「無線通訊技術在居家環境下遠距照護之應用」計畫構想書

作 者 : 鄭 智 銘 (2004-02-04); 推 薦 : 徐 業 良 (2004-05-07) 附 註 : 本 文 為 申 請 93 年 度 國 科 會 提 升 私 校 研 發 能 量 計 畫 計 畫 書 無 線 通 訊 技 術 在 居 家 環 境 下 高 齡 者 遠 距 照 護 之 應 用 計 畫 書 十 一 研 究 計 畫 中 英 文 摘 要 : 請 就 本 計 畫 要 點 作 一 概 述, 並 依 本 計 畫 性 質 自 訂 關 鍵 詞 ( 一 ) 計 畫 中 文 摘 要 ( 五 百 字 以 內 ) 隨 著 生 活 水 準 與 醫 療 衛 生 長 足 的 進 步, 國 人 平 均 壽 命 逐 漸 的 延 長, 老 年 人 口 比 例 持 續 增 加 面 對 高 齡 化 的 社 會, 各 種 社 會 福 利 醫 療 醫 藥 技 術 與 社 會 安 全 制 度 與 的 問 題 隨 著 顯 現, 越 來 越 多 的 高 齡 者 無 法 藉 由 家 人 與 家 庭 獲 得 妥 善 充 分 的 照 顧 近 年 來 諸 多 學 者 結 合 感 測 與 通 訊 技 術 進 行 居 家 健 康 監 測 系 統 的 研 究, 相 關 產 業 亦 開 始 蓬 勃 發 展 居 家 環 境 下 的 生 理 健 康 監 測 系 統 不 但 可 以 分 擔 高 成 本 的 醫 療 人 力 與 資 源, 長 期 持 續 性 的 健 康 監 測 資 料 更 進 一 步 察 覺 健 康 異 常 的 徵 兆, 在 可 預 見 的 未 來, 居 家 環 境 將 會 是 健 康 與 醫 療 的 第 一 道 防 線 遠 距 照 護 有 極 大 的 市 場 需 求, 相 關 產 業 與 科 技 發 展 在 國 外 已 有 蓬 勃 發 展, 遠 距 照 護 產 業 與 網 際 網 路 無 線 通 訊 等 產 業 結 合 已 是 重 要 趨 勢, 是 高 齡 化 社 會 型 態 下 非 常 適 合 網 路 通 訊 業 者 提 供 之 加 值 服 務 相 對 的, 國 內 通 訊 相 關 產 業 相 當 發 達, 競 爭 激 烈, 產 業 亦 多 以 降 低 價 格 或 提 供 各 項 加 值 服 務, 期 望 擴 大 市 場 佔 有 率, 但 結 合 遠 距 照 護 與 無 線 通 訊 相 關 之 技 術 發 展 與 應 用, 在 國 內 卻 仍 在 起 步 階 段 本 計 畫 希 望 能 結 合 感 測 技 術 與 無 線 通 訊 技 術, 應 用 於 居 家 環 境 下 之 高 齡 者 遠 端 照 護 系 統 之 開 發, 藉 由 居 家 環 境 下 非 侵 入 式 生 理 監 測 系 統 與 非 察 覺 式 健 康 監 測 系 統, 長 期 性 全 方 位 地 蒐 集 評 估 高 齡 者 之 生 理 訊 號 ( 如 血 壓 心 電 圖 呼 吸 頻 率 體 溫 血 氧 濃 度 等 ) 與 生 活 品 質 相 關 健 康 數 據 ( 如 活 動 力 睡 眠 品 質 代 謝 模 1

式 環 境 品 質 等 ), 感 測 系 統 訊 號 以 無 線 方 式 傳 輸 至 網 際 網 路 伺 服 器 或 家 人 照 護 者 之 手 機, 以 提 供 家 人 或 照 護 者 更 完 整 長 期 的 監 測 資 訊, 並 作 即 時 預 警 同 時 並 將 應 用 無 線 通 訊 技 術 發 展 一 遠 端 遙 控 照 護 機 器 人, 在 平 時 能 提 供 子 女 與 高 齡 者 動 態 溝 通 的 平 台, 並 能 提 供 緊 急 狀 況 告 知 和 即 時 的 照 護 ( 二 ) 計 畫 英 文 摘 要 Rapid progress of standard of living and health care resulted in the increase of aging population. Problems in social welfare, medical system, and social security system have surfaced in this aging society. More and more elderly people do not receive good care from their family or caregivers. Health monitoring systems combining sensing technologies and wireless communication technologies is a very important in reducing the cost of medical resources. Remote health monitoring will have great market demand in the near future. Remote health monitoring combines Internet and wireless communication technology, which creates added value to Internet and wireless communication services, is an important trend in this aging society. However, in Taiwan, this field has not drawn much attention. This project attempts to combine sensing technologies with wireless communication technology to the development of a non-conscious and automatic health monitoring system. The health status of the elderly includes blood pressure, ECG, frequency of breathing, body temperature and oxygen saturation degree, and the quality of life assessment includes daily activities, sleep quality, metabolic activities and environmental quality will be collected in a wireless setup. This system is linked to the Internet or cell phone by wireless communication technology. We will also apply wireless communication technology to develop a telerobot system that applies telepresence concept. An effective call for help system is thus important and necessary in this situation. The use of remote-controlled robot to issue a warning to the rescue center and react according to the instruction by Internet interactive communication system and online visual information should be a good solution. 2

十 二 研 究 計 畫 內 容 ( 一 ) 近 五 年 內 主 要 研 究 成 果 說 明 ( 連 續 性 計 畫 申 請 時, 應 檢 附 上 年 度 研 究 進 度 報 告 ) ( 二 ) 研 究 計 畫 之 背 景 及 目 的 請 詳 述 本 研 究 計 畫 之 背 景 目 的 重 要 性 及 國 內 外 有 關 本 計 畫 之 研 究 情 況 重 要 參 考 文 獻 之 評 述 等 本 計 畫 如 為 整 合 型 研 究 計 畫 之 子 計 畫, 請 就 以 上 各 點 分 別 述 明 與 其 他 子 計 畫 之 相 關 性 ( 三 ) 研 究 方 法 進 行 步 驟 及 執 行 進 度 請 分 年 列 述 :1. 本 計 畫 採 用 之 研 究 方 法 與 原 因 2. 預 計 可 能 遭 遇 之 困 難 及 解 決 途 徑 3. 重 要 儀 器 之 配 合 使 用 情 形 4. 如 為 整 合 型 研 究 計 畫, 請 就 以 上 各 點 分 別 說 明 與 其 他 子 計 畫 之 相 關 性 5. 如 為 須 赴 國 外 或 大 陸 地 區 研 究, 請 詳 述 其 必 要 性 以 及 預 期 成 果 等 ( 四 ) 預 期 完 成 之 工 作 項 目 及 成 果 請 分 年 列 述 :1. 預 期 完 成 之 工 作 項 目 2. 對 於 學 術 研 究 國 家 發 展 及 其 他 應 用 方 面 預 期 之 貢 獻 3. 對 於 參 與 之 工 作 人 員, 預 期 可 獲 之 訓 練 4. 本 計 畫 如 為 整 合 型 研 究 計 畫 之 子 計 畫, 請 就 以 上 各 點 分 別 說 明 與 其 他 子 計 畫 之 相 關 性 ( 一 ) 近 五 年 內 主 要 研 究 成 果 說 明 1. 元 智 大 學 老 人 福 祉 科 技 研 究 中 心 研 發 團 隊 之 組 成 與 初 步 成 果 聯 合 國 世 界 衛 生 組 織 (World Health Organization, WHO) 將 65 歲 以 上 人 口 佔 其 總 人 口 比 例 在 7% 以 上 的 國 家, 定 義 為 高 齡 化 社 會 (aging society) 根 據 行 政 院 主 計 處 的 統 計 資 料 顯 示, 隨 著 教 育 水 準 的 提 高 與 國 人 傳 統 觀 念 之 改 變, 臺 灣 地 區 人 口 生 育 率 逐 漸 下 降, 加 上 衛 生 醫 療 的 進 步 與 平 均 壽 命 之 延 長 等 因 素, 已 在 民 國 82 年 9 月 正 式 邁 入 高 齡 化 社 會 行 政 院 主 計 處, 民 國 83 年, 目 前 65 歲 以 上 人 口 已 經 突 破 兩 百 萬 人 而 行 政 院 經 建 會 更 預 估 未 來 在 民 國 99 年 至 104 年 左 右 高 齡 者 口 (65 歲 以 上 人 口 ) 占 總 人 口 比 例 將 升 高 為 16.5% 行 政 院 經 濟 建 設 委 員 會, 民 國 82 年, 民 國 125 年 後 更 升 高 為 21.6% 行 政 院 經 濟 建 設 委 員 會 人 力 規 劃 處, 民 國 86 年 人 口 結 構 的 高 齡 化, 在 全 世 界 都 是 普 遍 的 問 題, 圖 1 為 WHO 在 1997 年 所 預 測 2020 年 時 世 界 65 歲 以 上 人 口 比 例 圖, 除 了 西 亞 非 洲 中 美 洲 65 歲 以 上 人 口 比 例 還 在 5% 以 下 之 外, 大 部 分 國 家 和 地 區 都 在 10%~20%, 部 份 西 歐 北 歐 國 家 和 日 本, 預 測 65 歲 以 上 人 口 比 例 更 將 超 過 20%[World Health Organization, 1997] 以 臨 近 的 日 本 為 例, 日 本 在 1970 年 進 入 高 齡 化 社 會, 較 我 國 早 24 年 目 前 日 本 65 歲 以 上 高 齡 人 口 已 達 19%, 總 數 高 達 2400 萬 人, 超 過 台 灣 地 區 人 口 總 數, 預 估 2021 年 65 歲 以 上 高 齡 人 口 將 增 加 到 28%, 高 齡 化 的 問 題 十 分 嚴 重 3

圖 1. 世 界 衛 生 組 織 預 測 2020 年 世 界 65 歲 以 上 人 口 比 例 圖 對 於 這 個 快 速 增 加 的 高 齡 族 群 (aging boomers), 我 們 的 確 應 該 由 各 個 角 度 予 以 更 多 的 關 注 從 科 技 面 來 看, 如 何 應 用 各 種 科 技 輔 助, 使 得 生 理 機 能 漸 趨 衰 退 的 高 齡 人 士, 仍 然 能 夠 健 康 舒 適 安 全 地 享 受 生 活, 是 一 個 非 常 值 得 重 視 的 重 要 課 題 老 人 福 祉 科 技 (gerontechnology)" 這 項 跨 領 域 整 合 的 新 興 科 技, 就 是 在 這 樣 的 背 景 與 社 會 需 求 之 下 產 生 1992 年 在 歐 洲 首 次 召 開 了 First International Congress on Gerontechnology", 為 科 技 與 老 人 福 祉 的 增 進 建 立 了 研 究 架 構, 荷 蘭 Eindhoven 科 技 大 學 的 Graafmans 與 Bouma, 為 老 人 福 祉 科 技 做 了 如 下 定 義 : 老 人 福 祉 科 技 基 於 對 老 化 現 象 的 知 識, 從 事 技 術 和 科 技 產 品 的 研 究 開 發, 希 望 能 為 老 人 提 供 較 佳 的 生 活 與 工 作 環 境, 以 及 配 合 的 醫 療 照 護 " 元 智 大 學 各 系 所 過 去 幾 年 來 一 直 有 教 授 的 研 究 領 域 是 在 醫 療 復 健 輔 具 等 相 關 科 技 研 究, 經 過 長 時 間 的 討 論 規 劃, 從 2001 年 開 始 籌 備 並 於 2003 年 1 月 在 元 智 大 學 校 內 正 式 成 立 老 人 福 祉 科 技 研 究 中 心, 是 全 國 第 一 個 以 老 人 福 祉 科 技 為 研 究 主 題 的 研 究 單 位, 希 望 能 結 合 不 同 專 長 領 域 的 教 授, 以 及 校 內 外 產 官 學 界 的 資 源, 以 科 技 服 務 廣 大 的 高 齡 人 口 族 群 元 智 大 學 老 人 福 祉 科 技 研 究 中 心 之 研 發 方 向 規 劃 為 生 活 照 護 健 康 保 健 以 及 科 技 輔 具 三 大 主 軸, 強 調 其 市 場 性 及 共 用 性 ( 也 就 是 不 完 全 以 高 齡 人 士 為 唯 一 可 能 4

使 用 顧 客 ), 同 時 考 量 大 學 特 質, 將 以 技 術 門 檻 較 高 的 科 技 產 品 為 主, 並 積 極 尋 求 產 業 界 合 作 開 發 目 前 校 內 各 學 系 參 與 共 同 研 究 教 授 共 10 人, 碩 博 士 研 究 生 及 大 學 部 專 題 生 超 過 30 人 元 智 大 學 老 人 福 祉 科 技 研 究 中 心 成 立 至 今 獲 得 社 會 廣 大 的 迴 響, 除 了 獲 得 國 科 會 多 項 計 畫 補 助 外, 並 與 國 內 外 各 單 位 合 作 進 行 研 究, 中 心 研 發 成 果 已 獲 得 五 項 國 內 外 專 利, 並 有 數 項 專 利 已 在 申 請 中, 多 項 成 果 更 獲 得 產 業 界 投 資 為 實 際 商 品 化 進 行 準 備 本 中 心 在 遠 距 照 護 方 面 研 究 尤 其 具 有 前 瞻 性, 研 究 成 果 曾 獲 資 策 會 邀 請 參 加 九 十 年 長 青 資 訊 月, 將 遠 距 照 護 整 體 概 念 展 出, 廣 受 各 方 關 注, 各 類 媒 體 報 導 二 十 餘 次, 去 年 又 獲 邀 請 在 九 十 二 年 資 訊 月 遠 距 看 護 主 題 館 中 展 出, 在 台 北 台 中 台 南 高 雄 共 巡 迴 展 出 兩 個 月, 資 訊 月 參 觀 人 次 超 過 兩 百 萬 人, 遠 距 看 護 主 題 館 是 資 訊 月 九 十 二 年 六 大 主 題 館 中 最 受 關 注 的 主 題 館, 成 功 地 將 高 齡 者 遠 距 照 護 的 理 念 與 技 術 傳 達 給 社 會 大 眾 本 中 心 籌 備 至 正 式 成 立 重 要 記 事 如 下 : 2001/8 與 美 國 威 斯 康 新 大 學 Center of Intelligent Maintenance System 合 作, 進 行 國 科 會 三 年 期 整 合 型 計 畫 建 立 高 齡 者 生 命 品 質 之 智 慧 型 維 護 系 統 2001/10 研 究 計 畫 初 步 成 果 參 加 資 策 會 主 辦 長 青 資 訊 月 展 覽, 頗 獲 好 評, 受 到 平 面 電 子 媒 體 報 導 約 二 十 次 2002/8 老 人 福 祉 科 技 研 究 中 心 正 式 進 駐 元 智 大 學 科 技 園 區, 中 心 佔 地 約 44 坪 2002/10 元 智 大 學 老 人 福 祉 科 技 研 究 中 心 與 桃 園 醫 院 養 護 中 心 進 行 高 齡 者 生 命 品 質 之 智 慧 型 維 護 系 統 合 作 案 2003/1 元 智 大 學 老 人 福 祉 科 技 研 究 中 心 在 行 政 會 議 通 過 成 立 2003/3 元 智 大 學 科 技 園 區 正 式 開 幕 2003/9 舉 辦 高 齡 者 照 護 及 福 祉 科 技 研 討 會, 為 國 內 首 次 以 老 人 福 祉 科 技 為 主 題 之 研 討 會, 共 有 國 內 外 學 術 界 醫 界 產 業 界 照 護 單 位 約 200 人 參 與 2003/11 本 中 心 在 遠 距 照 護 發 展 之 核 心 技 術, 受 邀 在 全 國 資 訊 月 遠 距 看 護 主 題 館 中 展 出, 自 2003 年 11 月 底 起 在 台 北 台 中 台 南 高 雄 巡 迴 展 出 一 個 半 月 2. 本 計 畫 主 持 人 研 究 成 果 說 明 本 計 畫 即 為 元 智 大 學 老 人 福 祉 科 技 研 究 中 心 三 位 生 醫 機 械 工 程 背 景 之 教 授 組 成 研 究 團 隊 共 同 提 出, 三 位 教 授 近 五 年 研 究 成 果 說 明 如 下 : 5

(1) 計 畫 主 持 人 : 徐 業 良 教 授 計 畫 主 持 人 徐 業 良 教 授 為 機 械 系 系 主 任 兼 老 人 福 祉 科 技 研 究 中 心 主 任, 主 要 研 究 興 趣 包 括 機 械 設 計 最 佳 化 設 計 以 及 工 程 教 育 等 等 三 個 領 域, 近 五 年 (1998~2003) 來 共 發 表 ( 或 已 接 受 發 表 ) 之 國 內 外 學 術 期 刊 論 文 共 15 篇, 另 外 審 查 中 之 期 刊 論 文 有 3 篇 在 機 械 設 計 方 面 的 研 究, 除 發 表 機 械 設 計 程 序 之 研 究 以 及 所 設 計 產 品 相 關 學 術 論 文 共 5 篇 之 外, 並 與 政 府 單 位 產 業 界 密 切 合 作, 完 成 許 多 實 務 性 設 計 計 畫, 近 五 年 (1998~2003) 共 獲 得 11 項 中 華 民 國 及 美 國 歐 盟 專 利 在 機 械 設 計 領 域 中, 計 畫 主 持 人 近 年 來 專 注 於 直 接 與 人 互 動 的 生 醫 機 械 設 計, 前 述 近 五 年 來 獲 得 之 專 利 中, 幾 乎 全 是 在 此 領 域 實 務 設 計 的 成 果, 如 人 工 膝 關 節 腦 科 手 術 自 動 骨 骼 鑽 孔 裝 置 工 地 用 安 全 帽 助 行 器 輪 椅 等 在 最 佳 化 設 計 的 研 究 方 面, 徐 業 良 教 授 的 研 究 主 題 是 適 於 工 程 問 題 之 最 佳 化 演 算 法 之 發 展, 希 望 突 破 傳 統 數 值 最 佳 化 演 算 法 的 限 制, 利 用 如 類 神 經 網 路 模 糊 邏 輯, 能 將 工 程 知 識 與 經 驗 也 帶 入 最 佳 化 設 計 演 算 法 中, 曾 發 展 多 項 數 值 最 佳 化 演 算 法, 發 表 國 際 期 刊 論 文 共 8 篇 除 學 術 性 研 究 外, 徐 業 良 教 授 亦 熱 衷 於 工 程 教 育 方 面 之 研 究, 特 別 是 工 程 教 育 創 意 培 養, 曾 經 主 持 過 國 科 會 科 教 處 及 教 育 部 多 項 工 程 教 育 研 究 計 畫, 並 有 研 究 論 文 2 篇 在 國 際 期 刊 發 表 (2) 共 同 主 持 人 : 謝 建 興 教 授 共 同 主 持 人 謝 建 興 教 授 於 1991 年 在 英 國 雪 菲 爾 大 學 自 動 控 制 系 統 工 程 系 攻 讀 博 士 學 位, 即 從 事 麻 醉 醫 學 工 程 自 動 控 制 的 研 究 於 1995 年 取 得 博 士 學 位 後, 曾 留 在 英 國 一 年 擔 任 博 士 後 研 究 的 工 作, 繼 續 從 事 腦 波 在 麻 醉 自 動 控 制 的 研 究 於 1996 年 三 月 回 國, 在 台 大 醫 學 院 醫 學 工 程 研 究 中 心 擔 任 二 年 博 士 後 研 究 的 工 作, 繼 續 從 事 麻 醉 自 動 控 制 的 研 究, 並 與 台 大 醫 院 麻 醉 科 醫 師 合 作 於 1998 年 八 月 至 元 培 醫 事 技 術 專 科 學 校 擔 任 助 理 教 授, 且 於 1999 年 二 月 至 元 智 大 學 機 械 系 擔 任 助 理 教 授, 並 順 利 於 2002 年 8 月 升 等 為 副 教 授 謝 建 興 教 授 近 五 年 (1998~2003) 來 在 醫 學 工 程 方 面 研 究 成 果, 共 發 表 ( 或 已 接 受 發 表 ) 之 國 內 外 學 術 期 刊 論 文 共 10 篇, 研 究 成 果 歸 納 如 下 : 建 立 一 個 分 層 式 的 架 構 來 做 肌 肉 收 縮 的 控 制, 並 分 別 以 Atracurium Mivacurium 和 Rocuronium 的 肌 肉 鬆 弛 劑 進 行 30 位 病 人 的 臨 床 測 試, 結 果 不 僅 藥 量 較 以 前 傳 統 方 法 節 省 很 多, 同 時 病 人 也 可 維 持 較 穩 定 的 肌 肉 鬆 弛 程 度 此 系 統 若 能 與 業 者 合 作, 可 開 發 出 雛 型 機 (prototype), 然 後 在 全 省 其 他 教 學 醫 院 進 行 測 試, 若 結 果 6

仍 是 可 行 的, 即 可 邁 向 商 業 化 的 產 品, 而 成 為 可 日 常 使 用 來 輔 助 麻 醉 科 醫 師 做 麻 醉, 以 減 輕 其 工 作 量 建 立 一 個 多 感 測 系 統 來 監 視 麻 醉 的 深 淺 度, 進 而 進 行 麻 醉 系 統 自 動 控 制 本 研 究 提 出 一 個 以 伸 縮 壓 心 跳 速 率 與 病 人 呼 出 麻 醉 氣 體 的 濃 度 為 基 礎 的 五 層 分 層 式 控 制 架 構, 來 監 視 與 控 制 開 刀 過 程 的 麻 醉 系 統, 並 以 8 位 病 人 來 測 試 此 系 統 自 動 化 的 程 度 結 果, 自 動 化 百 分 比 的 程 度, 其 平 均 值 為 89.15 %( 標 準 偏 差 5.61%), 證 明 在 開 刀 過 程 中, 此 系 統 可 大 大 減 輕 麻 醉 科 醫 生 的 工 作 量, 如 此 就 可 避 免 麻 醉 科 醫 師 因 過 度 勞 累 而 導 致 的 人 為 疏 忽 本 研 究 所 設 計 的 系 統 用 於 麻 醉 自 動 控 制 是 可 行 的, 但 在 成 為 日 常 使 用 輔 助 麻 醉 科 醫 生 之 前, 進 一 步 的 臨 床 試 驗 是 必 需 持 續 進 行 結 合 模 糊 理 論 及 病 患 自 控 式 止 痛 (Patient Controlled Analgesia, PCA) 的 優 點, 架 構 成 模 糊 控 制 系 統 (Fuzzy Logic Control, FLC), 使 病 患 的 疼 痛 程 度 能 降 至 最 低 在 臨 床 實 驗 上, 選 用 碎 石 震 波 做 為 臨 床 實 驗 場 所 ; 在 理 論 分 析 方 面, 是 利 用 人 體 藥 效 模 型 ( 動 態 模 型 與 動 力 模 型 所 組 成 ) 來 加 以 探 討 我 們 將 PCA 及 FLC 兩 種 止 痛 方 式 分 別 在 臨 床 實 驗 及 理 論 分 析 上 做 個 比 較, 其 結 論 是 FLC 止 痛 方 式 確 實 比 PCA 止 痛 方 式 來 得 優 異 許 多, 不 僅 病 患 所 需 要 之 止 痛 藥 量 較 少, 且 疼 痛 度 也 相 對 降 低 在 腦 神 經 外 科 加 護 病 房 中 醫 生 常 常 遭 遇 頭 部 外 傷 的 病 人, 目 前 已 有 相 當 多 研 究 報 告 指 出 顱 內 壓 的 升 高 與 病 人 併 發 症 之 間 有 直 接 的 關 聯, 因 此 顱 內 壓 的 判 斷 在 對 於 病 患 的 治 療 上 就 變 得 相 當 重 要 然 而 顱 內 壓 訊 號 量 測 上 必 須 透 過 侵 入 式 壓 力 感 測 器 才 能 得 知, 往 往 要 藉 由 外 科 醫 師 將 感 測 器 置 放 在 病 人 頭 部 內, 這 對 醫 師 來 說 是 種 負 擔, 就 病 患 而 言 亦 是 增 加 許 多 額 外 的 風 險 因 此 若 能 藉 由 非 侵 入 式 訊 號 上 量 測 作 為 顱 內 壓 侵 入 式 的 替 代 方 式, 進 而 發 展 出 一 套 智 慧 型 模 型 的 預 測 方 式, 相 信 這 對 腦 神 經 外 科 而 言 是 個 重 要 的 研 究 議 題 本 研 究 主 要 目 的 是 在 於 利 用 類 神 經 網 路 的 方 式, 並 藉 由 來 自 於 病 患 生 理 訊 號 的 非 侵 入 方 式 量 測, 建 立 起 病 人 顱 內 壓 模 型 不 過 由 於 顱 內 壓 被 許 多 可 預 期 和 非 預 期 等 因 素 影 響, 若 僅 以 類 神 經 網 路 對 於 非 線 性 的 特 性 仍 嫌 不 足 因 此 本 研 究 以 往 復 式 網 路 的 架 構 為 基 礎, 發 展 新 的 類 神 經 網 路 演 算 方 式, 稱 為 simple recurrent network through time, 簡 稱 SRNTT 再 以 此 架 構 針 對 時 間 延 遲 的 因 素 做 一 比 較, 並 就 其 中 差 異 性 對 模 型 學 習 效 益 進 行 評 估 謝 建 興 教 授 目 前 正 進 行 的 研 究 歸 納 如 下 : 手 術 中 病 人 之 監 視 及 麻 醉 深 度 自 動 控 制 的 智 慧 型 系 統, 主 要 是 將 腦 波 (EEG) 加 入 以 前 發 展 的 多 感 測 系 統 監 視 麻 醉 深 淺 度, 以 期 提 高 麻 醉 自 動 化 的 百 分 率 神 經 外 科 加 護 病 房 中 的 早 期 警 示 智 慧 系 統, 主 要 是 利 用 心 電 圖 和 血 壓 的 變 化, 腦 血 流 的 變 化 和 腦 灌 流 壓 相 關 資 料 來 監 測 病 人 的 自 身 調 節 系 統 (Auto-regulation System), 以 作 為 臨 床 症 狀 的 判 斷 與 使 用 藥 物 的 參 考 7

患 者 自 控 止 痛 術 (Patient-Controlled Analgesia, PCA), 是 為 了 在 手 術 結 束 後 能 夠 有 效 的 抑 制 病 患 疼 痛 情 形 發 生 所 使 用 的 技 術, 主 要 方 式 為 患 者 藉 由 一 台 PCA 機 器 主 動 的 操 作 注 輸 止 痛 劑, 而 另 一 方 面 此 機 器 也 可 以 記 錄 患 者 之 所 有 止 痛 劑 注 射 的 歷 程, 本 研 究 除 了 將 原 本 PCA 以 有 線 傳 輸 方 式 (RS-232) 至 電 腦 之 外, 再 建 立 一 個 自 控 麻 醉 資 料 庫 將 所 有 有 使 用 PCA 儀 器 的 醫 療 院 所 之 使 用 紀 錄 藉 由 Internet 傳 輸 到 自 控 麻 醉 資 料 庫 以 龐 大 整 個 統 計 及 分 析 的 資 料 數 量 ; 將 得 到 的 資 料 篩 選 區 分 以 及 計 算 過 後, 得 到 疼 痛 圖 形 (Pain Pattern) PCA 使 用 滿 意 度 (PCA Satisfaction) 平 均 藥 量 (Average dose per hour), 將 疼 痛 的 圖 形 經 由 模 糊 運 算 後 所 得 到 的 模 糊 患 者 自 控 指 數 (Fuzzy Patient-Controlled index, FPCI) 與 PCA 使 用 滿 意 度 以 及 平 均 藥 量 作 分 析 以 及 驗 證 使 用 病 患 自 控 式 止 痛 (Patient-Controlled Analgesia, PCA) 現 今 已 經 取 代 傳 統 按 時 肌 肉 注 射 藥 物 的 方 式, 成 為 手 術 後 止 痛 的 一 個 主 流 但 是 使 用 病 患 自 控 式 止 痛 仍 可 能 發 生 一 些 副 作 用 ( 可 能 因 止 痛 藥 劑 量 太 多 ) 或 是 疼 痛 過 於 劇 烈 ( 可 能 因 為 止 痛 藥 劑 量 不 足 ), 使 病 患 發 生 併 發 症 或 有 不 滿 意 的 情 況, 所 以 還 必 須 要 麻 醉 醫 師 定 時 巡 房 以 隨 時 掌 握 病 患 的 最 新 情 況 為 了 使 麻 醉 醫 師 巡 房 更 加 便 利 迅 速 以 及 有 效 率, 本 研 究 主 要 將 原 本 只 能 在 個 人 電 腦 或 是 桌 上 型 電 腦 執 行 的 資 料 庫 系 統, 縮 小 至 PDA(Personal Digital Assistant 個 人 數 位 助 理 ) 中, 不 只 代 替 麻 醉 醫 師 或 是 護 士 拿 著 記 錄 本 巡 房 的 傳 統 方 式, 更 可 以 迅 速 將 病 歷 資 料 彙 整 分 析, 方 便 臨 床 及 學 術 研 究 發 展 一 個 智 慧 型 的 收 集 裝 置 能 收 集 如 廁 健 康 監 測 系 統 睡 眠 品 質 評 估 系 統 居 家 活 動 監 測 系 統 與 居 家 環 境 監 視 系 統, 並 將 其 資 料 傳 輸 到 個 人 電 腦 並 透 過 網 路 傳 到 遠 端 的 智 慧 型 診 斷 系 統 建 立 人 體 在 加 護 病 房 和 神 經 內 科 等 病 人 的 生 理 訊 號 模 型 (Patient Model), 以 此 模 型 發 展 出 一 套 病 人 模 擬 器, 模 擬 病 人 在 各 種 症 狀 下 的 生 理 訊 號, 若 醫 師 對 此 模 擬 器 做 出 醫 療 處 理, 模 型 也 能 夠 立 即 產 生 處 理 後 的 系 統 回 饋 訊 號, 達 到 症 狀 與 生 理 訊 號 都 能 夠 被 模 擬 呈 現, 醫 師 可 以 選 擇 查 看 此 症 狀 的 生 理 訊 號, 或 由 模 擬 的 生 理 訊 號 辨 識 現 在 病 人 的 症 狀, 藉 此 教 導 或 考 核 年 輕 醫 生 或 護 士 正 確 的 醫 療 觀 念 與 處 理 過 程 (3) 共 同 主 持 人 : 吳 昌 暉 教 授 共 同 主 持 人 吳 昌 暉 教 授 近 五 年 研 究 成 果 歸 納 如 下 : 8

a. 機 電 整 合 與 機 械 設 計 應 用 方 面 吳 昌 暉 教 授 曾 獲 得 元 智 大 學 八 十 六 學 年 度 教 學 傑 出 獎, 為 該 獎 項 設 置 以 來 第 一 位 獲 獎 教 授, 吳 昌 暉 教 授 擅 長 機 電 整 合 與 機 械 設 計 應 用 方 面, 曾 多 次 帶 領 學 生 參 加 校 外 競 賽 ( 如 省 油 車 比 賽 ), 獲 得 優 勝 近 年 曾 擔 任 行 政 院 國 家 科 學 委 員 會 補 助 計 畫 機 械 工 程 教 育 在 知 識 經 濟 衝 擊 下 的 改 革, 子 計 畫 五 : 整 合 知 識 的 系 統 開 發 能 力 之 養 成 教 育 NSC90-2511-S-155-005 之 計 畫 共 同 主 持 人, 此 計 畫 目 的 在 知 識 經 濟 衝 擊 下, 對 大 學 機 械 工 程 教 育 重 新 作 整 體 性 的 審 視 與 思 考, 建 構 新 的 機 械 工 程 教 育 整 體 目 標 與 思 維, 並 進 而 從 課 程 及 教 學 活 動 的 設 計 與 執 行 環 境 及 系 所 資 源 的 規 劃 與 配 合 兩 方 面 全 面 落 實 吳 昌 暉 教 授 另 曾 擔 任 行 政 院 國 家 科 學 委 員 會 補 助 計 畫 以 智 能 障 礙 為 主 之 多 重 障 礙 者 運 動 機 能 訓 練 科 技 輔 具 之 研 發 - 以 國 立 桃 園 啟 智 學 校 為 研 究 對 象 NSC89-2614-E-155-001 NSC90-2213-E-155-025 之 計 畫 主 持 人, 此 計 畫 針 對 國 立 桃 園 啟 智 學 校 在 多 重 障 礙 學 生 運 動 機 能 訓 練 上 之 特 殊 需 求, 借 助 如 微 電 腦 控 制 感 測 虛 擬 實 境 等 技 術, 研 發 適 合 多 重 障 礙 者 運 動 機 能 訓 練 踏 步 機, 幫 助 多 重 障 礙 學 生 矯 正 步 態 訓 練 下 肢 的 肌 耐 力 以 提 升 他 們 的 步 行 走 動 能 力 b. 醫 療 機 電 應 用 方 面 吳 昌 暉 教 授 擔 任 行 政 院 國 家 科 學 委 員 會 補 助 計 畫 利 用 人 工 智 慧 建 立 智 慧 型 ECG 量 測 與 心 率 變 異 分 析 系 統 計 畫 主 持 人, 此 計 畫 目 的 在 於 應 用 機 電 整 合 與 單 晶 片 的 相 關 技 術, 完 成 ECG 心 電 訊 號 擷 取 紀 錄 器 硬 體 系 統, 並 能 將 心 電 訊 號 的 資 料 傳 輸 至 個 人 電 腦, 再 以 多 種 不 同 的 方 法 分 析 心 律 變 異 與 心 臟 相 關 疾 病 的 的 關 連 可 針 對 高 血 壓 心 臟 病 心 律 不 整 或 是 帕 金 森 氏 症 患 者 的 心 律 變 異 進 行 資 料 收 集 與 分 析 以 建 立 Neural Networks Model, 了 解 其 心 律 變 異 與 疾 病 的 關 聯 c. 多 功 能 泛 用 型 微 控 制 器 開 發 方 面 吳 昌 暉 教 授 於 三 年 前 便 投 入 多 功 能 泛 用 型 微 控 制 器 技 術 開 發, 目 的 是 讓 未 修 習 過 微 控 制 器 課 程 的 學 生 或 其 他 領 域 人 士, 可 以 不 必 親 自 設 計 複 雜 的 硬 體 電 路, 與 學 習 門 檻 高 的 組 合 語 言, 即 可 使 用 微 控 制 器 所 有 功 能, 並 自 行 開 發 易 於 使 用 系 統 韌 體 ICP(In Chip Programmer) 作 為 程 式 9

( 二 ) 研 究 計 畫 之 背 景 及 目 的 1. 居 家 健 康 監 測 與 遠 端 醫 療 照 護 相 關 研 究 隨 著 科 技 與 健 康 意 識 的 進 步, 近 年 來 諸 多 學 者 利 用 感 測 與 網 路 技 術 進 行 居 家 健 康 監 測 系 統 的 相 關 研 究 居 家 環 境 下 的 生 理 健 康 監 測 系 統 不 但 可 以 分 擔 高 成 本 的 醫 療 人 力 與 資 源, 長 期 持 續 性 的 健 康 監 測 資 料 更 進 一 步 察 覺 健 康 異 常 的 徵 兆, 在 可 預 見 的 未 來, 居 家 環 境 將 會 是 健 康 與 醫 療 的 第 一 道 防 線 美 國 學 者 Lewis[1999] 指 出, 未 來 醫 學 發 展 的 方 向, 將 會 採 用 各 式 遠 端 監 測 感 測 技 術, 如 視 訊 血 壓 智 慧 型 服 藥 系 統 等, 逐 漸 取 代 高 成 本 費 時 的 臨 床 問 診 模 式 Dixie[1994] 則 指 出, 居 家 環 境 下 的 健 康 醫 療 系 統, 在 安 全 無 風 險 的 前 提 下, 由 患 者 進 行 有 能 力 自 理 的 醫 療 測 試 ( 如 血 糖 心 電 圖 血 壓 等 ), 不 但 能 整 合 社 會 資 源, 節 省 往 返 問 診 時 間 與 昂 貴 醫 療 費 用, 藉 由 隱 藏 在 日 常 居 家 生 活 環 境 中 的 健 康 監 測, 更 有 效 率 地 及 早 發 覺 身 體 上 的 疾 病 與 婦 女 懷 孕 的 前 期 徵 狀, 藉 由 日 常 居 家 環 境 中 簡 單 的 長 期 持 續 性 的 健 康 監 測, 可 以 明 顯 地 紀 錄 無 法 在 傳 統 臨 床 問 診 短 暫 時 間 內 察 覺 的 疾 病 與 生 理 機 能 退 化 徵 兆 國 際 知 名 的 未 來 人 期 刊 (The Futurist) 在 1996 年 便 有 專 文 預 測,2006 前 來 臨 之 前, 重 大 改 變 人 類 生 活 形 態 的 科 技 產 品, 排 名 第 六 的 便 是 家 庭 用 的 健 康 監 測 系 統 (Home health monitors)", 未 來 監 視 你 的 排 便 肝 功 能 荷 爾 蒙 等, 將 像 今 天 在 家 量 體 重 一 樣 簡 單, 只 要 分 析 你 的 呼 吸 狀 況 排 尿 等, 就 能 給 你 基 本 的 健 康 資 訊 [Stephen & William, 1996] 傳 統 耗 費 病 患 長 時 間 等 候 與 短 暫 診 察 時 間 的 問 診 模 式 藉 由 科 技 的 輔 助 將 發 展 出 e 化 的 醫 療 服 務 模 式 在 可 預 見 的 未 來, 居 家 健 康 監 測 系 統 將 提 供 醫 師 長 期 連 續 性 的 生 命 與 生 理 的 健 康 監 測 資 料, 藉 由 遠 端 醫 療 與 照 護 系 統 的 輔 助, 醫 師 提 供 更 即 時 有 效 率 的 醫 療 模 式, 醫 療 服 務 從 被 動 的 治 療 與 急 救 成 為 更 積 極 的 預 防 性 醫 療 居 家 環 境 是 每 個 人 最 熟 悉 的 空 間, 也 是 停 留 時 間 最 長 的 場 所, 建 構 於 居 家 環 境 下 的 健 康 監 測 系 統, 相 較 於 傳 統 定 期 取 樣 式 的 問 診 醫 療 行 為, 居 家 健 康 監 測 系 統 提 供 了 長 期 持 續 性 的 健 康 監 測 資 料, 早 期 察 覺 行 為 模 式 習 慣 的 改 變 及 早 發 現 疾 病 以 及 生 理 機 能 衰 退 初 期 行 為 模 式 以 及 習 慣 的 微 妙 變 化 家 庭 環 境 中 的 各 個 場 所 對 於 健 康 監 測 而 言 有 其 獨 特 性, 主 要 研 究 集 中 於 盥 洗 與 如 廁 環 境 睡 眠 環 境 以 及 一 般 居 家 活 動 環 境 三 類 10

2. 盥 洗 與 如 廁 環 境 居 家 健 康 監 測 從 健 康 監 測 的 角 度 而 言, 廁 所 是 居 家 環 境 中 非 常 重 要 的 場 所, 盥 洗 與 如 廁 設 備 是 每 個 人 每 天 都 必 須 使 用 的 設 施, 藉 著 佈 置 於 廁 所 內 的 健 康 監 測 裝 置, 可 以 收 集 非 常 寶 貴 的 長 期 持 續 性 健 康 資 料 如 廁 設 備 也 是 一 天 之 中 感 測 裝 置 與 人 體 皮 膚 最 有 機 會 直 機 接 觸 的 時 刻, 如 ECG( 心 電 圖 ) 等 需 要 生 理 感 測 電 極 與 皮 膚 直 接 接 觸 的 感 測 項 目, 在 如 廁 環 境 中 便 可 在 非 察 覺 性 的 前 提 下 獲 得 生 理 監 測 資 料 (1) 體 重 與 排 泄 物 重 量 的 量 測 醫 學 研 究 中 指 出, 如 大 腸 癌 等 癌 症 常 伴 隨 著 排 便 習 慣 與 份 量 的 改 變 翁 昭 旼, 1993 Tatsuo 等 人 [1989] 建 立 如 圖 1 所 示 的 健 康 監 測 系 統 中, 以 外 掛 式 裝 置 長 期 測 量 使 用 者 的 體 重 ;Yamakoshi 等 人 [1996] 也 設 計 了 如 圖 2 所 示 類 似 的 設 備, 藉 由 如 廁 前 後 體 重 的 改 變, 藉 此 分 辨 排 泄 物 的 重 量 圖 1. 藉 由 如 廁 時 量 測 體 重 的 裝 置 11

圖 2. 藉 由 如 廁 前 後 體 重 改 變 測 量 排 泄 物 份 量 (2) 心 電 訊 號 量 測 Kawarada 等 人 [1993] 所 發 表 的 研 究 中, 藉 由 圖 3 所 示 浴 缸 內 電 極 給 予 微 量 的 電 流 導 通, 可 藉 由 水 的 傳 導 量 測 心 電 訊 號 ; 如 圖 4 所 示,Tatsuo 等 人 [1989] 以 廁 所 內 的 健 康 監 測 為 題 的 研 究 中, 也 以 相 同 的 概 念 以 浴 缸 內 導 通 水 以 及 馬 桶 作 墊 上 的 感 測 器, 藉 由 大 腿 的 接 觸 直 接 量 取 ECG 美 國 羅 徹 斯 特 大 學 研 發 如 圖 5 所 示 的 色 素 瘤 監 視 器, 藉 由 攝 影 機 在 患 者 洗 澡 時 每 月 一 次 監 測 色 素 瘤 變 化 的 情 形, 藉 此 評 估 惡 化 的 機 率 [Sinha, 2003] 圖 3. 藉 由 浴 缸 量 取 ECG 12

圖 4. 藉 由 馬 桶 蓋 直 接 量 取 ECG 圖 5. 色 素 瘤 監 測 器 (3) 整 合 如 廁 健 康 監 測 系 統 除 了 學 者 的 研 究 之 外, 日 本 產 業 界 也 投 入 了 各 式 健 康 監 測 馬 桶 的 研 發 與 生 產, 日 本 松 下 電 器 2003 年 1 月 11 日 展 出 的 ehii house 中, 架 構 了 21 世 紀 新 世 代 住 宅 的 架 構, 其 中 包 括 圖 6 所 示 可 以 量 測 體 重 體 脂 體 溫 和 血 壓 等 資 料 的 馬 桶, 全 部 的 健 康 資 料 呈 現 在 馬 桶 旁 的 小 螢 幕 上, 資 料 並 轉 存 於 松 下 生 活 情 報 中 心 裡, 配 合 其 他 飲 食 及 作 息 資 料, 專 業 營 養 師 會 為 使 用 者 提 供 正 確 的 判 斷 和 建 議 松 下 電 器,eHII house 日 本 著 名 衛 浴 設 備 公 司 東 陶 (TOTO) 也 發 表 了 你 好 二 號 (Well You II) 健 康 監 測 馬 桶, 不 但 可 以 量 測 體 重 脂 肪 血 压 心 跳 等 項 目, 更 藉 由 機 械 臂 前 端 的 尿 液 收 集 器, 分 析 尿 糖 尿 蛋 白 等 資 訊 [Brooke, 2002] 13

圖 6. 松 下 電 器 健 康 監 測 馬 桶 3. 睡 眠 環 境 居 家 健 康 監 測 睡 眠 是 機 能 性 健 康 狀 況 的 一 項 重 要 指 標, 良 好 的 睡 眠 品 質 與 睡 眠 模 式 才 能 使 身 體 獲 得 適 當 的 休 息, 藉 著 睡 眠 監 測 我 們 可 以 評 估 睡 眠 品 質 並 及 早 察 覺 疾 病 與 生 理 機 能 退 化 早 期 行 為 異 常 的 微 妙 改 變 為 了 減 少 對 受 測 者 睡 眠 的 影 響, 非 察 覺 性 的 睡 眠 生 理 監 測 方 式, 在 不 需 配 戴 感 測 裝 置 的 前 提 下 進 行 生 理 監 測, 為 最 理 想 的 睡 眠 監 測 方 式 (1) 特 定 項 目 睡 眠 監 測 睡 眠 監 測 上 的 研 究 大 致 歸 類 為 特 定 項 目 的 監 測 裝 置 以 及 整 體 性 的 睡 眠 監 測 系 統 兩 個 方 向 特 定 生 理 監 測 裝 置 如 睡 眠 體 溫 睡 眠 鼾 聲 睡 眠 身 體 活 動 等 感 測 裝 置, 如 圖 7 所 示 為 Tatsuo 等 人 [1989] 所 設 計 的 健 康 監 測 系 統 中, 其 中 一 個 監 測 項 目 是 以 床 墊 上 分 佈 的 溫 度 感 測 器 量 測 睡 眠 時 體 溫 的 變 化 ;Ishijima[1993] 則 是 運 用 新 研 發 的 材 質 作 為 量 測 ECG 時 感 測 的 電 極 ( 如 圖 8);Tamura[1992] 以 圖 9 設 置 於 床 墊 上 的 光 纖 感 測 器, 利 用 光 纖 因 壓 力 而 產 生 強 度 變 化 的 原 理, 可 以 藉 由 因 身 體 動 作 而 產 生 的 壓 力 變 化 判 別 身 體 的 動 作 ;Harada[2000] 所 設 計 的 睡 眠 監 測 裝 置 如 圖 10 所 示, 藉 由 枕 頭 下 放 置 的 壓 力 感 測 裝 置, 在 圖 11 左 圖 中 可 以 看 到 因 呼 吸 時 壓 力 改 變 而 產 生 的 規 律 性 波 動, 當 睡 眠 姿 勢 改 變 時, 所 引 起 的 壓 力 劇 烈 變 化 可 作 為 身 體 動 作 判 別 的 指 標, 圖 11 右 圖 我 們 可 以 看 到 睡 眠 呼 吸 中 止 症 在 呼 吸 動 作 停 止 時 波 形 成 一 直 線 14

圖 7. 量 測 睡 眠 時 體 溫 圖 8. 量 測 睡 眠 時 ECG 的 裝 置 圖 9. 應 用 光 纖 壓 力 感 測 器 偵 測 身 體 動 作 15

圖 10. 枕 頭 下 的 壓 力 感 測 裝 置 圖 11. 藉 由 壓 力 改 變 判 別 呼 吸 身 體 動 作 以 及 呼 吸 中 止 (2) 整 體 性 睡 眠 監 測 系 統 為 了 獨 居 老 人 的 安 全 照 顧, 松 下 設 計 一 款 內 含 感 應 器 的 床, 電 腦 會 自 動 記 錄 老 人 睡 眠 時 間 等 生 活 作 息, 如 果 某 天 老 人 臥 床 過 久, 或 出 現 其 他 異 常 狀 況, 電 腦 會 自 動 發 出 電 子 郵 件 通 知 事 先 登 記 的 對 象, 或 是 附 近 的 通 報 中 心 這 項 設 計, 目 前 正 在 日 本 大 阪 池 田 市 裡 進 行 試 用 孫 逸 筠,2001, 其 他 整 體 性 的 睡 眠 監 測 系 統 如 日 本 Nishida[2002] 等 人 所 設 計 的 Healthcare Supporting Room ( 圖 12), 其 中 包 含 攝 影 機 麥 克 風 佈 滿 壓 力 感 測 器 的 床 與 生 理 感 測 器 等 裝 置, 藉 此 監 測 受 測 者 睡 眠 狀 態 中 的 行 為, 圖 13 為 其 中 壓 力 床 的 外 觀, 圖 14 為 210 個 壓 力 感 測 器 壓 力 床 的 實 際 測 試 情 形, 可 以 藉 由 壓 力 點 分 佈 的 情 形 觀 察 受 測 者 睡 眠 時 身 體 姿 勢 的 變 化 圖 15 為 完 整 睡 眠 測 試 時 身 上 所 需 黏 貼 包 括 溫 度 身 體 位 置 血 氧 身 體 活 動 等 大 量 感 測 貼 片 16

圖 12. Healthcare Supporting Room 圖 13. 測 量 睡 眠 身 體 活 動 的 壓 力 床 17

圖 14. 壓 力 床 的 量 測 結 果 圖 15. Healthcare Supporting Room 睡 眠 監 測 所 需 各 式 睡 眠 生 理 感 測 貼 片 (3) 市 售 睡 眠 監 測 裝 置 目 前 進 行 睡 眠 診 斷 與 睡 眠 評 估 的 實 驗 室 與 診 所, 多 採 用 如 圖 16 所 示 的 多 重 生 理 記 錄 儀, 以 大 量 的 各 式 生 理 貼 片, 客 觀 科 學 化 地 量 測 受 測 者 睡 眠 中 呼 吸 心 跳 血 氧 身 體 活 動 腦 波 心 電 圖 等 生 理 訊 號, 大 量 的 貼 片 與 訊 號 線 不 但 影 響 受 測 者 睡 眠, 昂 貴 大 型 的 設 備 僅 能 在 特 定 診 所 與 實 驗 室 進 行 短 暫 的 數 晚 測 試 目 前 市 面 上 實 際 商 品 化 的 睡 眠 生 理 監 測 產 品 多 半 屬 於 配 戴 式 的 裝 置, 如 圖 17 所 示 為 Pro-Tech 公 司 所 生 產 的 各 項 睡 眠 生 理 監 測 設 備, 雖 然 配 戴 式 的 翻 身 監 測 裝 置 腕 動 計 腳 動 計 呼 吸 監 測 裝 置 等 相 較 於 睡 眠 多 重 生 理 記 錄 器 PSG 複 雜 昂 貴 的 裝 置, 市 售 配 戴 式 睡 眠 監 測 裝 置 已 經 十 分 輕 巧 輕 量 化, 但 對 受 測 者 而 言 睡 眠 時 不 免 還 是 會 有 不 適 感, 甚 至 影 響 睡 眠, 而 感 測 裝 置 所 連 接 大 量 的 訊 號 線, 也 十 分 不 便 如 果 要 在 日 常 居 家 環 境 中 長 期 持 續 性 監 測 睡 眠 品 質, 如 何 降 低 感 測 裝 置 對 睡 眠 的 影 響, 甚 至 在 非 察 覺 性 的 情 況 下 紀 錄 所 需 要 的 睡 眠 生 理 特 徵, 便 是 一 項 值 得 研 究 的 課 題 18

圖 16. 睡 眠 多 重 生 理 記 錄 葉 世 彬 睡 眠 檢 查 室 圖 17. 市 售 家 用 睡 眠 監 測 產 品 [Pro-Tech Services] 4. 一 般 居 家 活 動 監 測 Suzanne[1997] 等 人 研 究 顯 示 出 日 常 行 為 模 式 改 變 時, 可 能 代 表 了 潛 在 著 疾 病 或 生 理 機 能 退 化 的 早 期 徵 兆 Kenneth[2000] 等 人 更 藉 由 安 養 機 構 中 健 康 照 護 者 的 實 際 服 務 經 驗, 證 實 了 在 疾 病 與 生 理 機 能 退 化 會 導 致 心 理 層 面 與 生 理 層 面 的 行 為 改 變, 藉 由 觀 察 記 錄 這 些 改 變 的 過 程, 我 們 可 以 及 早 預 防 疾 病 與 生 理 機 能 更 加 惡 化 的 可 能 隨 著 各 式 生 命 生 理 感 測 技 術 資 料 傳 輸 技 術 的 發 展 以 及 網 路 的 普 及, 許 多 學 者 便 試 著 建 立 日 常 居 家 的 行 為 模 式 與 疾 病 生 理 機 能 退 化 之 間 的 關 連 性 澳 洲 的 新 南 威 爾 斯 大 學 Celler[1995] 等 學 者 曾 經 發 表 一 項 以 預 判 高 齡 者 健 康 狀 況 變 化 為 目 的 的 遠 端 監 測 研 究 計 畫, 他 們 認 為, 高 齡 者 從 健 康 獨 立 到 生 病 虛 弱 其 實 有 一 個 轉 移 19

的 過 程, 然 而 這 個 精 細 微 妙 的 過 程 不 易 為 照 顧 者 醫 生 甚 至 高 齡 者 本 身 所 察 覺 因 此 他 們 嘗 試 證 明 從 一 些 簡 單 的 監 測, 如 高 齡 者 的 活 動 力 睡 眠 模 式 乃 至 於 使 用 廚 具 盥 洗 如 廁 的 模 式, 便 能 夠 預 先 判 知 高 齡 者 功 能 性 健 康 狀 況 的 改 變, 從 而 發 出 適 當 及 時 合 乎 成 本 的 通 知 並 進 行 處 理, 以 減 低 高 齡 者 罹 病 率 並 維 持 獨 立 良 好 的 生 活 品 質 Bhattacharya[2002] 所 建 構 的 Smart Room 也 有 類 似 的 概 念, 如 圖 18 所 示, 利 用 居 家 環 境 中 各 式 極 限 開 關 紅 外 線 感 測 器 等 裝 置, 監 測 居 家 環 境 中 受 測 者 的 日 常 行 為 模 式 Ogawa[2002] 等 學 者 也 設 計 了 類 似 的 裝 置, 如 圖 19 所 示, 用 以 紀 錄 日 常 生 活 模 式 與 居 家 設 施 的 使 用 情 形 由 英 特 爾 出 資 喬 治 理 工 學 院 與 羅 徹 斯 特 大 學 所 建 造 的 感 應 屋 (Aware home)" 在 模 擬 住 宅 中 設 置 了 感 測 老 人 動 作 聲 音 等 活 動 量 的 感 測 系 統, 以 圖 20 所 示 網 路 數 位 像 框 方 式 提 供 子 女 或 醫 生 觀 察 老 人 居 家 活 動 的 狀 態 [Kirschner, 2001] 圖 18. Smart Room 20

圖 19. 居 家 生 活 模 式 的 監 測 圖 20. 感 應 屋 的 網 路 數 位 相 框 目 前 已 經 有 實 際 正 式 營 運 的 健 康 住 宅, 如 波 特 蘭 市 郊 的 艾 利 特 安 養 中 心 籌 建 的 燕 麥 田 莊, 已 於 2000 年 10 月 開 幕, 睡 眠 環 境 中 的 床 鋪 偵 測 居 住 者 的 體 重 和 睡 眠 中 的 翻 身 次 數 ; 紅 外 線 感 應 器 可 以 感 知 人 是 否 下 床 沒 有 馬 桶 測 知 使 用 者 的 脈 搏 體 溫 或 是 否 脫 水 雖 然 老 人 每 人 每 月 必 須 負 擔 3,250 美 元, 但 業 者 相 信 廿 年 後, 熟 悉 科 技 舒 適 方 便 的 現 代 年 輕 人 開 始 退 休 和 高 齡 化 後, 這 方 面 的 需 求 將 會 增 加 5. 遠 端 醫 療 與 照 護 系 統 藉 由 各 式 生 理 感 測 技 術 與 網 路 相 關 應 用 技 術 的 發 展, 遠 距 醫 療 為 下 一 個 世 紀 新 興 的 醫 療 模 式 最 早 在 1959 年 美 國 Nebraska 的 Wittson 等 人 利 用 交 互 式 電 視 (IATV) 從 事 神 經 精 神 科 的 照 會 同 年 加 拿 大 的 Jutra 也 利 用 同 軸 電 纜 (coaxial cable) 傳 遞 放 射 線 X 光 影 像 隨 著 網 路 的 普 及 與 相 關 技 術 的 成 熟, 遠 距 醫 療 成 為 一 項 新 興 的 醫 療 服 務 模 式, 根 據 紐 約 水 岸 遠 距 醫 療 聯 盟 (Waterford Telemedicine partners) 的 報 告 21

指 出, 全 球 遠 距 醫 療 產 業 的 產 值 已 從 1997 年 的 68 億 美 元 成 長 為 1998 年 的 138 億 美 元, 預 估 在 2010 年 時, 全 球 有 15% 的 醫 療 行 為 會 以 遠 距 醫 療 方 式 進 行, 每 年 遠 距 醫 療 的 產 值 將 以 每 年 40% 的 速 度 成 長 [Sinha, 2003] 目 前 遠 距 醫 療 可 以 分 為 兩 個 大 類, 一 是 利 用 網 路 技 術 單 純 提 供 醫 師 與 病 患 間 影 音 診 察 的 管 道, 另 一 則 是 利 用 各 式 醫 療 裝 置, 由 患 者 進 行 簡 單 的 操 作, 遠 端 醫 師 可 以 藉 由 網 路 的 介 面 即 時 獲 得 患 者 的 各 項 生 理 資 料 單 純 的 影 音 遠 端 醫 療 在 國 內 目 前 可 以 看 到 包 括 威 今 居 家 遠 距 醫 療 系 統 (http://www.wegene.com.tw/) 以 IP 電 話 的 方 式 提 供 即 時 的 影 像 與 聲 音 對 談, 或 是 如 懇 懋 遠 距 醫 療 (http://www.grandsoft.com.tw/) 利 用 高 解 析 度 的 視 訊 提 供 醫 師 視 覺 診 斷 的 依 據 桃 園 縣 縣 政 府 衛 生 局 以 及 行 政 院 所 推 動 台 大 醫 院 執 行 的 國 家 資 訊 通 信 基 本 建 設 NII 計 畫 以 及 台 北 大 學 醫 學 院 的 虛 擬 健 康 社 區 (Virtual Health Community), 都 是 利 用 視 訊 與 影 音 動 畫 與 文 字 等 方 式 進 行 第 二 個 類 別 的 技 術 門 檻 較 高, 各 式 生 醫 器 材 都 必 須 經 過 衛 生 主 管 單 位 的 相 關 認 證, 目 前 正 式 營 運 的 包 括 可 以 看 到 由 竹 山 秀 傳 醫 院 思 網 科 技 公 司 臺 灣 銳 知 公 司 五 鼎 生 物 科 技 公 司 共 同 合 作 的 糖 尿 病 遠 距 醫 療 系 統, 使 用 血 糖 儀, 透 過 資 料 傳 送 器 將 血 糖 資 料 直 接 傳 送 到 醫 院, 由 醫 師 做 專 業 控 管 陳 紹 聖,2000 源 星 科 技 推 出 儀 器 判 讀 心 室 跳 動 狀 況 血 液 成 分 心 室 瓣 膜 狀 況 及 血 壓 起 伏 狀 況 等 的 血 壓 測 量 儀 陳 建 元,2003 等 單 一 的 生 理 感 測 項 目 的 遠 距 醫 療 裝 置, 以 及 如 圖 21 所 示 亞 太 健 康 遠 距 科 技 公 司 已 通 過 FDA 認 證 包 含 血 氧 血 壓 電 子 聽 診 器 體 重 體 脂 器 血 糖 計 心 電 圖 等 六 項 遠 端 感 測 裝 置 的 居 家 檢 測 系 統 (Telehomecare System) (http://www.aptt.com.tw/) 圖 21. 亞 太 健 康 居 家 檢 測 系 統 22

松 下 電 器 公 司 發 表 的 VitalSignal 醫 療 箱 原 型, 如 圖 22 所 示, 也 建 構 了 類 似 的 遠 端 醫 療 架 構, 包 含 血 壓 儀 體 溫 計 與 血 糖 計 等 裝 置, 利 用 網 際 網 路 介 面 可 以 即 時 將 數 據 傳 給 專 屬 的 診 所 醫 師,VitalSignal 也 提 供 了 內 置 式 的 視 像 電 話 使 你 可 以 面 對 面 與 醫 師 問 診 醫 生 [Paul, 2000] 圖 22. 松 下 電 器 公 司 發 表 的 VitalSignal 醫 療 箱 美 國 The Health Hero Network(http://www.healthhero.com/) 所 建 構 的 遠 端 醫 療 架 構 如 圖 23 所 示, 系 統 使 用 者 端 操 作 如 圖 24 所 示 的 體 重 體 溫 與 血 壓 等 醫 療 設 備, 並 填 寫 圖 25 網 路 介 面 的 主 觀 式 健 康 問 卷, 遠 端 醫 師 藉 由 網 路 介 面 icaredesktop 系 統 獲 得 長 期 性 的 體 重 體 溫 與 血 壓 等 生 理 健 康 資 料 與 主 觀 式 健 康 問 卷 的 長 期 性 資 料, 藉 此 評 估 受 測 者 生 理 變 化 的 趨 勢 以 及 異 常 狀 態 發 生 的 風 險 機 率, 此 外, 在 自 我 健 康 問 卷 評 估 的 過 程 中, 系 統 並 提 供 正 確 的 保 健 資 訊, 藉 此 教 育 使 用 者 正 確 的 飲 食 與 健 康 觀 念 圖 23. Health hero Network technology 系 統 架 構 23

圖 24. Buddylink 生 理 監 測 裝 置 圖 25. 醫 師 端 icaredesktop 系 統 介 面 24

6. 居 家 健 康 監 測 與 遠 端 醫 療 照 護 相 關 研 究 與 產 業 現 況 總 結 隨 著 科 技 與 健 康 意 識 的 進 步, 近 年 來 諸 多 學 者 利 用 感 測 與 網 路 技 術 進 行 居 家 健 康 監 測 系 統 的 相 關 研 究 居 家 環 境 下 的 生 理 健 康 監 測 系 統 不 但 可 以 分 擔 高 成 本 的 醫 療 人 力 與 資 源, 長 期 持 續 性 的 健 康 監 測 資 料 更 進 一 步 察 覺 健 康 異 常 的 徵 兆 目 前 遠 距 照 護 相 關 研 究 中 大 部 分 著 眼 在 居 家 環 境 的 健 康 監 測, 在 可 預 見 的 未 來, 居 家 環 境 將 會 是 健 康 與 醫 療 的 第 一 道 防 線 居 家 環 境 是 每 個 人 最 熟 悉 的 空 間, 也 是 停 留 時 間 最 長 的 場 所, 建 構 於 居 家 環 境 下 的 健 康 監 測 系 統, 相 較 於 傳 統 定 期 取 樣 式 的 問 診 醫 療 行 為, 居 家 健 康 監 測 系 統 提 供 了 長 期 持 續 性 的 健 康 監 測 資 料, 早 期 察 覺 行 為 模 式 習 慣 的 改 變 及 早 發 現 疾 病 以 及 生 理 機 能 衰 退 初 期 行 為 模 式 以 及 習 慣 的 微 妙 變 化 而 家 庭 環 境 中 的 各 個 場 所 對 於 健 康 監 測 而 言 有 其 獨 特 性, 主 要 研 究 集 中 於 盥 洗 與 如 廁 環 境 睡 眠 環 境 以 及 一 般 居 家 活 動 環 境 三 類 遠 距 醫 療 研 究 則 可 以 分 為 兩 個 大 類, 一 是 利 用 網 路 技 術 單 純 提 供 醫 師 與 病 患 間 即 時 的 影 像 與 聲 音 對 談, 作 遠 距 診 察 ; 另 一 則 是 利 用 各 式 醫 療 裝 置, 由 患 者 進 行 簡 單 的 操 作, 遠 端 醫 師 可 以 藉 由 網 路 的 介 面 即 時 獲 得 患 者 的 各 項 生 理 資 料, 技 術 門 檻 較 高, 各 式 生 醫 器 材 都 必 須 經 過 衛 生 主 管 單 位 的 相 關 認 證 兩 者 在 國 內 都 已 有 小 規 模 測 試 或 商 業 化 營 運 模 式 國 內 遠 距 照 護 或 遠 距 醫 療 相 關 產 業 並 不 發 達, 其 中 亞 太 健 康 遠 距 科 技 公 司 已 通 過 FDA 認 證 包 含 血 氧 血 壓 電 子 聽 診 器 體 重 體 脂 器 血 糖 計 心 電 圖 等 六 項 遠 端 感 測 裝 置 的 居 家 檢 測 系 統 (Telehomecare System), 最 具 規 模 與 實 績 美 國 則 以 The Health Hero Network" 建 構 的 遠 端 醫 療 架 構 最 為 成 熟, 該 公 司 並 獲 有 最 多 相 關 技 術 之 美 國 專 利 重 視 全 球 市 場 的 企 業, 在 規 劃 其 專 利 佈 局 時, 皆 會 投 入 美 國 此 技 術 較 為 先 進 市 場 需 求 性 高 的 地 區 針 對 相 關 技 術 美 國 專 利 作 專 利 分 析 發 現, 如 圖 26 所 示, 高 齡 者 遠 距 照 護 技 術 美 國 專 利 在 1994 年 以 後 成 長 快 速, 正 處 於 蓬 勃 發 展 的 階 段, 各 個 國 家 與 眾 多 公 司 目 前 皆 積 極 投 入 相 關 的 研 究 排 名 第 一 的 公 司 是 位 於 美 國 加 州 的 The Health Hero Network", 此 公 司 的 研 發 產 品 大 多 以 監 測 患 者 與 高 齡 者 居 家 醫 療 照 護 為 主, 是 此 項 領 域 中 值 得 注 意 的 一 家 公 司 而 國 際 大 廠 中 如 IBM Compaq 等 大 公 司, 也 都 開 始 積 極 投 入 此 項 領 域 的 研 究, 尤 其 網 際 網 路 的 運 用 與 相 關 數 據 的 傳 輸 亦 佔 相 當 重 要 的 技 術 成 分 在 此 領 域 中 日 本 所 擁 有 的 美 國 專 利 件 數 居 第 二 位, 但 與 美 國 所 擁 有 專 利 件 數 有 相 當 的 差 距 台 灣 在 此 項 領 域 的 專 利 數 僅 有 2 件, 一 篇 為 矽 統 科 技 所 申 請, 內 容 著 重 於 敘 述 數 據 傳 輸 與 封 包 的 方 式, 另 一 篇 為 友 旺 科 技 所 申 請, 25

內 容 著 重 於 寬 頻 網 路 的 傳 輸 技 術, 顯 示 遠 距 照 護 產 業 與 網 際 網 路 產 業 結 合 的 趨 勢, 而 國 內 產 業 界 對 此 領 域 尚 未 積 極 投 入 圖 26. 遠 距 照 護 相 關 美 國 專 利 歷 年 專 利 件 數 圖 ( 以 公 告 日 分 析 ) 國 內 工 業 技 術 研 究 院 執 行 經 濟 部 技 術 處 策 略 性 服 務 業 導 向 科 專 推 動 及 運 作 計 畫, 目 標 之 一 為 有 效 推 動 與 落 實 遠 距 居 家 照 護 服 務 成 為 新 興 的 服 務 產 業, 預 計 在 2004 年 四 月 成 立 遠 距 居 家 照 護 服 務 產 業 聯 盟, 廣 邀 醫 療 照 護 業 者 IT 業 者 醫 療 設 備 與 器 材 業 者 電 信 服 務 業 者 長 期 照 護 服 務 業 者 保 全 保 險 業 者 學 術 研 究 機 構 社 團 法 人 及 對 本 計 畫 構 想 有 興 趣 者 共 同 參 與, 集 思 廣 益, 建 構 遠 距 居 家 照 護 服 務 產 業, 目 前 主 要 參 與 業 者 包 括 台 大 醫 院 東 元 宏 碁 中 華 電 信 等 7. 本 計 畫 目 的 隨 著 生 活 水 準 與 醫 療 衛 生 長 足 的 進 步, 國 人 平 均 壽 命 逐 漸 的 延 長, 老 年 人 口 比 例 持 續 增 加 面 對 高 齡 化 的 社 會, 各 種 社 會 福 利 醫 療 醫 藥 技 術 與 社 會 安 全 制 度 與 的 問 題 隨 著 顯 現, 越 來 越 多 的 高 齡 者 無 法 藉 由 家 人 與 家 庭 獲 得 妥 善 充 分 的 照 顧 近 年 來 諸 多 學 者 結 合 感 測 與 通 訊 技 術 進 行 居 家 健 康 監 測 系 統 的 研 究, 相 關 產 業 亦 開 始 蓬 勃 發 展 居 家 環 境 下 的 生 理 健 康 監 測 系 統 不 但 可 以 分 擔 高 成 本 的 醫 療 人 力 與 資 26

源, 長 期 持 續 性 的 健 康 監 測 資 料 更 進 一 步 察 覺 健 康 異 常 的 徵 兆, 在 可 預 見 的 未 來, 居 家 環 境 將 會 是 健 康 與 醫 療 的 第 一 道 防 線 元 智 大 學 在 居 家 環 境 下 之 遠 距 照 護, 已 有 完 整 研 究 團 隊, 並 有 相 關 研 究 經 驗 及 研 究 成 果 圖 27 所 示 為 元 智 大 學 在 居 家 環 境 下 之 遠 距 照 護 研 究 架 構, 前 端 感 測 系 統 研 究 基 本 可 分 為 非 侵 入 式 生 理 訊 號 監 測 ( 包 括 血 壓 心 電 圖 呼 吸 頻 率 體 溫 血 氧 濃 度 和 腦 波 訊 號 等 六 項 ) 生 活 品 質 相 關 健 康 數 據 監 測 ( 包 括 活 動 力 睡 眠 品 質 代 謝 模 式 環 境 品 質 等 四 項 ) 以 及 遠 端 遙 控 照 護 機 器 人 之 開 發 等 三 個 方 向, 感 測 系 統 採 用 單 晶 片 微 電 腦 (PIC) 為 基 礎 之 嵌 入 式 架 構 作 為 A/D 擷 取 訊 號 處 理 與 運 算 生 理 特 徵 與 環 境 狀 況 的 特 徵 判 別, 以 無 線 室 內 資 料 傳 輸 或 網 際 網 路 傳 輸 的 介 面, 整 合 於 家 庭 伺 服 器 或 單 晶 片 伺 服 器 以 網 際 網 路 方 式 傳 輸 至 後 端 資 料 庫, 資 料 傳 輸 架 構 規 劃 為 如 圖 27 單 一 家 庭 使 用 規 模, 以 及 圖 28 安 養 院 多 戶 規 模 和 圖 29 之 ISP 資 訊 服 務 規 模 等 三 種 規 模 經 由 儲 存 處 理 探 勘 智 慧 型 生 活 品 質 評 估 等 資 訊 處 理 機 制, 以 網 際 網 路 方 式 呈 現 高 齡 者 各 項 生 命 品 質 指 標, 提 供 子 女 與 照 護 者 即 時 關 懷 家 中 父 母 的 管 道 圖 27. 元 智 大 學 在 居 家 環 境 下 之 遠 距 照 護 研 究 架 構 27

圖 28. 單 一 使 用 者 架 構 圖 29. 安 養 院 多 戶 架 構 28

圖 30. ISP 資 訊 服 務 規 模 在 可 見 的 未 來, 遠 距 照 護 有 極 大 的 市 場 需 求, 相 關 產 業 與 科 技 發 展 在 國 外 已 有 蓬 勃 發 展, 遠 距 照 護 產 業 與 網 際 網 路 無 線 通 訊 等 產 業 結 合 已 是 重 要 趨 勢, 是 高 齡 化 社 會 型 態 下 非 常 適 合 網 路 通 訊 業 者 提 供 之 加 值 服 務 相 對 的, 國 內 通 訊 相 關 產 業 相 當 發 達, 競 爭 激 烈, 產 業 亦 多 以 降 低 價 格 或 提 供 各 項 加 值 服 務, 期 望 擴 大 市 場 佔 有 率, 但 結 合 遠 距 照 護 與 無 線 通 訊 相 關 之 技 術 發 展 與 應 用, 在 國 內 卻 仍 在 起 步 階 段 目 前 元 智 大 學 在 居 家 環 境 下 之 遠 距 照 護 系 統 發 展, 在 感 測 訊 號 的 傳 遞 與 後 續 資 料 傳 輸 上, 也 均 以 有 線 方 式 傳 輸 為 主, 且 傳 輸 平 台 侷 限 在 網 際 網 路 在 居 家 環 境 的 遠 距 照 護 上, 要 能 夠 普 及 於 一 般 家 庭, 感 測 系 統 的 建 置 以 及 訊 號 與 資 料 的 傳 輸, 需 要 能 夠 低 成 本 高 彈 性 和 高 移 動 性, 資 料 傳 輸 平 台 更 需 要 能 夠 擴 大 到 一 般 手 機 在 此 項 應 用 上, 使 用 無 線 網 路 的 優 點 是 顯 而 易 見 的, 包 括 不 需 施 工 佈 線 與 線 路 規 劃, 可 節 省 成 本 縮 短 網 路 建 構 時 間, 且 容 易 維 護, 並 可 以 快 速 變 更 網 路 架 構 本 計 畫 希 望 能 進 一 步 結 合 元 智 大 學 在 無 線 通 訊 方 面 的 研 究 團 隊, 結 合 感 測 技 術 與 無 線 通 訊 技 術, 應 用 於 居 家 環 境 下 之 高 齡 者 遠 端 照 護 系 統 之 開 發 本 計 畫 架 構 如 29

圖 31 所 示, 藉 由 居 家 環 境 下 非 侵 入 式 生 理 監 測 系 統 與 非 察 覺 式 健 康 監 測 系 統, 長 期 性 全 方 位 地 蒐 集 評 估 高 齡 者 之 生 理 訊 號 ( 包 括 血 壓 心 電 圖 呼 吸 頻 率 體 溫 血 氧 濃 度 和 腦 波 訊 號 等 六 項 ) 與 生 活 品 質 相 關 健 康 數 據 ( 包 括 活 動 力 睡 眠 品 質 代 謝 模 式 環 境 品 質 等 四 項 ), 感 測 系 統 訊 號 以 無 線 方 式 傳 輸 至 網 際 網 路 伺 服 器 或 家 人 照 護 者 之 手 機, 以 提 供 家 人 或 照 護 者 更 完 整 長 期 的 監 測 資 訊, 並 作 即 時 預 警 同 時 並 將 應 用 無 線 通 訊 技 術 發 展 一 遠 端 遙 控 照 護 機 器 人, 在 平 時 能 提 供 子 女 與 高 齡 者 動 態 溝 通 的 平 台, 並 能 提 供 緊 急 狀 況 告 知 和 即 時 的 照 護 圖 31. 本 計 畫 架 構 30

( 三 ) 研 究 方 法 進 行 步 驟 及 執 行 進 度 1. 研 究 方 法 圖 1 為 本 計 畫 之 技 術 架 構, 本 計 畫 主 要 包 括 兩 個 研 究 構 面, 一 是 前 端 感 測 系 統 之 開 發, 即 前 述 非 侵 入 式 生 理 訊 號 監 測 ( 包 括 血 壓 心 電 圖 呼 吸 頻 率 體 溫 血 氧 濃 度 和 腦 波 訊 號 等 六 項 ) 生 活 品 質 相 關 健 康 數 據 監 測 ( 包 括 活 動 力 睡 眠 品 質 代 謝 模 式 環 境 品 質 等 四 項 ) 以 及 遠 端 遙 控 照 護 機 器 人 之 開 發 等 三 個 方 向, 在 這 三 個 方 向 上 本 計 畫 均 已 有 基 礎 之 研 究 成 果 本 計 畫 第 二 個 構 面 重 點 則 在 於 如 何 將 相 關 感 測 技 術 與 無 線 通 訊 技 術 之 整 合, 建 立 室 內 各 項 健 康 監 測 系 統 無 線 資 料 傳 輸 架 構 以 及 跨 平 台 的 資 料 傳 輸 與 緊 急 通 知 架 構, 預 期 提 供 子 女 與 照 護 者 網 頁 介 面 手 機 與 E-mail 等 資 料 呈 現 與 緊 急 通 知 的 即 時 平 台 圖 1. 本 計 畫 之 技 術 架 構 31

前 端 感 測 系 統 之 開 發 本 計 畫 在 前 端 感 測 系 統 之 開 發 及 研 究 方 法 分 別 敘 述 如 下 (1) 非 侵 入 式 生 理 訊 號 監 測 的 基 本 原 理 a. 心 電 圖 (ECG) 心 臟 收 縮 是 由 右 心 房 上 竇 房 結 (SA node) 於 一 分 鐘 內 產 生 約 60 次 微 小 電 脈 衝 訊 控 制, 所 以 一 般 心 臟 細 胞 有 所 謂 極 化 去 極 化 及 再 極 化 的 過 程, 而 所 形 成 的 動 作 電 位 變 化, 便 可 經 由 心 臟 周 圍 導 電 組 織 與 體 液 反 應 至 身 體 表 面, 因 此 將 電 極 放 置 在 體 表 面 紀 錄 出 來 之 心 電 變 化 圖 形 即 是 心 電 圖 (Electrocardiogram, ECG) 心 電 圖 乃 是 反 映 整 各 心 臟 興 奮 的 產 生 傳 佈 和 恢 復 過 程 的 電 位 差 變 化, 但 並 不 反 映 心 臟 的 機 械 收 縮 活 動 另 外 由 於 心 臟 訊 號 屬 低 頻 範 圍 (0.01Hz~500Hz), 其 振 幅 約 0.5mV~5mV, 故 在 心 電 圖 擷 取 量 測 上, 便 需 接 上 濾 波 與 放 大 裝 置 ECG 濾 波 頻 率 的 最 佳 範 圍 介 於 1.06Hz~106.1Hz 之 間, 本 計 畫 將 配 合 ECG 的 振 幅 及 頻 率 範 圍, 製 作 出 可 以 量 測 ECG 的 放 大 及 濾 波 電 路 b. 血 壓 (Blood pressure) 測 量 血 壓 的 方 法 可 分 為 直 接 測 量 法 或 稱 為 侵 入 式 及 間 接 測 量 法 或 稱 為 非 侵 入 式 兩 種, 直 接 測 量 法 主 要 是 將 動 脈 導 管 接 在 感 測 器 部 份 的 前 端, 經 排 氣 及 對 大 氣 歸 零 後, 將 動 脈 導 管 直 接 插 入 動 脈 血 管, 再 利 用 壓 電 轉 換 感 測 器 的 轉 換 而 得 到 血 壓 ; 間 接 測 量 法 則 以 各 種 非 侵 入 式 量 測 為 主 大 部 份 間 接 式 量 測 法 是 利 用 壓 脈 袋 量 測 血 管, 再 利 用 聽 診 器 或 其 他 感 測 器 ( 如 麥 克 風 超 音 波 感 測 器 壓 力 感 測 器 ) 來 量 得 血 壓 依 操 作 方 式, 亦 可 分 為 手 動 式 及 自 動 式 依 儀 器 分 類 又 可 分 成 水 銀 血 壓 計 及 無 液 式 血 壓 計 或 稱 為 錶 式 血 壓 計 由 量 測 方 式 可 分 為 觸 診 法 聽 診 法 及 貫 注 法, 而 自 動 式 依 量 測 方 法 可 分 為 聽 診 法 共 振 法 超 音 波 法, 及 紅 外 線 法 本 計 畫 將 採 用 共 振 法, 量 測 裝 置 包 括 腕 部 用 的 壓 脈 袋 加 壓 馬 達 洩 氣 閥 與 壓 力 感 測 器 量 測 方 法 是 在 壓 脈 袋 內 打 入 一 定 壓 力 後, 當 血 管 受 到 壓 脈 袋 擠 壓 時 血 管 產 生 脈 動, 再 利 用 靈 敏 的 壓 力 感 測 器 來 感 測 壓 脈 袋 內 部 壓 力 的 微 小 訊 號, 經 過 慮 波 放 大 等 程 序 擷 取 連 續 脈 波 訊 號, 可 提 供 即 時 腕 部 脈 波 的 變 化, 經 過 轉 換 後 可 以 得 到 收 縮 壓 舒 張 壓 及 平 均 壓 32

c. 腦 波 EEG(electroencephalogram) 由 於 腦 神 經 細 胞 所 散 發 出 的 電 位 不 高, 加 上 頭 皮 顱 骨 及 三 層 腦 膜 的 隔 絕, 因 此 記 錄 到 的 電 位 很 小 EEG 所 記 錄 到 的 電 位 大 約 是 5-30μV 的 電 位 變 化 在 0.5-60Hz 的 交 流 成 分 然 而 腦 波 用 於 臨 床 上 疾 病 的 判 別 主 要 是 根 據 其 波 紋 的 變 化 而 非 電 位 的 大 小 藉 著 頻 率 的 不 同 可 將 腦 波 劃 分 成 四 種 基 本 波 :Beta(β) Alpha(α) Theta(θ) Delta(δ)( 如 圖 2) 其 所 處 的 頻 率 分 別 為 :Beta 大 於 13Hz,Alpha 介 於 8 到 13Hz 之 間, 此 兩 種 都 是 歸 類 於 快 波 部 分, 而 Theta 介 於 4 到 8Hz 之 間,Delta 小 於 4Hz 之 間, 此 兩 種 都 是 歸 類 為 慢 波, 利 用 這 些 特 徵 我 們 可 以 知 道 一 個 正 常 人 的 精 神 狀 態, 例 如 清 醒 睡 眠 興 奮 麻 醉 等, 所 呈 現 的 腦 波 都 不 相 同 圖 2. EEG 基 本 波 形 [Aston, 1990] 因 腦 波 的 電 位 很 小, 且 有 很 大 的 直 流 電 位 腦 電 圖 (EEG) 所 記 錄 的 則 是 在 此 電 流 電 位 中 5~200μV 的 交 流 成 分, 因 此 我 們 需 使 用 高 倍 電 壓 放 大 電 路 配 合 有 效 的 濾 波 電 路 將 腦 波 放 大 至 數 位 電 路 所 能 擷 取 的 範 圍 其 放 大 倍 率 可 依 儀 表 放 大 器 外 加 電 阻 而 改 變 Gain=5x10 5 ~10 6, 頻 寬 則 介 於 0.48~40Hz 之 間 電 路 中 採 取 多 級 濾 波 放 大 的 策 略, 一 方 面 防 止 外 部 的 雜 訊 放 大 及 直 流 電 壓 造 成 訊 號 飽 和, 另 一 方 面 也 有 利 於 檢 測 各 級 電 路 是 否 達 到 該 有 的 效 能 33

d. 呼 吸 頻 率 和 體 溫 圖 3 為 Elastic resistive transducer, 是 一 種 隨 著 伸 縮 的 長 度 不 同, 電 阻 值 就 不 一 樣 的 材 質, 本 計 畫 將 利 用 此 感 測 器, 藉 由 使 用 者 吸 氣 和 吐 氣 時 胸 腔 會 擴 大 及 收 縮 而 造 成 電 阻 值 不 同, 然 後 再 配 電 路 產 生 不 同 分 壓, 就 可 以 感 測 出 呼 吸 頻 率 體 溫 則 將 利 用 thermistors 來 量 測, 當 使 用 者 的 體 溫 不 同 時 該 感 測 器 裡 的 電 阻 值 就 會 不 同, 再 配 合 分 壓 定 律 而 使 該 感 測 器 量 測 到 不 同 溫 度 就 有 不 同 電 壓 值 的 改 變 [15] 圖 3. Elastic resistive transducer[enderle et. al, 2000] e. 血 氧 濃 度 血 氧 濃 度 指 的 就 是 在 血 液 中 所 含 氧 的 濃 度, 圖 4 所 示, 本 計 劃 是 利 用 一 種 俗 稱 金 手 指 的 感 測 器 來 感 測 血 氧 濃 度, 該 感 測 器 是 利 用 血 液 在 紅 外 光 照 射 時 血 氧 濃 度 不 同 時 所 反 射 回 來 的 波 長 不 同 而 近 一 步 求 的 血 氧 濃 度 是 多 少 34

圖 4. 以 金 手 指 感 測 血 氧 濃 度 [Enderle et. al, 2000] (2) 生 活 品 質 相 關 健 康 數 據 監 測 a. 活 動 力 活 動 力 指 標 (mobility index) 的 建 立 係 以 人 體 紅 外 線 感 測 器 作 人 體 活 動 之 感 測, 以 電 流 感 測 器 作 電 器 使 用 之 感 測, 另 外 並 利 用 光 電 開 關 極 限 開 關 作 出 入 使 用 電 話 之 感 測, 藉 這 些 活 動 的 監 測, 來 建 立 高 齡 者 活 動 力 指 標, 並 作 活 動 模 式 分 析, 期 望 在 高 齡 者 活 動 力 指 標 下 降, 或 活 動 模 式 異 常 時, 系 統 能 夠 做 出 預 判, 提 醒 子 女 與 照 護 者 做 及 時 處 理 與 關 懷 照 顧 b. 睡 眠 品 質 高 齡 者 的 睡 眠 品 質 不 良 是 一 個 普 遍 性 存 在 的 重 要 問 題, 不 良 的 睡 眠 對 生 理 與 心 理 均 會 造 成 不 良 的 影 響 一 般 睡 眠 品 質 評 估 的 方 式 可 以 區 分 為 三 種 : 自 我 主 觀 評 量 客 觀 儀 器 測 量 以 及 睡 眠 觀 察 三 類 主 觀 評 量 法 藉 由 主 觀 的 事 後 問 卷 調 查 受 試 者 睡 眠 總 時 間 睡 眠 品 質 與 睡 眠 困 擾 等 問 題, 依 據 主 觀 的 感 受 作 為 評 估 依 據, 測 試 結 果 因 受 試 者 主 觀 意 見 而 影 響, 許 多 睡 眠 中 的 疾 病 與 現 象 無 法 藉 由 主 觀 評 量 而 得 知 ; 客 觀 儀 器 測 量 最 常 使 用 多 重 生 理 記 錄 器 (PSG, polysomnography), 這 是 目 前 最 詳 細 準 確 的 測 試 方 式, 包 括 心 電 圖 腦 波 眼 電 圖 等 項 目, 受 測 者 必 須 在 特 定 的 實 驗 室 進 行 睡 眠 測 試, 身 上 大 量 的 感 應 電 極 與 訊 號 線 妨 礙 睡 眠 並 且 十 分 不 便 ; 睡 眠 觀 察 則 是 藉 由 醫 護 人 員 或 實 驗 人 員 從 旁 觀 察 受 試 者 的 睡 眠 狀 態, 好 處 是 儀 器 不 會 因 儀 器 妨 礙 原 本 的 睡 眠 行 為, 但 需 要 大 量 的 人 力 與 時 間 進 行 觀 察 與 紀 錄, 也 可 以 藉 由 攝 影 35

記 錄 的 方 式 減 少 人 力 負 擔, 但 是 睡 眠 觀 察 所 耗 費 的 人 力 頗 大, 所 觀 測 的 結 果 僅 能 作 為 總 睡 眠 時 間 睡 眠 活 動 與 某 些 特 定 睡 眠 疾 病 的 觀 察, 相 對 而 言 十 分 不 符 合 效 率 隨 著 睡 眠 研 究 領 域 以 及 感 測 技 術 的 進 步, 更 精 巧 更 輕 量 化 配 戴 式 的 睡 眠 感 測 裝 置 是 設 計 上 的 一 個 趨 勢, 為 了 不 影 響 睡 眠 的 進 行, 許 多 學 者 致 力 於 非 察 覺 性 睡 眠 監 測 裝 置 的 設 計 對 睡 眠 監 測 而 言, 能 夠 在 原 本 居 家 環 境 中 的 睡 眠 場 所 進 行 睡 眠 監 測, 是 最 適 合 的 地 點, 許 多 研 究 的 訴 求 便 是 希 望 能 建 立 適 合 居 家 環 境 下 使 用 的 睡 眠 監 測 系 統, 藉 此 取 代 在 實 驗 室 陌 生 的 入 睡 環 境, 以 及 不 舒 服 的 大 量 電 極 與 訊 號 線, 非 察 覺 性 的 設 計 可 以 在 不 影 響 睡 眠 的 前 提 下 進 行 睡 眠 監 測 本 中 心 所 發 展 之 睡 眠 品 質 監 測 與 評 估 系 統, 設 計 概 念 上 以 產 品 面 角 度 思 考, 非 察 覺 性 " 以 及 外 掛 式 " 為 主 要 的 設 計 考 量, 使 用 者 不 需 改 變 原 先 的 睡 眠 環 境, 僅 需 在 床 墊 與 枕 頭 下 藏 設 外 掛 式 的 附 加 感 測 裝 置, 在 不 影 響 睡 眠 環 境 的 前 提 下 以 非 察 覺 性 的 方 式 感 測 睡 眠 時 監 測 臥 床 時 間 肢 體 活 動 呼 吸 頻 率 打 鼾 頻 率 與 體 溫 五 項 外 顯 生 理 訊 號, 來 判 定 當 時 睡 眠 狀 態, 進 而 評 估 睡 眠 品 質 系 統 並 與 網 路 連 結, 子 女 與 照 護 者 可 藉 由 網 路 即 時 關 懷 家 中 父 母 的 睡 眠 品 質 情 形 從 相 關 文 獻 可 以 歸 納 六 項 評 估 睡 眠 品 質 的 指 標, 包 括 (1) 總 睡 眠 時 間 (2) 睡 眠 潛 伏 期 (3) 睡 眠 效 率 差 (4) 夜 裡 覺 醒 次 數 (5)REM 與 深 眠 階 段 時 間 (6) 其 他 影 響 睡 眠 因 素 ( 如 睡 眠 疾 病 ) 本 研 究 所 發 展 的 睡 眠 品 質 監 測 與 評 估 系 統 架 構 如 圖 5 所 示, 目 前 智 慧 型 評 估 系 統 架 構 規 劃 包 括 身 體 活 動 監 測 系 統 呼 吸 監 測 系 統 與 體 溫 監 測 系 統 三 項 系 統, 監 測 臥 床 時 間 肢 體 活 動 呼 吸 頻 率 打 鼾 頻 率 與 體 溫 五 項 生 理 特 徵, 藉 此 我 們 可 以 辨 別 (1) 清 醒 與 睡 眠 (2) 不 同 睡 眠 階 段 (REM NREM 與 深 眠 階 段 ) 兩 項 睡 眠 狀 態, 藉 著 兩 種 睡 眠 狀 態 辨 別 以 及 其 他 影 響 睡 眠 的 因 素, 可 以 作 為 上 述 六 項 指 標 的 依 據 36

圖 5. 睡 眠 品 質 監 測 與 評 估 系 統 架 構 c. 代 謝 模 式 代 謝 模 式 為 監 測 被 監 測 者 生 理 新 陳 代 謝 的 情 形, 亦 即 排 泄 的 情 形, 包 括 排 泄 物 之 質 量 成 分 與 排 泄 的 時 間 規 律 等, 目 的 在 藉 由 排 泄 的 情 形 分 析 被 監 測 者 之 的 生 理 狀 況, 了 解 被 監 測 者 是 否 有 不 正 常 之 代 謝 情 形 常 見 的 數 種 癌 症 的 早 期 徵 兆 均 與 代 謝 與 飲 食 模 式 改 變 有 關, 而 容 易 誘 發 心 臟 病 的 腎 臟 病 與 糖 尿 病 均 是 造 成 尿 液 成 分 的 異 常, 因 此 心 臟 病 的 檢 查 中 尿 糖 尿 酸 與 尿 蛋 白 也 是 進 行 風 險 評 估 的 項 目 若 能 掌 握 代 謝 模 式 變 化 的 早 期 徵 兆, 對 於 健 康 與 疾 病 更 能 進 行 先 期 的 預 防 與 診 治, 提 升 健 康 與 生 活 的 品 質 d. 環 境 品 質 環 境 品 質 不 但 影 響 生 活 與 健 康 品 質, 不 良 的 環 境 品 質 更 是 多 種 疾 病 的 誘 因, Anderson 等 人 [1996] 進 行 長 達 六 年 的 研 究 中 發 現, 不 良 的 空 氣 品 質 會 造 成 氧 氣 不 足 以 及 提 升 心 臟 病 的 機 率,Peters[2002] 的 研 究 中 指 出, 交 通 工 具 的 排 氣 中 含 有 很 多 會 引 起 心 臟 病 危 險 的 污 染 物, 例 如 微 塵 柴 油 油 煙, 以 及 氮 氧 化 物, 這 些 污 染 物 會 導 致 心 血 管 以 及 呼 吸 系 統 的 問 題 香 煙 中 的 尼 古 丁 會 造 成 心 跳 加 快 血 壓 升 高 血 管 內 膜 受 傷 等 影 響, 會 提 升 心 臟 病 的 風 險 約 三 倍 胡 偉 明,2002 此 外 環 境 寒 冷 的 溫 度 會 造 成 血 管 痙 攣 血 流 緩 慢 造 成 循 環 混 亂 以 及 心 肌 梗 塞, 過 低 的 氣 壓 會 造 成 缺 氧, 這 些 都 是 會 造 成 心 臟 病 發 的 危 險 因 子, 洗 澡 時 的 水 溫 過 高 37

會 使 血 流 速 過 快, 尤 其 冬 天 冷 熱 溫 度 變 化 過 大 會 造 成 心 臟 大 量 的 負 擔, 也 是 十 分 值 得 注 意 本 計 畫 考 慮 的 室 內 環 境 因 子 包 括 : 溫 度 相 對 濕 度 照 度 噪 音 二 氧 化 碳 (CO2) 一 氧 化 碳 (CO) 二 氧 化 氮 (NO2) 總 揮 發 性 有 機 物 (TVOCs) 酸 鹼 度 (ph) 總 溶 解 固 體 物 和 導 電 度 等 十 一 項 ; 其 中 前 五 項 ( 溫 度 相 對 濕 度 照 度 噪 音 二 氧 化 碳 ) 代 表 環 境 舒 適 度 指 標 (Environmental Comfort Index, ECI) 之 參 數 ; 一 氧 化 碳 二 氧 化 氮 和 總 揮 發 性 有 機 物 代 表 空 氣 品 質 指 標 (Air Quality Index, AQI) 之 參 數 ; 而 酸 鹼 度 (ph) 導 電 度 和 總 溶 解 固 體 物 則 代 表 水 質 指 標 (Water Quality Index, WQI) 之 參 數, 整 體 性 地 評 估 環 境 品 質 指 標 (3) 遠 端 遙 控 照 護 機 器 人 本 計 畫 研 究 團 隊 應 用 遠 端 臨 場 (Telepresence) 的 概 念, 進 行 遠 端 遙 控 照 護 機 器 人 的 開 發 目 前 已 完 成 核 心 技 術 開 發, 實 現 在 遠 端 遙 控 照 護 機 器 人 之 雛 形 載 具 遠 距 照 護 車 (T-Carer) 上 T-Carer 結 合 Tele- 遠 傳 Car 行 動 載 具 Care 照 護 -er 人 性 化 等 意 涵, 藉 由 網 際 網 路 涵 蓋 全 球 以 及 802.11 無 線 通 訊 行 動 自 由 的 特 性, 從 世 界 上 任 何 一 個 有 網 路 的 角 落, 都 得 以 從 遠 端 控 制 機 器 人 在 高 齡 者 的 身 邊 自 由 行 動, 控 制 照 護 車 前 進 後 退 轉 彎 等 動 作, 並 可 控 制 照 護 車 上 的 攝 影 機 作 拍 攝 對 焦 轉 動 等 功 能 除 了 能 透 過 影 音 即 時 的 溝 通, 讓 高 齡 者 能 感 受 到 貼 心 的 關 懷 之 外, 也 能 擷 取 相 關 的 生 理 或 環 境 訊 號, 實 現 即 時 的 照 顧 或 通 報, 並 且 有 溝 通 保 全 的 意 義 隨 著 網 路 與 無 線 通 訊 技 術 的 快 速 普 及, 這 再 也 不 是 遙 不 可 及 的 高 貴 科 技 了 圖 6 所 示 為 遠 端 遙 控 照 護 機 器 人 之 雛 形 載 具 遠 距 照 護 車 T-Carer, 目 前 獲 邀 在 九 十 二 年 資 訊 月 主 題 館 全 國 巡 迴 展 出 一 個 半 月 主 題 館 內 遠 距 看 護 展 示 區 設 計 成 縮 小 比 例 家 庭 場 景 ( 如 圖 7), 民 眾 在 現 場 設 置 的 四 個 操 作 台 上, 操 控 遠 距 照 護 車 的 方 向 盤 油 門 和 煞 車 踏 板 在 家 庭 場 景 中 遊 走 觀 看, 並 準 備 十 道 關 卡, 如 失 火 昏 迷 淹 水 電 線 走 火 等 題 目, 讓 民 眾 駕 駛 遠 距 照 護 車 一 一 過 關, 體 驗 遠 距 看 護 的 應 用 經 過 資 訊 月 長 達 一 個 半 月 的 展 期, 每 天 有 超 過 500 人 試 駕, 足 以 證 明 T-Carer 已 有 產 品 級 的 成 熟 度 遠 距 照 護 車 目 前 已 在 申 請 專 利 中 38

圖 6. 遠 端 遙 控 照 護 機 器 人 之 雛 形 載 具 - 遠 距 照 護 車 T-Carer 39

圖 7. 2003 年 資 訊 月 主 題 館 內 遠 距 看 護 展 示 區 遠 距 照 護 車 整 體 系 統 架 構 如 圖 8, 遠 端 的 使 用 者 透 過 方 向 盤 油 門 控 制 遠 距 照 護 車 的 移 動 能 力, 也 可 控 制 網 路 攝 影 機 的 動 作, 而 網 路 攝 影 機 所 拍 攝 的 影 像 透 過 網 路 回 傳 至 使 用 者 的 電 腦 螢 幕 上, 在 遠 距 照 護 車 這 端, 只 要 此 環 境 可 連 接 網 路, 使 用 者 的 控 制 指 令 便 可 透 過 無 線 基 地 台 以 無 線 區 域 網 路 802.11b, 傳 輸 指 令 至 遠 距 照 護 車 40

上 的 無 線 橋 接 器 後, 經 由 集 線 器 後 進 入 單 晶 片 網 路 伺 服 器, 便 可 執 行 使 用 者 的 控 制 指 令 圖 8. T-Carer 系 統 架 構 T-Carer 採 用 八 位 元 單 晶 片 微 控 制 器 做 為 其 控 制 系 統 的 核 心, 並 自 行 研 發 一 套 韌 體 乙 太 網 路 驅 動 程 式 (Firmware Ethernet BIOS), 不 僅 使 單 晶 片 擁 有 各 種 網 路 通 訊 與 伺 服 器 的 功 能, 也 大 幅 簡 化 應 用 程 式 的 開 發 流 程, 提 升 系 統 的 彈 性 可 靠 度 與 普 及 性 只 要 設 定 一 組 IP 位 址, 連 上 網 路 後, 使 用 者 便 可 透 過 網 路 與 此 單 晶 片 伺 服 器 進 行 雙 向 溝 通, 繼 而 控 制 遠 距 照 護 車 的 伺 服 馬 達 而 達 到 自 由 移 動 能 力 遠 距 照 護 車 上 裝 有 一 台 網 路 攝 影 機, 給 予 網 路 攝 影 機 一 組 IP 位 址, 便 可 透 過 網 路 傳 輸 控 制 指 令 來 操 控 網 路 攝 影 機 進 行 拍 攝 影 像 對 焦 鏡 頭 移 動 等 功 能 使 用 者 可 透 過 網 路 傳 輸 控 制 指 令 操 控 遠 距 照 護 車 移 動, 並 將 攝 影 機 所 拍 攝 的 影 像 回 饋 給 使 用 者, 並 可 設 定 及 時 預 警 模 式, 當 遠 距 照 護 車 上 的 感 測 器 偵 測 到 現 場 有 異 常 狀 態 時, 及 時 發 訊 給 使 用 者, 發 訊 方 式 包 括 E-mail 手 機 電 話 等 本 計 畫 中 將 進 一 步 將 此 遠 距 照 護 車 具 體 化 41

將 相 關 感 測 技 術 與 無 線 通 訊 技 術 之 整 合 本 計 畫 研 究 的 第 二 個 構 面, 是 將 相 關 感 測 技 術 與 無 線 通 訊 技 術 之 整 合, 主 要 在 依 照 感 測 訊 號 及 居 家 環 境 之 特 性, 選 擇 合 適 之 無 線 通 訊 技 術 作 感 測 或 控 制 資 料 之 傳 輸, 以 及 將 資 料 傳 輸 及 緊 急 通 知 平 台 擴 展 至 一 般 手 機 首 先 對 無 線 通 訊 技 術 作 一 初 步 瞭 解 無 線 傳 輸 技 術 大 約 可 分 為 三 種 : (1) 微 波 (Microwave) 微 波 主 要 用 於 大 樓 間 LAN 網 路 連 接, 這 須 要 使 用 到 碟 形 天 線, 且 天 線 必 需 位 於 視 線 範 圍 (Line-of-sight) (2) 展 頻 (Spread Spectrum) 展 頻 是 目 前 Wireless LAN 使 用 最 廣 泛 的 傳 輸 技 術, 最 先 是 由 軍 方 發 展, 用 來 避 免 信 號 的 擁 擠 與 被 監 聽, 其 中 又 可 分 兩 種 展 頻 技 術 (a) Frequency Hopping Spread Spectrum(FHSS) 信 號 透 過 一 系 列 頻 率 範 圍 廣 播 出 去, 傳 送 裝 置 會 先 去 傾 聽 (listens) 頻 道 (channel), 當 此 頻 道 處 於 閒 置 狀 態, 信 號 會 利 用 此 頻 道 傳 送 出 去, 若 此 頻 道 已 經 在 使 用, 傳 送 端 便 會 跳 躍 (hops) 到 另 一 個 頻 道, 因 此 接 收 端 必 須 知 道 傳 送 端 的 跳 躍 程 序, 且 傳 送 端 與 接 收 端 必 須 同 步 切 換 頻 道 才 可 正 常 收 送 資 料 (b) Direct Sequence Spread Spectrum(DSSS) 對 每 一 信 號 加 入 多 餘 資 料 位 元, 這 些 資 料 稱 為 chips, 每 一 筆 資 料 必 須 加 入 至 少 10 個 chips, 如 此 接 收 端 才 可 以 根 據 這 些 編 碼 正 確 接 收 資 料 目 前 這 種 展 頻 技 術 被 應 用 在 大 多 數 的 無 線 基 地 台 上 另 外, 近 來 發 展 出 另 一 種 無 線 電 技 術 WDS(Wireless Distribution System), 一 樣 是 建 構 在 HFSS 或 DSSS 底 下, 可 讓 基 地 台 與 基 地 台 間 得 以 溝 通, 比 較 不 同 的 是 有 WDS 的 功 能 是 可 當 無 線 網 路 的 中 繼 器, 且 可 多 台 基 地 台 對 一 台, 目 前 有 許 多 無 線 基 台 皆 有 WDS WDS 把 有 線 網 路 的 資 料, 透 過 無 線 網 路 當 中 繼 架 構 來 傳 送, 藉 此 可 將 網 路 資 料 傳 送 到 另 外 一 個 無 線 網 路 環 境, 或 者 是 另 外 一 個 有 線 網 路 因 為 透 過 無 線 網 路 形 成 虛 擬 的 網 路 線, 所 以 有 人 稱 為 這 是 無 線 網 路 橋 接 功 能 嚴 格 說 起 來, 無 線 網 路 橋 接 功 能 通 常 是 指 的 是 一 對 一, 但 是 WDS 架 構 可 以 做 到 一 對 多, 並 且 橋 接 42

的 對 象 可 以 是 無 線 網 路 卡 或 者 是 有 線 系 統, 所 以 才 會 稱 為 是 架 構 所 以 WDS 最 少 要 有 兩 台 同 功 能 的 AP, 最 多 數 量 則 要 看 廠 商 設 計 的 架 構 來 決 定 (3) 紅 外 線 (Infrared ray) 使 用 紅 外 線 傳 送 資 料, 又 可 分 為 兩 種 型 式 (a) 散 射 式 (Diffused) 紅 外 線 一 種 非 直 線 式 傳 輸 方 式, 只 要 在 一 定 區 域 內, 可 藉 由 物 體 表 面 反 射 方 式, 達 到 傳 送 資 料 目 的 (b) 直 射 式 (Directed) 紅 外 線 以 直 線 形 態 傳 輸 資 料, 若 途 中 遇 到 任 何 障 礙, 接 收 端 將 無 法 收 到 資 料, 因 此 網 路 環 境 必 須 是 視 線 範 圍 (Line-of-sight) 無 線 區 域 網 路 的 標 準 以 IEEE 802 為 主, 為 電 機 電 子 工 程 師 協 會 (Institute of Electrical and Electronic Engineers, IEEE) 所 推 動 的 標 準, 此 標 準 是 定 義 區 域 網 路 中 的 第 一 層 實 體 層 (physical layer) 及 第 二 層 資 料 連 結 層 (data-link layer) 在 網 路 上 的 存 取 控 制 簡 單 的 說,IEEE 802 所 定 義 的 標 準, 就 是 網 路 上 資 料 存 取 的 方 法 (Access Method), 也 就 是 如 何 將 資 料 放 在 纜 線 上 傳 輸 如 何 從 纜 線 上 取 得 資 料 的 遊 戲 規 則 IEEE 802 包 含 下 列 規 範 : 802.1 高 層 介 面 網 路 互 連 802.2 邏 輯 鏈 結 控 制 (LLC) 802.3 CSMA/CD 乙 太 網 路 (Carrier-Sense Multiple Access with Collision Detection) 網 路 802.4 權 杖 匯 流 排 (Token bus) 網 路, 也 有 人 稱 記 號 匯 流 排 網 路 802.5 權 杖 環 (Token ring) 網 路, 也 有 人 稱 記 號 環 網 路 802.6 都 會 網 路 (MAN,Metropolitan Area Network) 802.7 寬 頻 區 域 網 路 (Broadband LAN) 802.8 光 纖 區 域 網 路 (Fiber Optic LAN) 802.9 多 媒 體 傳 輸 (Multimedia traffic), 整 合 聲 音 與 網 路 資 料 802.10 網 路 保 全 (Security) 802.11 無 線 網 路 (Wireless network) 802.12 需 求 優 先 存 取 區 域 網 路 (100BaseVG-AnyLAN) 802.13 有 線 電 視 通 訊 網 自 從 1997 年 無 線 區 域 網 路 IEEE802.11 確 立 之 後, 原 本 各 自 為 政 的 無 線 區 域 網 路 產 品, 才 有 了 共 通 的 標 準 而 現 在 最 熱 門 的 藍 芽 (bluetooth) HomeRF 等 等, 都 是 43

在 IEEE 802.11 的 標 準 下 衍 生 出 來 的 以 下 將 對 IEEE 802.11 以 及 藍 芽 (bluetooth) HomeRF 做 簡 單 的 介 紹 (1) IEEE 802.11 IEEE 在 1997 年 公 布 了 無 線 區 域 網 路 相 關 的 標 準, 輸 出 功 率 為 1W, 天 線 增 益 至 少 6db, 並 以 跳 頻 展 頻 (Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS) 直 接 序 列 展 頻 (Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS) 或 紅 外 線 傳 輸 等 技 術 來 從 事 2.4GHz 頻 帶 中 1~2Mbps 之 數 據 傳 輸, 該 標 準 並 可 支 援 同 步 及 非 同 步 之 語 音 數 據 傳 輸 目 前 IEEE 802.11 規 格 已 逐 漸 被 承 襲 直 接 序 列 展 頻 技 術 的 IEEE 802.11b 與 IEEE 802.11g, 以 及 奠 基 於 跳 頻 展 頻 技 術 的 IEEE 802.11a 與 IEEE 802.15 等 規 格 所 取 代 1999 年 9 月 制 定, 源 自 IEEE 802.11 直 接 序 列 展 頻 技 術, 別 名 IEEE 802.11 HR(High Rate) 的 IEEE 802.11b 標 準, 其 傳 輸 速 度 依 調 變 方 式 分 為 1Mbps(BPSK) 2Mbps(QPSK) 5.5Mbps 與 11Mbps(CCK) 四 種, 迅 速 席 捲 全 球 無 線 區 域 網 路 市 場, 究 其 原 因, 除 了 與 IEEE 802.11 技 術 相 近 有 關 外, 成 立 推 動 組 織 與 促 進 產 品 互 通 性 更 是 關 鍵 所 在 3Com Aironet Intersil Lucent Nokia 與 Symbol 等 公 司 在 1999 年 8 月 共 同 發 起 成 立 無 線 網 路 相 容 聯 盟 WECA(Wireless Ethernet Compatibility Alliance), 致 力 於 教 育 與 推 廣 IEEE 802.11b 無 線 區 域 網 路 應 用 協 助 解 決 產 品 相 容 問 題, 並 且 研 擬 WiFi(Wireless Fidelity) 互 通 標 準 目 前 參 與 WECA 會 員 約 80 家 業 者 (2) 藍 芽 (Bluetooth) 關 於 藍 芽 的 名 稱, 有 個 趣 味 的 說 法, 在 西 元 十 世 紀 的 挪 威, 有 個 維 京 國 王 名 叫 哈 拉 德 藍 芽 (Harald Bluetooth), 因 為 統 一 丹 麥 而 留 名 後 世 藍 芽 取 了 這 個 名 字, 是 否 也 有 一 統 無 線 霸 業 的 野 心 呢? 也 因 為 藍 芽 技 術 還 在 起 步 階 段, 所 以 翻 譯 成 藍 芽 而 不 是 藍 牙 Bluetooth 的 發 展 計 劃 中, 是 將 其 定 位 為 低 成 本 低 功 率 涵 蓋 範 圍 小 的 跳 頻 (Frequency Hopping)RF 系 統, 其 設 計 適 用 於 連 結 電 腦 與 電 腦 電 腦 與 周 邊 以 及 電 腦 與 其 他 行 動 數 據 裝 置, 如 行 動 電 話 呼 叫 器 PDA 等 隨 著 網 路 用 戶 逐 漸 由 學 術 單 位 集 團 企 業 而 漸 漸 走 入 家 庭 和 個 人 市 場, 提 供 用 戶 方 便 上 網 且 簡 單 易 用 的 無 線 網 路 產 品 需 求 與 日 俱 增, 而 Bluetooth 的 誕 生 便 是 針 對 此 一 個 人 無 線 區 域 網 路 市 場 Bluetooth 所 掀 起 的 熱 潮, 可 從 其 SIG(Special Interest Group) 會 員 廠 商 規 模 近 2,200 家 且 橫 跨 資 通 訊 等 產 業 可 見 Bluetooth 1.0 版 標 準 的 頻 寬 可 達 1Mbps, 但 傳 輸 速 度 較 44

慢, 而 且 易 受 訊 號 干 擾, 則 是 Bluetooth 的 缺 點 新 的 Bluetooth 2.0 版 標 準 採 用 的 技 術 將 使 速 度 提 升 至 12Mbps (3) HomeRF HomeRF 是 建 構 在 Share Wireless Access protocol(swap) 的 技 術 上, 主 要 是 應 用 於 家 庭 網 路 的 無 線 上 網 需 求 它 不 只 是 資 料 的 傳 送, 更 整 合 了 語 音 傳 輸 的 能 力, 所 以 可 以 將 電 腦 網 路 與 電 話 網 路 結 合, 提 供 一 個 更 完 整 的 解 決 方 案 HomeRF 目 前 的 頻 寬 大 約 是 1~10Mbps 但 是, 仍 有 訊 號 干 擾 的 問 題 存 在 與 其 他 技 術 不 同 的 是, HomeRF 的 目 標 非 常 明 確, 主 要 鎖 定 在 家 庭 電 腦 與 消 費 性 電 子 產 品 (IA) 的 無 線 區 域 網 路 串 連 上 因 為 目 標 明 確, 也 吸 引 了 將 近 100 家 的 資 訊 與 通 訊 產 品 廠 商 加 入 (4) HiperLAN HiperLAN(High Performance Radio LAN) 是 由 歐 洲 通 訊 標 準 協 會 (ETSI) 制 訂 的 無 線 區 域 網 路 傳 輸 協 定, 傳 輸 速 度 可 達 24Mbps HiperLAN 也 有 分 成 兩 個 版 本, 新 的 Type II 版 本 採 用 Wireless ATM 的 技 術, 使 傳 輸 速 度 更 高 達 54Mbps, 也 是 全 球 首 先 納 入 行 動 通 訊 協 定 GPRS 與 UMTS 實 體 界 面 的 無 線 區 域 網 路 標 準, 以 配 合 語 音 與 數 位 相 互 整 合 的 無 線 網 路 架 構 以 致 力 於 發 展 HiperLAN 產 品 與 應 用 的 組 織 H2GF(HiperLAN2 Global Forum) 會 員 結 構 來 看, 在 47 家 參 與 業 者 當 中 絕 大 多 數 均 屬 於 行 動 通 訊 產 業 上 下 游 相 關 廠 商 隨 著 無 線 通 訊 技 術 的 發 展, 已 從 單 純 的 資 料 傳 輸 擴 展 到 家 庭 應 用 的 層 面, 各 大 廠 商 推 出 各 式 Wi-Fi 架 構 下 的 家 電 與 相 關 資 訊 產 品, 本 計 畫 所 建 構 的 遠 端 居 家 照 護 系 統 也 是 以 Wi-Fi 無 線 通 訊 架 構 為 系 統 核 心 技 術, 各 項 監 測 系 統 均 是 以 無 線 技 術 作 為 資 訊 傳 輸 的 介 面 連 結 至 網 際 網 路 伺 服 器, 後 端 提 供 Web 介 面 E-mail 以 及 手 機 訊 息 等 跨 平 台 的 資 料 傳 輸 與 緊 急 救 援 架 構, 提 供 子 女 照 護 者 醫 療 與 救 援 中 心 照 護 與 救 援 的 即 時 管 道 2. 進 行 步 驟 與 執 行 進 度 圖 9 為 本 計 畫 之 進 行 步 驟, 本 計 畫 的 執 行 流 程 分 為 三 個 年 度 執 行, 第 一 年 度 首 先 藉 由 相 關 文 獻 的 研 討 與 生 理 感 測 技 術 的 評 估 以 及 元 智 大 學 老 人 福 祉 科 技 研 究 中 心 先 前 開 發 的 各 項 技 術 為 基 礎, 擬 定 初 步 設 計 概 念, 第 一 年 度 的 主 要 工 作 目 標 便 是 建 立 非 侵 入 式 生 理 訊 號 監 測 系 統 生 活 品 質 相 關 健 康 監 測 系 統 遠 端 遙 控 照 護 機 器 人 三 項 系 統 與 後 端 的 遠 端 資 料 傳 輸 與 資 料 庫 架 構, 提 供 子 女 與 照 護 者 照 護 與 關 懷 管 道 開 發 過 程 中 除 感 測 技 術 外, 也 將 結 合 無 線 通 訊 技 術, 使 在 居 家 環 境 的 遠 距 照 護 45

上, 使 感 測 系 統 的 建 置 以 及 訊 號 與 資 料 的 傳 輸, 能 夠 達 成 低 成 本 高 彈 性 和 高 移 動 性 的 需 求 第 二 年 度 的 主 要 工 作 目 標 便 是 開 發 無 限 通 訊 架 構, 以 跨 平 台 的 資 料 傳 輸 架 構 藉 由 網 頁 介 面 E-mail 手 機 簡 訊 語 音 訊 息 等 跨 平 台 資 料 傳 輸 與 緊 急 通 報 架 構, 提 供 子 女 照 護 者 醫 護 人 員 以 及 緊 急 救 援 中 心 照 護 關 懷 與 救 援 的 即 時 管 道 第 三 年 度 首 先 將 實 際 設 置 系 統 於 元 智 大 學 老 人 福 祉 科 技 研 究 中 心 高 齡 者 模 擬 住 宅 中 進 行 實 際 測 試, 並 依 據 測 試 結 果 進 行 測 試 與 修 正, 完 成 系 統 最 後 測 試 測 試 完 成 後 將 實 際 設 置 於 高 齡 者 住 宅 與 安 養 機 構 中 運 作, 進 行 高 齡 者 照 護 的 相 關 研 究 並 發 表 各 項 技 術 與 研 究 成 果 46

圖 9. 計 畫 執 行 流 程 47

( 四 ) 預 期 完 成 之 工 作 項 目 及 成 果 本 計 畫 無 線 通 訊 技 術 在 居 家 環 境 下 遠 距 照 護 結 合 感 測 技 術 與 無 線 通 訊 技 術, 應 用 於 居 家 環 境 下 之 高 齡 者 遠 端 照 護 系 統 之 開 發 元 智 大 學 在 居 家 環 境 下 之 遠 距 照 護, 已 有 完 整 研 究 團 隊, 本 計 畫 希 望 能 進 一 步 結 合 元 智 大 學 在 生 醫 感 測 與 無 線 通 訊 方 面 的 研 究 團 隊, 整 合 感 測 技 術 與 無 線 通 訊 技 術, 應 用 於 居 家 環 境 下 之 高 齡 者 遠 端 照 護 系 統 之 開 發 本 計 畫 藉 由 居 家 環 境 下 非 侵 入 式 生 理 監 測 系 統 與 非 察 覺 式 健 康 監 測 系 統, 長 期 性 全 方 位 地 蒐 集 評 估 高 齡 者 之 生 理 訊 號 ( 如 血 壓 心 電 圖 呼 吸 頻 率 體 溫 血 氧 濃 度 等 ) 與 生 活 品 質 相 關 健 康 數 據 ( 如 活 動 力 睡 眠 品 質 代 謝 模 式 環 境 品 質 等 ), 感 測 系 統 訊 號 以 無 線 方 式 傳 輸 至 家 庭 伺 服 器, 並 連 結 後 端 網 際 網 路 伺 服 器 以 Web 家 人 照 護 者 之 手 機 與 E-mail 等 跨 平 台 介 面, 提 供 家 人 或 照 護 者 更 完 整 長 期 的 監 測 資 訊, 並 作 即 時 預 警 同 時 並 將 應 用 無 線 通 訊 技 術 發 展 一 遠 端 遙 控 照 護 機 器 人, 在 平 時 能 提 供 子 女 與 高 提 供 子 女 照 護 者 與 醫 療 救 援 單 位 即 時 動 態 溝 通 照 護 與 緊 急 救 援 的 平 台 本 計 畫 預 期 完 成 之 實 質 成 果 如 下 : 第 一 年 度 : 居 家 環 境 下 非 侵 入 式 生 理 健 康 監 測 系 統 居 家 環 境 下 生 活 品 質 相 關 監 測 系 統 遠 距 遙 控 照 護 機 器 人 室 內 無 線 資 料 傳 輸 技 術 第 二 年 度 : 網 際 網 路 資 料 傳 輸 與 資 料 探 勘 系 統 跨 平 台 無 線 資 料 呈 現 與 緊 急 通 報 架 構 網 際 網 路 資 料 儲 存 與 探 勘 系 統 智 慧 型 生 命 品 質 估 系 統 第 三 年 度 : 實 際 設 置 於 高 齡 者 住 宅 進 行 各 項 研 究 實 際 設 置 於 安 養 中 心 進 行 高 齡 者 行 為 模 式 與 生 活 品 質 的 各 項 研 究 48

發 表 各 項 計 數 與 研 究 成 果 本 計 畫 的 研 究 成 果 不 但 拓 展 了 無 線 通 訊 技 術 的 應 用 層 面, 各 項 生 活 與 健 康 監 測 系 統 在 高 齡 者 照 護 與 臨 床 醫 學 研 究 上 均 能 帶 來 實 際 的 貢 獻, 結 合 網 際 網 路 的 跨 平 台 資 料 呈 現 與 緊 急 通 報 架 構, 更 能 提 供 子 女 照 護 者 醫 療 與 救 援 單 位 關 懷 溝 通 照 護 的 即 時 管 道, 打 造 全 方 位 的 遠 端 醫 療 與 照 護 系 統, 提 升 國 內 高 齡 者 照 護 與 遠 端 醫 療 照 護 的 水 準 參 考 資 料 Aston R., 1990. Principle of Biomedical Instrumentation and Measurement, Merrill Publishing Company. Bhattacharya, S.S., 2002, Intelligent monitoring systems: smart room for patient's suffering from somnambulism, Microtechnologies in Medicine & Biology 2nd Annual International IEEE-EMB Special Topic Conference, Page(s): 326 331, 2-4 May 2002. Brooke. J., 2002, Japanese Masters Get Closer to the Toilet Nirvana, The New York Times, October 8, 2002 Celler, B.G., Earnshaw, W., Ilsar, E.D., Betbeder-Matibet, L., Harris, M.F., Clark, R., Hesketh, T., Lowell, N.H., 1995. Remote monitoring of health status of the elderly at home. A multidisciplinary project on aging at the University of New South Wales, International Journal of Biomedical Computing, v 40, p 147-155. 28. Dixie, F., 1994. In-home tests make health care easier, FDA Consumer, v. 28, p 25- Enderle, J., Blanchard, S., and Bronzino, J. 2000. Introduction to Biomedical Engineering, Academic Press, San Diego, CA, USA. Harada, T., Sakata, A., Mori, T., and Sato, T., 2000, Sensor pillow system: Monitoring respiration and body movement in sleep, Intelligent Robots and Systems, Proceedings 2000 IEEE/RSJ International Conference on IROS 2000, 1, pp. 351 356. Healthcare Supporting Room, http://www.dh.aist.go.jp/research/enabling/ee-physioe.htm. Inada, H., Horio, H., Sekita, Y., Ishikawa, K., and Yoshida, K., 1992. A study on a home care support information system, MEDINFO 92. Proceedings of the seventh World Congress on Medical Information, v 1, p 349-353. 49

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