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TWI807753B - 穿戴式心音檢測系統及其相應的方法 - Google Patents

穿戴式心音檢測系統及其相應的方法 Download PDF

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TWI807753B
TWI807753B TW111112848A TW111112848A TWI807753B TW I807753 B TWI807753 B TW I807753B TW 111112848 A TW111112848 A TW 111112848A TW 111112848 A TW111112848 A TW 111112848A TW I807753 B TWI807753 B TW I807753B
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heart
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周耀聖
蘇偉盛
林孝義
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矽響先創科技股份有限公司
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Abstract

一種穿戴式心音檢測系統，該系統包括：聲學感測裝置，用於蒐集身體的心音訊號，對蒐集到的該心音訊號進行訊號放大、濾波、數位化等預處理，輸出預處理心音訊號；外部計算電子裝置，通訊地耦合該聲學感測裝置，用於獲取該預處理心音訊號；以及雲端數據資料庫，通訊地耦合該外部計算電子裝置；其中，該聲學裝置包括電容式聲音感測器、壓電式聲音感測器以及電路模組，該電路模組分別與該電容式聲音感測器以及壓電式聲音感測器電性連接；該電路模組、該電容式聲音感測器以及該壓電式聲音感測器被安裝於一軟性基底上。

Description

穿戴式心音檢測系統及其相應的方法
本發明涉及醫療設備技術領域，特別是一種穿戴式心音檢測系統及其相應的方法。
隨著微電腦技術、微電子技術、無線通訊技術、微弱訊號檢測技術以及材料科學的快速發展，整合各種小型感測器、無線發射-接收模組和控制處理單元的可穿戴式健康偵測系統，已成為研究人員研究開發的重點。
心音檢測設備，例如聽診器，是一種透過檢測聲音來診斷器官活動情況的儀器，電子聽診器是透過將聽頭置於被測生物體的相應部位採集心肺等器官活動的聲音，將這些聲音轉換為電訊號，經過放大後，直接由揚聲器發出聲音，以使醫生或相關人員根據相應的聲音訊號確定病因或病灶，做出正確診斷。
心跳週期中，心肌收縮、瓣膜啟閉、血液加速和減速對心血管的加壓和減壓作用以及行程的渦流等因素引起的機械震動，可以透過周圍組織 傳遞到胸壁，將探測裝置放在胸壁某些區域，就可聽到聲音，稱為心音。心臟某些異常活動可以產生雜音或其他異常心音。因此，聽取心音或記錄心音圖(phonocardiogram,PCG)能夠有效彌補心臟聽診的不足。
心臟衰竭是全球盛行的公共健康問題，對整體醫療成本構成巨大負擔。近年來，隨著人們對於健康的關注增加，藉由從數小時到數個月之長時間紀錄分析生理資訊，監控日常生活中的身心狀態之健康管理方法開始普及。
就取得人們的生理資訊而言，其包含心跳率或R-R間隔、心電波形、步數、活動量、身體加速度等，藉由將這些生理資訊於日常生活中進行監控，可以有效運用於健康之改善、或是疾病的早期發現等。
隨著人口老化，健康預警及照護產品成為當前發展趨勢。為了能夠及早發現病徵，特別是猝死率極高的心因性疾病，穿戴式心音裝置可以提供實時地(Real-time)且有效的心跳異常訊號的檢測及記錄裝置。而醫師即可利用這些實時紀錄之生理音訊加以分析，提供健康預警及照護解決方案。
因此，提出一種穿戴式心音檢測系統及相應的方法，使其可應用於居家照護、走動式照護、工安健康管理及自主健康預警等應情境是必要的。
基於上述，本發明至少提出能夠解決現有技術存在的缺失，依據本發明的其中一個觀點，提出一種穿戴式心音檢測系統，該系統包括：聲學感測裝置，用於蒐集身體的心音訊號，對蒐集到的該心音訊號進行訊號放大、濾波、數位化等預處理，輸出預處理心音訊號；外部計算電子裝置，通訊地耦合該聲學感測裝置，用於獲取該預處理心音訊號；以及雲端數據資料庫，通訊地耦合該外部計算電子裝置；其中，該聲學裝置包括電容式聲音感測器、壓電式聲音感測器以及電路模組，該電路模組分別與該電容式聲音感測器以及壓電式聲音感測器電性連接；該電路模組、該電容式聲音感測器以及該壓電式聲音感測器被安裝於一軟性基底上。
以一實施例而言，上述之電路模組至少包括：複數個放大器、複數個濾波器、複數個類比數位轉換器、微處理器、儲存單元、無線傳輸模組；該電容式聲音感測器的輸出端依次經該複數個放大器中的第一放大器、該複數個濾波器中的第一濾波器、複數個類比數位轉換器中的第一類比數位轉換器電性連接該微處理器，由該第一類比數位轉換器輸出放大、濾波以及數位化的第一心音訊號；該壓電式聲音感測器的輸出端依次接經該複數個放大器中的第二放大器、該複數個濾波器中的第二濾波器、複數個類比數位轉換器中的第二類比數位轉換器電性連接該微處理器，由該第二類比數位轉換器輸出放大、濾波以及數位化的第二心音訊號；該微處理器接收該數位化的第一心音訊號以及該數位化的第二心音訊號，對其進行運算處理以獲得去背景噪音且穩定的預處理第一心音訊號及預處理第二心音訊號；其中，該微處理器可以執行指令，將該預處理第一心音訊號及預處理第二心音訊號儲存於與該微處理器電性連接 的該儲存單元中，或是經由與該處理器電性連接的該無線傳輸模組，將該預處理第一心音訊號及預處理第二心音訊號發送至上述外部電子裝置做進一步分析。
以一實施例而言，其中該電路模組、該電容式聲音感測器以及該壓電式聲音感測器係以下列方式設置：該電容式聲音感測器設置於該電路模組的一表面上；一隔音環設置於該表面上，並圍繞該電容式聲音感測器與該電路模組封裝形成一共振腔；該壓電式聲音感測器設置於該隔音環未與該電路模組接觸的一側上，其中，該壓電式聲音感測器貼附於人體皮膚近心臟處。
以一實施例而言，上述壓電式聲音感測器更設置有複數個透孔，使上述心音訊號可以藉由該複數個透孔進入上述電容式聲音感測器的該共振腔。
以一實施例而言，上述壓電式聲音感測器可以作為振膜，用於彌補上述電容式聲音感測器的振膜對於低頻震動訊號響應不足的缺點。
以一實施例而言，上述軟性基底為聚醯亞胺(PI)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)等塑料，或是是紡織物。
依據本發明的另一個觀點，提出一種建立穿戴式心音檢測系統的方法，該方法包括：提供聲學感測裝置，用於蒐集身體的心音訊號，輸出預 處理心音訊號；提供外部計算電子裝置，通訊地耦接該聲學感測裝置，用於獲取該預處理心音訊號；以及提供雲端數據資料庫，通訊地耦合該外部計算電子裝置；建立一使用者的身體與該聲學感測裝置的貼附確認；蒐集該使用者的生物特徵；利用蒐集到的該生物特徵進行該使用者的身分比對，以確認該使用者的身分；利用該聲學感測裝置對該使用者進行心跳訊號擷取，包含對心音訊號的蒐集；利用該聲學感測裝置對該心音訊號進行濾波及放大；利用該聲學感測裝置執行心律分析；執行上述心律分析之後，確認是否為緊急狀況；若判斷為上述緊急狀況，連接該外部計算電子裝置進行與其他感測器的結果比對，並經由該外部計算電子裝置發出警報；若判斷為正常狀況，將蒐集到的該心音訊號交由該外部計算電子裝置進行訊號處理，並由該聲學感測裝置繼續蒐集訊號；由該外部計算電子裝置對該心音訊號執行特徵點提取；將上述特徵點與該雲端數據資料庫內建的先前數據，進行人工智能(AI)比對及狀況分類；將上述比對及狀況分類的結果傳送至該雲端數據資料庫建檔，作為後續比對的參考，並交由醫療單位進行判讀以及提供相關的醫療建議。
以一實施例而言，上述AI比對及狀況分類是經由設置於該外部計算電子裝置的AI算法來對正常心音訊號和異常心音訊號進行初步分類。
以一實施例而言，上述AI算法可以包含下列步驟：對輸入的上述心音訊號進行預濾波以及歸一化處理；對上述預濾波以及歸一化處理的心音訊號提取時域、頻域特徵；採用卷積神經網絡(Convolutional Neural Networks,CNN)模型輸出分類結果。
以一實施例而言，其中由該外部計算電子裝置對該心音訊號進行訊號處理的方式包括濾波、小波分析及傅立葉轉換。
100:穿戴式心音檢測系統
101:心音擷取裝置
10:使用者
103:行動裝置
107:雲端伺服器
19:壓電感測器結構
201:壓電材料層
203a,203b:金屬電極
205:電路板
20:壓電貼片結構
207:基板
209:抗過敏凝膠
211a,211b,211c:底部電極
213:絕緣層
201:壓電材料層
203:金屬引線
205:電路板
204:電性連接處
215:蓋板
217:封裝膠
220:襯底
206:黏膠(paste)
S401,S403,S405:步驟
231:皮膚電阻
503:壓力感測器
501:電容式感測器
505:電路板
507:隔音環
601:穿戴式心音擷取裝置
601a:振膜
607:膠框(隔音環)
605:電路板
603:壓電感測器
604:線路
631:人體皮膚
640:複數個孔洞
701:電容式感測器
703:壓電感測器
725:微處理器
727:儲存單元
729:無線傳輸模組
729a:天線
731,731a:放大器
733,733a:低通濾波器
735,735a:類比數位轉換器(ADC)
737:電池組
739:電源管理單元
741:充電線圈
S801,S802,S803,S804,S805,S806,S807,S808,S809,S810,S811,S812,S813,S814:步驟
〔圖1〕顯示本發明所提出的系統架構。
〔圖2(a)〕顯示本發明所提出的壓電感測器結構的側視圖。
〔圖2(b)〕顯示本發明所提出的壓電貼片結構。
〔圖3(a)-(c)〕分別顯示壓電貼片結構的不同設計之實施例。
〔圖4(a)-(c)〕顯示對壓電貼片結構貼附測試的方式。
〔圖5(a)-(c)〕分別顯示電容式感測器中壓力感測器配置的幾種可能的實施例。
〔圖6(a)〕顯示根據本發明的一個實施例所提出的整合式穿戴式心音擷取裝置。
〔圖6(b)〕顯示根據本發明的另一個實施例所提出的整合式穿 戴式心音擷取裝置。
〔圖7〕顯示根據本發明的一個實施例穿戴式心音擷取裝置的功能方塊圖。
〔圖8〕顯示根據本發明的一個實施例所提出的建立穿戴式心音檢測系統的流程圖。
此處本發明將針對發明具體實施例及其觀點加以詳細描述，此類描述為解釋本發明之結構或步驟流程，其係供以說明之用而非用以限制本發明之申請專利範圍。因此，除說明書中之具體實施例與較佳實施例外，本發明亦可廣泛施行於其他不同的實施例中。以下藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟悉此技術之人士可藉由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之功效性與其優點。且本發明亦可藉由其他具體實施例加以運用及實施，本說明書所闡述之各項細節亦可基於不同需求而應用，且在不悖離本發明之精神下進行各種不同的修飾或變更。
本發明提出一種穿戴式心音檢測系統，其主要是利用穿戴於人體穿戴式心音檢測設備，其結合聲音感測裝置以及無線傳輸，作為隨身的心音蒐集裝置，其可以與物聯網連結。將收集到的生理數據(例如，個人心音)透過手持電子運算裝置(行動裝置)運算處理，經由雲端網路發送及儲存於雲端伺服 器。
圖1顯示一種穿戴式心音檢測系統100，主要架構包括心音擷取裝置101，以監測貼片的形式黏貼於使用者10身上，心音擷取裝置101可通信地與行動裝置(例如，智慧型手機、平板電腦等外部計算電子裝置)103連接。由穿戴式心音擷取裝置101所蒐集到的心音數據，可以透過無線傳輸(例如，藍芽、WiFi等無線通訊方式)，由行動裝置103經由雲端網路105上傳至雲端伺服器107。在雲端伺服器中，數據將被儲存至雲端數據資料庫中。上述系統還包括安裝在行動裝置中的應用程式，該應用程式包含在穿戴式心音擷取裝置101、行動裝置103和雲端伺服器105之間接收和發送數據的指令。上述應用程式可基於Android、Windows 10或iOS作業系統平台運作，且可以將蒐集到的相關數據/訊號，例如心音訊號以及其波形，上傳到雲端伺服器105以進行儲存，並透過數據分析及特徵提取算法對數據進行分析、運算處理後生成評估報告並據以提供醫療上的建議。
心音擷取裝置101為了方便穿戴，該裝置可以透過監測貼片的形式黏貼於使用者10的胸口。其透過內置的聲學感測器感知人體的聲音訊號。聲學感測器主要以壓電感測器以及麥克風為主，其中壓電感測器主要組成為一壓電材料層(例如，聚偏氟乙烯(PVDF)高分子壓電薄膜、鋯鈦酸鉛(PZT)等材料)，其上下表面鍍上可導電的金屬(例如，鋁(Al)、銅(Cu)等)。上下層金屬個別拉出一條引線與電路板相接，可以用以量測因為振動而產生的電壓訊號。麥克風主要的組成為一般的電容式感測器，其係利用一超薄材料作為振膜(例如，30μm 厚的玻璃)，鍍上導電材料，並將此振膜利用框膠的方式與電路板進行封裝以形成共振腔室。目的就是利用心跳發出的聲音振動振膜，使振膜與電路板之間產生電容變化，心音擷取裝置就是擷取這個變化來記錄心跳。
參考圖2(a)，其顯示本發明所提出的壓電感測器結構19的側視圖。圖式上方顯示，其中壓電感測器主要組成為一壓電材料層(例如，聚偏氟乙烯(PVDF)高分子壓電薄膜、鋯鈦酸鉛(PZT)等材料)201，其上下表面鍍上可導電的金屬(例如，鋁(Al)、銅(Cu)等)。圖式下方顯示上述壓電感測器結構19的俯視圖，其中上下層金屬電極(203a、203b)個別拉出一條引線與電路板205相接，可以用以量測因為振動而產生的電壓訊號。
以一實施例而言，上述壓電感測器的厚度小於50μm。
圖2(b)顯示本發明所提出的壓電貼片結構20，圖式上方為壓電貼片結構的側視圖，其包括基板207、基板的下方塗佈一層可與肌膚接觸的抗過敏凝膠209、複數個底部電極(211a、211b、211c)設置於基板207下方露出上述凝膠層209的外側，用於判斷壓電貼片20是否貼附完成、一絕緣層213設置於該基板207上作為平坦化層，亦具有平坦化功用、壓電材料層201貼附於絕緣層213上，金屬引線203延伸與旁邊的電路板205相接(電性連接處204可以是導電膠、扣式接頭等)、蓋板215以及封裝膠217，利用封裝膠217以熱壓或滾壓方式貼合封裝上述蓋板215以及基板207，作為保護層。圖式下方為本發明所提出的壓電貼片結構20的正視圖。其中，上述絕緣層213、基板207、以及凝膠層209 由下至上堆疊組成襯底220。
以一實施例而言，上述基板207的材料可以是玻璃、或是聚醯亞胺(PI)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)等塑料，也可以是紡織物。
以一實施例而言，上述封裝膠217為乙烯/醋酸乙烯酯共聚物(EVA)。
以一實施例而言，上述蓋板215的材料為玻璃或是聚醯亞胺(PI)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)等塑料，也可以是紡織物。
以一實施例而言，上述壓電貼片結構20的厚度小於2000μm，其中，凝膠層209的厚度小於700μm；基板207的厚度小於300μm；絕緣層213的厚度小於50μm；壓電材料層201的厚度小於50μm；電路板205的厚度小於200μm；封裝膠217的厚度小於300μm。
以一實施例而言，上述壓電感測器也可以替換為加速度感測器、陀螺儀或其他感測器。
圖3(a)-(c)分別顯示壓電貼片結構20的不同設計，於圖3(a)中，壓電貼片結構20是將電路板205設置於壓電材料201的上方，壓電材料層201貼附於絕緣層213上，電路板205透過黏膠(paste)206貼附於壓電材料201上，而且電 路板205與壓電材料201上所鍍的金屬引線203之間的電性連接處204，是透過導電膠或扣式接頭方式產生。圖3(b)則顯示壓電材料201直接貼附於電路板205上，並且壓電感測器結構19的金屬引線203與一系統板230電性連接。圖3(c)則顯示壓電材料201直接貼附於電路板205上，並且電路板205為軟性電路板，可以直接彎折至壓電感測器結構19的上方。
圖4顯示對壓電貼片結構20貼附測試的方式，利用如圖4(a)所示的壓電貼片結構20為例子，其堆疊方式如同前面於圖2(b)所示，構造細節請參考前面的描述，該結構包含複數個底部電極(211a、211b、211c)設置於基板207下方且露出上述凝膠層209的外側。其中，複數個底部電極(211a、211b、211c)可相應的稱為第一電極P1、第二電極P2以及第三電極P3，如圖4(b)所示，設計一開關配置電路於上述複數個底部電極之間，用於對壓電貼片結構20與人體皮膚的皮膚電阻231進行貼附測試。其中，上述開關配置電路被配置於連接第一電極P1及第三電極P3之間的迴路串聯第一開關SW1(開關1)和第二開關SW2(開關2)；第一電極P1及第二電極P2之間的迴路串聯第一開關SW1(開關1)和第三開關SW3(開關3)；第三電極P3及第二電極P2之間的迴路串聯第二開關SW2(開關2)和第三開關SW3(開關3)。當上述開關配置電路如圖4(b)所示的方式設置，對壓電貼片結構20貼附測試的方式如下，首先於步驟S401，連接第一開關SW1(開關1)以及第二開關SW2(開關2)，斷開第三開關SW3(開關3)，檢查是否有量測到電阻，若無則未完整貼附；若有則進行步驟S403，連接第一開關SW1(開關1)以及第三開關SW3(開關3)，斷開第二開關SW2(開關2)，檢查是否有量測到電阻，若無則未完整貼附；若有則進行步驟S405，連接第一開關 SW2(開關2)以及第三開關SW3(開關3)，斷開第一開關SW1(開關1)，檢查是否有量測到電阻，若無則未完整貼附，若有則貼附完成。
心音擷取裝置101的另一種實施方式，是以電容式感測器組成的麥克風。麥克風主要的組成為一般的電容式感測器，其係利用一超薄材料作為振膜(例如，30μm厚的玻璃)，鍍上導電材料，並將此振膜利用框膠的方式與電路板進行封裝以形成共振腔室。目的就是利用心跳發出的聲音振動振膜，使振膜與電路板之間產生電容變化，心音擷取裝置就是擷取這個變化來記錄心跳。
傳統的穿戴式電容式感測器，由於環境噪聲等問題，在使用上必須要確認與身體接觸的狀況，因此本發明提出在電容式感測器的隔音環上放置一壓力感測器。這個壓力感測器可包含壓電式、電容式、電阻式等技術，而擺放位置可以位於隔音環與電路板之間，或是在電路板下方。基本上壓力感測器可以根據本身被按壓的程度而產生相應的壓力訊號，因此壓力感測器可以依據感測到的壓力訊號來判斷穿戴式電容式感測器與使用者之間的貼合程度。
本發明所提出的電容式感測器，參考圖5(a)-(c)，其分別顯示其中壓力感測器配置的幾種可能的實施例，其中，每個圖式的左圖為側視圖，右圖為俯視圖。參考圖5(a)-(b)，壓力感測器503係設置於電容式感測器501的電路板505與隔音環507之間；亦可以如圖5(c)所示，壓力感測器503係設置於隔音環507下方。
基於以上關於穿戴式電容式感測器可能面對的問題，諸如低頻時響應較差、環境噪聲較大等技術困難，本發明提出整合圖3-4所揭露的壓電感測器結構以及圖5所揭露的電容式感測器之穿戴式心音擷取裝置，整合後的穿戴式心音擷取裝置將於後續段落中討論。
圖6(a)顯示根據本發明的一個實施例所提出的整合式穿戴式心音擷取裝置601，其包括一振膜601a，於此振膜601a上鍍上導電材料，將此振膜601a以一膠框(隔音環)607與一電路板605封裝(其中，隔音環607與電路板605所形成共振腔，結合振膜601a即形成麥克風構造)，一壓電感測器603設置於隔音環607下方，且經由一線路604電性地連接電路板605，透過與人體皮膚631接觸，可以用以量測因為振動而產生的電壓訊號。也就是說，壓電感測器603可以作為振膜，可以用於輔助傳統電容式感測器對低頻訊號，例如第三、第四心音的頻率是介於20Hz附近，響應較差的缺失。
以一實施例而言，壓電感測器603可以形成於軟性襯底(參考圖2)，並製作成貼片形式。其中，軟性襯底的最下方設置有複數個電極，可以用來判斷是否完成貼附。
以一實施例而言，整合式穿戴式心音擷取裝置601可以透過貼片直接貼附於使用者心臟位置上方的皮膚631上，用以量測心音訊號。
圖6(b)顯示根據本發明的另一個實施例所提出的的整合式穿戴 式心音擷取裝置601，其包括一振膜601a，於此振膜601上鍍上導電材料，將此振膜601以一膠框(隔音環)607與一電路板605封裝，一具有複數個孔洞640設計的壓電感測器603設置於隔音環607下方，且經由一線路604電性地連接電路板605，可以用以量測因為振動而產生的電壓訊號。此設計可讓聲音藉由孔洞進入，不必一定需要與人體接觸才可量測。
以一實施例而言，上述設置於壓電感測器603的孔洞大小範圍為10μm-1000μm。
以一實施例而言，上述於壓電感測器603設計有孔洞的整合式穿戴式心音擷取裝置601，其中，壓電感測器603與人體皮膚631距離d的範圍為0<d<5cm。
上述感測器的設計主要是為了接收訊號，接收的訊號為心臟跳動的訊號。本發明所提出的整合式穿戴式心音擷取裝置，可以分別由電容感測器以及壓電感測器接收心臟跳動的訊號。於整合式穿戴式心音擷取裝置中，電路板包含了數個放大器、濾波器、電源管理系統、身份辨識系統、藍芽以及處理器等。
圖7顯示穿戴式心音擷取裝置601的功能方塊圖，該穿戴式身體音訊擷取裝置601能夠分別透過電容式感測器701和壓電感測器703從人體獲得心臟的心音訊號。該穿戴式身體音訊擷取裝置601可以接收和發送數據，執行 軟體應用，其包括微處理器、儲存單元、無線傳輸模組。
微處理器725可以是微控制器、數位訊號處理器(DSP)、應用專用積體電路(ASIC)、可程式邏輯電路或執行指令以根據本發明執行處理運算的其他數位數據處理裝置。微處理器725可以執行儲存於儲存單元的各種應用程式，包括執行韌體演算法。
儲存單元727可以包括唯讀記憶體(ROM)、隨機存取記憶體(RAM)、電可抹除可程式ROM(EEPROM)、快閃記憶體或一般用於電腦的任何記憶體。
無線傳輸模組729連接至天線729a，天線729a被構造為透過無線通訊通道發送輸出數據和接收輸入數據。無線電信通道可以為數位無線電信通道，例如WiFi、Bluetooth、RFID、NFC、3G/4G/5G或任何其他未來的無線通訊接口。
上述透過電容式感測器701和壓電感測器703從人體個別地獲得心音訊號，各自經由第一及第二放大器731、731a放大訊號後再由第一及第二低通濾波器733、733a過濾雜訊。經濾波的心音訊號透過第一及第二類比數位轉換器(ADC)735、735a，將類比訊號轉為數位訊號然後由微處理器725進行運算處理以獲得去背景噪音(de-noising)且穩定的心音訊號。微處理器725可以透過指令或程式將上述去背景噪音(de-noising)且穩定的心電訊號和身體音訊儲 存於儲存單元中，或是經由無線傳輸模組729發送上述訊號至行動裝置，例如智慧型手機做進一步分析。
電池組737則為穿戴式身體音訊擷取裝置601提供電力，並可以配合電源管理單元739優化電力運用。此外，電池組737亦可以透過一充電線圈741進行無線充電。
以一實施例而言，上述微處理器725、儲存單元727、無線傳輸模組729、放大器731、731a、低通濾波器733、733a、類比數位轉換器(ADC)735、735a、以及電源管理模組739等可以整合至一個單一的電路模組中。
根據圖2-7以及相關的實施例，本發明將建立一套如圖1所示的穿戴式心音檢測系統，主要分為感測器端(穿戴式心音擷取裝置)601與行動裝置端(智慧型手機或平板電腦等)103，以提供平時持續監控心臟的健康狀況，緊急發病時能透過行動裝置103發出警報及時求救，建立該系統的執行流程如圖8所示。
首先，於步驟S801，進行穿戴式身體音訊擷取裝置601與一使用者身體10的貼附確認，若未貼附完全則行動裝置端103會持續通知(步驟S802)，若確認貼附完成才會進行下一步；接著，於步驟S803，對該使用者進行生物特徵蒐集；然後，於步驟S804，利用蒐集到的生物特徵用以確認該使用者身分；確認身分後進行下一個步驟S805，於此步驟，利用上述穿戴式身體音訊擷取 裝置601對該使用者進行心跳訊號擷取，包含了心音訊號收集；接著，於步驟S806，進行心音訊號濾波及放大；於步驟S807，以及執行初步心律分析；心律分析後，於步驟S808，先確認有無緊急狀況，若有問題(如未量測到心跳...)，馬上連接行動裝置103進行與其他傳感器比對(步驟S809)，若確定為危急狀況，馬上由該行動裝置103發出警報(步驟S810)；若正常則將心音訊號交由行動裝置103進行訊號細部處理並繼續蒐集訊號(步驟S811)；行動裝置103接收正常心音訊號後，進行訊號處理，如濾波，小波分析，傅立葉轉換等，並擷取心音訊號特徵點(步驟S812)；接著，於步驟S813，將特徵點與資料庫進行與先前數據進行人工智能(AI)比對、狀況分類，了解是否有任何不正常的跡象；然後，於步驟S813，將上述比對、狀況分類的結果傳送至資料庫建檔作為後續比對的參考，並交由醫療單位進行判讀以及提供醫療相關的建議。
以一實施例而言，上述資料庫可以是建置於雲端伺服器上的雲端資料庫。
以一實施例而言，上述AI比對、狀況分類是經由設置於行動裝置端103的AI算法來對正常心音訊號和異常心音訊號進行初步分類。AI算法可以包含系列步驟：對輸入的心音訊號進行預濾波以及歸一化處理，提取時域、頻域特徵，採用卷積神經網絡(Convolutional Neural Networks,CNN)模型輸出分類結果。
以一實施例而言，對上述心音訊號進行預濾波以及歸一化處理 是以軟體運算方式進行。
以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本發明及其效益進行詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明權利要求的範圍。
10:使用者
103:行動裝置
601:穿戴式心音擷取裝置
S801,S802,S803,S804,S805,S806,S807,S808,S809,S810,S811,S812,S813,S814:步驟

Claims (10)

  1. 一種穿戴式心音檢測系統，該系統包括：聲學感測裝置，用於蒐集身體的心音訊號；外部計算電子裝置，通訊地耦合該聲學感測裝置，處理該心音訊號以獲取預處理心音訊號；以及其中，該聲學裝置包括電容式聲音感測器、壓電式聲音感測器以及電路模組，該電路模組分別與該電容式聲音感測器以及壓電式聲音感測器電性連接；該電路模組、該電容式聲音感測器以及該壓電式聲音感測器被安裝於一軟性基底上；其中，該電路模組、該電容式聲音感測器以及該壓電式聲音感測器係以下列方式設置：該電容式聲音感測器設置於該電路模組的一表面上；一隔音環設置於該表面上，並圍繞該電容式聲音感測器與該電路模組封裝形成一共振腔；該壓電式聲音感測器設置於該隔音環未與該電路模組接觸的一側上或設置於該隔音環與該電路模組之間。
  2. 如請求項1所述的穿戴式心音檢測系統，其中上述之電路模組至少包括：複數個放大器、複數個濾波器、複數個類比數位轉換器、微處理器、儲存單元、無線傳輸模組；該電容式聲音感測器的輸出端依次經該複數個放大器中的第一放大器、該 複數個濾波器中的第一濾波器、複數個類比數位轉換器中的第一類比數位轉換器電性連接該微處理器，由該第一類比數位轉換器輸出放大、濾波以及數位化的第一心音訊號；該壓電式聲音感測器的輸出端依次接經該複數個放大器中的第二放大器、該複數個濾波器中的第二濾波器、複數個類比數位轉換器中的第二類比數位轉換器電性連接該微處理器，由該第二類比數位轉換器輸出放大、濾波以及數位化的第二心音訊號；該微處理器接收該數位化的第一心音訊號以及該數位化的第二心音訊號，對其進行運算處理以獲得去背景噪音且穩定的預處理第一心音訊號及預處理第二心音訊號；其中，該微處理器可以執行指令，將該預處理第一心音訊號及預處理第二心音訊號儲存於與該微處理器電性連接的該儲存單元中，或是經由與該處理器電性連接的該無線傳輸模組，將該預處理第一心音訊號及預處理第二心音訊號發送至上述外部電子裝置做進一步分析。
  3. 如請求項1所述的穿戴式心音檢測系統，更包含一雲端數據資料庫，通訊地耦合該外部計算電子裝置。
  4. 如請求項1所述的穿戴式心音檢測系統，其中上述壓電式聲音感測器更設置有複數個透孔，使上述心音訊號可以藉由該複數個透孔進入上述電容式聲音感測器的該共振腔。
  5. 如請求項1所述的穿戴式心音檢測系統，其中上述壓電式聲音感測器可以作為振膜，用於彌補上述電容式聲音感測器的振膜對於低頻震動訊號響應不足的缺點。
  6. 如請求項1所述的穿戴式心音檢測系統，其中上述軟性基底為聚醯亞胺(PI)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)等塑料，或是是紡織物。
  7. 一種建立穿戴式心音檢測系統的方法，該方法包括：提供聲學感測裝置，用於蒐集身體的心音訊號，輸出預處理心音訊號，其中，該聲學裝置包括電容式聲音感測器、壓電式聲音感測器以及電路模組，該電路模組分別與該電容式聲音感測器以及壓電式聲音感測器電性連接；該電路模組、該電容式聲音感測器以及該壓電式聲音感測器被安裝於一軟性基底上；提供外部計算電子裝置，通訊地耦接該聲學感測裝置，用於獲取該預處理心音訊號；以及提供雲端數據資料庫，通訊地耦合該外部計算電子裝置；建立一使用者的身體與該聲學感測裝置的貼附確認；蒐集該使用者的生物特徵；利用蒐集到的該生物特徵進行該使用者的身分比對，以確認該使用者的身分；利用該聲學感測裝置對該使用者進行心跳訊號擷取，包含對心音訊號的蒐集； 利用該聲學感測裝置對該心音訊號進行濾波及放大；利用該聲學感測裝置執行心律分析；執行上述心律分析之後，確認是否為緊急狀況；若判斷為上述緊急狀況，連接該外部計算電子裝置進行與其他感測器的結果比對，並經由該外部計算電子裝置發出警報；若判斷為正常狀況，將蒐集到的該心音訊號交由該外部計算電子裝置進行訊號處理，並由該聲學感測裝置繼續蒐集訊號；由該外部計算電子裝置對該心音訊號執行特徵點提取；將上述特徵點與該雲端數據資料庫內建的先前數據，進行人工智能(AI)比對及狀況分類；將上述比對及狀況分類的結果傳送至該雲端數據資料庫建檔，作為後續比對的參考，並交由醫療單位進行判讀以及提供相關的醫療建議。
  8. 如請求項7所述的方法，其中上述AI比對及狀況分類是經由設置於該外部計算電子裝置的AI算法來對正常心音訊號和異常心音訊號進行初步分類。
  9. 如請求項7所述的方法，其中上述AI算法可以包含下列步驟：對輸入的上述心音訊號進行預濾波以及歸一化處理；對上述預濾波以及歸一化處理的心音訊號提取時域、頻域特徵；採用卷積神經網絡(Convolutional Neural Networks,CNN)模型輸出分類結果。
  10. 如請求項7所述的方法，其中由該外部計算電子裝置對該心音訊號進行訊號處理的方式包括濾波、小波分析及傅立葉轉換。
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