[发明专利]呼吸探测装置及其操作方法

说明书

技术领域

本发明涉及利用光体积变化信号(Photoplethysmography,PPG，下称PPG信号)来取得使用者的呼吸循环周期，尤其涉及通过解析PPG信号，可以从解析的信号上实时获得关于呼吸深度以及呼吸循环周期的相关信息的呼吸探测装置及其操作方法。

背景技术

目前并无利用PPG信号而可以实时获得关于呼吸循环周期的技术。此外，公知的呼吸探测装置，至少需计数一分钟以上方能得到使用者每分钟的呼吸率，并无法实时地显示每次的呼吸状态，因而限制了其应用。

发明内容

本发明提供一种利用光体积变化信号(Photoplethysmography,PPG，下称PPG信号)取得使用者的呼吸循环周期的呼吸探测装置及其操作方法。

本发明提供一种呼吸探测装置，包含光源、光感测元件以及处理单元。所述光源用于照明皮肤表面以使光线穿过所述皮肤表面下方的皮肤组织。所述光感测元件用于探测从所述皮肤组织射出的出射光，以产生光体积变化信号。所述处理单元用于获取出所述光体积变化信号的低频载波，以作为呼吸信号。

本发明还提供一种呼吸探测装置，包含光源、光感测元件、处理单元、显示装置以及提示装置。所述光源用于照明皮肤表面以使光线穿过所述皮肤表面下方的皮肤组织。所述光感测元件用于探测从所述皮肤组织射出的出射光以产生光体积变化信号。所述处理单元用于获取出所述光体积变化信号的 低频载波，以作为呼吸信号。所述显示装置用于实时地显示所述呼吸信号随时间的变化曲线。所述提示装置用于根据所述变化曲线的强度、上升部分、下降部分和/或频率与至少一个阈值的比较结果，发出提示信号。

本发明还提供一种呼吸探测装置的操作方法，包含下列步骤：利用光感测元件从皮肤表面取得光体积变化信号；利用处理单元获取出所述光体积变化信号的低频载波；利用所述处理单元识别所述低频载波的周期、上升部分及下降部分；其中，所述周期代表使用者的呼吸循环周期，所述上升部分代表所述使用者的呼气及吸气中的一者，而所述下降部分代表所述呼气及所述吸气中的另外一者；以及实时性地输出所述呼吸循环周期、所述呼气的呼气状态及所述吸气的吸气状态中的至少一者。

为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显，下文将配合所附图示，详细说明如下。此外，于本发明中，相同的构件是以相同的符号表示，于此先述明。

附图说明

图1示出了光体积变化信号的强度与时间关系曲线。

图2示出了取自图1的光体积变化信号的呼吸循环周期，各周期包含上升部分及下降部分。

图3A～3B为本发明实施例的呼吸探测装置的使用状态。

图4为本发明实施例的呼吸探测装置的方块示意图。

图5为本发明实施例的呼吸探测装置的操作方法的流程图。

具体实施方式

PPG信号由二个部分所组成，心脏收缩时，全身血管内的压力、血流体积等会产生连续性变化，而当心脏舒张时，上述压力相对会减低，此时前一 次心脏收缩时打出的血液会循环撞击心脏瓣膜而产生反折的现象。

因此一个完整的PPG波形包含了心脏收缩与血管壁本身压力作用的综合效应，利用光学方式来探测血管的体积变化，可以获得上述PPG信号。

为了从PPG信号中取得与使用者呼吸信号相关的信号，首先必需要取得PPG信号，接着识别所述PPG信号的低频载波，以决定相应的低频载波频率；其中，所述低频载波频率可代表所述使用者的呼吸循环周期。

所述低频载波包含上升部分以及下降部分，其中所述上升部分可代表所述使用者的呼气及吸气中的一者，而所述下降部分可代表呼气及吸气中的另外一者。此时，便可实时地输出此呼吸循环周期、呼气、吸气中的至少一者给使用者参考，或者提示使用者可改变呼吸节奏与深度。

如前所述，一个完整的PPG波形包含了心脏收缩与血管壁本身压力作用的综合效应。本发明利用光学方式来探测血管的体积变化，可以获得上述PPG信号。

由前述可知，PPG信号可以代表心脏循环时的频率，但由于PPG可测量血管的光体积变化，而人体全身的血管均彼此相连接，故通过解析PPG信号，可以从解析的信号上获得关于呼吸深度以及呼吸循环周期的相关信息。

例如当吸气时，肌肉用力，进而对血管产生进一步的挤压，这会使得PPG信号整体往上逐渐提高；反之，当呼气时，肌肉放松，则会使得PPG信号整体往下逐渐降低。通过解析PPG信号的上升周期和/或下降周期，可以识别出使用者的呼吸循环系统的呼吸频率。