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作者:鄭智銘(2003-10-26);推薦:徐業良(2003-11-03)

居家健康監測與遠端醫療照護相關研究簡介

1.         居家健康監測與遠端醫療照護相關研究

隨著科技與健康意識的進步,近年來諸多學者利用感測與網路技術進行居家健康監測系統的相關研究。居家環境下的生理健康監測系統不但可以分擔高成本的醫療人力與資源,長期持續性的健康監測資料更進一步察覺健康異常的徵兆,在可預見的未來,居家環境將會是健康與醫療的第一道防線。

美國學者Lewis[1999]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。Dixie[1994]則指出,居家環境下的健康醫療系統,在安全無風險的前提下,由患者進行有能力自理的醫療測試(如血糖、心電圖、血壓等),不但能整合社會資源,節省往返問診時間與昂貴醫療費用,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 & William, 1996]

傳統耗費病患長時間等候與短暫診察時間的問診模式藉由科技的輔助將發展出e化的醫療服務模式。在可預見的未來,居家健康監測系統將提供醫師長期、連續性的生命與生理的健康監測資料,藉由遠端醫療與照護系統的輔助,醫師提供更即時有效率的醫療模式,醫療服務從被動的治療與急救成為更積極的預防性醫療。

居家環境是每個人最熟悉的空間,也是停留時間最長的場所,建構於居家環境下的健康監測系統,相較於傳統定期取樣式的問診醫療行為,居家健康監測系統提供了長期持續性的健康監測資料,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。家庭環境中的各個場所對於健康監測而言有其獨特性,主要研究集中於盥洗與如廁環境、睡眠環境、以及一般居家活動環境三類。

2.         盥洗與如廁環境居家健康監測

從健康監測的角度而言,廁所是居家環境中非常重要的場所,盥洗與如廁設備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裝置,可以收集非常寶貴的長期、持續性健康資料。如廁設備也是一天之中感測裝置與人體皮膚最有機會直機接觸的時刻,如ECG(心電圖)等需要生理感測電極與皮膚直接接觸的感測項目,在如廁環境中便可在非察覺性的前提下獲得生理監測資料。

(1) 體重與排泄物重量的量測

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【翁昭旼,1993】。Tatsuo等人[1989]建立如圖1所示的健康監測系統中,以外掛式裝置長期測量使用者的體重;Yamakoshi等人[1996]也設計了如圖2所示類似的設備,藉由如廁前後體重的改變,藉此分辨排泄物的重量。

1. 藉由如廁時量測體重的裝置

2. 藉由如廁前後體重改變測量排泄物份量

(2) 心電訊號量測

Kawarada等人[1993]所發表的研究中,藉由圖3所示浴缸內電極給予微量的電流導通,可藉由水的傳導量測心電訊號;如圖4所示,Tatsuo等人[1989]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。美國羅徹斯特大學研發如圖5所示的色素瘤監視器,藉由攝影機在患者洗澡時每月一次監測色素瘤變化的情形,藉此評估惡化的機率[Sinha, 2003]

3. 藉由浴缸量取ECG


4. 藉由馬桶蓋直接量取ECG

5. 色素瘤監測器

(3) 整合如廁健康監測系統

除了學者的研究之外,日本產業界也投入了各式健康監測馬桶的研發與生產,日本松下電器2003111展出的eHII house中,架構了21世紀新世代住宅的架構,其中包括圖6所示可以量測體重、體脂、體溫和血壓等資料的馬桶,全部的健康資料呈現在馬桶旁的小螢幕上,資料並轉存於松下生活情報中心裡,配合其他飲食及作息資料,專業營養師會為使用者提供正確的判斷和建議【松下電器,eHII house】。日本著名衛浴設備公司東陶(TOTO)也發表了「你好二號(Well You II)」健康監測馬桶,不但可以量測體重、脂肪、血压、心跳等項目,更藉由機械臂前端的尿液收集器,分析尿糖、尿蛋白等資訊[Brooke, 2002]

6. 松下電器健康監測馬桶

3.         睡眠環境居家健康監測

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。為了減少對受測者睡眠的影響,「非察覺性」的睡眠生理監測方式,在不需配戴感測裝置的前提下進行生理監測,為最理想的睡眠監測方式。

(1) 特定項目睡眠監測

睡眠監測上的研究大致歸類為特定項目的監測裝置以及整體性的睡眠監測系統兩個方向。特定生理監測裝置如睡眠體溫、睡眠鼾聲、睡眠身體活動等感測裝置,如圖7所示為Tatsuo等人[1989]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;Ishijima[1993]則是運用新研發的材質作為量測ECG時感測的電極(如圖8);Tamura[1992]以圖9設置於床墊上的光纖感測器,利用光纖因壓力而產生強度變化的原理,可以藉由因身體動作而產生的壓力變化判別身體的動作;Harada[2000]所設計的睡眠監測裝置如圖10所示,藉由枕頭下放置的壓力感測裝置,在圖11左圖中可以看到因呼吸時壓力改變而產生的規律性波動,當睡眠姿勢改變時,所引起的壓力劇烈變化可作為身體動作判別的指標,圖11右圖我們可以看到睡眠呼吸中止症在呼吸動作停止時波形成一直線。

7. 量測睡眠時體溫

8. 量測睡眠時ECG的裝置

9. 應用光纖壓力感測器偵測身體動作

10. 枕頭下的壓力感測裝置

11. 藉由壓力改變判別呼吸、身體動作以及呼吸中止

(2) 整體性睡眠監測系統

為了獨居老人的安全照顧,松下設計一款內含感應器的床,電腦會自動記錄老人睡眠時間等生活作息,如果某天老人臥床過久,或出現其他異常狀況,電腦會自動發出電子郵件通知事先登記的對象,或是附近的通報中心。這項設計,目前正在日本大阪池田市裡進行試用【孫逸筠,2001】,

其他整體性的睡眠監測系統如日本Nishida[2002]等人所設計的“Healthcare Supporting Room”(圖12),其中包含攝影機、麥克風、佈滿壓力感測器的床與生理感測器等裝置,藉此監測受測者睡眠狀態中的行為,圖13為其中壓力床的外觀,圖14210個壓力感測器壓力床的實際測試情形,可以藉由壓力點分佈的情形觀察受測者睡眠時身體姿勢的變化。圖15為完整睡眠測試時身上所需黏貼包括溫度、身體位置、血氧、身體活動等大量感測貼片。

12. Healthcare Supporting Room

13. 測量睡眠身體活動的壓力床

14. 壓力床的量測結果

15. Healthcare Supporting Room睡眠監測所需各式睡眠生理感測貼片

(3) 市售睡眠監測裝置

目前進行睡眠診斷與睡眠評估的實驗室與診所,多採用如圖16所示的多重生理記錄儀,以大量的各式生理貼片,客觀科學化地量測受測者睡眠中呼吸、心跳、血氧、身體活動、腦波、心電圖等生理訊號,大量的貼片與訊號線不但影響受測者睡眠,昂貴大型的設備僅能在特定診所與實驗室進行短暫的數晚測試。目前市面上實際商品化的睡眠生理監測產品多半屬於配戴式的裝置,如圖17所示為Pro-Tech公司所生產的各項睡眠生理監測設備,雖然配戴式的翻身監測裝置、腕動計、腳動計、呼吸監測裝置等。相較於睡眠多重生理記錄器PSG複雜昂貴的裝置,市售配戴式睡眠監測裝置已經十分輕巧輕量化,但對受測者而言睡眠時不免還是會有不適感,甚至影響睡眠,而感測裝置所連接大量的訊號線,也十分不便。如果要在日常居家環境中長期、持續性監測睡眠品質,如何降低感測裝置對睡眠的影響,甚至在非察覺性的情況下紀錄所需要的睡眠生理特徵,便是一項值得研究的課題。

16. 睡眠多重生理記錄【葉世彬睡眠檢查室】

17. 市售家用睡眠監測產品[Pro-Tech Services]

4.         一般居家活動監測

Suzanne[1997]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。Kenneth[2000]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。

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。澳洲的新南威爾斯大學Celler[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。

Bhattacharya[2002]所建構的Smart Room也有類似的概念,如圖18所示,利用居家環境中各式極限開關、紅外線感測器等裝置,監測居家環境中受測者的日常行為模式。Ogawa[2002]等學者也設計了類似的裝置,如圖19所示,用以紀錄日常生活模式與居家設施的使用情形。由英特爾出資喬治理工學院與羅徹斯特大學所建造的“感應屋(Aware home)”在模擬住宅中設置了感測老人動作、聲音等活動量的感測系統,以圖20所示網路數位像框方式提供子女或醫生觀察老人居家活動的狀態[Kirschner, 2001]

18. Smart Room

19. 居家生活模式的監測

20. 感應屋的網路數位相框

目前已經有實際正式營運的健康住宅,如波特蘭市郊的艾利特安養中心籌建的「燕麥田莊」,已於200010月開幕,睡眠環境中的床鋪偵測居住者的體重和睡眠中的翻身次數;紅外線感應器可以感知人是否下床沒有馬桶測知使用者的脈搏、體溫或是否脫水。雖然老人每人每月必須負擔3,250美元,但業者相信廿年後,熟悉科技舒適方便的現代年輕人開始退休和高齡化後,這方面的需求將會增加。

5.         遠端醫療與照護系統

藉由各式生理感測技術與網路相關應用技術的發展,遠距醫療為下一個世紀新興的醫療模式。最早在1959年美國NebraskaWittson等人利用交互式電視(IATV)從事神經、精神科的照會。同年加拿大的Jutra也利用同軸電纜(coaxial cable)傳遞放射線X光影像。隨著網路的普及與相關技術的成熟,遠距醫療成為一項新興的醫療服務模式,根據紐約「水岸遠距醫療聯盟(Waterford Telemedicine partners)」的報告指出,全球遠距醫療產業的產值已從1997年的68億美元成長為1998年的138億美元,預估在2010年時,全球有15%的醫療行為會以遠距醫療方式進行,每年遠距醫療的產值將以每年40%的速度成長[Sinha, 2003]

目前遠距醫療可以分為兩個大類,一是利用網路技術單純提供醫師與病患間影音診察的管道,另一則是利用各式醫療裝置,由患者進行簡單的操作,遠端醫師可以藉由網路的介面即時獲得患者的各項生理資料。

單純的影音遠端醫療在國內目前可以看到包括「威今居家遠距醫療系統」(http://www.wegene.com.tw/)IP電話的方式提供即時的影像與聲音對談,或是如「懇懋遠距醫療」(http://www.grandsoft.com.tw/)利用高解析度的視訊提供醫師視覺診斷的依據。桃園縣縣政府衛生局、以及行政院所推動台大醫院執行的國家資訊通信基本建設NII計畫、以及台北大學醫學院的虛擬健康社區(Virtual Health Community),都是利用視訊與影音動畫與文字等方式進行。

第二個類別的技術門檻較高,各式生醫器材都必須經過衛生主管單位的相關認證,目前正式營運的包括可以看到由竹山秀傳醫院、思網科技公司、臺灣銳知公司、五鼎生物科技公司共同合作的「糖尿病遠距醫療系統」,使用血糖儀,透過資料傳送器將血糖資料直接傳送到醫院,由醫師做專業控管【陳紹聖,2000】。源星科技推出儀器判讀心室跳動狀況、血液成分、心室瓣膜狀況及血壓起伏狀況等的血壓測量儀【陳建元,2003】等單一的生理感測項目的遠距醫療裝置,以及如圖21所示亞太健康遠距科技公司已通過FDA認證包含血氧、血壓、電子聽診器、體重體脂器、血糖計、心電圖等六項遠端感測裝置的「居家檢測系統(Telehomecare System)(http://www.aptt.com.tw/)

21. 亞太健康居家檢測系統

松下電器公司發表的VitalSignal醫療箱原型,如圖22所示,也建構了類似的遠端醫療架構,包含血壓儀、體溫計與血糖計等裝置,利用網際網路介面可以即時將數據傳給專屬的診所醫師,VitalSignal也提供了內置式的視像電話使你可以面對面與醫師問診醫生[Paul, 2000]

22. 松下電器公司發表的VitalSignal醫療箱

美國The Health Hero Network(http://www.healthhero.com/)所建構的遠端醫療架構如圖23所示,系統使用者端操作如圖24所示的體重、體溫與血壓等醫療設備,並填寫圖25網路介面的主觀式健康問卷,遠端醫師藉由網路介面iCareDesktop系統獲得長期性的體重、體溫與血壓等生理健康資料與主觀式健康問卷的長期性資料,藉此評估受測者生理變化的趨勢以及異常狀態發生的風險機率,此外,在自我健康問卷評估的過程中,系統並提供正確的保健資訊,藉此教育使用者正確的飲食與健康觀念。

23. Health hero Network technology 系統架構

24. Buddylink生理監測裝置

25. 醫師端iCareDesktop系統介面

參考資料

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