WSN在健康與醫學的應用趨勢

以WSN為基礎發展成個人WBAN的行動醫療概念。圖？IEEE.org

WSN(無線感測網路)主要應用在需要大量感測的環境，透過感測並記錄各式資料，連接至主機來做統整，以期達到蒐集、偵測、預防、分析等目的；除了政府、軍事、公共領域、科學研究外，在個人保健與醫療科學的應用上也逐漸擴大。而當紅的消費性電子市場中，透過WSN架構並應用在消費性電子、穿戴式產品，成為IoT(物聯網)時代之個人感測雲應用，也成為各科技大廠競逐的龐大市場…

WSN感測應用廣  深入民生與健康

WSN(Wireless Sensor Network；無線感測網路)在政府、軍事、公共場所、科學等領域的應用非常廣泛，而與民生健康息息相關的WSN應用(如氣象、交通、空氣品質等各式環境偵測、農業輔助應用，以及醫學應用領域)也非常普遍。

而醫學領域也透過WSN的建構與應用，來追蹤慢性病患的病情，以達到隨時監控、即時治療、疾病控制等目的，而平時也能透過追蹤民眾的健康狀況，適時提醒民眾記得注意哪方面的疾病，進而促進國人健康。

為了提倡健康生活概念，不少運動業、科技業者，也透過異業合作方式，推出許多搭配感測功能的穿戴式產品、消費性電子產品，來進軍龐大的個人健康管理市場。舉凡像是手錶、手環、鞋子、帽子、腰帶、夾克到衣服等等，都可以成為WSN的廣域應用範圍，透過獨立傳輸或與手機配對的方式，將感測到的個人身體狀況等數值，傳到手機或廠商所提供的雲端伺服器，以做為個人健康管理的參考平台。

運用WSN技術  建構醫療WBSN健康網

早期醫療院所的各式偵測儀器，體積龐大，在做生理量測時必須接上許多的感測器。拜電腦科技、微機電、無線通訊技術進步之賜，加上電子器材與感應技術的提升，讓醫療器材的體積得以縮小，在病人身上安裝感測器的數量也可減少，可降低醫療與診斷時間，再搭配無線通訊技術，使得許多感應器可以直接穿戴於身上，甚至微縮到可以植入體內。

醫院為擴大mHealth(行動健康)的服務，陸續導入WSN的應用，透過感測器穿戴、貼附或植入病人的身上，形成一道WBAN(Wireless Body Area Network；無線人體區域網路)或WBSN(Wireless Body Sensor Network；無線人體感測網路)，來隨時監控身體上的任何狀況，包含可以測量腦電圖(EEG)、心電圖(ECG)、脈膊、身體移動等個人生理訊號，並將這些感測資料傳到醫院的雲端伺服器，透過資料蒐集與分析，醫生便輕鬆透過遠端方式即時掌控病人的病情，也降低病人舟車往返的時間與辛勞。

WBAN或WBSN的應用範圍廣泛，透過上述生理訊號的各種感測裝置的量測，所建構出來的「生理訊號即時監測系統」，可幫助醫生達成行動診斷甚至遠端醫療的目的，包括心率偵測(預防心臟病)、人工視網膜(影像回饋與辨識應用)、血糖偵測、進而預防癌症、氣喘、心血管疾病、中風(與中風後的醫治與追蹤)、老年癡呆症、抑鬱症、甚至預防醫療疏失等各種狀況。

此外，在醫療照護上，可透過居家監控(如老人或慢性病患在家修養或治療)的方式，將醫療服務從醫院延伸到老人機構，進一步跨到一般的社區內，不僅減少醫療資源的消耗，亦可節省醫療照護的人力與成本。

個人健康管理  成為市場新顯學

目前智慧化裝置(Smart Device)的發展，從遠離身體(Off-Body)的設計，開始走向附著於身體(On-Body)的概念。近幾年開始流行的智慧家居(Smart Home)，其產品主要應用在Off-Body，需要空間較大的定點擺放位置，例如客廳的智慧電視、沙發，到廚房的智慧冰箱、智慧咖啡壺、甚至到臥室的智慧床、智慧衣櫥等等。

而在家用的智慧控制產品中，除了有透過無線方式來控制各種家電之外，也有安全感測產品，像是煙霧感測、空氣？溫濕度感測，以及防盜感測等功能。這些應用在家庭的WSN產品，主打家庭的生活便利，提升生活品質。

至於On-Body的產品，也就是WSN行動化、穿戴化的應用範圍，其中智慧手機(甚至智慧眼鏡)可以當成個人WSN的Mobile Sink(行動熱點)，用以集中蒐集資料與傳輸資訊之用。

而穿戴式產品則可成為WSN的各個Sensor Node(感測節點)，例如智慧手錶、手環、鞋？鞋墊？襪、智慧衣、智慧夾克等產品(內建9軸慣性感測器、壓力？溫濕度？心率感測器等)，可用來蒐集心率、脈膊、移動？運動量，周遭環境狀態，以計算熱量消耗與心跳率，以達到健身、塑身等健康管理的目的。

此外，前陣子Apple在WWDC 2014發表其iOS 8，內建HealthKit，隨後Google在其Google I/O 2014也發表Google Fit Platform，皆鼓勵開發者加入，一同開發健康塑身的應用軟體，以建構廣大的個人保健應用雲。

居家長照與追蹤  成為醫學新主流

醫學應用方面，Off-Body的感測產品中，目前有醫院跟體育學院和健身中心合作，推出具WSN的健身器材，主要針對老年人所設計，讓銀髮族進入健身中心後，可根據個人身體的退化指標，來調整分析所需的各種運動量，進而挑選適合的運動器材來進行鍛鍊。並藉由WSN技術，來選擇其適合的運動量、運動模式，提早做肌肉退化偵測，並連結其適合的運動健身項目與運動量，達到提升健康、改善作息的目標。

而On-Body的感測中，除了前述的個人穿戴式產品的應用之外，另外像是智慧帽、智慧頭巾(內建EEG感測器)，可偵測腦電圖，以訓練腦波集中力，甚至進而達到腦波控制；智慧護腕(內建EMG感測器)，可偵測肌電圖，以訓練肌肉靈活度，進而達到手勢控制；至於智慧腰帶(連接EGG感測器)，可偵測胃電圖，以診斷胃腸功能性、氣質性等疾病，或應用在塑身與體重控制，當用戶坐太久沒起來走走時，即可適時提醒用戶。

而對醫學來說，上述這些產品，如EEG類的可以用來訓練過動兒的注意力或改善睡眠品質，而EMG類的可以偵測肌肉疲勞、病變或運動神經元等疾病；而腰帶則可掛佩著血糖感測器，將感測器黏著至腰部，以偵測糖尿病患狀況。

催生植入式WSN  往自主治療邁進

透過WSN 所建構之Wireless BSN，可透過前述的穿戴式裝置，來達到偵測與診斷等目的。然而一些疾病的診治，除了On-body的產品之外，還有更深入人體的In-Body產品，也就是植入式裝置，在醫學領域又稱作IMD (Implantable Medical Device；可植入式醫療裝置)。

這些IMD裝置，透過局部開刀方式放到體內，使該裝置成為身體的一部分，並可藉由無線方式來操控。產品有: 腦深層電刺激器(Deep Brain Stimulation；DBS，即在腦中放置電極片，以電刺激大腦深部結構，用以控制帕金森氏症的顫抖現象)、人工耳蝸(Cochlear Implants；CI；在耳蝸內、功能完好的聽神經施加脈衝電刺激，讓重度失聰者或聾人產生一定的聲音知覺)、胃電刺激器(Gastric Electrical Stimulator；GES，安裝於下腹內，可針對消化不良的患者，傳送脈衝電刺激，有助於減輕因糖尿病性胃輕癱所引起的慢性噁心和嘔吐)、心臟除顫器？起搏器(Cardiac Defibrillators/Pacemakers；心臟電擊器？心律調節器，以緊急治療心率不整？心臟病患者)、植入式足下垂矯正儀(Foot Drop Implant；給足下垂患者專用)、胰島素幫浦(Insulin Pumps；給糖尿病患者使用)。

透過Off-Body、On-Body、In-Body等各式感測裝置，建構出Medical WSN，不僅協助醫生隨時監控病患的病情，也幫助病人達到自我健康管理/自主治療的目的。