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高齡醫療需求,穿戴裝置成照護關鍵?

文/賴明豐|國研院科政中心

圖片來源:pixabay,Created by Unsplash

Howard Gardner 在《再建多元智慧》(Intelligence Reframed)一書中,將智慧定義為(Gardner,1999):「一種處理訊息的生理心理潛能,在文化環境之下,可以引發解決問題的能力,或是轉化為該文化認可有價值的產品」。根據 Howard Gardner 的定義(謝承豪等人,2014),「智慧」就是協助我們解決問題的能力,而所謂的智慧科技就是幫助或輔助我們解決生活問題的科技。

目前智慧科技應用的範圍涵蓋了智慧型手機、平板電腦、智慧型公車、智慧衣等,這些都建基在行動通訊技術的成熟上,發展方面主要以觸控、聲控、體感等人機互動技術為主,其中觸控技術被廣泛應用在手機、螢幕顯示器、數位相機等 3C 產品,也整合了聲控、觸控與雲端電視等等新技術、新方向,持續擴增使用者生活領域中各個面向的可能應用。

當全世界已經邁入資訊科技的時代,人們的生活方式深受資訊科技的影響;隨著資訊科技的硬體越來越輕薄短小(陳湘庭,2014),這些輕薄隨身的產品提供人們對工具的使用有著越來越敏捷靈活的行動性,也因應了現代繁忙複雜的生活型態。Reichenbacher 認為人的日常活動大多與行動相關聯(Reichenbacher,2005),工作、居住、購物及娛樂均分別發生在不同的地方與時間,人在不同的生活場域中穿梭「移動」,行動生活風格已儼然成為現代生活的寫照。

穿戴裝置大商機:歐、美、韓重點聚焦醫療照護

根據 Yahoo 自己的調查數據來看(彭慧明,2015),用戶在手機上每次花費時間成長 6.5 倍、在平板上則成長 7 倍,讓 Yahoo 開始注意到穿戴產品市場發展趨勢,預測未來穿戴裝置極可能成為個人數位化的核心產品之一。

調研機構 IDC 也預估,2015 年全年全球穿戴式裝置出貨量將達 7210 萬台(茅堍,2015)。甚至,到了 2020 年,穿載式裝置的出貨量將可能達到 5 億台(江明晏,2015),商機驚人,其中又以腕帶、運動手錶跟智慧手錶為大宗。

因為這無窮可能的發展性,再加上智慧型手機、智慧家庭等生活科技議題的助燃,穿戴式裝置成為近幾年全球各界競相投入研發的重要課題 (邱創乾等人,2012)。

尤其,各國開始面臨高齡化社會中接踵而來的醫療照護需求,這類可量測生理訊號的穿戴式產品被視為醫療照護方案中的重要環節,全球許多研發團隊都投入這方面的研究,包含美國、韓國等,歐盟更是透過 ICT FP7 計畫(如圖 1 所示)結合各會員國的產官學單位,重金支持相關研發,並已取得相當優異的成果。

不過,如果直接在 Web of Science 上,以 TS = “wearable device” AND TS = (health OR medical ) 檢索相關議題的學術性期刊論文,檢索時間為 2015 年 7 月 6 日,只有 50 筆。顯見,以目前來看,探討穿戴式裝置應用於健康醫療照護議題上的相關研究並不多。

圖 1:歐盟 FP7 下的 EAR-IT 計畫構想。資料及圖片來源:www.ear-it.eu

 這類技術的重點是建立一套上面有許多感應器的特殊服飾,穿戴時,感應器會收集人體狀態變動時的生理數據,並傳送供分析,或呈現在電腦上。它的應用非常廣泛,除了一般的醫療照護外,也可用於運動科學、軍事、人因工程測量與研究、動畫、電玩,以及虛擬實境或文創產業。

智慧衣系統中包含了許多電子與感測裝置,如生理感測元件、電阻,以及運算的硬體、有線或無線通訊裝置、GPS、加速規或陀螺儀等,可因應量測生理資訊的不同,置換不同的感測元件。

除了上述只是將 ICT 產品單純整合在服裝衣褲及鞋子上的應用之外,近年來,穿戴式裝置已逐漸朝材質面向發展,例如以特殊材質製成紗線,並將可發光 LED 縫製其中,外覆防水布料產品之後,即可應用於視線不良情境下可主自發光的特殊雨衣或背心或是直接拿來當作照明使用。

不僅如此,其他還有可以顯示數位影像的材料、能收集能量的材料、以通訊的材料,以及可以用來量測生理資訊的材料等等,一一都被嘗試應用在各式紡織產品上。這些都是所謂智慧型紡織品的應用範圍,透過特殊材質的運用,讓紡織品能夠主動,或被動感知環境條件或刺激物而作出反應,進而透過導電纖維和感應器,與智慧型手機或其他外部裝置作聯結。

穿戴式裝置遇見醫療——可望提升高齡照護品質

當這些智慧的穿戴式裝置穿上身時,使用者就像戴上電腦般,生理訊號會經由紡織纖維導線傳輸至感測模組,再以通訊裝置傳遞給後端的網路與計算分析系統,且運用軟體技術呈現所有的生理資訊,方便使用者自我監控,或讓醫師能精確了解病患的生理狀態。

它整合了個人的生理量測、無線通訊等技術,在可穿戴式平台內嵌入利用紡織物製成的心電訊號感測元件、體溫訊號感測元件、呼吸感測元件、動作感測元件等裝置,來蒐集與傳輸個人生理資料,能廣泛應用於運動、保健、居家看護、行動醫療等。這對現今及未來高齡化社會的銀髮族,在居家照顧及醫療照護上有實質的幫助。

像糖尿病、酒精中毒、尿毒症、免疫不全或營養欠缺症等等疾病都是導致周邊神經病變的常見原因,這類患者會遭遇到肢體疼痛、麻木、刺痛、燒灼,或甚至觸感喪失等痛苦,例如肢體就像穿上一雙「看不到的」手套或襪子、不自覺產生冰冷或燒灼感、無端會有被尖銳物戳刺或被電的疼痛感,或是會對他物的觸碰極為敏感等。

從姿勢看症狀,穿戴式裝置更精準

尤其,如果是糖尿病患者更會因為血液循環不好,讓傷口無法正常癒合,甚至會讓傷口愈益惡化,最後走上截肢一途;從統計數據來看,糖尿病患者通常會在發病後 5 年左右併發周邊神經病變,其中,有 50% 的患者會有截肢之虞。

目前來看,最好的方法就是早期發現早期治療。事實上,周邊神經病變患者初期會出現共同的行為特徵,行走時會因為種種原因,出現以臀部帶動雙腳走路的態樣,讓足部主要施力點集中在腳跟與蹠骨兩個區域,主治醫師即可根據這個樣態出現的狀況及時決定最適合的治療策略。

SenSoria 就是透過感測器或以智慧織品製成的基板量測到的相關數據,讓醫療人員能夠針對糖尿病患者的行為模式進行早期治療,避免患者最後走到截肢的不好結果等等,都是以紡織品為基礎,針對醫療保健應用研發出來的穿戴式裝置(如圖 2 所示)。一般預料,這類應用將會愈來愈多。

圖 2:Sensoria 智慧襪。資料及圖片來源:Nancy Owano(2013/12/25)

即時追蹤,穿戴裝置即時察覺不適

高齡化社會已是不可避免的趨勢,對於老年人健康管理的問題更顯重要,應用於醫療保健的相關生理量測系統,在全球已有相當多學者專家投入研究。

經由即時偵測心電訊號等生理資訊,無線傳輸到分析系統,可長期連續追蹤分析生理訊號,隨時提醒使用者自身的生理狀態,在身體有異狀時能讓使用者及早排除生理不適的因素、或紓發心理壓力,維持身心健康,以達到預防及保健之目的,或是老人居家看護、幼兒生理現象偵測,對於家中無法自我照顧的族群提供遠端監視,在遇到危險狀況時能適時的提供適當的救援措施。

可穿戴式生理量測智慧衣能夠量測生理訊號,是因為衣服內含有智慧型紡織品。所謂智慧型紡織品,是指受外在環境或電子刺激產生反應的紡織品,通常以導電纖維材料與紡織品素材研製而成。

而導電纖維材料表面的電阻特性,可依用途產生不同的表面電阻效果。因此,開發適合貼身量測的生理導電纖維材料,是研製生理量測智慧衣的一大重點。

更實用、可水洗、不限制行動的醫療器材?

此外,如何透過紡織品傳輸訊號也是關鍵的因素。所以導電纖維技術變得非常重要,它是以金屬材料製成纖維或紗線做為傳輸訊號的導線。為避免傳遞時短路,需要包覆絕緣材質,來達到電子電路纖維化並可用以連結電子元件的目的,且具有可水洗、高傳導性、柔曲性、抗氧化等性能。

藉著巧妙地整合紡織與電子科技,就可輕易地在穿戴載體上進行線路布局設計及製作應用,再透過智慧型無線傳輸模組,就能自動幫你把資料傳輸到網路上分析。

受測者穿上服裝後,可在無線通訊可存取範圍內做各種活動,而不影響資料的擷取與傳輸,不像心電圖機量測時使用者行為受限狀況,受測者必須待在固定位置。因此,以智慧型紡織品為基礎的穿戴式裝置在居家照護、醫療保健及戶外意外防止方面都有很大的實用性。

物聯時代:連上網好處多多?

隨著物物相聯的觀點開始出現,在穿戴式裝置中加入連線功能(大多是以藍芽技術為主)變成是一個很基本的需求功能。

這樣做的好處,除了能有效縮小穿戴式裝置的大小,僅保留最基本的訊號處理或調整、訊號儲存、電源與傳送功能外,把穿戴式裝置記錄到的資訊,透過傳送單元送至後端裝置(如行動裝置)之後,也可以豐富化後端進行資料分析時使用者可能得到的資訊面向與內容。

而且,感測器已經微縮到能夠扣在衣服上。現在的智慧衣物,其可拆式感應器比傳統感測器體積小很多,可精確量測到心跳率,而且產品也兼具防水功能。

面臨人口老齡化社會襲來,有愈來愈多穿戴式裝置攻往醫療保健領域。一般預料,這類應用將會愈來愈多。而且,全世界健康醫療體系也正值轉型期,從醫療照護轉為以預防和疾病預警為主。

治療越來越局部,醫療裝置越來越智慧?

面對未來,醫療保健服務勢必朝向更迅速、完整、個人化及居家化的方向發展。像針對局部肌肉疼痛研發的微電量治療貼布,使用者可以直接透過手機上對應的 App 控制電量的大小,或是透過感測器或以智慧織品製成的基板量測到的相關數據,都讓醫療人員能夠針對患者行為模式進行早期治療。

除了直接把 ICT 裝置混搭在織物中之外,也有愈來愈多研發人員開始往織物本身使用的材料進行研發,找出更多更創新的應用,甚至可以借特殊材料的特性,直接讓織物本身轉變成能主動、或被動感知及反應外部環境條件與刺激物的智慧織品(smart textiles)。

讓感測器與電子元件「消失在紡織物」裡面完全看不見(DIGITIMES 企劃,2014/6/26)。就像紡織界的術語 — Wickable ,最在意的就是能夠快速排汗、排水。

這類以織物為基礎的穿戴式裝置就是講究舒適感。甚至,直接拿 Fiber 做為感測器,讓它具備去濕、保溫等等自主式感知量測生理狀態等等功能,都是未來研發人員關注的重要課題。

(本文授權改寫自:國研院科政中心 科技政策觀點網站穿戴式裝置在高齡化社會健康醫療照護環節中扮演重要的角色

參考文獻

  1. DIGITIMES企劃(2014/6/26),將智慧穿在身上的紡織穿戴科技。DigiTimes電子時報。
  2. Gardner, H. (1999). Intelligence reframed: multiple intelligences for the 21st centry. NY: Basic Books.
  3. Nancy Owano (2013/12/25), A smarter sock: Sensoria will watch how you step (w/Video). Ref. website: phys.org/news/2013-12-smarter-sock-sensoria-video.html
  4. Reichenbacher, T. (2005), Adaptive egocentric maps for mobile users. In Map-based Mobile Services, Springer Berlin Heidelberg, 141-158.
  5. Wiki (2015),物聯網。參考網址:zh.wikipedia.org/wiki/%E7%89%A9%E8%81%94%E7%BD%91
  6. 江明晏(2015/6/28),穿戴裝置琳琅滿目 商機不容小覷。中央社。
  7. 邱創乾、藍振晏、石天威與謝靜玟(2012),未來服飾-智慧衣。科學發展,第470期,10-14頁。
  8. 阿舍(2010/6/17),物聯網(Internet of Things)是什麼?參考網址:www.arthurtoday.com/2010/06/internet-of-things.html
  9. 茅堍(2015/6/20),2015年全球穿戴式裝置出貨量估將破7,200萬台。DigitTimes。
  10. 陳湘庭整理(2014/5/20),軟硬體的垂直整合,將是台灣的機會所在──Google台灣區董事總經理簡立峰。參考網址:www.meetclub.tw/article/view/id/32266
  11. 彭慧明(2015/6/26),財經觀點/行動化趨勢穿載裝置將成核心產品。聯合報。
  12. 謝承豪、高清漢、楊俊明、游伯勳(2014). 以生活型態觀點探討未來智慧衣設計指標之研究. 台北:第六屆全國紡織技術論文競賽.

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