具体实施方式

图1说明根据本发明的示范性实施例的腕带式生物感测系统的方块图。请参照图1，腕带式生物感测系统100适用于智能表感测装置、智能手环感测装置或各种腕带式感测装置等，并没有特别的限制。

腕带式生物感测系统100包括至少一个生理信号传感器110、至少一个形变传感器120以及处理装置130，其中生理信号传感器110的数量与形变传感器120的数量可以依照需求调整(越多的数量会有越高的精确度)，并没有特别的限制。

在一实施例中，生理信号传感器110例如是配置在可穿戴于使用者腕部的腕带本体(未绘示)中，用以检测使用者腕部的一个或多个生理信号。其中，生理信号传感器110可配置于腕带本体上对应于腕部的至少一个感测部位的位置，以检测各感测部位的生理信号。

依照设计需求，本实施例所述的「生理信号」可以是体温、血压、脉搏、心跳、肌电信号(Electromyography，EMG)或是其他生理信号，而生理信号传感器110可以是光电容积图传感器(Photoplethysmography Sensor，PPG Sensor)等检测生理信号的传感器，并没有特别的限制。

形变传感器120可配置于各生理信号传感器110周围，用以检测各感测部位的形变，并输出形变信号。详细而言，当使用者的腕部转动或弯曲时，各感测部位将产生形变(即，腕部的肌肉与皮肤产生形变)。此时，各感测部位的形变将对生理信号传感器110所检测的生理信号产生影响。

举例而言，假设生理信号传感器110为PPG传感器，当使用者的腕部转动或弯曲时，血管会弯曲而造成血管体积减少，从而使PPG传感器所检测到的信号强度下降。进一步而言，当使用者的腕部未转动或弯曲时，血管的剖面近似圆形，假设血管的长度为L，以及血管的剖面的半径为r，此时PPG传感器所检测的血管的体积约为πr²L。而当使用者的腕部转动或弯曲时，此时血管的剖面近似椭圆形，假设血管的长度为L，血管的剖面的半长轴为a、半短轴为b，此时PPG传感器所检测的血管的体积约为πabL。其中，由于椭圆形血管的体积πabL小于圆形血管的体积πr²L，即手腕弯曲造成血管变形，使得测量血管总体积减少，而PPG传感器所检测的信号强度将会下降。

在一实施例中，形变传感器120例如是电容式形变传感器、电阻式形变传感器或电感式形变传感器，其可以一个形变传感器120对应一个生理信号传感器110或多个形变传感器120对应一个生理信号传感器110的方式配置，并没有特别的限制。

处理装置130可耦接生理信号传感器110及形变传感器120，以接收生理信号及形变信号，查询对应于形变信号的补偿信号，并利用补偿信号校正生理信号，以输出各感测部位的经校正生理信号。详细而言，处理装置130可利用补偿信号校正生理信号，由此校正由使用者的腕部转动或弯曲所造成的生理信号的影响。

基于上述，在一实施例中，可预先利用形变传感器120检测各感测部位的形变对于所检测生理信号的影响，而处理装置130建立对照表来记录校正所述影响所需的补偿信号。由此，在实际应用中，每当形变传感器120检测到感测部位的形变时，处理装置130即可存取预先储存的对照表以查询对应于所检测到的形变的补偿信号。

依照设计需求，在一实施例中，处理装置130可配置于前述的腕带本体。而在另一实施例中，处理装置130则可配置于智能表、智能手环(未绘示)或其他独立于腕带本体外而设置的电子装置上。值得注意的是，处理装置130例如是微处理器、微控制器、模拟信号处理、数字信号处理(Digital Signal Processor，DSP)芯片、可编程逻辑门阵列(FieldProgrammable Gate Array，FPGA)、特殊应用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC)或其他可编程的元件或装置，并没有特别的限制。

在一实施例中，生理信号传感器110可以阵列的方式配置于腕带本体上，而处理装置130可将各个生理信号传感器110所检测的生理信号与待测部位的参考生理信号图进行比对，以选择所要校正及输出的感测部位的生理信号。

详细而言，处理装置130可将所检测的生理信号与参考生理信号图进行比对，以选出邻近于目标部位(例如，腕部动脉)的生理信号传感器110，从而针对所选择生理信号传感器110所获得的生理信号进行校正及输出。依照设计需求，参考生理信号图例如是对应于腕部动脉的光电容积图，并储存于数据库中，以供处理装置130存取。所述数据库例如设置于智能表、智能手环、手机等移动装置中或设置于远端的服务器中，并没有特别的限制。

举例而言，若生理信号传感器110为PPG传感器，处理装置130可将各个生理信号传感器110所检测的生理信号与对应于腕部动脉的光电容积图进行比对，以判断哪些生理信号传感器110邻近于腕部动脉(即，目标部位)，进而针对这些生理信号传感器110所检测的生理信号进行校正及输出。

在一实施例中，处理装置130可依据参考生理信号图从所检测的生理信号中选择信号图谱的相似度最高、强度最高或两者兼具的生理信号作为所要校正及输出的感测部位的生理信号。详细而言，处理装置130可选择与参考生理信号图的波形最相似的生理信号、信号强度最高的生理信号或与参考生理信号图的波形最相似且信号强度最高的生理信号，从而针对所选择的生理信号进行校正及输出。

在一实施例中，腕带式生物感测系统100还可包括显示装置(未绘示)，此显示装置是以有线或无线方式连接处理装置130，用以接收并显示由处理装置130输出的各感测部位的经校正生理信号。举例而言，若处理装置130配置于智能表本体，形变传感器120可利用无线的方式将各感测部位的经校正生理信号传送至处理装置130，处理装置130以有线的方式将各感测部位的经校正生理信号传送至显示装置显示。若处理装置130配置于腕带本体，形变传感器120可利用有线的方式将各感测部位的经校正生理信号传送至处理装置130，处理装置130以无线的方式将各感测部位的经校正生理信号传送至显示装置(例如配置于智能表本体上)显示。此外，腕带式生物感测系统100还可包括传输模块(未绘示)，传输模块可配置于腕带本体、智能表本体或任意装置上，使得处理装置130可通过传输模块将所选择输出的各感测部位的经校正生理信号传送至云端服务器。

基于上述，本发明的腕带式生物感测系统100可检测使用者腕部的形变，以利用对应于该形变的补偿信号来校正受到腕部形变影响的生理信号。由此，腕带式生物感测系统100可消除使用者腕部形变对生理信号造成的影响。

图2A至图2C说明根据本发明的示范性实施例的生理信号传感器与形变传感器的对应位置关系图。应用本实施例者可依其需求与形变传感器的实现类型来调整生理信号传感器与形变传感器的相应关系。请参照图2A，形变传感器120被配置于生理信号传感器110的下方；请参照图2B，形变传感器120被配置于生理信号传感器110的上方；请参照图2C，生理信号传感器110与形变传感器120位于同一层、形变传感器120被配置于生理信号传感器110的周围。其中，图2C中的形变传感器120是在生理信号传感器110的周围形成一个封闭环状的架构，但在其他实施例中，也可以采用非封闭式，而不限于上述实施方式。

图3A至图3D说明根据本发明的示范性实施例的形变传感器的示意图。在本实施例中，形变传感器是以感测电路的形式实施，其中图3A为形变感测电路的俯视图，图3B为图3A的形变感测电路的侧视图，图3C和图3D为另一形变感测电路的俯视图。

请先参照图3A，形变感测电路120A包括互相并联的多条导线310a～310c与底电极320，导线310a～310c分别与底电极320在不同方向(例如，x、y、z方向)上间隔一间隙，以使导线310a～310c与底电极之间产生多个电容值，这些电容值会随所检测的感测部位的形变而产生变化，而此电容值变化则可用以作为产生形变信号的依据。

在一实施例中，形变感测电路120A的导线310a～310c与底电极320配置于不同平面，且底电极320的多个分支分别与导线310a～310c在不同方向上间隔所述间隙。

详细而言，请同时参照图3A与图3B，导线310a～310c例如为蛇笼状，而配置于底电极320上方的导线层310。导线310a～310c与底电极320之间例如通过弹性介电材料330连接，弹性介电材料330例如是采用可压缩或可拉伸材质。导线310a～310c的一端耦接顶电极340。底电极320例如具有多个分支320a～320c。其中，导线310a与底电极320的分支320a在x方向上间隔有间隙d1，导线310c与底电极320的分支320c在y方向上间隔有间隙d2，以及导线310b与底电极320的分支320b在z方向上间隔有间隙d3。通过上述的间隙d1～d3，310a～310c与底电极320之间可分别产生对应于x方向的电容值、对应于y方向的电容值以及对应于z方向的电容值。

接着，请参照图3C，图3C的形变感测电路120B与图3A的形变感测电路120A的差异在于，底电极320的多个分支会通过贯孔360延伸至导线层310，而分别与导线310a～310c在x、y、z方向上间隔间隙。与图3A相比，本实施例的导线310a～310c与底电极320的间隙的距离将会缩短，使得形变检测更为灵敏。

然后，请参照图3D，图3D的形变感测电路120C与图3A的形变感测电路120A的差异在于，底电极320的部分分支会通过贯孔360延伸至导线层310，而分别与导线310a、310b在x、z方向上间隔间隙。另一方面，对于底电极320邻近导线310c的分支370，其顶部设计为圆弧状，由此缩短其与导线310c在y方向上间隔的间隙，使其对于y方向上的形变检测更为灵敏。

依照设计需求，可自由调整上述的贯孔位置与圆弧状分支的设置位置，以获得x、y、z方向上的电容值。

当感测部位产生形变时，形变感测电路120A～120C将受到外力挤压，并产生形变。此时，间隙d1～d3会产生变化，进而使得对应于x、y、z方向的电容值产生变化。由此，形变感测电路120A～120C依据上述多个电容值变化产生形变信号。

详细而言，电容值不同，频率与特征阻抗也不同，并联对应于x、y、z方向的电容值的三条导线后，改变频率即可得知个别的电容值。据此，形变感测电路120A～120C可针对并联的导线310a～310c的电容值进行频率解析，以得到并联的导线310a～310c的电容值与阻抗值的对应关系。

举例来说，图4A与图4B说明图3A至图3D的示范性实施例的电容、频率以及阻抗的关系图表。请参照图4A，在单一导线的阻抗-频率关系图表中，不同的电容值(例如0.01μF、0.1μF、0.47μF等)对应于不同的阻抗-频率关系曲线410，且各关系曲线410呈现出可识别的峰值。请参照图4B，在多条导线并联的阻抗-频率关系图表中，对应于不同电容值的关系曲线将融合为关系曲线420，此关系曲线420会呈现出多个峰值(例如图中所示的三个峰值P1～P3)，其可分别代表不同方向上的阻抗变化。因此，通过解析关系曲线420中各个波形及/或峰值的位置，即可判断出不同方向的电容值变化及其所对应的应力变化。

通过上述的频率分析，形变传感器120可依据上述对应关系判断对应于导线310a～310c的电容值变化的应力变化(即，当腕部转动或弯曲时于形变传感器120上造成的压力变化)，以依据所述应力变化计算形变量，进而产生对应形变量的形变信号。由此，处理装置130依据预先储存的对照表找出对应于形变信号中的形变量的补偿信号。

表1绘示形变量与补偿信号的对照表的范例，此对照表中资讯的种类及数值仅为举例说明，应用本实施例者可利用更复杂的数据库资讯来呈现「形变」所对应的形变量与补偿信号之间的关系。

表1

由表1中的数值变化可知，当生理信号传感器的形变量愈大时，校正级数愈高，补偿信号的数值也随之提高。

如前述，腕带式生物感测系统100可利用以阵列方式排列的生理信号传感器110预先判断目标部位的位置，以选择邻近于目标部位的生理信号传感器110，进而对这些生理信号传感器110所检测的生理信号进行校正及输出。由此，腕带式生物感测系统100可解决腕带本体位移对所检测信号造成的影响。

举例来说，图5说明根据本发明的示范性实施例的生理信号传感器的配置位置关系图。请同时参照图1与图5，生理信号传感器110a～110i例如是以阵列配置的方式配置于腕带本体510。腕带式生物感测系统100的处理装置130可将生理信号传感器110a～110i所检测的生理信号与所要感测部位的参考生理信号图进行比对，以选择所要校正及输出的生理信号。

详细而言，处理装置130可将各个生理信号传感器110a～110i所检测的生理信号与腕部动脉的参考生理信号图进行比对，以选择出位在腕部动脉520(即，目标部位)所在区域的生理信号传感器110c、110h，从而针对生理信号传感器110c、110h所获得的生理信号进行校正及输出。

图6说明根据本发明的示范性实施例的生理信号传感器与腕带本体的位置关系图。请参照图6，腕带本体510配戴于使用者的腕部530，而生理信号传感器110可配置于腕带本体510上对应于腕部530的感测部位的位置，即，腕部动脉520、520’所在位置，其中各生理信号传感器110的周围可配置形变传感器120(在此实施例中，形变传感器120是覆盖于生理信号传感器110上，而在其他实施例中，形变传感器120也可配置于生理信号传感器110周围的任意位置，在此不设限)。基于此，生理信号传感器110可通过上述配置方式检测腕部动脉520、520’的生理信号(例如，脉搏或血压)。

图7A与图7B说明根据本发明的示范性实施例的腕带式生物感测装置的示意图。请参照图7A，腕带式生物感测装置700A包括主机710、连接装置720、腕带本体510、生理信号传感器110A、110B、形变传感器120以及处理装置130。此外，可依需求将腕带扣环730设置于腕带式生物感测装置700A上，以便于使用者配戴与调整松紧。连接装置720可连接主机710。在一实施例中，连接装置720可以是连接器，以有线方式连接至主机710，而主机710可以是智能手表、手环或任意的电子装置。

腕带本体510可穿戴于使用者的腕部。生理信号传感器110A、110B可配置于腕带本体510上对应于腕部的感测部位的位置，以检测各感测部位的生理信号。形变传感器120可配置于生理信号传感器110A、110B的周围，以检测各感测部位的形变，并输出形变信号。处理装置130可耦接生理信号传感器110A、110B及形变传感器120，用以接收生理信号及形变信号，以查询对应于形变信号的补偿信号，并利用补偿信号校正生理信号，以将各感测部位的经校正生理信号经由连接装置720输出至主机710。

在一实施例中，生理信号传感器110A可以是PPG传感器，而生理信号传感器110B可以是针对各肌群进行检测的传感器，例如是肌电图传感器(Electromyography Sensor，EMGSensor)或可以是测量心脏的电生理活动的传感器，例如是(ElectrocardiographySensor，ECG Sensor)。在一实施例中，连接装置720还可用以自主机710接收电力以供腕带式生物感测装置700A运作。

请参照图7B，腕带式生物感测装置700B与图7A的腕带式生物感测装置700A的差异在于，腕带式生物感测装置700B中的连接装置720是支持无线通讯标准的通讯界面，且腕带式生物感测装置700B还包括用以提供腕带式生物感测装置700B运作所需电力的电池740。其中，所述无线通讯标准包括无线保真(wireless fidelity，Wi-Fi)、蓝牙、红外线、近场通讯(near-field communication，NFC)或装置对装置(device-to-device，D2D)，并没有特别的限制。

在一实施例中，类似于图3A至图3D，形变传感器120可包括互相并联的多条导线与底电极，而多条导线可分别与底电极在不同方向上间隔一间隙，以使多条导线与底电极之间产生多个电容值，所述电容值随所检测感测部位的形变产生变化，其中形变传感器120还可依据多个电容值变化产生形变信号。

图8说明根据本发明的示范性实施例的生物感测方法的流程图。所述生物感测方法适用于上述实施例的腕带式生物感测系统100。请同时参照图1与图8，在步骤S810中，处理装置130利用生理信号传感器110分别检测腕部的至少一个感测部位的生理信号。所述生理信号传感器110是以阵列的方式配置于生理感测装置上，而由处理装置130将其所检测的生理信号与参考生理信号图进行比对，以选择所要校正及输出的感测部位的生理信号。在步骤S820中，处理装置130利用形变传感器120检测各感测部位的形变，并查询对应于形变的补偿信号。在步骤S830中，处理装置130利用补偿信号校正生理信号，以输出各感测部位的经校正生理信号。其中，处理装置130是依据参考生理信号图从所检测的生理信号中选择信号图谱相似度最高、强度最高或两者兼具的生理信号作为所要校正及输出的感测部位的生理信号。上述步骤的详细实现方式请见上述实施例。

综上所述，本发明的腕带式生物感测系统利用对应于使用者腕部形变的补偿信号，校正受使用者腕部形变影响的生理信号。由此，腕带式生物感测系统可消除使用者腕部形变对生理信号造成的影响。此外，腕带式生物感测系统更可利用生理信号传感器阵列判断目标部位，以获得正确的生理信号。由此，腕带式生物感测系统可防止腕带本体的位移对生理信号所造成的影响。

虽然结合以上实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。