改良前系統架構介紹

本研究參考「醫療設備的周期巡檢和質量控制在潔淨手術部中的應用」論文 中所提及之「呼吸機的質量控制」的技術指標檢測項目[9]，及其它醫療產品測試 資料或介紹：「BIOMAT 睡眠多重生理監測墊設計製作」[10]、「一種用於無創 呼吸機生產線自動化檢測的設備」(專利編號 CN202814726U)[11]及「Pulse Plus 心跳偵測運動錶」產品規格[12]，將正確率誤差容忍範圍設為正負 10%，並用以 呼吸頻率為基礎之嬰兒意外監控系統[4]進行性能分析及測試。已開發之 H.system 流程如圖 3.1 所示，將輸入影像轉為灰階處理後，若嬰兒處於靜止狀態，則進行 呼吸頻率偵測，而偵測流程包含：(1)將可能用於偵測呼吸之點選取為「候選點」

(Candidate POI)；(2)篩選候選點，合格者則晉升為 POI(Point of interest)；(3)開始 驗證後，合格的 POI 數量超過候選點數量之一半且已經過一段有效驗證期 (Verification frames)，則開始進行呼吸頻率計算。

而本研究所討論到的 3 個參數，此處先行給定各參數定義：(1)NC(候選點數，

取 Number of candidate POIs 縮寫)：所設定之候選點選取個數即為 NC，開始候選 點偵測後，一旦候選點選取個數達到設定之 NC 要求，則通過候選點偵測。

(2)NP(POI 數，取 Number of POIs 縮寫)：通過候選點偵測後並開始進行候選點驗 證時，此時至少須有 NP 數量之候選點通過篩選並成為 POI，亦即須有 NP 數量之

25

POI。(3)NF(有效驗證期，取 Number of verification frames 縮寫)：為一預設之 frame 數，系統用於驗證之 frame 至少須達到 NF 數量，加上前述 NC 與 NP 皆達成預設 目標數量，方可通過驗證，並開始計算呼吸頻率。Hsieh 等人原先採取將此三參 數

皆設為定值且未作參數最佳化，且經過本研究實驗發現，不同影片(不同拍攝背景) 適用之參數應為不同。若使用不合適之參數，則將產生驗證問題(Verification problem)，亦即參數適用問題(Parameters applicable problem)。本研究將驗證問題 定義為量測呼吸頻率正確率時，未能通過驗證並因此無法輸出呼吸頻率，而產生 之錯誤，並加入自適應參數調整機制以解決問題。

圖 3.1：已開發之 H.system 流程圖[4]。

Input sequences

Is the motion detected?

Candidate POI detection

Candidate POI verification

Respiratory frequency calculation

Output Yes

No

Color to gray conversion

Image difference Infant motion detection

conversion

POI candidates

26

0.68 0.68 0.74 0.71 0.68

0

27

(a) (b)

圖 3.3：不同亮度之範例。(a)平均亮度值 67，視為亮度低。(b)平均亮度值 113，視為亮度正常。

(B) NF 之參數設定

NF(有效驗證期，取 Number of verification frames 縮寫)為一預設之 frame 數，

系統用於驗證之 frame 至少須達到此一數量，加上前述 NC 和 NP 皆達成預設目標 數量，方可通過驗證並開始計算呼吸頻率。H.system 原先將 NF 設為 36，而本研 究以相同之 34 支影片進行正確率測試，於合理範圍代入不同參數測試 NF，NC 和 NP 值則選用前述實驗測試所得之最佳值，即 60 與 10。結果如圖 3.2(b)所示，

橫軸代表當 NC=60 且 NP=10 時，分別測試 NF 為 0、18、36、54 和 72 之結果，

縱軸代表呼吸頻率量測結果之正確率，當有效驗證期為 36 時，於 34 支影片中有 25 支影片測試結果正確，是為正確率最高。由於 NF 過高將導致需要之有效驗證 期過長，不易達成驗證通過之條件，過低將導致驗證期過短，造成通過驗證而得 之 POI 並不可信。因此本研究透過影片測試觀察，確認 NF 範圍落於 0 至 72 是為 正常後，將 NP 固定為 10，NC 則採用前述實驗所得之最佳化參數 60，再以實驗 測試找出使呼吸頻率量測結果正確率為最高之 NF(即 NF=36)。

本研究認為影響呼吸頻率量測正確率之原因除了外在因素(嬰兒動作過大及 光線亮度問題)，還和參數值的選取有關。由於 Hsieh 等人於論文中曾提及並未驗 證參數最佳性[4]，因此於此節以 34 支影片之測試結果，說明 NC、NP 及 NF 之 最佳參數值對於正確率之影響，並於下一節將影片依據亮度進行分類，並說明測 試結果與分析。