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作者:徐業良、陳意欣(2009-12-10);推薦:徐業良(2010-12-31)
附註:本文為2009年國科會計畫申請書。

Connecting Homes – 擁有多模態互動機制之沈浸式高齡者遠距居家照護系統開發

十一、研究計畫中英文摘要:請就本計畫要點作一概述,並依本計畫性質自訂關鍵詞

(一)      計畫中文摘要(五百字以內)

高齡化社會現象在全世界都是越來越嚴重的問題。由於現代社會生活與工作型態的變遷,高齡者子女往往無法常伴左右,高齡者獨居的比例越來越高(單獨居住或高齡夫妻同住)。高齡者最大的風險不全然是健康問題,而是孤立(isolation),高齡者需要能經常和朋友、親人、照護者聯繫溝通,高齡者的通訊需求也一直是「老人福祉科技(gerontechnology)」重要的研究議題。

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,「遠距醫療及照護」也是此次網路通訊國家型科技計畫在應用與服務領域規劃的重點之一。然而如前所述,大部分遠距居家照護系統的研發著重在建立居家環境與醫療照護服務機構的聯繫,提供服務內容也以醫療照護為主。在此特性之下,遠距居家照護系統資訊傳輸以生理訊號為主,且欠缺多模態、即時互動、協同作業的工具。

本子計畫目的即是在結合現有的遠距居家照護系統,與其他子計畫開發之應用於遠距協同作業之多模態人機智慧型互動關鍵技術,做沈浸式(immersive)高齡者遠距居家照護系統開發。本子計畫的思考主軸為“Connecting Homes”,遠距視訊會議系統已能提供遠距兩地聲音與影像的溝通,本計畫開發之沈浸式高齡者遠距居家照護系統,除了原有醫療照護服務的功能之外,更期望藉由多元而直覺的多模態人機即時互動機制的開發,能夠複製人們三度空間真實面對面接觸的經驗,兩端的人有同處同一空間的真實感,將兩端的家連結起來,讓高齡者感受到遠方的子女、照護者彷彿就住在一起,提供安全感與真實、即時的關懷。

關鍵詞:遠距居家照護,遠距協同作業,沈浸式會議系統

十一、研究計畫中英文摘要:請就本計畫要點作一概述,並依本計畫性質自訂關鍵詞

(二)      計畫英文摘要(五百字以內)

Many developed countries are facing the problems associated with an increasing elderly population. The need of healthcare for the elderly, both physiologically and psychologically, is an urgent issue. In particular, many elderly people desire to stay in their own private residences for as long as possible, and thus methods are needed to allow them to do so safely and at a reasonable cost. For this reason, “home telehealth system” has received a lot of attention in recent years.

Most home telehealth systems focus on the transmission of physiological signals and health monitoring. However, aging is associated with an increased risk for isolation. Social interaction can delay the deterioration and associated health problems of elderly people. This project proposes the development of an immersive home telehealth system for the elderly, which combines multimodal interactive teleconferencing systems with current home telehealth systems. The main aim is to allow elderly populations to remain in their home environments, while loved ones and caregivers are able to maintain a higher level of communication and monitoring than via traditional methods. The ultimate goal is to “connect homes”, to let the elderly people feel like their children and caregivers are living together with them.

Keywords: home telehealth system, tele-collaboration; immersive conference.

十二、研究計畫內容:

(一)      近五年之研究計畫內容與主要研究成果說明

本子計畫「Connecting Homes – 擁有多模態互動機制之沈浸式高齡者遠距居家照護系統開發」,由元智大學機械系徐業良教授主持,共同主持人為元智大學工管系孫天龍教授。徐教授的專長在老人福祉科技與遠距居家照護,孫教授的專長則在3D互動數位內容與虛擬實境,此兩項專長的結合,搭配子計畫一到四電機、通訊相關專長教授的技術發展,應能順利完成此項計畫。徐教授和孫教授近五年之研究計畫內容與主要研究成果說明如下:

子計畫五主持人:元智大學機械系徐業良教授

徐業良教授在元智大學服務已進入第十八年,目前擔任元智大學主任秘書,並獲聘為元智有庠講座教授。徐教授的研究興趣在機械設計,在機械設計領域學術研究、實務設計、乃至設計相關教學與人才培育,都有豐富的經驗與成果。徐教授對於整體產品開發與設計程序中,從上游專利分析、創意設計,到中游最佳化設計、設計方法、設計知識管理,乃至於下游的電腦輔助設計、設計原型製作等各個領域,都有深入之研究,除已發表數十篇學術期刊論文外,並獲有二十項國內外專利,同時著有「機械設計」、「工程最佳化設計」兩本教科書,在產學合作計畫方面也十分活躍。

近幾年徐教授將機械設計方面的研究興趣專注在與人直接互動的產品設計,特別是開始進入「老人福祉科技(gerontechnology)」領域,自2000/10起負責籌備成立元智大學「老人福祉科技研究中心(Gerontechnology Research Center, GRC)」,2003/01中心正式成立。元智大學老人福祉科技研究中心為國內最早投入此研究領域的學術單位之一,中心在「遠距居家照護(home telehealth)」方面的研發成果頗受重視,除組成團隊連續獲得三次三年期國科會整合型計畫之外,徐教授更領導中心團隊協助敏盛醫療體,系整合神通電腦、義隆電子、合世生醫、捷威科技等知名廠商,申請獲得總金額九千萬元的U-Care建置案(本中心執行經費規模為一千萬元),同時並協助遠傳電信為主導企業,結合亞東醫院、東聯化學等企業組成之團隊,申請並執行總金額五百萬元之U-Care規劃案,在2006年經濟部第一批通過之7U-Care計畫案中即佔了2件。2009年並繼續協助敏盛醫療體系執行遠距居家照護經濟部科專計畫,本中心團隊於老人福祉科技及遠距居家照護領域,已擁有豐富之實務經驗和優異之專業能力,並獲得普遍肯定。

徐業良教授著有「老人福祉科技與遠距居家照護」一書(滄海書局20083月初版),是目前在此領域中唯一的一本中文教科書;徐教授領導團隊開發之遠距居家照護系統創新架構,除已廣泛在病患家中實際使用,整體專利佈局亦獲得全國「專利加值創新競賽」亞軍及「2008台北國際發明暨技術交易展」金牌與銅牌獎。在本計畫中,徐業良教授將同時從機械設計、老人福祉科技、遠距居家照護技術等三項專長對本計畫做出貢獻。徐教授擔任元智大學主任秘書已第五年,長期負責全校性的校務規劃、資源分配、校務行政追蹤管考等工作,規劃、執行、溝通、協調經驗豐富,亦有多次帶領研究團隊執行大型研究計畫的經驗,應有足夠能力執行本計畫。

(二)      研究計畫之背景及目的

2.1 高齡化社會現象

隨著生活水準不斷的提升,醫療衛生長足的進步,人類壽命逐漸延長。台灣地區民國四十年時0歲的男性平均餘命是57.4歲,民國九十六年時0歲的男性平均餘命已經到達75.56歲,而現年65歲的男性平均餘命有17.41歲。女性則比男性更長壽,民國四十年時0歲的女性平均餘命是60.3歲,民國九十六年時0歲的女性平均餘命已經到達81.72歲,而現年65歲的女性平均餘命有20.31歲【內政部統計資訊服務網】。根據聯合國分析世界各國人口結構所用的定義,將65歲以上人口占總人口比例在7%以上的國家,稱為「高齡化社會(aging society)」,14%以上稱為「高齡社會(aged society)」,20%以上則進入「超高齡社會(super aging society)」。根據內政部的人口統計資料,我國在199365歲以上人口即已超過7%,正式邁入「高齡化社會」,200865歲以上人口比例為10.43%,總人數超過兩百四十萬人【內政部統計資訊服務網】。

行政院經建會推估2018年我國65歲以上老年人口比例將達14.36%,進入「高齡社會」,到了2026年,台灣更將走入「超高齡社會」,老年人口比例達20.63%。台灣由「高齡化社會」進入「高齡社會」歷時僅25年,與日本相當,但與法國歷時長達115年、美國72年、英國47年相較,時程快了一倍以上。“少子化”也是一個明顯的趨勢,內政部的統計資料自1974年開始有台灣地區完整人口統計數字,0~14歲人口數起初保持在五百七十萬以上,自1983年起逐年遞減,2008年台灣地區0~14歲人口數僅三百九十萬人。

人類社會正處在兩個人類歷史上從未發生過的重大趨勢之中:人口結構快速老化與科技快速發展。老化(aging)經常伴隨著能力、健康的衰退以及經濟和社會資源的喪失,而科技(technology)則有潛力能夠提升人的能力、健康與生活品質,以科技來解決老化問題幾乎是很自然的思考。現代科技中資通訊技術,特別是網路通訊技術發展快速,也對醫療照護的形式帶來很大衝擊和新發展,「遠距醫療(tele-medicine)」、「遠距居家照護(tele-homecare or home tele-health)」等領域近十年來廣泛受到重視。

2.2 遠距居家照護的定義與形式

結合資通訊科技產生的新興醫療照護形式(和專有名詞),常常可能造成混淆。「遠距醫療」一般是指利用資訊通訊科技協助執行臨床的醫療照護,根據美國遠距醫療協會(American Telemedicine Association, ATA, http://www.atmeda.org/)的定義,遠距醫療是

“利用經由電子通訊從一處傳輸至另一處的醫療資訊,來改進病人的健康狀況”,

“Telemedicine is the use of medical information exchanged from one site to another via electronic communications to improve patients’ health status.”

例如病人和遠端的醫師之間利用各種通訊方式傳輸醫療資訊或進行問診,醫師能藉以做出診斷並進行治療。

與「遠距醫療」很接近的專有名詞「遠距健康(telehealth)」則有一個比較廣泛的定義,指的是利用資通訊科技進行遠距健康照護相關的活動,但並不一定是臨床醫療行為,像是透過遠距生理訊號傳輸,以監測使用者的健康狀況,甚至透過遠距教學的方式對醫護人員進行在職進修課程,都是屬於「遠距健康」的應用範疇。在歐洲比較常用的專有名詞“e-Health”,則泛指所有利用電子及通訊技術支援的醫療照護活動(但不一定是“遠距(tele)”的活動),像是使用IC健保卡、電子病歷等。

如果遠距健康照護發生的地點之一是在病人的家中的話,便稱作「遠距居家照護」。早在1998年,加拿大的“Office of Health and Information Highway”便對「遠距居家照護」一詞做了如下定義:

“遠距居家照護可以被定義為,利用資訊通訊科技,使能在病人家中有效地提供並管理健康照護服務。”

“Tele-homecare can be defined as the use of information and communication technologies to enable effective delivery and management of health services at a patient’s residence.” [Office of Health and Information Highway, Canada, 1998]

「遠距居家照護」和「遠距醫療」最大的不同,是遠距居家照護不必然牽涉到醫療行為的執行,因此傳遞或接收健康資訊的人不全然是醫師,還可能包括使用者本身、家人、護理人員、照護者或其他醫療照護專業人員等。而遠距居家照護最重要的目標,就是讓使用者(病人、高齡者)能夠有尊嚴地留在家中居住、生活,維持的時間越久越好,同時也能接受到完整、高品質的健康照護。

「遠距居家照護」可能是近年來以科技輔助高齡者照護最受重視的領域,國內外學術界、產業界紛紛投入研發,也已經有許多商業化的系統出現,如美國的Health Hero Network [http://www.healthhero.com/]、歐洲的Tunstall [http://www.tunstall.co.uk/]Card Guard [http://http://www.cardguard.com/],都有完整的商品和廣大的使用客戶,國內也有許多業者推出類似的服務。

國內外遠距居家照護系統案例,依監測的項目分為個人緊急救援服務、日常生活活動監測以及生理訊號長期監測等三大類。個人緊急救援服務的目的主要是緊急、意外事件的立即通報與救援,而日常生活活動監測及生理訊號長期監測系統的目的主要在於「長期健康監測(long term wellness monitoring)」,建立長期的健康狀況資料。

2-1是一個典型的遠距居家照護系統架構示意圖,高齡者(或其他使用者)在家中量測血壓、血糖、體重、心電圖、乃至於日常生活活動(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。家人或照護者隨時可在網路上看到這些資料,瞭解高齡者的健康狀態,如察覺所監測之生理訊號有異常,或者接獲高齡者傳來的緊急求助訊號,居家健康照護服務機構會對家人或照護者發出警訊,並可轉介使用者至醫療單位做進一步診治。高齡者就診時,醫療單位也可查閱健康資料管理中心的長期監測資料作為診斷參考。

2-1. 典型的遠距居家照護系統架構示意圖

這些國內外遠距居家照護系統案例以主導產業分類,可概分為由醫療院所主導(如亞東醫院、振興醫院)、由電信公司主導(如中華電信)以及由保全公司主導(如中興保全),最普遍的還是以所謂「居家健康照護服務機構」或醫療器材廠商為主導產業,如LifelineTunstallHealth HeroFujitsuMediComapssCard Guard、亞太、真茂,都可被歸類為遠距居家照護服務提供者。從不同產業出發提供遠距居家照護服務,為了結合本身既有的資源與架構,所強調的主題、經營的模式以及資訊與通訊架構也有所差異,如醫療院所多以疾病照護為主題,充分結合本身的醫療資源;電信公司則強調通信平台(特別是行動電話)的應用,並且可以配合電信公司既有的收費系統收費;保全公司可結合既有的通報中心、保全員之架構;單純由居家健康照護服務機構或醫療器材廠商推動的遠距居家照護系統,除了個人健康照護記錄(PHR)的經營模式,強調自我健康管理的概念之外,大多還是結合醫療機構、照護單位、政府機構、社會福利機構等,希望提供更為完整的照護服務。

遠距居家照護系統使用的設備,不外是家中的主機與周邊配合的感測器。家中的主機主要的功能,是作為傳輸資料至居家健康照護服務機構的集中式中央伺服器的通訊閘道(gateway),大多由居家健康照護服務機構或醫療器材廠商自行開發,或利用個人電腦、PDA、行動電話作為資料傳輸的通訊閘道。周邊感測器方面,目前一般市售血壓計、血糖計等,多已內建資料儲存及傳輸的功能,因此遠距居家照護系統也大多能夠搭配市售產品使用,但感測器有特殊用途(如ADL感測器)、特殊功能(如無線傳輸)或必須搭配特定主機時,則還是由居家健康照護服務機構或醫療器材廠商自行開發。

遠距居家照護系統將量測資訊上傳至中央資料庫所使用的資訊傳輸管道,從最簡單的「公共交換電信網路(Public Switched Telephone Network, PSTN)」(就是家中電話線)外,有線、無線寬頻網路與行動電話網路亦提供不同服務資訊傳輸介面,增加遠距居家照護應用於不同環境上的可能性。資訊傳輸管道的選擇,和遠距居家照護系統的應用情境(如使用處所、使用對象、硬體及服務收費,以及傳輸資料性質、頻率、傳輸量等)有關。例如前述PERS個人緊急救援系統服務主要以觸發緊急訊號傳輸為主,並提供居家使用者與服務人員進行對話,資料傳輸頻率低、資料量少,因此透過PSTN於環境的普及率與可靠度優勢,可以迅速建立此類服務。相對於PSTN系統架構,寬頻網路服務架構提供了大量的資料傳輸管道,擴展了遠距居家照護可以收集的資料範圍,並開創更多可能的遠距照護服務。但是寬頻網路於居家端的環境架設成本較高,一般家庭若同時負擔寬頻網路費用與遠距居家照護服務支出是不小的經濟負擔,可能造成遠距居家照護系統於市場上推廣的障礙。

為達到「無所不在(ubiquitous)」的遠距居家照護環境,利用隨身行動電話作為查詢健康資料和傳送緊急訊息的平台,將是遠距居家照護系統未來發展的重點,相關廠商亦積極發展利用行動數據網路(包括GPRS3G3.5G,乃至未來的WiMax)提供照護服務。然而先進的通訊技術似乎並不是系統成功最重要的因素,例如Lifeline採用的通訊技術簡單、可靠、普及度高,反而成為優勢。

2.3 本計畫目的

由於現代社會生活與工作型態的變遷,高齡者子女往往無法常伴左右,高齡者獨居的比例越來越高(單獨居住或高齡夫妻同住)。高齡者最大的風險不全然是健康問題,而是孤立(isolation),高齡者需要能經常和朋友、親人、照護者聯繫溝通[Coughlin, 1999]。高齡者的通訊需求也一直是「老人福祉科技(gerontechnology)」重要的研究議題,「國際老人福祉科技學會(International Society of Gerontechnology, ISG)[http://www.gerontechnology.org/]2001年起定期出版學術期刊“Gerontechnology”,期刊中訂定的學術論文範疇便包括高齡者的健康(health)、住家(housing)、行動力(mobility)、通訊(communication)、休閒(leisure)和工作(work)等六個項目。

通訊(telecommunication)的概念正逐漸由傳統的電話(telephony)進展到遠距協同作業(tele-collaboration),再進展到沈浸式協同作業(immersive collaboration);沈浸式協同作業指的是提供使用者一個接近真實的協同作業環境,而要提供接近真實的環境,則需要多種智慧型運算的支援。

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,「遠距醫療及照護」也是此次網路通訊國家型科技計畫在應用與服務領域規劃的重點之一。然而如前所述,大部分遠距居家照護系統的研發著重在建立居家環境與醫療照護服務機構的聯繫,提供服務內容也以醫療照護為主。在此特性之下,遠距居家照護系統資訊傳輸以生理訊號為主,且欠缺多模態、即時互動、協同作業的工具。

本子計畫目的即是在結合現有的遠距居家照護系統,與其他子計畫開發之應用於遠距協同作業之多模態人機智慧型互動關鍵技術,做沈浸式(immersive)高齡者遠距居家照護系統開發。本子計畫的思考主軸為“Connecting Homes”,遠距視訊會議系統已能提供遠距兩地聲音與影像的溝通(如圖2-2),本計畫開發之沈浸式高齡者遠距居家照護系統,除了原有醫療照護服務的功能之外,更期望藉由多元而直覺的多模態人機即時互動機制的開發,能夠複製人們三度空間真實面對面接觸的經驗,兩端的人有同處同一空間的真實感,將兩端的家連結起來(如圖2-3),讓高齡者感受到遠方的子女、照護者彷彿就住在一起,提供安全感與真實、即時的關懷。

2-2. 遠距視訊會議系統提供遠距兩地聲音與影像的溝通

2-3. 藉由多元而直覺互動,將高齡者與子女或照護者的家連結在一起

本計畫為整合型計畫「應用於遠距協同作業之多模態人機智慧型互動關鍵技術研究」之子計畫五,圖2-4描述本子計畫與其他子計畫之關連性。總計畫以遠距視訊會議系統(teleconferencing system)為技術開發平台,子計畫一至三進行遠距協同作業人機介面多模態互動關鍵技術之開發,子計畫四重點則在網路傳輸品質的研究。本子計畫則為總計畫的研究成果在遠距居家照護領域建立應用平台,結合既有以醫療照護為主的遠距居家照護系統,開發擁有多模態互動機制之沈浸式高齡者遠距居家照護系統。

2-4. 本子計畫與其他子計畫之關連性

2.4 有關本計畫之研究情況

隨著資訊通訊技術快速發展,1990年代起許多研究就開始嘗試藉由更自然、直覺、多元互動的遠距視訊系統,來進行遠距協同作業,讓位處不同地點的參與者能夠共同享有同一虛擬空間。一般通訊方式雖然能夠達成影像與聲音的傳輸,但仍欠缺三度空間真實面對面接觸的臨場感。「遠端臨場」技術是結合虛擬實境、人機介面、通訊技術與機械人的新興研究領域,遠端臨場(telepresence)由字面上解釋,是“Tele”(電傳、遠傳)加上“Presence”(臨場、存在)的意義組合。麻省理工學院Sheridan教授[1992a, 1992b]定義遠端臨場技術為,將遠端真實的環境資訊傳回給近端的使用者,讓近端使用者有身處遠端環境的臨場感,而使用者也藉由遠端臨場技術接觸到遠端真實的人、事、物,產生互動關係。

2-5是遠端臨場技術在互動溝通應用上的概念架構。如圖所示,近端的使用者透過遠端臨場技術將自己投射在遠端代理人(影像或機器人),遠端的參與者則同時擔任觀察者和對話者的角色,藉由觀察代理人的行為認同其為使用者的“替身”,而與其產生互動、對話。使用者也透過遠端臨場技術將遠端環境感官訊息回饋回來,讓自己產生沈浸在遠端環境的感覺,使用者、參與者都能感受到與對方彷彿在同一環境互動、對話。

2-5. 遠端臨場機器人在互動溝通應用上的概念架構

早在1998MITMedia Lab便提出了與沈浸式會議(immersive conference)系統結合的未來辦公室概念[Raskar et. al., 1998],如圖2-6的概念圖所示,辦公室隔屏即是沈浸式會議系統的投射幕,會議進行時並可3D物件與環境融入結合,達到遠距協同工作的目的。如圖2-7所示,南加大電腦系的研究團隊已能將此沈浸式會議的概念具體實現[Mcleod et. al., 1999]

2-6. 未來辦公室概念圖[Raskar et. al., 1998]

2-7. 沈浸式會議具體實現[Mcleod et. al., 1999]

隨著相關技術的成熟,近年來已有許多商用產品陸續出現,最有代表性的是由2005年於美國加州成立的“Digital Video Enterprises (DVE)”公司所開發之telepresence系列產品[http://www.dvetelepresence.com/]。此系列產品最主要功能是提供一沈浸式遠距會議與協同工作(immersive conferencing and collaboration)平台,如圖2-8所示為基本的桌上型個人沈浸式視訊會議系統DVE Eye Contact Silhouette。一般桌上型視訊會議系統在進行遠距對話時,因為攝影機放置位置的關係,使得兩端的對話者無法有自然、直接的視線接觸(eye contact)DVE Eye Contact Silhouette主要的技術突破,是以裝置於螢幕後方內嵌式光學攝影機(如圖2-8右圖)解決了這個視線接觸的問題。

 

2-8. DVE Eye Contact Silhouette[http://www.dvetelepresence.com/]

2-9則是DVE公司2009年最新推出的“Tele-immersion room”,在完整的遠距沈浸式會議系統功能外,更結合了“3D projector”3D物件與環境融入結合,並透過分享機制讓遠端雙方可以同時操控、溝通,達到遠距協同合作的目的。

2-9. DVE Tele-immersion room [http://www.dvetelepresence.com/]

儘管遠距視訊會議技術相關研究十分豐富,研究文獻中應用遠距視訊會議系統或技術在高齡者遠距居家照護系統的研究相當少。日本會津大學的Zhang等學者[2005, 2008]嘗試利用行動通訊網路建立遠距居家照護系統的視訊會議系統,但其主要目的是希望能適用於移動環境,與本計畫建立沈浸式高齡者遠距居家照護系統的目的並不相同。遠端臨場和虛擬實境等沈浸式技術在健康照護領域的應用則以醫療用途居多,如遠距手術等。

(三)      研究方法、進行步驟及執行進度

本計畫規劃以三年進行,第一年工作著重在基礎技術的建立及使用者需求與應用情境的探討,第二年工作則著重在與其他子系統開發關鍵技術之整合建立系統原型,第三年最終目標是完成擁有多模態互動機制之沈浸式高齡者遠距居家照護系統的開發與評估。各年度的研究方法、進行步驟及執行進度分述如下:

第一年:基礎技術的建立及使用者需求與應用情境的探討

如前所述,沈浸式遠距視訊會議系統相關技術已十分成熟,並有商業化產品可直接應用,但相關技術在高齡遠距居家照護方面的應用研究還不多見。如圖3-1所示,本子計畫第一年將嘗試結合桌上型個人沈浸式視訊會議系統(如圖2-8中的DVE Eye Contact Silhouette)與現有的遠距居家照護系統,建立一套桌上型個人沈浸式高齡者遠距居家照護系統原型機台。除技術整合層面的探討之外,原型機台建立後更將作目標使用者(高齡者及其子女、照護者)實際使用評估,探討沈浸式視訊會議系統技術在高齡者遠距居家照護上的使用需求和最佳的應用情境,包括所需的多元互動模式、網路傳輸品質需求評估、創新服務項目評估等等,同時回饋給子計畫一至四做關鍵技術開發之參考。

3-1. 本子計畫第一年將結合桌上型個人沈浸式視訊會議系統與遠距居家照護系統

本年度將完成的工作項目包括以下三項:

1-a.   整合桌上型個人沈浸式視訊會議系統與遠距居家照護系統

元智大學老人福祉科技研究中心提出了一個遠距居家照護系統的創新架構[Hsu et al., 2007],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。

3-2為分散式遠距居家照護系統的資訊架構圖。有別於圖2-1典型的遠距居家照護系統架構,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),亦可以集中式資料庫方式管理。

此創新的遠距居家照護系統架構以每一家庭為核心(而非以醫療照護單位為核心),設定的使用情境主要也是高齡者與其子女、照護者之間健康資訊上的互動溝通,與本子計畫“Connecting Homes”的思考主軸完全相符。分散式遠距居家照護系統已在40個病人家中進行時間長達一年以上的實際使用評估,已經非常穩定、成熟。

3-2. 分散式遠距居家照護系統的資訊架構圖

本子計畫第一年工作將嘗試結合DVE Eye Contact Silhouette桌上型個人沈浸式視訊會議系統與元智大學老人福祉科技研究中心既有之分散式遠距居家照護系統,建立一套桌上型個人沈浸式高齡者遠距居家照護系統原型機台。初步評估兩套系統在硬體和通訊平台上都完全沒有相容性的問題,整合的技術層面應該沒有太大的複雜度。

具體查核項目(1-a)完成一套桌上型個人沈浸式高齡者遠距居家照護系統原型機台

1-b.   沈浸式高齡者遠距居家照護系統最佳應用情境研擬

傳統遠距居家照護系統以健康照護為核心服務內容,結合了沈浸式視訊會議功能之後,遠距居家照護系統增加應用情境也增加了許多可能性,如遠距家電控制、遠距即時互動遊戲等。

桌上型個人沈浸式高齡者遠距居家照護系統原型機台建立的同時,也將進行此系統最佳應用情境的研擬,除了計畫主持人在遠距居家照護領域有非常豐富經驗之外,亦將以焦點座談方式訪談高齡者照護產業或第一線工作者,進一步探索創新應用服務的可能性。在完成桌上型個人沈浸式高齡者遠距居家照護系統原型機台建立後,將邀請目標使用者者(高齡者及其子女、照護者)做實際使用評估,透過觀察和訪談瞭解其接受度、使用上的困難、及潛在需求。綜合這些訪談與評估資料,完成沈浸式高齡者遠距居家照護系統最佳應用情境的研擬。

具體查核項目(1-b)完成沈浸式高齡者遠距居家照護系統最佳應用情境研擬

1-c.   沈浸式高齡者遠距居家照護系統技術開發及創新應用服務需求規劃

比對(1-b)沈浸式高齡者遠距居家照護系統最佳應用情境與(1-a)桌上型個人沈浸式高齡者遠距居家照護系統原型機台既有功能,本子計畫將繼續整理出未來仍待持續開發之技術需求,包括所需的多元互動模式(如虛擬觸控、指尖筆勢辨識、多重螢幕互動機制等)、網路傳輸服務品質管理(Quality of service, QoS)技術等,回饋給子計畫一至四做關鍵技術開發之參考。除技術需求之外,從高齡者居家照護觀點,本子計畫也將整理(1-b)沈浸式高齡者遠距居家照護系統最佳應用情境中,目前以醫療照護為核心服務內容的傳統遠距居家照護系統尚未提供的創新應用服務規劃,作為本子計畫第二、三年計畫執行依據。

具體查核項目(1-c)完成技術開發及創新應用服務需求規劃

第二年:整合其他子計畫開發之關鍵技術建立“Tele-immersion room”模式系統原型

在第一年基礎技術建立、應用情境與需求確立之後,第二年則將開始以如圖2-9“Tele-immersion room”的模式,自行建立屛幕型沈浸式高齡者遠距居家照護系統。“Tele-immersion room”模式的基礎技術之外,如圖3-2所示,第二年計畫執行過程中本子計畫將嘗試整合、測試子計畫一到四開發之各項多模態人機互動介面和提升網路傳輸品質之關鍵技術,與各子計畫形成回饋、修正循環,同時考量居家使用者與使用環境的限制,以及系統裝設、成本等等問題,確立本子計畫最終成果沈浸式高齡者遠距居家照護系統之具體工程規格。本年度將完成的工作項目包括以下兩項:

2-a.   建立屛幕型沈浸式高齡者遠距居家照護原型系統

工作項目(1-a)中桌上型個人沈浸式高齡者遠距居家照護系統原型機台的建立,主要目的在建立基礎技術並探索最佳應用情境及技術需求,要達到本子計畫“Connecting Homes”的效果,本子計畫第二年將以“Tele-immersion room”的模式開始建立屛幕型沈浸式高齡者遠距居家照護系統。

“Tele-immersion room”雖然已有商業化系統,但本子計畫仍規劃在元智大學老人福祉科技研究中心兩間分離的展示室自行建立一套屛幕型視訊會議系統,以深入掌握相關基本技術,特別是攝影機位置的校調,以在系統兩端發生互動及對話時,兩端的參與者有自然的眼神接觸及合理的影像比例,產生兩端的人有同處同一空間的真實感。

3-3. 本子計畫第二年將建立“Tele-immersion room”模式系統,並整合、測試子計畫一到四開發之各項關鍵技術

這項工作項目另外一個技術重點,是如何將傳統以生理訊號監測為主的傳統遠距居家照護系統各項功能,整合在這套屛幕型視訊會議系統上。如圖3-4是元智大學老人福祉科技研究中心開發之高血壓、糖尿病患遠距居家照護系統之遠端網路介面,主要功能包括以下六項:

(1)   用戶名稱登入與權限管理:設定不同使用者登入權限,系統將依據使用者的類別,開放對應的管理功能,避免因為不熟悉的使用而造成誤設系統事件等管理上問題。

(2)   個人資料管理:登入DDS的使用者可以瞭解DDS對應的用戶基本資料,初步瞭解用戶的基本狀況,並可下載DDS內的儲存資料於操作的電腦環境中。

(3)   健康資料分析與圖形顯示:幫助使用者快速且清楚地取得用戶的健康狀況,給予適當的照護服務。

(4)   互動溝通訊息:與家人、醫療人員的互動溝通,獲得健康資訊的協助,同時增加親屬或醫病之間的關係,提高系統使用的順從度。

(5)   警示事件設定:設定警示條件,協助照護者即時瞭解使用者的量測狀況,適時的提供照護協助。

(6)   衛教資訊提供:提供使用者即刻的衛生教育資訊,讓使用者隨時可以取得標準的健康資訊以及掌握即時的健康新聞。

這一系列的生理訊號與健康資訊的顯示、輸入、與操作,都必須能夠整合在屛幕型視訊會議系統,成為一套屛幕型沈浸式高齡者遠距居家照護系統。

3-4. 高血壓、糖尿病患遠距居家照護系統之遠端網路介面

具體查核項目(2-a)建立完成屛幕型沈浸式高齡者遠距居家照護原型系統

2-b.   整合、測試各子計畫開發之關鍵技術

要達到“Connecting Homes”的真實感,除了工作項目(2-a)建立的影音互動之外,整合子計畫一到四開發之各項多模態人機互動介面技術,建立更多元、自然的互動方式,更是十分關鍵。初步構思可能的人機互動介面敘述如下:

Ÿ 指尖筆勢辨識技術的整合,兩端使用者可以最自然的手勢進行遠端物件指引或家電控制等;

Ÿ 以虛擬觸控方式,進行工作項目(2-a)中生理訊號與健康資訊的顯示、輸入、與操作;

Ÿ 多重螢幕互動機制則提供了更方便、更直覺的遠端資料傳輸方式,可用於即時互動遊戲的設計。

在此工作項目中,本子計畫將與其他各子計畫密切互動,形成回饋、修正循環,除關鍵技術功能測試之外,更同時考量居家使用者與使用環境的限制,以及系統裝設、成本等等問題,選擇適合之關鍵技術,融入本子計畫之屛幕型原型系統,最後並能確立本子計畫最終成果沈浸式高齡者遠距居家照護系統之具體工程規格。

具體查核項目(2-b)確立本子計畫最終成果沈浸式高齡者遠距居家照護系統之具體工程規格

第三年:擁有多模態互動機制沈浸式高齡者遠距居家照護系統的開發與評估

本計畫第三年最終目標,是依據第二年確立的工程規格,完成擁有多模態互動機制之沈浸式高齡者遠距居家照護系統的開發,包括完成軟硬體開發及所對應創新服務之內容建置。如圖3-4所示,系統開發完成後並將裝置於實際居家環境,以目標使用者(高齡者及其子女或照護者)在實際應用情境下進行評估,包括功能評估、使用性評估、成本評估、與高齡者遠距居家照護應用成效評估,除回饋修正系統設計外,並進一步評估商品化可能性並進行相關準備。

3-4. 本子計畫第三年將完成開發,並在實際應用情境下進行評估

本年度將完成的工作項目包括以下兩項:

3-a.   系統軟硬體開發及創新服務之內容建置

工作項目(2-b)中確立系統之具體工程規格後,本子計畫第三年前半將持續工作項目(2-b),完成擁有多模態互動機制之沈浸式高齡者遠距居家照護系統的開發,包括完成軟硬體開發及所對應創新服務之內容建置。

具體查核項目(3-a)完成多模態互動機制之沈浸式高齡者遠距居家照護系統

3-b.   在實際應用情境下進行系統評估

本子計畫第三年最重要的工作,是在系統在實際應用情境下進行三個月以上的系統評估。評估項目如下:

(1)   居家環境下系統設置及功能評估:開發完成後的系統將裝置於實際居家環境,評估在居家環境裝置的可行性與所需成本,以及系統功能及可靠度是否受到居家硬體及網路環境影響;

(2)   使用性(usability)評估:本子計畫將以目標使用者(高齡者及其子女或照護者)在實際應用情境下進行使用性評估,包括系統操作的方便性、互動的流暢性,以瞭解使用者整體接受度;

(3)   高齡者遠距居家照護應用成效評估:本計畫開發之沈浸式高齡者遠距居家照護系統的主要目的,是在原有醫療照護服務的功能之外,讓高齡者感受到遠方的子女、照護者彷彿就住在一起,提供安全感與真實、即時的關懷。本工作項目也將具體評估高齡者遠距居家照護應用上,這項心理慰藉的成效。

除系統評估、回饋修正系統設計外,第三年工作並將進一步評估商品化可能性,進行專利申請、合作廠商洽談等相關準備。

具體查核項目(3-b)完成實際應用情境下之系統評估與商品化準備

(四)      預期完成之工作項目及成果

本子計畫三年中預期完成之工作項目與具體查核點之內容與編號,完整整理如表4-1

4-1. 預期完成之工作項目與具體查核點之內容與編號

編號

工作項目

具體查核項目

第一年:基礎技術的建立及使用者需求與應用情境的探討

1-a

整合桌上型個人沈浸式視訊會議系統與遠距居家照護系統

完成一套桌上型個人沈浸式高齡者遠距居家照護系統原型機台

1-b

沈浸式高齡者遠距居家照護系統最佳應用情境研擬養護中心實地進行使用者測試與設計修正

完成沈浸式高齡者遠距居家照護系統最佳應用情境研擬

1-c

沈浸式高齡者遠距居家照護系統技術開發及創新應用服務需求規劃

完成技術開發及創新應用服務需求規劃

第二年:整合其他子計畫開發之關鍵技術建立“Tele-immersion room”模式系統原型

2-a

建立屛幕型沈浸式高齡者遠距居家照護原型系統

建立完成屛幕型沈浸式高齡者遠距居家照護原型系統

2-b

整合、測試各子計畫開發之關鍵技術

確立本子計畫最終成果沈浸式高齡者遠距居家照護系統之具體工程規格

第三年:擁有多模態互動機制沈浸式高齡者遠距居家照護系統的開發與評估

3-a

系統軟硬體開發及創新服務之內容建置

完成多模態互動機制之沈浸式高齡者遠距居家照護系統

3-b

在實際應用情境下進行系統評估

完成實際應用情境下之系統評估與商品化準備

本子計畫擁有多模態互動機制沈浸式高齡者遠距居家照護系統以產品設計程序作開發,以實際在高齡者照護產業應用、商品化為主要目標之一,亦應能對國內生活科技產業與整體科技發展有所貢獻。本計畫結合通訊、機械、工管等科系不同專長教授,各領域研究生投入參與,能夠密切互動、溝通,對跨學門、領域之人才培育應能有所貢獻。本子計畫研究成果同時具備學術性及實用性,預期每年至少投出2篇國際期刊論文,並提出一項發明專利申請。

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