技术领域
本发明涉及一种测量技术，且特别涉及一种血液参数测量装置以及其测 量方法。
背景技术
先前以来，已发展有许多系统来分析血中成分（blood constituents）的浓 度，此些血中成分如血糖（blood glucose）、血氧（blood oxygen）、药物、 碳氧血红蛋白（carboxyhemoglobin）、变性血红素（methemoglobin）、胆固 醇（cholesterol）等在健康的评估或特殊疾病的检测方面有其重要性。
一般而言，血液参数的测量大多需要通过抽血来对血液进行检测，而在 体外完成参数的分析。然而，由于仍有一些不适合进行抽血检测的情况（例 如会有过敏或贫血现象者），因此需要发展非侵入式血液参数检测技术。
以血氧浓度计为例，一般非侵入式的血氧浓度计必须通过于受测部位中 由脉搏造成的血液体积（blood volume）变化，并利用光学检测方法来计算脉 动氧血红素饱和度（oxyhemoglobin saturation by pulse oximetry，SpO2），以 评估血氧浓度。然而，在不存在脉搏造成的组织灌流（tissue perfusion）等情 形时，虽理论上带氧血红素（oxygenated hemoglobin，HbO2）仍然存在于组 织中，却难以准确地测得SpO2。为了因应实用上的需求，必须进一步改良非 侵入式的血液参数检测技术。
发明内容
本发明提供一种血液参数测量装置，能够以主动方式改变穿过待测组织 的波的波程，而进行血液参数的测量。
本发明提供一种测量血液参数的方法，通过主动改变穿过待测组织的波 的波程，而进行血液参数的测量。
本发明提出一种血液参数测量装置，用于测量待测组织的血液参数，包 括：波源，配置于待测组织的一侧，且提供至少二个波，且此些波具有不同 的波长；接收模块，配置于待测组织的另一侧，以接收由波源所产生的波； 以及制动器，连接于波源以及接收模块的至少一个，制动器能产生驱动力， 使波源与接收模块接触待测组织，而使待测组织表面受到正向压力，由于待 测组织受到正向力来回挤压，而在待测组织中产生因压迫血液与血液回充造 成的血体积改变，藉此改变波源与接收模块间的波程。
依照本发明的一实施例，上述的血液参数测量装置中，此些波包括电磁 波、机械波或其组合。
依照本发明的一实施例，上述的血液参数测量装置中，正向压力介于待 测组织的舒张压（diastolic blood pressure）与收缩压（systolic blood pressure） 之间。
依照本发明的一实施例，上述的血液参数测量装置中，驱动力为机械力、 电磁力或其组合。
依照本发明的一实施例，上述的血液参数测量装置还包括运算模块，其 至少耦接于接收模块，以分析接收模块所接收的信号。
依照本发明的一实施例，上述的血液参数测量装置中，运算模块包括反 馈控制单元、数据计算单元、数据传输单元以及数据显示单元。
依照本发明的一实施例，上述的血液参数测量装置还包括压力传感器， 配置以测量待测组织上所产生的正向压力。
依照本发明的一实施例，上述的血液参数测量装置还包括支持机构 （support mechanism），其为可动机构且连接至制动器，且波源以及接收模 块中的至少一个配置于支持机构上。
依照本发明的一实施例，上述的血液参数测量装置中，支持机构的结构 为夹式（clip type）、环状包覆式（circularly wrapped）或平面贴覆式（planar attached）。
依照本发明的一实施例，上述的血液参数测量装置中，制动器依照时间 函数（time function）来产生驱动力。
依照本发明的一实施例，上述的血液参数测量装置中，血液参数包括血 氧浓度。
本发明提出一种测量血液参数的方法，用于测量一待测组织的血液参数， 包括：由波源发射至少二个波，使此些波穿过待测组织，其中此些波具有不 同的波长；以接收模块检测来自于待测组织的此些波，并连续地产生输出信 号；通过制动器所产生的驱动力改变波源与接收模块的相对位置，而主动改 变穿过待测组织的波的波程，以影响输出信号；以及分析输出信号，以得到 待测组织的血液参数。
依照本发明的一实施例，上述的测量血液参数的方法中，此些波包括电 磁波、机械波或其组合。
依照本发明的一实施例，上述的测量血液参数的方法中，驱动力为机械 力、电磁力或其组合。
依照本发明的一实施例，上述的测量血液参数的方法中，其中波源以及 接收模块中的至少一个配置于支持机构上，支持结构为可动机构且连接至制 动器。
依照本发明的一实施例，上述的测量血液参数的方法中，制动器依照时 间函数来产生驱动力。
依照本发明的一实施例，上述的测量血液参数的方法中，改变波源与接 收模块的相对位置包括在第一期间内，使波源与接收模块接触待测组织，而 使待测组织表面受到正向压力，并在第二期间内，停止对待测组织施加压力， 让待测组织进行自然的血液回充。
依照本发明的一实施例，上述的测量血液参数的方法中，正向压力高于 待测组织的舒张压，且持续对待测组织加压至待测组织的收缩压止。
依照本发明的一实施例，上述的测量血液参数的方法中，还包括通过压 力传感器对待测组织上所产生的正向压力的大小进行测量。
依照本发明的一实施例，上述的测量血液参数的方法中，在第一期间结 束前的第一时间区间至第二期间（血液回充期间）达稳定前的第二时间区间 内进行上述输出信号的统计分析，且上述第二时间区间较上述第一时间区间 长。
依照本发明的一实施例，上述的测量血液参数的方法中，血液参数包括 血氧浓度。
基于上述，本发明通过主动改变穿过待测组织的波的波程来进行血液参 数的测量，除了应用于待测组织具有脉搏所造成的组织灌流的情况下，尚可 应用于待测组织无脉搏或脉搏微弱的情况。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合 附图作详细说明如下。
附图说明
图1是依照本发明的一实施例的一种血液参数测量装置的示意图。
图2是依照本发明的一实施例的一种血液参数测量装置的示意图。
图3是依照本发明的一实施例的一种测量血液参数的方法的流程图。
图4是利用本发明一实施例的血液参数测量装置而于具有正常组织灌流 的情况下所测得的红外光/红光信号。
图5是将本发明一实施例的血液参数测量装置应用于没有组织灌流的手 指末端（在上臂使用加压压脉带阻断往手指末端的灌流）所测得的红外光/红 光信号。
【主要元件符号说明】
100、200： 血液参数测量装置
102、202： 待测组织
104、204： 波源
106、206： 接收模块
108、208： 制动器
110、210： 运算模块
110a、210a： 反馈控制单元
110b、210b： 数据计算单元
110c、210c： 数据传输单元
110d、210d： 数据显示单元
212： 支持机构
114、214： 压力传感器
S100、S102、S104、S106： 步骤
A、B、C、A’、B’、C’： 区域
具体实施方式
图1是依照本发明的一实施例的一种血液参数测量装置的示意图。
请参照图1，血液参数测量装置100可用于测量待测组织102的血液参 数。待测组织102例如是图1中所示的手指，但并不限于此，也可为脚趾、 耳朵（耳垂）、舌头或其他含有血液部位的局部等，实际上可依照测量的需 求调整施用部位。此外，本文中所指的血液参数包括但不限于血糖、血氧、 药物、碳氧血红蛋白、变性血红素以及胆固醇的含量或浓度。
如图1所示，血液参数测量装置100包括波源104、接收模块106以及 制动器108。波源104配置于待测组织102的一侧，且提供至少二个波，且 此些波具有不同的波长。此些波例如是电磁波、机械波或其组合。
波源104例如是提供660nm的红光与940nm的红外光，但不限于此。在 一些实施例中，波源104至少可提供红外光以及红光。举例而言，在评估待 测组织的血氧浓度时，可利用分析红外光（波长范围约700nm～14，00nm） 以及红光（波长范围约600nm～700nm）穿过待测组织的光强度，来计算带 氧血红素与不带氧血红素的比例。
接收模块106配置于待测组织102的另一侧，以接收由波源104所产生 的波。接收模块106例如是光度传感器，但不限于此。
制动器108连接于波源104以及接收模块106的至少一个。在此实施例 中，制动器108是以连接至波源104为例进行说明。制动器108例如是以马 达反复驱动并挤压组织的机构，但不限于此。
制动器108能产生驱动力，使波源104与接收模块106接触待测组织102， 而使待测组织102表面受到正向压力，藉此改变波源104与接收模块106间 的波程。
上述驱动力例如是机械力、电磁力或其组合。具体而言，上述驱动力包 括弹力、气压力（air pressure force）、液压力（liquid pressure force）、惯性 力（inertial force）、电磁力或其组合等。实际上，只要是足以造成波源104 与接收模块106间的波程改变的驱动力，则并无特别限定。
此外，制动器108可依照时间函数来产生驱动力。上述时间函数例如是 具有周期性、规律性或特定时间的函数。具体而言，可使用周期性方波作为 时间函数来设定制动器，以产生所需驱动力。
应注意的是，上述正向压力例如是高于待测组织102的舒张压。通过使 正向压力落在此一范围内，可进一步提升测量的准确度。此外，亦由于不需 对待测组织102施加大范围且过大的压力，故对受试者而言，受试时的舒适 度可较佳。
如图1所示，血液参数测量装置100可还包括运算模块110，其至少耦 接于接收模块106，以分析接收模块106所接收的信号。运算模块110例如 是计算机主机系统，但不限于此。在一些实施例中，运算模块110包括反馈 控制单元110a、数据计算单元110b、数据传输单元110c以及数据显示单元 110d。
在本发明的一实施例的运算模块110中，数据计算单元110b可根据依需 求所设定的算法来对接收模块106所接收到的波的信号进行计算等操作。然 后，将计算结果通过数据传输单元110c传输至数据显示单元110d，即可获得 所需的测量值。反馈控制单元110a则可通过数据计算单元110b、数据传输单 元110c以及数据显示单元110d中的至少一个得到上述计算结果，并判断其 是否具有一定的稳定度或可靠性（reliability）。
在一些实施例中，血液参数测量装置100可还包括压力传感器114，配 置以测量待测组织上所产生的正向压力。压力传感器114例如是压电材料， 但不限于此。
在此实施例中，压力传感器114配置在波源104上，而可感测到通过波 源104所传递的正向压力。然而，压力传感器114的位置并不限于此，也可 配置于其他位置（例如接收模块106上），只要可感测上述正向压力的大小 即可。
具体而言，压力传感器114例如是将所测得的压力值传输至运算模块110 的反馈控制单元110a中，以协助反馈控制单元110a判断所得到的测量值的 稳定度或可靠性。
如果所得的测量值不够稳定或可靠性不佳，反馈控制单元110a可传递信 号至制动器108，使制动器108再次进行对待测组织施加压力以进行测量的 动作。或者，反馈控制单元110a也可发出通知信号至数据显示单元110d，提 醒操作者进行环境参数（例如算法、时间及驱动力大小）等条件的调整，以 利测量的进行。
此外，上述依需求所设定的算法（algorithm）并无特别限定，可依照欲 测量的血液参数来进行设定。举例而言，当欲对待测组织进行血氧浓度的评 估时，由于在血液中，带氧血红素（HbO2）会吸收较多的红外光、较少的红 光，而不带氧的血红素（Hb）则吸收较多红光、较少的红外光，因此可以使 用所谓的波峰-波谷（Peak-Valley）法，即，利用比尔-朗伯定律（Beer-Lambert Law）的原理来检测血液对光吸收量的变化，计算出带氧血红素占全部血红 素的百分比，从而求得SpO2。
如上所述，本发明的血液参数测量装置通过主动改变穿过待测组织的波 的波程来进行血液参数的测量，除了应用于待测组织具有脉搏所造成的组织 灌流的情况下，尚可应用于待测组织无脉搏或脉搏微弱的情况。
图2是依照本发明的一实施例的一种血液参数测量装置的示意图。在图 2中，与图1类似的构件则使用类似的标号（例如波源104与波源204），并 省略其说明。
请参照图2，本实施例的血液参数测量装置200包括波源204、接收模块 206、制动器208、支持机构212以及压力传感器214。在此实施例中，制动 器208为盘式制动器。
血液参数测量装置200与上述血液参数测量装置100不同之处主要在于， 血液参数测量装置200还包括支持机构212，其为可动机构且连接至制动器 208。在此实施例中，支持机构212的结构为夹式，但并不限于此，其结构也 可为环状包覆式或平面贴覆式等。
在此实施例中，波源204以及接收模块206均配置于支持机构212上。 藉此，制动器208可通过带动支持机构212而驱动波源204以及接收模块206， 以改变两者的相对位置。然而，波源、接收模块以及支持机构的配置并不限 于此态样，只要波源以及接收模块中的至少一个配置于支持机构上即可。
除此之外，本实施例所提出的血液参数测量装置的其他技术内容、材料 以及特点已于上述实施例中进行详尽地说明，故在此不再赘述。
图3是依照本发明的一实施例的一种测量血液参数的方法的流程图。以 下将参照图1的血液参数测量装置，搭配图3以说明本发明一实施例的测量 血液参数的方法。应注意的是，由于部分构件已于上述实施例进行说明，故 在此不再赘述。
请先参照图1以及图3，首先，进行步骤S100，由波源104发射至少二 个波，使其穿过待测组织102，其中此些波具有不同的波长。各个波例如是 电磁波、机械波或其组合。在一些实施例中，波源104所发射的波至少包括 红外光以及红光，而可用于评估待测组织的血氧浓度，但并不限于此。实际 上，在评估待测组织中的不同血液参数时，可能使用不同波长范围或其组合 的波，以适于特定血液参数的测量。
接下来，进行步骤S102，以接收模块106检测来自于待测组织102的波， 并连续地产生输出信号。输出信号例如是通过如图1所示的运算模块110进 行处理及传输，而可连续地于数据显示单元110d显示，但并不限于此，也可 经本领域技术人员所知的其他方式来处理及呈现上述输出信号。
然后，进行步骤S104，通过制动器108所产生的驱动力改变波源104与 接收模块106的相对位置，而主动改变穿过待测组织的波的波程，以影响输 出信号。上述驱动力例如是机械力、电磁力或其组合，而上述制动器例如是 依照时间函数来产生驱动力，其实例已例举于上述实施例，故在此不再赘述。
在一些实施例中，波源104以及接收模块106中的至少一个可配置于支 持机构上，上述支持结构为可动机构且连接至制动器108。制动器108可通 过带动支持结构而驱动波源104以及接收模块106，从而改变波源104与接 收模块106的相对位置。
此外，上述改变波源104与接收模块106的相对位置例如是在第一期间 内，使波源104与接收模块106接触待测组织102，而使待测组织102表面 受到正向压力，并在第二期间内，停止对待测组织102施加压力。具体而言， 例如是在使待测组织102受到压力而导致组织中血液体积减少的第一期间之 后，停止对待测组织102施加压力，藉此，在停止施压的第二期间内，血液 会再次回流，此时所得的输出信号较适于血液参数的分析。评估血氧浓度时 可在第一期间结束前的第一时间区间（例如约0秒～0.1秒）至第二期间（血 液回充期间）达稳定前的第二时间区间（例如约0秒～0.5秒）内进行该输出 信号的统计分析。
值得注意的是，由于在此情况下是主动地改变了穿过待测组织的波的波 程，因此，除了应用于待测组织具有脉搏所造成的组织灌流的情况下，尚可 应用于待测组织无脉搏或脉搏微弱的情况，故而较佳。
如上所述，上述正向压力例如是高于待测组织102的舒张压。通过使正 向压力落在此一范围内，可进一步提升测量的准确度。此外，亦由于不需对 待测组织102施加大范围且过大的压力，故对受试者而言，受试时的舒适度 可较佳。另外，施加压力的方式例如是持续对待测组织102加压至约待测组 织102的收缩压止。
接下来，进行步骤S106，分析输出信号，以得到待测组织102的血液参 数。具体而言，可通过如图1所示的运算模块110来分析输出信号。分析输 出信号的方式可依照测量的需求进行不同的设定，例如评估血氧浓度时可在 第一期间结束前的第一时间区间（例如约0秒～0.1秒）至第二期间（血液回 充期间）达稳定前的第二时间区间（例如约0秒～0.5秒）内进行该输出信号 的统计分析，其中，第二时间区间例如是较第一时间区间长。藉此，可得到 最后的计算结果。
值得注意的是，在分析输出信号后，可还包括判断所得的分析结果是否 具有一定的稳定度或可靠性的步骤，此步骤例如是通过如图1所示的反馈控 制单元110a来进行。如前所述，如果所得的测量值不够稳定或可靠性不佳， 反馈控制单元110a可传递信号至制动器108，使制动器108再次进行对待测 组织施加压力以进行测量的动作。或者，反馈控制单元110a也可发出通知信 号至数据显示单元110d，提醒操作者进行环境参数（例如算法、时间及驱动 力大小）等条件的调整，以利测量的进行。通过此种机制，可进一步将测量 结果最适化。
此外，本发明的测量血液参数的方法可还包括通过压力传感器，而对待 测组织102上所产生的正向压力的大小进行测量，作为调整上述参数等条件 的参考。藉此，可以确认对待测组织102所施加的压力是否在最佳范围，以 得到最适化的测量结果。
如上所述，本发明的测量血液参数的方法，通过主动改变穿过待测组织 的波的波程，而进行血液参数的测量，除了应用于待测组织具有脉搏所造成 的组织灌流的情况下，尚可应用于待测组织无脉搏或脉搏微弱的情况。
下文中，将提出实验例以对本发明进行更详细的说明。在此些实验例中， 是以通过计算SpO2数值来评估待测组之中的血氧浓度为例进行说明。应注意 的是，以下各实验例仅是用来说明本发明的血液参数测量装置在特定条件下 进行测试后的结果，而不应用以限定本发明的范围。
实验例1
图4是利用本发明一实施例的血液参数测量装置而于具有正常组织灌流 的情况下所测得的红外光/红光信号。
请参照图4，在左侧的区域A（约第0～5秒）中，待测组织为处于正常 灌流的情况下（即，处于具有正常的脉搏跳动而不施予其他外力的情况）， 此时，由于血压与血流会自然地改变红光/红外光（Red/IR）的光程差，因此 接收模块可接收到连续而具有规律脉动的输出信号，以计算出SpO2数值。区 域A中所测量的SpO2数值约为98%。
由于从第5秒开始，通过制动器所产生的驱动力改变波源与接收模块的 相对位置，使待测组织表面受到正向压力，主动地改变光程差以影响输出信 号。此处施加的正向压力约等于收缩压，才能获得最大的血体积减少量，因 此，在中间的区域B（约第5～12秒）中，主动地改变光程差所造成的影响与 正常血压、血流的脉动混合，虽然原先的规律性被改变，但由此种输出信号 仍然可以计算SpO2数值。区域B中所测量的SpO2数值约为97%。
从第12秒开始，使待测组织表面受到比区域B中更大的正向压力（此实 验例中约为150mmHg，远大于收缩压），结果可发现，在右侧的区域C中， 由于主动地改变光程差对输出信号所造成的影响远大于原本正常血压、血流 的脉动的影响，因此输出信号的结果被主动改变的光程差所主宰，而成为不 同于区域B的另一种波形，但也可通过此种波形来计算SpO2数值。区域C 中所测量的SpO2数值约为96%。值得注意的是，由于在此情况下的波峰与波 谷间的距离较为明显，故更适于进行血氧浓度的分析。
实验例2
图5是将本发明一实施例的血液参数测量装置应用于没有组织灌流的手 指末端（在上臂使用加压压脉带阻断往手指末端的灌流）所测得的红外光/红 光信号。
请参照图5，在左侧的区域A’（约第0～2秒）中，待测组织为处于正常 脉搏跳动的情况下。此时，区域A’与上述实验例1的区域A的情况相同，接 收模块可接收到连续而具有规律脉动的输出信号，以计算出SpO2数值。区域 A’中所测量的SpO2数值约为98%。
从第2秒开始，使用压脉带（cuff）加压手的上臂至收缩压以上（此处所 施加的压力约等于收缩压，而导致脉搏跳动无法传至待测的手指末端部位。 亦即，在区域B’中的组织逐渐呈现无灌流状态。因此，在中间的区域B’，可 以观察到信号逐渐递减的现象，但由于此时并未使用制动器改变波源与接收 模块的相对位置，待测组织表面未受到正向压力，仍然维持无灌流状态，所 以在区域B’无法测量SpO2数值。
从第7秒开始，通过制动器所产生的驱动力改变波源与接收模块的相对 位置，使待测组织表面受到正向压力，主动地改变光程差以影响输出信号。 此处施加的正向压力约等于收缩压，因此，在右侧的区域C’中，由于使用制 动器主动移动发射光源的位置，而造成接收模块接收的信号产生变化，再次 产生连续而具有规律脉动的输出信号，藉此即可计算SpO2数值，以评估血氧 浓度。区域C’中所测量的SpO2数值约为96%。
综上所述，本发明的测量血液参数的方法，通过主动改变穿过待测组织 的波的波程，而进行血液参数的测量，除了应用于待测组织具有脉搏所造成 的组织灌流的情况下，尚可应用于待测组织无脉搏或脉搏微弱的情况。
虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本领域技 术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本 发明的保护范围当视所附权利要求书界定范围为准。