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作者:徐業良、鄭智銘(2001-07-17);推薦:徐業良(2001-07-19)
附註:本文為申請國科會九十學年度「居家環境下非察覺性自動化健康監測系統之設計」計畫書。

居家環境下非察覺性自動化健康監測系統之設計

十五、計畫中文摘要

關鍵詞:非察覺式健康監測,高齡者,生活品質評估

本計畫是整合型計畫「建立高齡者生活品質之智慧型維護系統」之子計畫,一般老人照護的概念還是偏重在病痛發生、功能喪失、緊急事故發生等“失效狀態”發生時的處理,本整合型計畫則是在建立一套高齡者生活品質的智慧型維護系統,透過對健康高齡者居家環境及日常活動狀況做長期、非察覺性監測,建立資料傳輸、儲存、處理、探勘、生活品質評估等資訊系統,在其居家環境及功能性健康狀況有惡化徵兆時便能做出預判,希望在高齡者實際發生病痛或功能喪失前,便能告知適當人員做及時處理,期望能降低高齡者醫療照護之成本,更重要的是維持高齡者獨立、健康之生活品質。

本子計畫目的即在設計、建置居家環境下非察覺性自動化健康監測系統。本子計畫中初步規劃針對高齡者居家環境中睡眠、如廁、以及居家活動作為作為生活品質監測系統研究對象,以佈置於日常生活用具與電器中的感測裝置,非察覺性地紀錄高齡者生理及居家活動的資料,設計上以不破壞原有設備、電器的外在附加式感測方式為主要考量,並以非察覺性的無管線理念作為居家環境中感測裝置與資料收集裝置間資料傳輸的機制。

睡眠監測方面,睡眠時間、身體動作、身體溫度等三項感測項目,可以推知受測者的睡眠模式;打呼聲感測,則可推知受測者打呼模式。如廁監測方面,身體及排泄物重量感測,可以推知受測者排泄模式;馬桶坐墊上則可設計心電圖(ECG)感測裝置,每日定時量測ECG模式。日常活動方面,使用可作為感測或量測訊號之用並以數位或類比訊號為基礎的各式換能器,偵測一般日常活動,如以紅外線感測器偵測人體的移動,以光電感測器偵測電燈開關,以接觸式感測器(即溫度感測器)置放於水龍頭、微波爐、電鍋……等來偵測水電設備的使用量,及以機械式或磁性開關為警報按鈕並量測門的開關狀態。

本子計畫預計以三年時間,完成高齡者生命品質維護系統之模擬住宅各式非察覺式自動化感測裝置與室內資料傳輸機制,成果將具體展現在一個智慧型高齡者模擬住宅,對於國內高齡者住宅、安養中心的建置,都有很大的參考價值,可以實際嘉惠國內高齡人士,提升其居住、生活品質。本計畫所發展出各種感測、監測、資料傳輸技術與設備,亦都將具有專利及推廣價值。

十六、計畫英文摘要

Keywords: non-conscious health monitoring, elderly, quality of life assessment

This project is part of the integrated project “Developing an intelligent maintenance system for the quality of life of elderly.” In general, elderly will receive special attention after “failure” occurs, such as diseases, disabilities, or accidents. This project attempts to develop an intelligent maintenance system for the quality of life of the elderly. Through continuous, non-conscious monitoring of environmental and health status of the elderly, and the information systems for data transmission, storage, data mining, and assessment of quality of life, we hope to be able to prognostic when degradation occurs. The system will also prompt appropriate, timely, and cost-effective intervention, to maintain an independent high quality of life for the elderly.

The purpose of this project is to devise a non-conscious and automatic healthy monitoring system. To realize this concept, we select three particular behaviors in daily life, which are sleeping in the bed, sitting on the toilet seat, and daily activity in a house. We will firstly focus on measuring the time elapsed in the bed, body motion, body temperatures and the sound signals of the snoring during sleep in order to assess the sleep and snoring patterns. Secondly, the body weight and weight of urine and feces, together with electrocardiogram (ECG) will be set up to measure during sitting on the toilet seat in order to access excretion pattern and ECG pattern. Thirdly, to detect ordinary daily activities, two generic interfaces for digital and analog signals have been designed which support a variety of transducers capable of measuring or detecting, for example, infrared sensors for detecting human movements, light sensors to detect switching on or off of lights, touch sensors (i.e. temperature sensors) attached to water taps, a microwave oven, a rice cooker, … etc to detect use of water and electrical appliances, and mechanical or magnetic switches for alarming buttons and to measure mobility by identifying opening and closing of doors.

In the second year, we will focus on hardware platform installed in the model house. To eliminate connection cables from sensors to a data storage unit, data transfer through the power line will be convenient. Hence, a prototype of a generic non-conscious and automatic healthy monitoring system will be constructed and a preliminary performance test will be carried out in order to support other sub-projects. In the third year, the modification, validation and clinical feedbacks either from experts or medical doctors will be fined tuning this prototype system in order to implement into nursing home.

十七、研究計畫之背景及目的

1. 高齡人口社會中之高齡者居家照顧問題

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。聯合國分析世界各國人口結構所用的定義,將65歲以上人口佔其總人口比例在7%以上的國家,稱之為“高齡人口社會(aging society)”,根據經建會的資料,臺灣地區在199465歲以上人口即已達7%,而開始邁入高齡化社會,估計未來老年人口(65歲以上人口),1996-2000年平均每年增加55千人,占總人口比率由7.7%提高為8.4%2000-2010年平均每年增加47千人,占總人口比率再升為9.8%2010-2025年平均每年增加達124千人,占總人口比率更升高為16.5%【經建會人力規劃處,民八十六年】。人口結構的高齡化,在全世界都是普遍的問題,圖1為「世界衛生組織(World Health Organization, 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】。

1. 世界衛生組織預測2020年世界65歲以上人口比例圖

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,特別是社會型態的轉變,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。根據內政部戶政司民國88年統計的重要人口指標顯示,台閩地區人口撫養比(依賴人口對有工作能力的比率)已經高達四十三,即每一百個有工作能力的人口應扶養四十三個依賴人口,隨著社會高齡化的趨勢,青壯人口扶養的負擔將更為增加【內政部戶政司,民八十八年】。東京都老人綜合研究所生活環境部門顧問林玉子【1998】指出,高齡者在日常生活所發生的問題包括日常生活動作能力降低、日常生活照顧、護理服務與醫療照護以及臨終的安寧照護,先進國家,以瑞典為例,有80%以上的女性就業比率,高齡者照顧必須由社會福利所承擔,現今東方社會的傳統“家族”型態也逐漸為核心家庭與獨居老人所取代,越來越多的高齡者無法獲得妥善的照顧。

人的一生有三分之一以上的時間是在“家”這個空間中度過,“家”更是高齡者生活的重心。內政部88年度統計,台灣地區有83%的高齡者是退休賦閒在家【內政部統計處,民國89年】。隨著身體機能逐漸退化,住宅空間在退休後生活的比重逐漸增加,而許多意外的地點也是發生在住宅相關的環境中,根據日本東京都消防廳統計,高達九成高齡者會在住宅相關場所發生跌倒、墜落等意外,而家庭內發生意外事故每2.4人便有1人是老人【東京都消防廳,日本平成8年】。如何在居家環境中對高齡者提供適當的照護,是十分重要而值得研究的問題。

2. 居家環境下的健康監測系統發展趨勢

近年來隨著科技的長足進步,生醫技術也蓬勃發展,許多研究學者所致力的研究方向便是發展在居家環境下之健康監測系統,以分擔高成本的醫療人力與資源。美國學者Lewis1999】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。Dixie1994】則指出,將醫療與健康照護體系與居家環境相結合,在安全無風險的前提下,在家庭進行原本由專業醫療技術人員所作的簡單、患者有能力自理的醫療測試(如血糖、心電圖、血壓等),可以整合社會資源並節省來回奔波的問診時間與昂貴的醫療費用,並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; M., and William, K., 1996】。

日本Matsushita公司所進行的HII計畫(The healthy home of the future comes to Japan ),主要的目標也是將“家”架構為醫療照護體系的一部份【Watts, J., 1999】。健康之家(Healthy home)的線上全自動健康監測,包含隱藏在馬桶的微型感測器以測量體重、體脂肪比率,尿液中的含糖量,以及臥室心電圖,血糖的測量,以網際網路傳送方式提供專屬家庭醫生相關的健康監測資料作為診斷依據。HII計畫的主持人Tsutomu Asabe指出,相關的各式生醫技術已經存在並且發展成熟,健康之家是未來住宅的發展趨勢,擁有廣大的潛在市場,Matsushita公司初步規劃在2003年將正式建立商品化的銷售機制。

可以預見在下一個世紀,傳統醫療,健康照護行為必須耗費病患長時間等候,卻僅依據短暫時間問診觀察做出診斷的模式,將以長時間、連續性的生命與生理的健康監測系統所逐漸取代,將醫療人力與資源運用於真正需要的重大傷害與緊急事故等患者身上,對於高齡者而言,藉由最舒適、自在的個人日常居家環境中所架構的健康監測系統,免去了實際臨床問診長途奔波,及技術性、重複性的生命、生理機能測試工作,不但消極地在危險時刻由連外網路在第一時間發送出生命救援的緊急通報,更積極地藉由日常生活生理狀態與行為模式的長時間、持續性的觀察及早發現可能的疾病與身體機能退化情形,藉由早期健康監測更是能減少疾病與傷害產生後醫療服務所付出的高額成本。

3. 居家環境下健康監測的兩個層次

居家環境下的健康監測可以分為兩個層次,第一個層次是生命、生理訊號的監測,目的在於意外發生與生命跡象微弱時緊急救援通報,目前許多醫療與安養機構都設置有簡單的紅外線感應裝置,當長時間偵測不到高齡者的活動跡象時變會發出緊急救援訊號。遠端健康監測發展的早期,主要的功能也是在第一時間提供緊急事故發生的救援訊號,如Lord and Colvin1991】藉由高齡者身上穿戴式的簡單的三軸加速度感測器,可以即時偵測老人在家中是否發生意外跌倒或墜落的情形。

第二的層次是更積極地藉由日常居家活動以及行為模式長時間、持續性的觀察,如睡眠環境中睡眠模式與品質的監測,廁所環境中排泄模式與重量的監測,以及日常活動如居家活動能力、開關燈次數、以及水電等使用量,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。評估生理功能與生命狀態的指標,最著名的便是IADL(Index of Activities of Daily Living and the Instrumental Activities of Daily Living),以基本的簡單行為,如是否能自行呼吸、人體動作狀況、穿衣行為、如廁以及飲食活動等,作為獨立生活能力的評斷指標【Katz, S.,and et. al, 1963】【Spector, W.D., and et. al, 1987】。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。Suzanne1997】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;Inada1992】等人在家庭健康監測系統的相關研究中指出,藉由家庭照護系統對於身體機能性的健康監測與紀錄所獲得的長時間、連續性資料,與臨床問診時觀察身體疾病徵狀提供了相同程度的資訊,足以作為醫生診斷的依據;Kenneth2000】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。

澳洲的新南威爾斯大學Celler, B.G.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。

4. 居家環境下健康監測技術相關研究

(1)睡眠監測

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。Lugaresi1980】等人在研究中發現,習慣性強烈的打呼對於心臟以及循環系統功能會產生不良的影響,並且也可能是高血壓以及心臟病的預警徵兆;如圖2所示,Tatsuo1989】等人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;Ishijima1993】則是運用新研發的材質作為量測ECG時感測的電極,如圖3所示。

 

2. 量測睡眠時體溫Tatsuo1989

3. 量測睡眠時ECG的裝置Ishijima1993

(2)廁所監測

廁所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,可以掌握長期、持續性的健康資料。國外也有相關研究藉由佈置於廁所環境中的感測裝置監測生理狀況,主要的研究包括ECG測量、體重、與排泄物份量等。如圖4所示,Kawarada1998】等人所發表的研究中,藉由浴缸內電極給予微量的電流導通,藉由水量測心電圖;如圖5所示,Tatsuo1989】等人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

4. 藉由浴缸量取ECG21

5. 藉由馬桶蓋直接量取ECG Tatsuo1989

另外一個值得關注的項目便是排泄物份量的監測,翁昭旼【民82年】等學者醫學研究中指出,如大腸癌等癌症常伴隨著排便習慣與份量的改變。如圖6所示,前述Tatsuo1989】等人所建立的健康監測系統中以外掛式裝置,長期測量使用者的體重;而Yamakoshi1996】等人,亦藉由如廁前後體重的改變,藉此分辨排泄物的重量,如圖7所示。

6. 藉由如廁時量測體重的裝置Tatsuo1989

7. 藉由如廁前後體重改變測量排泄物份量Yamakoshi1996

(3)日常活動監測

前述澳洲的新南威爾斯大學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,便是以日常活動監測為主【Celler, B.G. 1995】。藉由簡單的極限開關可以測量門窗的開關次數,溫度感測器與光敏電阻可以偵測電器用品的使用量與電燈開關次數,紅外線感測裝置瞭解日常居家行為習慣與模式的紀錄,藉此長期監測身體的健康狀況與異常的改變,以及日常活動如居家活動能力、開關燈次數、以及水電等使用量,早期察覺行為模式、習慣的改變。

(4)感測訊號傳輸技術

前述新南威爾斯大學的研究,感測訊號傳輸所採用的技術是Echelon公司所規劃,未來之屋內所有家電間訊號、資料連接所採用的“Echelon LonWorks technology” Celler, B.G. 1995】。這項技術的優點是採用原本便已經架設好的室內交流電源線,作為資料傳輸的管道,如此便能在不刻意變更任何原有配線以及額外訊號線的情形下完成電器產品間的連接。

感測訊號傳輸另外一個可行的方案,便是近年來發展迅速的“藍牙科技(Bluetooth)”。每個藍芽技術連接裝置都具有根據IEEE 802標準所制定的48-bit地址,在2.45GHz的頻帶上傳輸,不但傳輸量高達每秒鐘1MB,同時可以設定加密保護,也不受電磁波干擾【Jaap, C.H., and et. al, 2000】。在易利信、諾基亞(NOKIA)IBM、東芝(Toshiba)、以及英特爾(Intel)5家橫跨通訊、電子、電腦三大領域的廠商推動下,不用額外支付專利或是任何權利金,就可以使用藍芽技術,因此目前有超過1500家廠商加入藍芽產品的開發。實際應用的層面上可以採用Lucent公司所發展的模組化藍牙無線發報裝置,作為藍牙無線傳輸機制的發展基礎。

5. 本計畫的目的

本計畫是整合型計畫「建立高齡者生活品質之智慧型維護系統」之子計畫。本整合型計畫為一國際合作計畫,將與美國國科會(National Science Foundation, NSF)資助威斯康新大學和密西根大學規劃成立之「產學合作智慧型維護系統中心(Industry/University Cooperative Research Center on Intelligent Maintenance Systems, IMS)」合作,引進其“智慧型維護”概念,與遠端感測及“degradation watchdog agent”等關鍵技術,應用於高齡者生活品質之智慧型維護。

Lee, J.1999】的智慧型維護的基本概念認為元件、機械、或程序通常有四種操作狀態:正常操作狀態、退化狀態、維護狀態、和失效狀態。老化現象發生時,元件或機械通常經歷一系列的退化過程,接著才產生失效,因此如果能夠量測、察覺這些退化狀態,可以在退化持續或失效發生之前,作預防性的修正及維護。同樣的概念可以對應到人的老化現象,高齡者從健康、有活力、能獨立生活到虛弱、生病、必須接受醫療照護之間往往也經歷了一段“退化”過程,期間可能產生可由外界觀察的徵兆包括活動力降低、臥床時間增加、生活模式改變、自我照顧活動(如煮食、洗澡)減少等等。

一般老人照護的概念還是偏重在病痛發生、功能喪失、緊急事故發生等類似前述“失效狀態”發生時的處理,本計畫則是在建立一套高齡者生活品質的智慧型維護系統,透過對健康高齡者居家環境及日常活動狀況做長期、非察覺性監測,建立資料傳輸、儲存、處理、探勘、生活品質評估等資訊系統,在其居家環境及功能性健康狀況有惡化徵兆時便能做出預判,希望在高齡者實際發生病痛或功能喪失前,便能告知適當人員做及時處理,期望能降低高齡者醫療照護之成本,更重要的是維持高齡者獨立、健康之生活品質。

8所示為整合型計畫整體概念與其所需要之相關技術,首先針對健康高齡者居家生活習慣與模式作研究,分析歸納出可以提供高齡者居家環境與健康狀況變化訊息的監測項目,監測的項目目前大致預計可分為三類:(1)環境監測,如空氣、水、溫度、溼度、噪音、光線,空氣流速等;(2)功能性健康狀況監測,如移動力、行為模式;(3)生理狀態監測,如體溫、心跳、血壓。本子計畫即是負責設計、建置在居家環境下,前述功能性健康狀況監測及生理狀態監測之系統。這些項目的監測完全採用“非察覺性(non-concious)”的方式,感測器都裝置在本計畫預計建立之模擬住宅日常生活的傢具如家電、床、馬桶上,因此感測、監測技術的應用,思考如何有效、連續性地自動感知所需健康與生理狀態訊號,以及與日常生活傢具的整合、達成“非察覺性(non-concious)”方式之機械設計與人因工程上的考量,將是本計畫的重點。

8. 整合型計畫整體概念圖

如圖8所示,感測訊號經由電源線傳送至智慧型收集裝置(smart box)收集,並且經過初步篩選、判斷、處理。長期、大量的監測訊號,以安全、保密的方式經過網際網路傳輸至遠端資訊中心之資料庫儲存、處理,並進而做資料提煉篩選及智慧型診斷,期能在高齡者居家環境或健康狀況有退化時能做出預判,在高齡者實際發生病痛或功能喪失前,便能通知照護者做適當處理。判定有異常危險的狀況時更能在第一時間內通知照護者,防止獨居或缺乏照顧的高齡者喪失即時救援的機會。

參考資料

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十八、研究方法、進行步驟及執行進度

1. 本計畫在整合型計畫中的定位與任務

本計畫是整合型計畫「建立高齡者生活品質之智慧型維護系統」之子計畫。本整合型計畫是一個跨學科國際合作計畫,參與教授包括工業工程、機械工程、資訊工程、資訊管理、社會學等跨系、跨學院教授群,以社會學與人因工程的觀點瞭解老人生活形態與生活習慣,並結合機械設計、感測技術、訊號擷取及處理、網路傳輸及保密、資料庫建構及管理、智慧型系統、以及訊息通報機制建立等科技,並以國際合作方式引進國外IMS最先進技術與概念,研究成果最後將具體展現在建立一個高齡者模擬住宅。

整合型計畫的研究架構如圖1所示,從系統的階層(hierarchy)來看,在硬體層次(product/machine/process level)最底層是本整合型計畫預計建構之模擬住宅,第一層則是各類量測與感測器裝置模擬住宅中,預計做三個類型項目的監測(1)環境監測,如空氣、水、溫度、溼度、噪音、光線,空氣流速等;(2)功能性健康狀況監測,以紅外線、光感測器、接觸感測器、或其他機械式開關,量測如移動力、行為模式、睡眠時間等;(3)生理狀態監測,如體溫、心跳、血壓等。

本子計畫即是屬於整合型計畫中此一基礎層級,負責設計、建置在居家環境下,前述功能性健康狀況監測及生理狀態監測之系統。這些項目的監測完全採用“非察覺性(non-concious)”的方式,感測器都裝置在本計畫預計建立之模擬住宅日常生活的傢具如家電、床、馬桶上。

如圖1所示,本子計畫所得之量測訊號將往上送至第二層做取樣、濾波等基本處理後,送入第三層做智慧型分析,找出高齡者日常活動、睡眠、排泄、心電圖等模式,以及空氣、水品質指標。經由第四層IMSbiometric computing & assemsment關鍵技術,將高齡者整體健康監測與環境監測資料透過internet傳輸至資訊中心,發現特殊異常狀況也能及時警示。

在系統的層次則是將高齡者這些長期、大量的監測資料做適當儲存、管理,並進行資料探勘,能夠找出異常模式作為診斷輔助,最後整體目標則在於高齡者生活品質之評估與維護,在察知生活品質退化徵兆時能及時通知照護者、醫生、或高齡者本人做及時調整性處置,完成整個服務鏈(service chain)

1. 本計畫之研究架構

2. 本子計畫與其他子計畫相互支援的關係

在圖1的研究架構下,本整合型計畫依技術需求,可歸納出8項子計畫,各子計畫之間相互支援的關係如圖2所示。如前所述,本整合型計畫將引進國際合作對象IMS的智慧型維護概念,應用於健康高齡者居家環境與功能性健康狀況之遠端監測,關鍵技術在於有效地感測各類訊號,以及由所收集訊號中正確地評估系統的行為。因此本整合型計畫中8項子計畫大體可分為三群,包括高齡者居家生活模式之研究(子計畫1),感測、訊號收集、以及模擬住宅等硬體裝置之建置(子計畫234),以及監測資訊之傳輸、儲存、探勘、與診斷(子計畫5678)。

2. 各子計畫間相互支援的關係

由圖2可以看出,本子計畫(子計畫2)接受子計畫1「高齡者居家生活模式與習慣研究」所得之高齡者居家生活模式、習慣與身體機能相關研究與統計資料,訂定所需監測項目,與子計畫3「環境品質自動監測之應用研究」平行進行,設計、建置生活品質相關監測系統,並將整合建置於本計畫預計建立之模擬住宅中。本子計畫中感測裝置所量測的生理及居家活動訊號資料為本整合型計畫發展的基礎,藉由子計畫4訊號整合之智慧型收集裝置所設計之Smart Box收集,並經由子計畫5~7的網際網路傳輸與資料庫管理機制,提供子計畫8生命品質評估系統所需資料。

3. 本子計畫研究重點

經由相關文獻探討,本子計畫中初步規劃針對高齡者居家環境中睡眠、如廁、以及居家活動作為作為生活品質監測系統研究對象,以佈置於日常生活用具與電器中的感測裝置,非察覺性地紀錄高齡者生理及居家活動的資料,設計上以不破壞原有設備、電器的外在附加式感測方式為主要考量,並以非察覺性的無管線理念作為居家環境中感測裝置與子系統4訊號整合之智慧型收集裝置間資料傳輸的機制。因此本計畫研究重點有二:

(1)   感測、監測技術的應用,思考如何有效、連續性地自動感知所需生理及居家活動訊號。

(2)   機械設計與人因工程上的考量,如何將感測裝置以外在附加方式與日常生活傢具的整合,並達成“非察覺性(non-concious)”感測的目標。

本子計畫主持人主要專長為機械設計,擁有國內外八項產品專利,其中包括輪椅、助行器、安全帽、復健器材等專利,並曾參與勞委會安全帽、防護眼鏡、防音防護具等舒適化設計研究,目前並執行國科會新型人工全膝關節設計、身心障礙者輔助科技專題研究計畫,在生醫機械、生理訊號感測相關技術上有相當豐富的經驗,應能勝任本子計畫。

4. 高齡者居家環境監測項目初步規劃

如前所述,本子計畫中初步規劃針對高齡者居家環境中睡眠、如廁、以及居家活動作為作為生活品質監測系統研究對象,圖3所示為本子計畫在模擬住宅中建立非察覺式自動健康監測系統,睡眠、如廁、以及居家活動之感測項目初步規劃。

3. 本子計畫在模擬住宅中建立非察覺式自動健康監測系統初步規劃

睡眠監測方面,睡眠時間、身體動作、身體溫度等三項感測項目,可以推知受測者的睡眠模式;打呼聲感測,則可推知受測者打呼模式。如廁監測方面,身體及排泄物重量感測,可以推知受測者排泄模式;馬桶坐墊上則可設計心電圖(ECG)感測裝置,每日定時量測ECG模式。日常活動方面,使用可作為感測或量測訊號之用並以數位或類比訊號為基礎的各式換能器,偵測一般日常活動,如以紅外線感測器偵測人體的移動,以光電感測器偵測電燈開關,以接觸式感測器(即溫度感測器)置放於水龍頭、微波爐、電鍋……等來偵測水電設備的使用量,及以機械式或磁性開關為警報按鈕並量測門的開關狀態。

本子計畫規劃的相關監測技術和訊號傳輸技術,大部分在本子計畫計畫書之背景目的中討論的研究文獻都可以找到,技術上應都可以達成,但如何做整合性的應用,並將感測裝置與日常傢具整合,達成“非察覺性”的目標,則可能是設計上的重要挑戰,也是本子計畫需要向國際合作對象汲取經驗、技術之處。

5. 進行步驟與進度

本子計畫分為三個階段,預計以三年時間完成非察覺性自動化健康監測系統,並實際佈置於模擬住宅的居家環境內完成測試與評估結果。各階段工作項目安排與工作流程如圖4所示。各階段工作細節分述如下:

第一年

第一年前半為本子計畫準備期,重點工作在於組織研究團隊並建立良好的默契與研究機制,以及相關文獻之收集與研讀。接下來則須完成監測系統之概念設計,特別是如床、馬桶等獨立傢具之設計,確認所使用感測器種類、規格,與室內資料傳輸相關技術評估。

第二年

第二年主要的工作是開始建立模擬住宅,將第一年設計之裝置整合於模擬住宅中,並完成居家環境內感測裝置與Smart Box間資料傳輸的機制,完成非察覺性健康監測系統原型。

第三年

第三年的主要是模擬住宅實際功能測試,將以真人實際居住的模擬情況進行測試,測試結果回饋提供各子系統進行細部修正與校調,待模擬住宅各項性能已達到預期成果,便可累積高齡者實際居住的資料建立的智慧型資料庫與生活品質評估系統,並建立完整的通報機制,完成高齡者生命品質維護系統之建立。

4. 工作流程與執行進度