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作者:許博爾(2008-06-09);推薦:徐業良(2010-02-16)
附註:本文為參加2008年「第一屆專利加值創新競賽」計畫書。

分散式遠距居家照護系統之專利加值規劃

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,遠距居家照護系統可協助照顧家中的高齡者,讓高齡者能夠有尊嚴地在自己家中居住、生活,已經是高齡化社會中健康管理與照護上重要的潮流。元智大學老人福祉科技研究中心團隊,提出了一個以「分散式健康資料伺服器(Distributed Data Server, DDS)」為核心的遠距居家照護系統創新架構,並將此創新架構與其應用開發,以遠距居家照護的產業經營面進行專利佈局,同時以網際網路作為知識分享與技術推廣的平台,達成專利加值之目的。

1.         遠距居家照護系統的困難與挑戰

大部分的遠距居家照護系統採用集中式資料庫(centralized database)架構,如圖1所示,高齡者(或其他使用者)在家中量測體重、體溫、血壓、血糖、心電圖、乃至於日常生活活動(Activity of Daily Living, ADL)等各種生理訊號,經過電話線(包含行動電話通訊)或網際網路傳送到「居家健康照護服務機構(home healthcare provider)」的集中式資料庫儲存,並做進一步的資料管理與分析。家人或照護者可登入此集中式資料庫查詢高齡者的健康資料,此外若相關控管程式察覺高齡者之生理訊號有異常,或者接獲高齡者傳來的緊急求助訊息,居家健康照護服務機構將會主動關切高齡者狀況,以及對家人及照護者發出警訊,並可轉介使用者至醫療單位做進一步診治。高齡者就醫時,醫療單位也可查詢此集中式資料庫的長期監測資料作為診斷參考。

1. 採用集中式資料庫架構的遠距居家照護系統示意圖

以圖1的架構,監測資料產生的地方(居家環境中的感測器)到監測資料儲存的地方(居家健康照護服務機構的集中式資料庫)傳輸路徑很長,過程中發生傳輸不穩定或斷路的可能性大,因此監測資料傳輸的可靠性反而是技術面上之重要考量,如果資料傳輸的可靠性不佳,集中式資料庫所儲存之健康資料的完整性(data integrity)便不易維持。

從營運與服務面來看,採用集中式資料庫的「服務導向系統(service oriented system)」規模較大,所需基礎建設投資大,成本往往較高,且牽涉到複雜的異業整合,系統建置的難度較高。為維護使用者的監測資料並提供相關服務,採用集中式資料庫的遠距居家照護系統必須採取向使用者收取月費的方式經營,而目前國內健保制度並不給付遠距居家照護服務費用,直接前往醫院看診相對來說仍然比較便宜,消費者較無動機額外花錢訂購遠距居家照護服務。事實上如何建立收費機制,定期向使用者收取月費,也是許多遠距居家照護系統經營時所面臨的難題。

此外居家健康照護服務機構是否能取得使用者信任,包括居家照護服務機構是否能保證使用者資料之安全性、維護使用者隱私,以及服務是否能永續經營等,使用者因而願意將居家健康監測資料長期傳送至居家健康照護服務機構的集中式資料庫儲存、處理,也需做進一步探討。

儘管相關的生理訊號量測裝置、通訊技術已經相當成熟,國內在遠距居家照護方面也有非常多的研究計畫及測試計畫在進行中,目前為止似乎還無法為一般使用者廣泛接受,至今仍然沒有成功的商業營運案例。前述集中式資料庫架構的遠距居家照護系統所面對的困難與挑戰,需重新思考。

除了前述系統架構、營運層面等問題外,針對台灣遠距居家照護技術做的專利檢索與分析,可發現多數發展遠距居家照護的專利權人,並無針對遠距居家照護系統進行完整的專利佈局思考,可能造成遠距居家照護系統的專利價值也被低估。

2.         遠距居家照護系統的創新架構與基礎專利

元智大學老人福祉科技研究中心(Gerontechnology Research Center, GRC)提出了一個遠距居家照護系統的創新架構,以「分散式健康資料伺服器(Distributed Data Server, DDS)」為核心,每個家庭只要擁有寬頻網路環境,都可以在家中自行建立家庭專屬的遠距健康監測系統。健康監測資料儲存在家中的DDS內,遠端的家人、照護者、家庭醫師皆可使用電腦、PDA、手機等裝置,經由網際網路直接讀取家中DDS儲存的長期生理訊號量測紀錄和健康照護資訊,系統並能以e-mail或手機簡訊方式提供定期報告及緊急事件通報等服務。在此架構中,使用者可選擇自行在家中的DDS上進行所有健康資料的儲存與事件的管理,不必然需要將健康資料傳送至居家健康服務機構的集中式資料庫,或向居家健康服務機構訂購額外服務,因此可以不需繳交額外月費,對於個人資料隱私也有更好保障。

2為分散式遠距居家照護系統的資訊架構圖。在此架構中以家庭(household)為遠距居家照護系統建置的基本單位,每一家庭以自身的照護需求安裝所需的感測設備,擷取健康監測資訊,透過有線或無線的傳輸方式傳送至家中的DDS進行儲存;當收集到的量測數值超過預設之正常範圍時,DDS將主動發送事件警訊(event alert)至應用伺服器(application server),將事件訊息以e-mail或手機簡訊服務(Short Message Service, SMS)等方式轉發至預設之聯絡人以進行處理,DDS亦可以同樣方式定期傳送監測報告(regular report)給指定的家人或照護者。遠端的家人、照護者或家庭醫師可利用網路瀏覽器(browser)主動讀取DDS中的健康資訊,瀏覽器自動下載應用伺服器中的Java應用程式(Java applet),提供各項健康資訊的監測數據、趨勢分析、各項參數設定等功能。較複雜的管理需求(如照護者、家庭醫師有同時管理多個居家系統的需求或複雜的資料分析),亦可安裝客製的Visual Basic程式(VB program)進行系統管理。

如果仍有以集中式資料庫儲存、管理健康資料,以提供專業醫療照護服務的需求時,仍可將DDS設定為通訊閘道,主動將量測資料上傳,或由集中式資料庫定期以批次方式下載DDS中所儲存資料。

2. 分散式遠距居家照護系統的資訊架構圖

此創新的系統架構以每一家庭為單位,自行管理遠距居家照護系統,系統提供者僅需維護應用伺服器,以發送手機簡訊或e-mail,及存放Java applet供使用者下載,不需儲存和維護使用者的健康資料。有別於集中式資料庫架構的遠距居家照護系統,分散式遠距居家照護系統有以下幾項優勢:

(1)   從技術面來看,此分散式架構中從產生資料的感測器到儲存資料的DDS之間傳輸路徑短,且都在居家環境中,外界干擾較少,資料傳輸的可靠度較高,即使網際網路連線中斷,DDS仍能持續接收、儲存資料,監測資料的完整性也較有保障。

(2)   分散式的遠距居家照護系統是理想中最小的遠距居家照護系統架構,可以很便利地在居家環境中依使用者需求自行裝設、使用此系統,不需要大規模的基礎建設。在此「產品導向(product oriented)」、個人化的系統架構下,使用者不必然需要向遠距居家健康照護服務機構訂購相關服務,可以完全不需繳交額外月費。

(3)   使用者的健康資訊存放於家庭的DDS中,使用者可選擇自行管理健康資料,不需將資料上傳至居家健康照護服務機構的集中式資料庫,避免與居家健康照護服務機構產生互信的問題。

基於上述優勢,元智大學老人福祉科技研究中心(元智大學老人福祉科技研究中心)即以分散式遠距居家照護系統為發展架構,將系統核心單晶片網路伺服器PIC Server技術及以PIC Server搭配網路晶片所發展出的DDS做為基礎專利,並將DDS申請台灣與美國專利,以確保分散式遠距居家照護系統之核心技術受到保護。元智大學老人福祉科技研究中心亦針對分散式遠距居家照護系統的資訊架構,申請台灣與美國專利,以取得後續多元化應用與專利加值的基礎。表1即為上述基礎專利之列表。

1. 基礎專利之列表

基礎專利 - PIC ServerDistributed Data Server

單晶片監控伺服器 (I234962)

分散式資料伺服器及其運作方法

A Distributed Data Server And An Operating Method Thereof (US)

應用架構 - Distributed Home Telehealth System

可攜式遠距居家監測系統及方法

A Portable Tele-homecare Monitoring System And Method For The Same (US)

3.         分散式遠距居家照護系統之專利佈局策略與專利加值

如前一節所述,元智大學老人福祉科技研究中心首先將分散式遠距居家照護系統中的基本技術申請專利,在此基礎專利上,元智大學老人福祉科技研究中心更針對遠距居家照護產業所應包含的完整面向進行思考,提出一個整體的專利佈局,對此系統架構下的各項應用進行具體技術開發,同時也更加強專利的保護強度與價值。

專利申請應有系統地匯集一些實用的專利,以漸進、連續的方式形成相關技術的專利組合(patent portfolio),根據不同的運用目的、技術發展、產業階段等,思考專利組合的型態以達成佈局之目標。元智大學老人福祉科技研究中心以組合式專利佈局模式為思考方向(如圖3),透過不同的包繞式專利佈局模式作為基礎,將多個包繞式專利佈局模式以相關應用、技術等方式連接,形成如網路般的組合式專利佈局方式,藉以強化技術保護的強度並成為談判有利的籌碼。

3. 組合式專利佈局模式

專利佈局

4為分散式遠距居家照護系統應用架構示意圖。在以PIC ServerDDS為核心平台的分散式遠距居家照護系統架構之下,元智大學老人福祉科技研究中心致力於開發與整合各項感測裝置(sensing devices)、感測器網路(sensor network)、事件判別演算法(event algorithms)和應用軟體程式(application software)。目前已完成睡眠品質評估(sleep quality)、生理訊號監測(vital signs)、環境參數監測(environmental parameters)、活動力參數監測(mobility parameters),及結合遠端臨場技術與人際互動溝通(telepresence interactions)之遠端臨場機器人等五項應用。圖4也可視為元智大學老人福祉科技研究中心在分散式遠距居家照護系統的專利佈局圖,以PIC ServerDDS為基礎專利,取得核心技術的專利權保護後,再以各項感測裝置、感測器網路、事件判別演算法和應用軟體程式作為擴展,連結各項應用後進行專利申請,以完整取得包含整體健康狀態、睡眠品質、與心理慰藉應用的分散式遠距居家照護系統完整專利佈局,並同時完整揭露元智大學老人福祉科技研究中心所提出的遠距居家照護系統方向,供學術界與產業界參考。以下即對專利佈局的策略與內涵進行詳細說明。

4. 分散式遠距居家照護系統應用架構示意圖

(1)       佈局核心

分散式遠距居家照護系統的佈局核心可概分為硬體與軟體兩部分,硬體部分是基礎專利中的「單晶片監控伺服器 (I234962)」與「分散式資料伺服器及其運作方法」兩件專利,其中「單晶片監控伺服器 (I234962)」的專利保護範圍是針對基本功能,如韌體燒錄、通訊功能;「分散式資料伺服器及其運作方法」的專利保護範圍則是以接收感測訊號、運算處理、資料儲存、網路通訊四大功能為主。由於美國專利的取得成本較高,且「分散式資料伺服器及其運作方法」為「單晶片監控伺服器 (I234962)」的進階發展,因此「單晶片監控伺服器 (I234962)」僅申請一件台灣專利,「分散式資料伺服器及其運作方法」則申請台灣與美國專利。

軟體部分,是應用架構的「可攜式遠距居家監測系統及方法」專利,而「可攜式遠距居家監測系統及方法」的專利保護範圍是以開發與整合各項感測裝置、感測器網路、事件判別演算法和應用軟體程式為主。而因為分散式遠距居家照護系統為一創新性架構,所以分別申請台灣和美國專利。同時近期將依系統應用架構規劃新的台灣與美國專利申請案,以加強專利保護範圍。表2為佈局核心之專利列表。

2. 佈局核心之專利列表

硬體

基礎專利 - PIC ServerDistributed Data Server

1.          單晶片監控伺服器 (I234962)

2.          分散式資料伺服器及其運作方法

I.            A Distributed Data Server And An Operating Method Thereof (US)

軟體

應用架構 - Distributed Home Telehealth System

3.          可攜式遠距居家監測系統及方法

II.         A Portable Tele-homecare Monitoring System And Method For The Same (US)

新申請案規劃,將依系統應用架構為主

(2)       睡眠品質評估應用

有睡眠問題的高齡者比例相當高,隨著感測器技術進步及睡眠研究發展,許多學者致力研究如何讓睡眠監測不再是侷限於醫療院所或睡眠實驗室的醫療服務,而是可以在居家環境中進行的日常保健行為。「鼾聲感測裝置 (M268002)」的專利保護範圍是鼾聲感測器;「多重生理監測墊、多重生理監測系統及生理辨識流程方法 (領證中)」的專利保護範圍則是以睡眠品質評估系統架構為主;「睡眠品質監測系統及生理訊號監測流程方法」的專利保護範圍則是以睡眠品質評估演算法為主。

由於此類技術目前仍少見於遠距居家照護系統中,因此目前除申請台灣專利三件外,亦將「睡眠品質監測系統及生理訊號監測流程方法」進行美國專利申請。表3為睡眠品質評估應用之專利列表。

3. 睡眠品質評估應用之專利列表

Sleep Quality

4.          鼾聲感測裝置 (M268002)

5.          多重生理監測墊、多重生理監測系統及生理辨識流程方法 (領證中)

6.          睡眠品質監測系統及生理訊號監測流程方法

III.       A Sleeping Quality Monitor System And A Method For Monitoring A Physiological Signal (US)

(3)       生理訊號監測應用

生理訊號監測為遠距居家照護中,最基本與最為人所接受的項目,利用DDS整合各項生理訊號感測裝置,如血壓、血糖、與體重等,達成對慢性病患或高齡者長期健康資訊監測。「可攜式遠距居家生理訊號監測系統(I287976)」與「可攜式遠距居家生理訊號監測系統(I286714)」的專利保護範圍皆是以包含GSM模組以傳送緊急訊號的生理訊號監測系統架構,但不同之處是其所連接的生理訊號感測器。

由於此類技術為遠距居家照護系統中,最早發展也最普及之應用技術之一,因此目前僅申請台灣專利二件,並皆已獲准。目前將針對使用者介面與資料處理流程規劃新的台灣專利申請案,以進一步取得較完整的專利保護。表4為生理訊號監測應用之專利列表。

4. 生理訊號監測應用之專利列表

Vital Sign

7.          可攜式遠距居家生理訊號監測系統 (I287976)

8.          可攜式遠距居家生理訊號監測系統 (I286714)

新申請案規劃,將針對使用者介面、資料處理流程為主

(4)       環境參數監測應用

利用DDS整合環境感測裝置(如溫濕度感測器)或居家環境安全、保全裝置(如防火、防盜感測裝置),便可成為分散式環境參數監測系統,這也是最典型的基本應用。「可攜式環境監測系統及其方法」的專利保護範圍是整合多種環境感測器的環境參數監測系統架構。

由於此類技術為遠距居家照護系統中,最早發展也最普及之應用技術之一,因此目前僅申請台灣專利一件,但仍在審核中。表5為環境參數監測應用之專利列表。

5. 環境參數監測應用之專利列表

Environment Parameters

9.          可攜式環境監測系統及其方法

(5)       活動力參數監測應用

居家環境的活動監測資料,可作為分析高齡者健康狀態及生活品質之量化評估指標,其監測項目包括日常生活活動(Activity of Daily Living, ADL)監測、身體活動與跌倒偵測,及結合無線射頻識別(Radio Frequency Identification, RFID)之開放式門禁系統等。「以RFID為基礎之可攜式遠距居家照護監測系統及其操作方法(I290699)」的專利保護範圍是整合RFIDDDS的遠距居家照護監測系統;「可攜式行為監測系統及其方法(I296786)」的專利保護範圍是以事件(跌倒、身體姿態等)判別演算法為主體;「遠距居家行為模式監測系統及其監測方法」的專利保護範圍則是以行為模式判別演算法為主。

由於此類技術目前仍處於技術發展中,因此對個別的細部應用進行三件的台灣專利申請,並已獲得台灣專利二件。目前將以整合事件判別演算法與行為模式判別演算法為主要方向,規劃新的台灣專利申請案以取得更為完整的專利保護。表6為活動力參數監測應用之專利列表。

6. 活動力參數監測應用之專利列表

Mobility Parameters

10.      RFID為基礎之可攜式遠距居家照護監測系統及其操作方法 (I290699)

11.      可攜式行為監測系統及其方法 (I296786)

12.      遠距居家行為模式監測系統及其監測方法

新申請案規劃,將整合事件判別演算法與行為模式判別演算法

(6)       遠端臨場機器人應用

高齡者最大的風險不全然是健康問題,孤立(isolation)也是重要問題,高齡者需要能經常和朋友、親人、照護者聯繫溝通,遠端臨場機器人結合遠端臨場與“mobile DDS”兩大技術,開發可用於與高齡者互動溝通之遠端臨場機器人TRIC。「遠距工作車(I262873)」的專利保護範圍是以遠端臨場與DDS結合的系統架構為主;「行動式遠端監控系統及其方法」的專利保護範圍則是遠端臨場機器人的系統架構;「遠端臨場機器人」的專利保護範圍則以建構於遠端臨場機器人系統架構上的互動模組為主體。

由於遠端臨場機器人目前仍少見於遠距居家照護系統中,因此目前申請台灣專利三件,並獲得台灣專利一件。同時近期亦規劃新的台灣與美國專利申請案,其中台灣的專利申請案將以台灣「遠端臨場機器人」的專利申請案為主,強調其互動與人機介面;美國的專利申請案則強調「遠端臨場機器人」的遠端臨場機器人系統架構,以加強專利保護範圍。表7為遠端臨場機器人應用之專利列表。

7. 遠端臨場機器人應用之專利列表

Telepresence Interactions

13.      遠距工作車 (I262873)

14.      行動式遠端監控系統及其方法

15.      遠端臨場機器人

新申請案規劃,專利申請案將以互動模式(台灣)與系統架構(美國)為主

由於元智大學老人福祉科技研究中心的專利佈局模式是採用組合式專利佈局模式,且各應用皆是基於分散式遠距居家照護系統,所以各應用皆可進行獨立發展、技術授權等,同時整體的專利佈局模式是以完整的遠距居家照護產業進行思考,使得業界皆能依其定位、發展方向與元智大學老人福祉科技研究中心進行不同層次的專利讓與、專利授權等,而產生實質的價值與效益。所以元智大學老人福祉科技研究中心的專利佈局模式是著眼於完整的遠距居家照護產業,以產生一個靈活的專利運用策略,以創造出更高價值的模式。

除上述的專利佈局模式外,元智大學老人福祉科技研究中心也將積極地以各發展應用層次,做為下一階段專利佈局的思考重點,同時將以延續案的專利申請手段,形成更進一步的專利組合,希望除揭露完整的分散式遠距居家照護系統外,能更完整地擴展專利保護範圍與提高專利價值。

其他專利加值方式

元智大學老人福祉科技研究中心除提出分散式遠距居家照護系統並積極進行專利佈局外,在申請各項專利時,也考量到藉由專利申請,展現中心在遠距居家照護領域之研發實力。因此在專利申請中,便考量能夠以“遠距”、“照護”、或“居家”等關鍵字,檢索出中心的大部分專利,以提高中心技術發展的能見度,進而增加與其他單位的合作機會。

同樣的,元智大學老人福祉科技研究中心也以遠距居家照護相關訊息、技術文件等資訊為主題,建置元智大學老人福祉科技研究中心網站,持續地將中心發展情形、產業動態等提供外界參考。使研發能力的展現不僅止於專利的部分,也可經由一般的網路檢索,得知元智大學老人福祉科技研究中心的技術發展情形,也為中心專利技術提供更多加值機會。

作為一個大學的研究機構,元智大學老人福祉科技研究中心除不斷在國內外期刊發表研究論文外,也將近年來在遠距居家照護領域的研究成果,撰寫成為「老人福祉科技與遠距居家照護」一書(如圖5,滄海書局出版),其目的除善盡大學社會責任,將此領域知識推廣之外,也期望對於中心研究成果建立學術的權威性,從而提升產業界對本中心專利技術的信賴感,而產生更多加值。

5. 「老人福祉科技與遠距居家照護」一書,滄海書局出版