可穿戴裝置發展加速　醫療保健步入物聯網時代

透過基於微控制器(MCU)、應用處理器，以及與雲端和其他網路連接的可攜式醫療裝置，物聯網使人們能夠輕鬆、準確、連續地採集和共用患者健康資訊，降低併發症風險。這些互連裝置可自動追蹤生命跡象與患者的活動，檢測可能發生潛在問題的變化，並向照護人員示警，確保醫護人員及時回應，避免問題惡化。

慢性病/老化問題輕忽不得

慢性病患者依靠準確的治療管控，必須全天候追蹤生命特徵參數。借助服務供應商連接至醫院的可攜式醫療裝置，並透過邊緣/感測框架檢測所採集資料的變化，醫生可以更好地追蹤和控制在家接受治療的患者的生命跡象。

一旦患者被診斷出患有退化的慢性疾病時，那麼他/她是否會出現急性併發症的機率，與治療是否管控得宜有直接關係。退化的慢性疾病，顧名思義是慢性的，因為沒有根治的方法。患者只能終身帶病活下去，但須要注意的是，慢性疾病最終是退化性的，因為這些疾病往往會隨著時間惡化。

此外，由於慢性病沒有根治的良方，人體須要進行一些調整，才能適應終身藥物治療以及可能出現的快速抗藥反應等。快速抗藥反應是指累積的耐藥性，人體逐漸適應了反覆使用的藥物，每次都須要增加藥劑量，最後可能對藥物完全沒有反應。

有時可能需要兩倍或三倍的藥量才能獲得過去單倍藥量實現的療效，因此，可靠地監測藥物對患者的療效至關重要。然而，醫生無法每天只是為了衡量測試結果或查看患者的生命跡象而為同一個患者診治兩三次。通常，一個醫生每月為同一個患者出診一次就已經不錯了。

最後，身體的老化也是一部分原因，因為正常的老化會隨著時間削弱人體器官的功能。可以預料，患者的病情不會隨著時間改善，而如果不堅持有規律的治療可能會加速併發症的發生。

醫療保健未來寄望於物聯網

圖1　醫療物聯網架構示意圖

目前正逐步邁入物聯網運算技術新時代，智慧裝置與其他裝置、物件、環境及基礎設施互動和溝通，產生大量資料，並將資料轉化為實用行為，使人類的生活更加地輕鬆便捷。透過由感測器、微控制器、微處理器，以及電源構成的邊緣/感測節點，並藉由服務供應商連接至物聯網閘道(又連接至雲端和資料中心)，物聯網將成為人類提供更好預防保健和疾病控制解決方案的關鍵。

醫療裝置可自動追蹤患者的生命跡象以及發現有否遵從疾病治療情況。例如，醫用貼劑和運動手表可以收集患者資訊；如果某些參數低於或高於正常臨界值，智慧閘道應檢測該資訊是否值得傳輸，還是只須要儲存以供深入報告。有些值很重要，可能顯示生命有危險，須要立即轉發給醫療服務供應商，而其他值則可以展示藥物對該患者的療效(圖1)。

服務供應商在這個流程中擔任十分重要的角色，如果異於正常的資料被檢測出來，資料將可 與患者的病歷一起發送給遠端醫生或醫院的急診服務。

邊緣/感測節點擔綱醫療要角

大多數物聯網邊緣節點由感測器、執行器、一個嵌入式處理器(通常是微控制器)、一個連接引擎以及電源所構成。類比前端(AFE)是患者和處理單元之間的主介面。

為了減輕患者須要了解怎樣、何時以及如何進行測量的儀器操作複雜度，可穿戴裝置可以自動解決這些問題。許多裝置採用環形、手表形、片狀及其他形狀，毋須用戶進行配置，因此電池壽命和低功耗性能是設計的重要組成部分。

對於大多數常見退化的慢性疾病，須要測量以下幾項參數：

‧	血壓
	原發性和繼發性高血壓患者，須測量收縮壓、舒張壓、平均動脈壓和心律。電流感測器需要一個綁帶片，因而無法連續監測，所使用的示波測量模式容易產生患者運動誤差。目前，針對小型、無綁帶感測器的新技術正在研究中，例如具備高度感測器的可穿戴式光體積變化訊號(PPG)。
‧	血糖
	對於患有1型和2型糖尿病和妊娠糖尿病的患者，可根據患者持續治療情況、病情控制情況、藥物治療的特定需求、當前評估或每天數次的連續/定時調整，測量血糖。目前市場上已出現連續監測血糖的技術。
‧	心電圖
	對於心血管病患者，通常透過需要兩個主電極來鑑別接腳與參考電極的單接腳心電圖(ECG)測量。它也經常用於回饋雜訊和消除潛在的雜訊訊號。可穿戴心電圖片已存在於市面上，其可將電極整合在元件中，並透過無線電天線捕捉訊號。一些其他元件如指環型心律感測器等也正在開發中。
‧	脈搏血氧飽和度
	對於患有慢性阻塞性肺病(COPD)等任何類型的阻塞性肺病、哮喘、肺癌或某些血液疾病的患者，可使用一對二極體透過對數公式獲得局部血氧飽和度，也支援獲取PPG。

微控制器/微處理器維繫整體運作

收集感測器資料，然後執行一些基本演算法、臨界值檢測和簡單的資料分析，就須要管理資料，包括即時進行高精度測量和傳輸，讓管理人員能將資訊轉發給相應的醫療保健服務供應商。通常，這些裝置都採用電池電源，因此必須考慮低功耗性能。此外，因為起始裝置發送資訊，也須要對資料加密，傳輸患者資料時需要最基本的安全級別，特別是利用無線介質傳 輸。

與其他微控制器架構相比，安謀國際(ARM)架構的微控制器有更好的節能性能和儲存能力，而且市場有很多相關生態系統支援。

以Kinetis K50微控制器為例，該款新元件整合一個類比測量引擎，該引擎由整合式運算和跨阻放大器、高解析度類比數位轉換(ADC)及數位類比轉換(DAC)模組組成。

該系列還配備IEEE 1588乙太網和硬體加密功能、內建裝置充電器連接檢測功能的全速通用序列匯流排(USB)2.0(OTG)，以及能支援高達320段的低功耗段式液晶顯示器(LCD)控制器。如果須要節能，則推薦使用基於Cortex-M0+核心的微控制器。

物聯網閘道居間運作協調

物聯網閘道將分流資料中心的許多功能，並在現場本地配置服務，不僅讓邊緣/感測節點只做「若是這樣，便做出那樣」的決策，還執行本地大資料分析，只在有需要時才將資料傳遞到雲端。物聯網閘道還能夠發送位元資料。它們將擁有大量記憶體，並根據是否需要即時功能，決定須要採用即時操作系統還是標準作業系統。

閘道須要驅動人機介面(HMI)觸控螢幕、運行作業系統，以及IPv6、第三代行動通訊(3G)和無線區域網路(Wi-Fi)等網路協定，同時還要支援其他無線通訊協定並提供廣泛的計算性能。一般而言，微處理器可為閘道提供適當的運作效能。

借助網路連接行動/非行動裝置

圖2　醫療網路

缺少最後一部分，整個流程就不完整；最後一部分是將資料傳遞給醫療服務供應商，使其能 夠做出醫療管理決策，或儘早檢測並預防退化的慢性疾病的急性併發症。因此需要處理器提供強大的即時、點對點(P2P)通訊來滿足吞吐量要求。

將來可能會出現這樣一個場景，閘道實際上是能夠控制和管理一系列邊緣/感測元件的手機。然而，鑑於有些老年患者希望獨自生活，因此簡單易用、能夠讓他們安裝在自己家裡的遠端醫療閘道，就是理想的解決方案。

遵循康體佳健康聯盟(Continua Health Alliance)的準則，可確保醫療裝置互操作性。康體佳準則基於IEEE 11073，適用於USB個人保健裝置類(USB Personal Healthcare Device Class)、ZigBee Health Care、藍牙(Bluetooth)和藍牙4.0以及其他如近距離無線通訊(NFC)等技術。如果所有裝置都具有互操作性，並能夠連結網路，則將建立一個非常龐大的醫療裝置網路(圖2)。

物聯網讓患者能夠控制並積極參與自己的治療和恢復，它將降低過於忙碌的醫院醫生與護士的社會和經濟成本，並將過去只能在醫院裡執行的角色和活動移到患者的家中，預防急性併發症，並幫助改善患者照護。

(本文作者為飛思卡爾醫療保健市場行銷經理)