研究成果介紹


系統整體架構包含ECG、BPW、LDF、PPG等訊號之非侵入式擷取與前置處理


  • LDF

在本量測架構之各項生理參數中,LDF是唯一外購非自製儀器。雷射都卜勒血流儀是以光學的方式進行量測,利用光纖探頭在人體組織上打出雷射,計算其紅血球所反射的強度,進而得到量測值,如下圖所示。其雷射波長為780nm+/-10nm,最大功率為1.6mW,光纖探頭的孔徑為200um,當儀器在擷取資料時,最大取樣頻率為40Hz。

LDF時域分析參數
FDT:心臟將血液送出,到末端微血管的延遲時間
FRT:動脈末端的開口打開,至微血管灌流量最大時的所需爬升時間
PW:動脈末端開口完全開啟的時間
DC:雷射都卜勒訊號的直流訊號
AC:雷射都卜勒的交流訊號
AD:雷射都卜勒的交流訊號與直流訊號的比例

LDF頻域分析參數
Fr1 : 0.001–0.02Hz: 血管壁內皮細胞分泌活動
Fr2 : 0.02–0.052Hz: 血管壁神經活動
Fr3 : 0.052–0.145Hz: 血管平滑肌的肌生反應
Fr4 : 0.145–0.6 Hz: 呼吸作用或感壓反射
Fr5 : 0.6–2Hz: 心跳


  • BPW

血壓波形感測器分為應變計、惠斯登電橋與濾波放大器三部分。其工作原理為透過抓取橈動脈血壓波形,脈搏的力量使應變計偵測到壓力變化,應變計內的阻抗產生變化,使原本的定電壓的惠斯登電橋在輸出電壓上發生改變,並以電訊號形式產生血壓波形,以濾波放大器放大此微弱的生理訊號。

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BPW時域分析參數
FDT(foot delay time):心臟將血液送出,到末端微 血管的延遲時間,反映出動脈血管彈性特性
FRT(foot raising time):血壓波形上升至最大時的時間,反映心臟的推力、血管床的阻力特性
PW(Pulse Width):動脈管壁被血液撐開的時間,顯示出脈波處於頂端供血的時間比例
BPW頻域分析參數 Ratio:由動脈波形的諧波比例來推估全身供血狀況
Phase:血壓波形的諧波相位角來推估人體組織血管床的compliance


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BP感測器

腕帶


  • 感測整合電路
本實驗使用350Ω阻抗單軸應變計,搭配聚壓式梯形硬泡棉與平衡用軟式泡棉,以自製脈搏感測器。自製感測器配合機構與壓脈帶如下圖所示,可協助將橈動脈體表部位之血壓波形有效無失真的擷取出來,相關衍生專利如前所述。

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BP電路板

ECG電路


本實驗室自行開發的非侵入式量測裝置,整合力學式與光學指環式血壓波形感測器(BPW)與搭配使用的生理訊號放大器(ECG),以及現有設備雷射都卜勒血流儀(LDF),以光學的非侵入方式評估末梢組織的微循環血流狀態。各儀器所量測的類比訊號透過訊號連接器傳到電腦的類比數位擷取卡(DAQ card),並以數位訊號的資料形式進行運算及儲存。此一電路版目前已能完全自製(圖為第一版電路),並繼續持續改進其穩定度與效能。

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類比數位轉換盒

ECG測量情形

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指環感測器量測情形


  • 分析參數策略思考
對於我們所擷取之各項生理訊號,朝向具臨床實用能力之分析技術開發與探索,是系統成敗的關鍵。對於LDF與BPW兩訊號,我們構思並驗證各項生理參數的分析,LDF微循環血流訊號的分析策略包括脈波血流參數(由時域波形來找尋相對性指標)、血流頻域分析(由頻域頻譜來找尋相對性指標)、微循環血流變異度(由變異程度來找尋相對性指標)等數項創新思考方向,BPW動脈血壓波形採用進行探討的參數主要包括血壓波形的諧波振幅比例以及諧波變異率,呈現各器官血管床與心臟的共振狀況,並進而有助於偵測血管特性的改變。思考的關鍵在於:由相對性指標(relative index)著手,作為定量評估微循環血流的替代方式,以規避絕對性指標面臨biological-zero problem等來自於基本理論限制。