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作者:徐業良(2005-02-16);推薦:徐業良(2005-02-16)

可攜式遠距健康監測系統架構

1.     研究背景

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,相較於傳統問診方式,建構於居家環境下的健康監測系統更能提供長期、持續性的健康監測資料,並能早期察覺行為模式、習慣的改變,及早發現疾病以及生理機能衰退。

近年來有許多「遠距居家照護(Tele-homecare)」相關研究,希望結合資訊與通訊科技,使能在被照護者的家中便利、有效地提供個人健康管理與保健服務。在歐洲、北美、日本也已經有許多遠距居家照護系統已開始作商業運轉,國內也有許多相關研究計畫在進行中。大部分的系統都以慢性病患為對象,長期監測生理訊號並透過網際網路傳送至集中式資料庫(centralized database)儲存、管理,以作為醫療院所診斷之依據。然而這樣的系統架構規模龐大,系統核心是醫院及資訊服務供給者(ISP),所需基礎建設投資大而較缺乏商品化的彈性。此外這樣的架構在國內現行醫療體系、健保制度下似乎也較不可行。

因此本研究提出「可攜式遠距健康監測系統(Portable Tele-Monitoring System, PTMS)」之架構(如圖1),以每一家庭(household)為健康監測資料傳送、儲存、與分析的基本單位,軟硬體設計均以模組化、可攜式(portable)為原則,僅需基本家庭網路環境(如ADSL),不需專用伺服器主機,便能依個人需求裝置於居家環境中。子女、照護者、乃至醫生都可以透過網際網路進入系統中,查詢健康監測資料。

1. 本研究發展之PTMS架構圖

如圖1所示,PTMS的核心是一個以微控制器搭配網路晶片架構,直接連結網際網路環境的「分散式資料伺服器(Distributed Data Server, DDS)」,有體積小、成本低、不易中毒、資料安全性高的優點,十分適合本研究可攜式系統需求。

2.     健康監測項目

DDS能夠接收各感測器傳送過來的健康監測資料(如圖1中綠色箭頭)。本研究目前發展的健康監測項目包括行為模式監測、睡眠品質監測、環境品質監測、與生理訊號監測四大類。

行為模式監測主要目的在於行為模式改變的判讀(behavior pattern recognition),相關研究研究顯示,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,日常行為模式改變可能代表了潛在疾病或生理機能退化的早期徵兆。行為模式監測所使用感測器種類很多,佈建範圍廣,因此感測訊號均以無線方式傳送至DDS,原始感測資料經DDS中軟體處理後儲存。

睡眠品質監測則藉由打鼾、呼吸頻率、身體移動、和體溫等外在訊號,作「活動推論(activity inference)」,推論目前使用者清醒還是入睡,甚至深眠或淺眠,進而推導出臥床時間、睡眠潛伏期、睡眠效率、夜裡覺醒次數等睡眠品質指標,監測、評估使用者之睡眠品質。

本研究中環境品質監測項目包括溫度、濕度、二氧化碳、噪音、照度等項目,並據以推論出環境舒適度指標。PTMS中行為模式、睡眠品質、環境品質監測均為非侵入性(non-invasive)、非察覺式(non-conscious)監測,完全不改變使用者之居住環境與生活作息。

生理訊號監測則根據慢性病患生理需要,長期監測其生理訊號,目前本研究生理訊號監測發展項目為心電圖、血壓等心血管疾病患者所需長期監測之項目。睡眠品質監測、環境品質監測感測器位置較固定,生理訊號監測則是以監測站形式存在,因此PTMS中這些項目的感測訊號均以有線方式傳送至DDS,原始感測資料經DDS中軟體處理後儲存。

3.     健康監測資料讀取

如圖1中紅色箭頭所示,DDS中所儲存單一家庭、經過初步處理之健康監測資料,被動地接受子女、照護者、醫生、或其他經授權人員的資料索取要求,經由網際網路讀取資料。PTMS中最基本的健康監測資料讀取方式,是經由客製化的VB程式讀取DDS上儲存的資料,在client端電腦上由VB程式作進一步處理、分析、與資料呈現。

經由客製化的VB程式讀取DDS上儲存的資料,缺點是client端電腦必須先安裝此VB程式,才能讀取資料。因此本研究將相關資料處理、分析、呈現、乃至於DDS本身權限管理、系統程式維護與更新所需之應用程式,建置於一Application Server,如此client端電腦便能利用IE瀏覽器經由Application Server讀取、分析、呈現DDS上儲存的健康監測資料。除了DDS上儲存的健康監測資料外,客製化的VB程式或IE瀏覽器也都能呈現感測器擷取的即時感測資料。

如果仍然有以集中式資料庫儲存、管理資料的需求(如醫院、安養中心、或社區),PTMS的架構仍有擴充彈性,如圖1,集中式資料庫可定時以批次方式逐一向各家庭之DDS索取資料儲存,client端電腦便能利用IE瀏覽器經由Application Server向集中式資料庫索取所需資料。

4.     事件驅動訊息傳送

除了被動地接收監測資料及接受讀取資料外,DDS也有由事件驅動(Event Driven)主動傳送訊息的功能(如圖1中藍色箭頭)。當感測訊號發生事先設定之異常狀況(如高溫),或DDS長期監測資料顯示異常模式(如長時間沒有動作發生),甚至被照護者在意外發生時主動按鍵傳呼,DDS即會以E-mail或手機簡訊,發送特定對應訊息給指定電子郵件住址或手機電話號碼。

此外PTMS還可以進一步連結其他“智慧屋”應用(Smart House Applications)DDS判讀感測器訊息,驅動家庭中空調、門窗、燈光、警鈴等開啟或關閉,使PTMS除了健康監測外,更有促進安全、舒適、便利生活的意義。