生理資料感測蒐集技術與穿戴式醫療裝置設計

國立台北科技大學電子工程系教授李仁貴。

國立台北科技大學電子工程系教授李仁貴指出，對於高齡化社會下須加快智慧行動醫療進度這點大家都有共識。而IMS Research調研指出到2016年有1.7億部穿戴式裝置數，其中最大宗的屬照顧與醫療用穿戴式裝置(佔31%)。他負責5個穿戴式裝置專案都是運動健身，肇因於醫療法令的不允許。所幸科技部張善政部長已政策宣示，對於醫療法中遠距視訊是否等同於面對面，以及其他不合時宜的法令可以再討論。

生理資料感測蒐集技術

穿戴式醫療裝置服務模式有生理量測、資料蒐集上傳、雲端數據分析，最後才到應用及服務模式的建立，但最後這端還需醫療、照護供應商的配合。目前醫療穿戴式裝置分植入式與配件式，但植入式要面對生物相容性問題，配件式穿戴裝置只能設計於女生內衣、男生內褲、耳機、手臂(手錶或手環)、鞋子等區域。

李仁貴指出ECG心電圖、血壓、活動量與呼吸，是最需要連續性的量測。ECG監測器設計上以3點監測最準確，但受限於體積，目前以兩點式監測較普及。他利用光通過血管時因脈搏造成折射光的差異性，創造出僅米粒大小的光學生理感測(PPG)晶片，可置於耳機，或智慧手錶、手環內，只要靠近掌面朝下的手腕15個量測點，以及掌面向上正面約9個量測點，即可量測脈搏與血氧，進而推算出心跳速率與心電圖。

穿戴式醫療裝置設計

義大利與愛迪達(Adidas)先後已發表將乾式電極片(Dryelectrodes)嵌入衣服裡面做為心臟病人術後量測之用。他跟裁縫廠商討結果，目前只能以導電布二次加工。還有當前已有把感測電路PCB板直接做在衣服織布的技術，可曲撓、水洗。他曾經製作一件內嵌加熱布、生理、GPS與姿態的雲端檢測裝置的夾克給他父親，但只告知這是冬天能保暖的發熱衣；後來父親發現怎麼事業這麼忙碌的兒子，居然在他改變生活型態、血壓飆高時會主動打電話，因此會開始自主量血壓。

李仁貴提到如何能設計一件外觀與一般衣物相同，量測無感、服務有感且納入關懷元素的穿戴式醫療衣，才是能普及的關鍵。既有電池廠對防水電池意願不高，他們退而求其次，設計一個貼在洗衣機的RFID標籤，當穿戴式衣物靠近洗衣機時會發出警示，提醒用戶移除電池模組後再水洗。該團隊設計出來的穿戴式醫療裝置，只需將藍牙心率監測器扣在胸帶及背心胸口前的金屬扣上即可使用。

符合：1.Mobile Care(行動照護)，量測位置具有高精確度取樣及分析，能配合醫療判讀。2.Consumer Health(消費者健康促進)，配戴舒適、產品具時尚感，穿戴時即便進行戶外運動，亦可進行生理訊號量測並過濾雜訊，做到「量測無感，服務有感」的目標。

該團隊亦利用智慧手機的耳機(聽筒)、鏡頭(感光元件)的原理，前述PPG感光元件整合、另外設計成一個聽筒附件或OK蹦形式，能緊附在用戶胸口，能連續性回傳心跳、ECG量測資訊到手機上的穿戴式裝置的研發工作。

穿戴式醫療裝臨床應用案例

李仁貴指出美國心臟協會(NYHA)訂出分級標準，從Ⅰ級最輕微(身體活動不受限制)、Ⅱ級身體活動輕微受限、Ⅲ級(身體活動受限)、第四級(做任何活動都不舒服)。前兩級心臟衰竭，若能在其症狀加重前提早發現，便能有機會痊癒；後兩級一定要住院治療，不然會有生命危險。

因超音波心電圖儀器成本高，而需專業人力操作，臨床上僅重症病患才會使用。另一個診斷心臟衰竭的方式是心跳變異率(Heart Rate Variability；HRV)。他們跟台北馬偕醫院急診室合作，在留院4小時內請病患穿上感測衣或手錶，連續性記錄HRV變化並轉Wi-Fi上傳，讓院區相關醫護人員都能藉由手機或平板得知其監測值的變化。他們量了31位病人，其中有3位照NYHA分級落在Ⅱ、Ⅰ、Ⅱ等級，實際上心臟已衰竭到Ⅲ、Ⅱ、Ⅲ必須就院診療的等級。

李仁貴最後總結，穿戴式裝置作為消費性健康(Consumer Health)的平台已是趨勢，但穿戴式技術需要跨界合作、經驗累積才是致勝關鍵，像是無感量測及高雜訊下生理訊號偵測是關鍵。CaaP(穿戴衣平台)需要更多材料與電子、醫工及紡織專家共同投入。當系統端驗證成功後，仍須晶片商投入資源進行微小化及低功耗設計。最後完整的平台服務、社群分享與使用者經驗，才是產品熱賣的核心。