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Pocket Doctor – 行動裝置下一章 (下)

本文作者：陳乃塘點擊： 2014-03-14 14:18

前言：

非接觸式感應的崛起

以往關於生理資訊的測量，往往對於患者的行動有所拘束、張貼電極或是給與患者苦痛/不舒服感，比如說，腦波的測量、心電圖測量的電極張貼或是量測血壓的壓迫帶等；有時候還帶給患者無形壓力呢？

因此，電子技術的深一層發展朝向了所謂地「非接觸式」、「非侵襲式」的生理測量方式來開發。換句話說，對於患者的測量幾乎沒有意識到，徹底解放了患者的心理壓力。這一方面的技術，在最近幾年也有不錯的成績出現；列舉幾個案例來供給大家參考：

注：所謂地「非侵襲式」的基本涵義是說，不會對患者產生出苦痛或感覺的意思。

案例一：利用手指接觸來測量血壓的技術

2012/11於德國舉辦的世界最大醫療機器展「MEDICA 2012」，日本東京大學展示了利用手指接觸的量血壓方式，受到來場者的高度矚目。遽聞，韓國三星有意出高價來買下這個技術。

圖14:手指接觸量血壓的技術。取自MEDICA 2012。

案例二：豐田汽車開發利用方向盤來推斷駕駛人血壓的技術

Toyota在2013/3所舉辦「第77回日本循環器學會學術集會」中，與Denso、日本醫療大學展示了每天量測駕駛人血壓暨管理的技術。

圖15:豐田汽車的心電・脈波預測系統。

案例三：富士通開發利用顏面的動畫來即時判定脈搏的技術

富士通研究所於2013/3發表了顏面動畫判定脈搏的技術，利用PC上的Web攝影機以及專用軟體，可以在顯示器上監視脈搏的變化。

圖16:富士通之顏面即時測定脈搏技術。

案例四：歐姆龍(Omron)開發的睡眠計

歐姆龍在2012/5開始販賣一種完全沒有接觸式的睡眠計，只要放置在就寢人四周1.5公尺之內，利用量測呼吸的方式來判定睡眠的狀態。具體來說，它利用了10.5GHz的電波，對就寢者的胸部發射，藉由入射波以及反射波的相位差來檢測出呼吸。(這是利用了愛爾蘭公司BiancaMed的技術，將之產品實用化)。

圖17: Omron的睡眠計。

傳統的睡眠狀態測量，多是採用了所謂地睡眠多項生理檢查PSG (Polysomnography)。它必須將電極配置在身體上，這是有點規模的測定手法，測試者有意識到其存在，反而會造成無法成眠的現象，有逆效果副效應。因此，能夠自然地測量出睡眠狀態，有其實質上的需求。自從開始販賣之後，銷售成績超過預期，意外的反而是40歲、50歲世帶的男人，竟然還是顧客主力之一呢？

以上乃是當前可見的舉例罷了，對於這種「非接觸式」、「非侵襲式」的生理測量方式之開發，在未來康建市場的開拓當可預期。同時，生理資訊的範圍也可以延伸。不過，就當前所開發的各種案例來看，主要的測量標的(對象)可以說是「心率」或是「脈搏」。

注：心臟每一分鐘的拍動就稱之為「心率數」。而手腳每一分鐘動脈的拍動即是「脈搏數」。對於一個健康的人來說，心率數與脈搏數應該是一致的。

心率是一個相當重要的生理資訊。有機會藉由此資訊來推定壓力程度或是血壓。就壓力程度而言，可以藉由心率的間隔來推定之。心率的間隔有零散時，表示放鬆身心的狀態；反之，若是心率間隔零散很小時，該是處於壓力狀態。前面所提到的富士通技術就是這個應用。而日本大學與豐田汽車的技術，皆是站在脈搏量測的基礎上，而計算出血壓。豐田的做法是經由脈搏的傳播時間與多數資料的組合來推斷血壓。日本大學的方式卻是從脈搏的波形，皆由一套獨自開發的演算方法(algorithm)來算出血壓。也許在手法的實踐上各家有些差異性，不過皆是從脈搏資料來轉換為血壓資訊。

心率，一般是由心電圖(ECG – Electro-cardiogram)來取得，相對於此，「非接觸式」、「非侵襲式」的量測技術受到歡迎。而這類技術的運用，無妨可以歸類為幾個種類：

. LED光。

. 畫像(影像)處理技術。

. 加速度感應器。

. 電波。

. 光纖感應器。

分別敘述如下：

第一類：LED光。

前述日本大學與豐田技術的採用，就是利用LED來測定心率、脈搏。在指間接觸部分，配置了發光LED以及光電晶體的受光部分，活用了血液中含血紅蛋白(Hemoglobin)容易吸收綠色特定波長的特性，利用LED光照射手指從反射光來檢測出脈搏的手法。而這個手法的解決方案已經在2013/6由新日本無線，將綠色LED以及光電晶體整合成一個封裝，做為脈搏感應器來出貨。當然，完全的方案尚且有其內部的Know-How技術存在。

圖18:脈搏感應器。取自新日本無線。

由於當代智慧型手機，多少已經具備了閃光燈的機能，若是善用這個LED再加上方案晶片，將來手機量測血壓該是輕而易舉吧。

第二類：畫像(影像)處理。

前述富士通的技術，就是開發這個影像處理。它也是活用了血紅蛋白對於綠色光容易吸收的特性，捕捉顏面綠色亮度的變化，來檢測出脈搏。從攝影的動畫，每個畫框區分RGB的色彩成分，計算出各個平均亮度，並去除每個顏色的雜訊，來抽出綠色的亮度波形。攝影的最短時間，約在5秒內就可以檢定出來。必要的動畫解析度，約是VGA程度每秒20個畫框即可。也就是說，市面上販售的Web攝影機或是手機相機之硬體規格就十分足夠了，無須準備新的硬體。

若是將這個畫像(影像)處理的軟體APP化，那麼在手機或平板/PC上，也可以完成相同的任務了，不是嗎？

圖19:富士通的畫像處理技術。

此外，微軟在2013/6的E3上，也在其Xbox One的手勢輸入裝置Kinect上展示了脈搏的測定。一般看法也是認為畫像(影像)處理的軟體技術展現。

第三類：加速度感應器。

在MEDTEC 2013(2013/4)展覽上，村田展示了在其體重計型裝置或躺在床上即可測定心率的技術。這是一種「心衝擊圖BCG(ballistocardiogram)」的測量技術。

心衝擊圖(或說心彈動圖，似乎不存在正式的中文翻譯名稱)，是伴隨著心臟跳動而產生的微弱體動，相對於心臟電氣動作的心電圖ECG，呈現出略為遲緩的波峰狀。而村田所用的手法就是使用了加速度感應器來檢測出，進而測定心拍(心率)。

圖20:請留意，BCG與ECG的相呼應關係。

由於BCG是相當微弱的震動，因此它的精確度是一般加速度感應器約50 倍。可以檢測加速度為0.001G的微弱振動。日商村田製作所就稱之為「傾斜感應器」。

圖21:傾斜感應器。

第四類：電波。

這是利用電波來測量心跳的技術，前面所提到Omron的睡眠儀，就是屬於其中的一種應用。市場上的產品多是觀察與睡眠有關的呼吸的情況，並不能測出心跳，不過，如果導入可補償人體動作的濾波處理以及雜訊去除等技術，從技術上來說，也能用來測量心跳。由於心跳的動作比呼吸和體動等還要微小，因此如果能去除這些雜訊成分，或是提高測量的精確度，就能夠實現心跳的測量。

朝向人的胸部發送電波，再根據反射波和入射波之間的相位差來檢測體表動作；根據這個原理的開發除了Omron之外，還有Alps電氣也開發了利用ISM頻帶2.4GHz的RF動作感應器(motion sensor)。