者的胸部及腹部的移動變化，而獲得分別對應的兩個移動量信號，該應變信號包括該兩個移動量信號。
在一些實施態樣中，其中，該控制單元藉由該環境聲音信號對該左胸聲音信號及該右胸聲音信號去除背景雜訊，以獲得該使用者的呼吸聲音，且藉由該三軸加速度信號判斷出該使用者是胸骨起伏或胸骨下降，且藉由對應該腹部的該移動量信號判斷出該使用者是腹部上升或腹部下降。當該控制單元判斷該使用者處於有呼吸聲音且胸骨起伏且腹部同步上升的期間，則判斷出該使用者處於腹式呼吸下吸氣的狀態，而當該控制單元判斷該使用者處於有呼吸聲音且胸骨下降且腹部同步下降的期間，則判斷出該使用者處於腹式呼吸下呼氣的狀態。
在一些實施態樣中，其中，當該控制單元判斷該使用者處於有呼吸聲音且胸骨起伏但腹部同步下降的期間，則判斷出該使用者處於胸式呼吸下吸氣的狀態。而當該控制單元判斷該使用者處於有呼吸聲音且胸骨下降但腹部同步上升的期間，則判斷出該使用者處於胸式呼吸下呼氣的狀態。
在另一些實施態樣中，其中，該控制單元藉由該使用者在正常時的呼吸狀態作偵測，以獲得該聲音信號、該三軸加速度信號、及該應變信號所分別分布的三個正常範圍。該控制單元根據該使用者的該聲音信號、該三軸加速度信號、與該應變信號，及該等正常範圍的相對關係，決定該使用者的呼吸態樣。
在一些實施態樣中，其中，該控制單元儲存預先設定且分別對應囉音、喘鳴音、及痰音的三個信號聲音特徵。該控制單元在該使用者處於吸氣或呼氣的狀態時，將該左胸聲音信號及該右胸聲音信號去除背景雜訊之後，再與每一該信號聲音特徵作比對，以判斷該使用者在呼吸時是否有囉音、喘鳴音、或痰音。
在一些實施態樣中，其中，該控制單元儲存預先設定且對應痰液的震動的一信號震動特徵。該控制單元在該使用者處於吸氣或呼氣的狀態時，判斷出該使用者有囉音及喘鳴音(或同時判斷出該使用者有痰音)，且同時將該三軸加速度信號與該信號震動特徵作比對，以判斷該使用者在呼吸時是否有痰液，並進而藉由該三軸加速度信號的震動量來評估痰液的多寡，以及是否與吸氣或吐氣狀況的關聯性。
在另一些實施態樣中，其中，該控制單元在該使用者處於吸氣或呼氣的狀態時，將該左胸聲音信號及該右胸聲音信號去除背景雜訊之後，計算呼氣時間與吸氣時間的一時間差，而能夠評估該使用者在呼吸時左側肺部與右側肺部是否有呼吸不同步的問題。
本發明的功效在於：該控制單元根據該呼吸音偵測單元所偵測的該聲音信號、該震動偵測單元所偵測的該三軸加速度信號、及該移動偵測單元所偵測的該應變信號，也就是藉由同時參考相關於該使用者呼吸的聲音、震動、及移動的三種信號，以判斷該使用者的呼吸態樣。
在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
參閱圖1，本發明生理監測設備之一實施例，適用於一使用者，並包含一控制單元4，及電連接該控制單元4的一呼吸音偵測單元1、一震動偵測單元2、與一移動偵測單元3。
該呼吸音偵測單元1設置於鄰近該使用者，以偵測該使用者的呼吸聲音而產生一聲音信號。更詳細地說，該呼吸音偵測單元1包括三個麥克風，每一該麥克風例如是一種骨傳導麥克風時，其中兩個該麥克風分別設置於鄰近該使用者的胸骨下緣左側的肋間及胸骨下緣右側的肋間(如圖2的位置92所示)，也就是分別大致位於左側主氣管及右側主氣管的相對位置，且貼附於皮膚表面，以分別偵測左胸聲音及右胸聲音。其餘的該麥克風，例如設置於脖子或耳朵處，用於偵測環境聲音。也就是說，該聲音信號包括一左胸聲音信號、一右胸聲音信號、及一環境聲音信號。當該控制單元4接收到該聲音信號時，藉由該環境聲音信號對該左胸聲音信號及該右胸聲音信號去除背景雜訊，以獲得該使用者的左胸及右胸的呼吸聲音。此外，在其他的實施例中，每一該麥克風例如是一種高指向麥克風時，其中兩個該麥克風是分別對準該使用者的胸骨下緣左側的肋間及胸骨下緣右側的肋間(如圖2的位置92所示)作定向收音。
該震動偵測單元2設置於鄰近該使用者的胸骨且貼附於皮膚表面(如圖2的位置91所示)，並例如是一個或多個三軸感測器，以偵測該使用者的胸壁起伏而產生一個或多個三軸加速度信號。當該控制單元4接收到該三軸加速度信號時，藉由該三軸加速度信號判斷出該使用者是胸骨起伏或胸骨下降。舉例來說，該生理監測設備還包含一主殼體，該震動偵測單元2還設置於該主殼體內，且該主殼體的一預設表面用於貼附於該使用者的皮膚表面，則該控制單元4根據該預設表面與該三軸感測器的一相對位置方向，及該三軸加速度信號在該相對位置方向的正負號變化，而判斷出該使用者的胸骨起伏或下降。
該移動偵測單元3設置於該使用者的胸部及腹部且貼附於皮膚表面，並偵測該使用者的胸部及腹部的同步與不同步移動變化，而產生一應變信號。更詳細地說，該移動偵測單元3是一種應變片感測器，且是一種硬式的拉扯偵測器。在本實施例中，該等應變片感測器的數量是兩個，以分別設置在該使用者的胸部(圖2的位置91所示)及腹部(即橫膈膜下方)(如圖2的位置94所示)且貼附於皮膚表面，而偵測該使用者的胸部及腹部的移動變化，進而獲得兩個移動量信號。而圖2所示的位置93是該兩個應變片感測器之間的延伸區域。該應變信號包括該兩個移動量信號。當該控制單元4接收到該應變信號時，藉由對應該腹部的該移動量信號判斷出該使用者是腹部上升或腹部下降，且藉由對應該胸部的該移動量信號判斷出該使用者是胸部上升或胸部下降。此外，在其他的實施例中，該應變片感測器的數量也可以是其他複數個或單一個，只要能夠偵測到胸部及腹部的移動變化即可。
當該控制單元4根據該聲音信號、該三軸加速度信號、及該應變信號，判斷該使用者處於有呼吸聲音且胸骨起伏且腹部同步上升的期間，則判斷出該使用者處於腹式呼吸下吸氣的狀態。而當該控制單元4判斷該使用者處於有呼吸聲音且胸骨下降且腹部同步下降的期間，則判斷出該使用者處於腹式呼吸下呼氣的狀態。相似地，當該控制單元4判斷該使用者處於有呼吸聲音且胸骨起伏但腹部同步下降的期間，則判斷出該使用者處於胸式呼吸下吸氣的狀態。而當該控制單元4判斷該使用者處於有呼吸聲音且胸骨下降但腹部同步上升的期間，則判斷出該使用者處於胸式呼吸下呼氣的狀態。
該控制單元4先藉由該使用者在正常時的呼吸狀態(例如症狀受到治療而未發作時)作偵測，以獲得並儲存該聲音信號、該三軸加速度信號、及該應變信號所分別分布的三個正常範圍。舉例來說，該聲音信號的該正常範圍例如包含聲音頻率及大小 (即振福)的範圍。該控制單元4還儲存預先設定的多個信號聲音特徵(如頻率及大小)及至少一信號震動特徵(如頻率及大小的範圍)。該等信號聲音特徵例如是分別對應囉音(Crackles)、喘鳴音(Wheezing)、及痰音。該信號震動特徵例如是對應痰液的震動。
該控制單元4根據該使用者的該聲音信號、該三軸加速度信號、與該應變信號，及該等正常範圍、該等信號聲音特徵、與該信號震動特徵的相對關係，決定該使用者的呼吸態樣。舉例來說，該控制單元4在該使用者處於吸氣或呼氣的狀態時，判斷該應變信號處於對應的該正常範圍，且將該左胸聲音信號及該右胸聲音信號去除背景雜訊之後，再與每一該信號聲音特徵作比對，以判斷出該使用者在呼吸時是有囉音及喘鳴音，或是痰音，且判斷該三軸加速度信號符合該信號震動特徵時，亦即痰音出現於呼吸動作時，則患有肺炎的該使用者應是處於肺炎發作中的狀態。
此外，該控制單元4在該使用者處於吸氣或呼氣的狀態時，將該左胸聲音信號及該右胸聲音信號去除背景雜訊之後，還能夠計算呼氣時間與吸氣時間的一時間差，進而藉由該時間差評估該使用者在呼吸時左側肺部與右側肺部是否有呼吸不同步的問題。例如，該使用者(即病患)是否會因左右肺部的結構與功能差異，造成呼吸的左右肺部時間差。
再舉例來說，該控制單元4在該使用者處於吸氣或呼氣的狀態時，判斷該應變信號中對應該腹部及該胸部的該兩個移動量信號出現不同步的現象，且判斷出該使用者處於呼氣的狀態時有喘鳴音，且判斷該三軸加速度信號處於對應的該正常範圍(即無痰液的震動)，則患有氣喘的該使用者應是處於氣喘嚴重發作中的狀態。
綜上所述，藉由該控制單元4同時根據相關於該使用者呼吸的聲音、震動、及移動的三種信號，除了能夠判斷該使用者的呼吸態樣之外，還能夠有效的計算吸氣與呼氣的時間長短，並判斷使用者是在吸氣期間或吐氣期間，進而建立呼吸的正常值，以作為使用者(即病患)有問題時的判斷依據，且更能夠協助醫療人員確定使用者的臨床穩定性，並密切注意呼吸型態的變化、左右肺部的呼吸音同步性、及痰液多寡，而評估臨床問題所在，故確實能達成本發明的目的。
惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。
1:呼吸音偵測單元
2:震動偵測單元
3:移動偵測單元
4:控制單元
91~94:位置
本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：
圖1是一方塊圖，說明本發明生理監測設備的一實施例；及
圖2是一示意圖，輔助圖1說明該實施例。
1:呼吸音偵測單元
2:震動偵測單元
3:移動偵測單元
4:控制單元
Claims (8)
- 一種生理監測設備，適用於一使用者，並包含：一呼吸音偵測單元，設置於鄰近該使用者的胸骨下緣左側的肋間及胸骨下緣右側的肋間，且貼附於皮膚表面，以偵測該使用者的呼吸聲音而產生一聲音信號；一震動偵測單元，設置於鄰近該使用者的胸骨且貼附於皮膚表面，以偵測該使用者的胸壁起伏而產生一個三軸加速度信號；一移動偵測單元，設置於該使用者的胸部及腹部且貼附於該使用者的皮膚表面，且偵測該使用者的胸部及腹部的移動變化，而產生一應變信號；及一控制單元，電連接該呼吸音偵測單元、該震動偵測單元、及該移動偵測單元，並根據該聲音信號、該三軸加速度信號、及該應變信號，判斷該使用者的呼吸態樣。
- 如請求項1所述的生理監測設備，其中，該呼吸音偵測單元包括三個麥克風，其中兩個該麥克風分別設置於鄰近該使用者的胸骨下緣左側的肋間及胸骨下緣右側的肋間，以分別偵測左胸聲音及右胸聲音，其餘的該麥克風用於偵測環境聲音，該聲音信號包括一左胸聲音信號、一右胸聲音信號、及一環境聲音信號，該震動偵測單元是一種三軸感測器，該移動偵測單元是一種應變片感測器，並設置在該使用者的胸部及腹部，以偵測該使用者的胸部及腹部的移動變化，而獲得分別對應的兩個移動量信號，該應變信號包括該兩個移動量信號。
- 如請求項2所述的生理監測設備，其中，該控制單元藉由該環境聲音信號對該左胸聲音信號及該右胸聲音信號去除背景雜訊，以獲得該使用者的呼吸聲音，且藉由該三軸加速度信號判斷出該使用者是胸骨起伏或胸骨下降，且藉由對應該腹部的該移動量信號判斷出該使用者是腹部上升或腹部下降，當該控制單元判斷該使用者處於有呼吸聲音且胸骨起伏且腹部同步上升的期間，則判斷出該使用者處於腹式呼吸下吸氣的狀態，而當該控制單元判斷該使用者處於有呼吸聲音且胸骨下降且腹部同步下降的期間，則判斷出該使用者處於腹式呼吸下呼氣的狀態。
- 如請求項3所述的生理監測設備，其中，當該控制單元判斷該使用者處於有呼吸聲音且胸骨起伏但腹部同步下降的期間，則判斷出該使用者處於胸式呼吸下吸氣的狀態，而當該控制單元判斷該使用者處於有呼吸聲音且胸骨下降但腹部同步上升的期間，則判斷出該使用者處於胸式呼吸下呼氣的狀態。
- 如請求項3所述的生理監測設備，其中，該控制單元藉由該使用者在正常時的呼吸狀態作偵測，以獲得該聲音信號、該三軸加速度信號、及該應變信號所分別分布的三個正常範圍，該控制單元根據該使用者的該聲音信號、該三軸加速度信號、與該應變信號，及該等正常範圍的相對關係，決定該使用者的呼吸態樣。
- 如請求項5所述的生理監測設備，其中，該控制單元儲存預先設定且分別對應囉音(Crackles)、喘鳴音 (Wheezing)、及痰音的三個信號聲音特徵，該控制單元在該使用者處於吸氣或呼氣的狀態時，將該左胸聲音信號及該右胸聲音信號去除背景雜訊之後，再與每一該信號聲音特徵作比對，以判斷該使用者在呼吸時是否有囉音、喘鳴音、或痰音。
- 如請求項6所述的生理監測設備，其中，該控制單元儲存預先設定且對應痰液的震動的一信號震動特徵，該控制單元在該使用者處於吸氣或呼氣的狀態時，判斷出該使用者有囉音及喘鳴音(或判斷出該使用者有痰音)，且同時將該三軸加速度信號與該信號震動特徵作比對，以判斷該使用者在呼吸時是否有痰液，並進而藉由該三軸加速度信號的震動量來評估痰液的多寡，以及是否與吸氣或吐氣狀況的關聯性。
- 如請求項5所述的生理監測設備，其中，該控制單元在該使用者處於吸氣或呼氣的狀態時，將該左胸聲音信號及該右胸聲音信號去除背景雜訊之後，計算呼氣時間與吸氣時間的一時間差，而能夠評估該使用者在呼吸時左側肺部與右側肺部是否有呼吸不同步的問題。
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| TW111128659A TWI805459B (zh) | 2022-07-29 | 2022-07-29 | 生理監測設備 |
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Applications Claiming Priority (1)
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Family Applications (1)
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| US20080139955A1 (en) * | 2006-12-07 | 2008-06-12 | Drager Medical Ag & Co. Kg | Device and method for determining a respiration rate |
| CN110831497A (zh) * | 2017-05-05 | 2020-02-21 | 瑞思迈私人有限公司 | 呼吸障碍的筛查、诊断及监测 |
| CN111166336A (zh) * | 2019-11-22 | 2020-05-19 | 智纤至康(上海)智能科技有限公司 | 检测和监测咳嗽的装置及方法 |
| TW202145956A (zh) * | 2020-06-11 | 2021-12-16 | 臺北醫學大學 | 呼吸道音頻分析系統以及呼吸道音頻分析方法 |
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2023
- 2023-07-27 US US18/360,394 patent/US20240032886A1/en active Pending
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