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穿戴式智慧醫療系統與溫室智慧環控系統

 

中興大學 生物系統工程研究室 陳加忠

 

 

有兩種產品,應用的對象不同,使用的感測元件不同,但是都有共同的問題。即是看不到本質,而只有空泛的宣傳。

第一種稱為智能溫室環控系統,第二種稱為穿戴式智慧醫療系統。

智能溫室環控系統有四大部分溫室環控感測,環境控制設備,訊號傳輸與顯示,智能控制策略。

有關環境控制設備部份,無論風扇、加溫機、冷凍機械等,都是工業標準產品,控制作業使用的繼電器等也是如此。因此稱為基本設備。

訊號傳輸與顯示,無論是使用哪一種網路技術,訊號顯示於手機、平板電腦、筆電或桌上型電腦,那都是通訊工程之訊號傳輸,也非尖端先進技術。

智能溫室環控系統日前最大的問題在於1. 感測器之研發,2. 智能控制策略。環控感測器中氣體與介質環境之感測尚有實用產品,但是植物生理感測之相關感測器仍然是研發中。

智能控制策略是最困難的部份。依據植物生理,配合生產計劃進行溫室環控。這種環控策略之重點為作物生理現象之建模及驗證及知識系統之建立等。只有部份工程背景,無生物生理知識,根本無法進行此“智能”研發。

一些電機公司投入智能溫室,其產品只是停留於訊號傳輸部分,可以稱為一種噱頭,但是對於溫室作物生產並無實質幫助,此類產品因而逐漸泡沫化。

第二種穿戴式智慧醫療系統主要之組成為:1. 人體生理感測元件,2. 無線傳輸技術,3. 智慧醫療資訊系統。以近期之報章雜誌相關新聞加以列舉其內容。

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一、Digitimes, 2015/02/12,微型化搭低功耗量無線傳輸。生物感測,健康應用更為完整。

Microsoft Band在穿戴手環內側整合感測元件,量測心律變化與其他生理狀態。搭配低功耗能無線傳輸技術。回傳之生理統計資料,對後端健康雲服務架構下,派發用戶健康指示或是向附近醫院發出需求。

新一代先進晶片技術,可將更多感測元件整合於單一晶片。感測元件包括脈搏、心跳、肌肉運作狀態。

二、新電子,2015/02/12,強打健康功能,智慧手錶除了計步及卡路里消耗等運動管理,並且增加心率差異,血壓,血糖,血氧等健康照護。

上述感測器之限制是用戶必需處於冷靜狀態,而且基於光感測器,環境雜光進行干擾。新的感測晶片採用電位差異測試。

“三星,SONY,Pebble等廠商帶動第一波智慧手錶上市。並不如業者之預期。包括價位太高,功能與手機重 疊。”

三、2015/1月,新電子科技雜誌,生物感測革新穿戴式應用市面上健康穿戴裝置大多是運動,健身,減肥及睡眠品質等生理感測。未來健康裝置將傳統加入體溫,脈博血氧濃度,心率,心電圖及酒精濃度量測。

穿戴技術的突破在於實現智慧化,結合巨量資料及物聯網達到情境感知目的,理解人們的心智活動將可以改變人機互動模式。

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上述穿戴式智慧醫療系統也將如同溫室智慧環控系統,面臨相同的研發問題。此問題不解決,其命運也將如同溫室智慧環控系統,在市場上被逐出。

穿戴式醫療系統中相關的低功率無緣傳輸,多項感測元件之晶片整合等,這些都是電機工業之技術,但是不等於智慧醫療系統。晶片整合與迷你化本來就是電子工業之範疇。穿戴式醫療系統目前根本的問題是感測元件的開發與智慧醫療知識系統。

生醫感測元件有物理元件,化學元件及生物元件。體溫,脈搏,血氧,心跳與心電等為物理元件。物理性感測已有應用產品,其面對問題為微小化之取樣能力與雜訊處理能力。關鍵點是提高準確性。

相關化學感測元件如酒精濃度等。目前微小元件尚未實用。生物元件唯一成功的感測器為血糖計,其他生物感測元件仍在研發中。

由此可知人體生理感測元件之研發與其微小化,仍有一段研究路途。感測元件未實用,微小化根本無意義。感測元件之製造,校正等技術與電機通訊技術並不相同。直接將大型元件微小化並結合成晶片,此種製造技術不等於感測技術。目前數家大型公司在穿戴式智慧醫療系統之研發中,首先問題即是缺乏感測技術之知識與相應之感測器研發人才。

另一個挑戰也是最艱難之問題是醫療資訊系統。如何將醫學診斷資訊加以量化,模式化與邏輯化,這種知識工程必須具有醫學,數學及統計之基礎原理。而且醫學資訊系統其真實性要求最高,不允許有差錯,因為面對的是人的生命問題。

如果生理感測元件無法開發完成,如果醫學資訊系統無法建立,所謂穿戴式健康(醫療)系統最終只淪為健康器材。而在流行熱潮一過,此產品即下市。

以最基本之問題而言,目前手環式計步器,其卡路里消耗量是如何計算?此計算值是否正確?如何校正?其計算公式有否考慮氣候條件與路況條件?如果“人體運動的熱量消耗”都無法正確計算,其顯示值無意義可言,更談不上具有醫療效果。

在2015年第一季,電子業開始炒熱穿戴式智慧型醫療系統。如果上述兩個問題未能解決,那又只是一陣熱潮,一種噱頭。吸引投資股票可以,開發產品則是無能為力。

在明末清初,儒者 王船山先生評論世人“危害莫大於膚淺”,現今電子業投入醫療器材,不也就是如此?