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一般住院患者最害怕打點滴時,因為針頭跑掉需 要請護理人員重打與固定,且如果打點滴過程不順利 也會影響患者的治療,故患者與護理人員均不希望患 者離開病房。如果能發展一套有主動式感應警示的 「患者院外定位與點滴安全系統」,只要患者離開病 房,並可透過手機的 GPS 定位,掌握患者的所在位 置,且如果手上的點滴狀況不對,超過一定的時間, 感測器就會結合患者自身的智慧型手機發出警示,並 將記錄同步傳到雲端資料庫,護理站也可至雲端查詢 點滴當前狀態及歷史紀錄。這樣便能大大提升住院患 者的點滴注射管路安全,也可避免外出患者不小心讓 點滴阻塞後再挨一針的皮肉痛。 ᙯᔣෟ:點滴、GPS 定位、迴血、雲端˘ă݈֏
此本創作患者院外定位與點滴安全系統 ,目前 各大醫院住院患者如已施打點滴,除非必要,通常不 願意在自由活動的時間到醫院各處開放空間或綠地 去活動,如圖 1-1,其主要的原因有二: 1. 因施打點滴時,手部的活動較為不便,穿著沒有口 袋的住院患者衣服又拖著點滴架,攜帶如行動電話、 鑰匙或溫水保溫瓶等十分不便 2. 擔心護理站的醫護人員無法有效的掌握住院患者 的點滴施打狀況,更擔心點滴管路不小心折到造成 阻 塞 或 影 響 流 速 或 流 量 甚 至 迴 血 造 成 血 栓 (Hematoma),進而影響醫療照護品質。同時,病 房護理站的護理人員也擔心無法有效掌握患者外 出行蹤,為確保施打點滴的管路安全與照護品質, 並不會主動鼓勵患者在自由活動時間到醫院活動 空間或綠地處活動筋骨。住院患者缺乏活動無助於 早日康復或提早出院 因此本創作能有效解決住院患者推動點滴架到 醫院他處活動過程中,護理站醫護人員無法掌控患者 施打點滴的管路安全(包含流量與流速)。為確保患 者的行蹤,並有效紀錄患者完成點滴施打的時間,對 於持續提升醫療品質與患者安全有其必要性。 ဦ 1-1 ҝੰଈ۰ଯᕇႍߛγঽٗ၁ڶဦ 1 亞東技術學院通訊工程系碩士班、電子工程系 * 通訊作者:孔祥鈞 E-mail:107813106@mail.oit.edu.tw˟ăࡁտજ፟
各大醫院的住院病人在住院過程中經常需要施 打點滴,一旦打上點滴,病人擔心點滴是否能夠安全 的妥善的施打完畢,包含是否阻塞或流速變慢,甚至 是迴血。而台灣的護理師人手短缺且工作量大可謂大 眾皆知,容易導致護理師時因睡眠不足亦或是精神不 濟等問題造成醫療疏失、糾紛。 據大型醫院統計,一般住院病人按呼叫鈴尋求協 助的統計,有 45%是與點滴阻塞或不順暢有關[2],其 中以針頭跑掉、迴血問題占最多。 同時據其他文獻[3]與其他護理人員溝通後,點滴 發生問題不僅僅是迴血問題,發現病人施打患肢的姿 勢,各種情況下都有可能讓點滴發生阻塞及迴血,亦 或是單純的點滴輸液施打完畢都有可能讓護理師疲 於 45%的點滴問題而奔波。 為解決護理師、患者及家屬三方治療期間的壓力, 欲設計能夠偵測點滴狀態的裝置。 為此,我們設計出了裝置有下列功能: ‧偵測迴血感測 ‧偵測點滴流速 ‧偵測施打患肢手臂高度感測 ‧偵測點滴輸液帶重量(餘量)感測 ‧患者院外 GPS 定位裝置 ‧護理端雲端監控 此裝置能夠讓三方(患者、護理端、家屬)皆能 夠了解點滴的狀態。而護理師也僅需要在點滴出問題 時,再前往處理僅可,期望能夠降低三方治療期間所 造成的壓力,避免醫療疏失及糾紛。ˬăրΑਕᄃߛၹ
本系统共分三個部份,如圖 4-1: 1. 第一部份(硬體):在點滴上包括流量偵測、點滴 餘量偵測、患者手臂高度偵測和迴血偵測,將此四 個感測器資訊將會由主控板結合起來傳送至 APP。 2. 第二部份(手機 APP):為本創作 APP 程式,經 由藍芽系統接收點滴流量速度、餘量、迴血、手機 上 GPS 定位,APP 將會分析由主控版發送過來的 資料,若各項數值超過所設定的安全範圍,將會提 出警告。同時資料利用手機網路傳送至雲端資料庫。 護理端則可藉由雲端資料得知道患者現在人在何 處,其點滴流量是否正常,點滴餘量剩下多久等相 關重要資訊。 3. 第三部分(雲端):利用 APP 將資料上傳至我們所 設定好的資料庫,而護理端則可連上資料庫查詢患 者當前點滴狀態及歷史資料。 ဦ 4-1 ր͞ဦ 圖 4-2 說明:左半側 photo interrupter 為光遮斷 器,其功能為偵測迴血及點滴速率;中間為 MCU (STM32F103)單晶片提供所需運算及收發各感測器 資料;右半上側為 HX711 搭配重量感測器來感測輸 液帶餘量;右下 GY-61 為患者手臂高度感測及藍芽收 發器。 圖 4-2 系統硬體電路 圖 4-3 流程圖說明:在系統啟動後,各感測器會 不斷將所收集到的資訊回傳給 STM32 去進行處理, 最後在透過藍芽晶片傳輸至手機。ဦ 4-3 ௐ˘ొ̶Ğർវğ߹ဦ ʔրͯăຏീጡࣧந̈́ᑕϡ 1. ಏͯ 使用單晶片(STM32F103C8T6)來作主控板,控 制流量感測器、重量感測器和三軸加速度感測器,用 藍芽傳到患者手機 APP,再透過網路傳到雲端,讓患 者和護理得知目前狀況。 ဦ 4-4 STM32F103 2. Ѝዌᕝጡ 光遮斷器是一種運用光線為訊號的開關,圖 4-5。 原理和光控開關極為類似,兩端分別為發光二極體和 光電晶體。其中光電晶體與一般電晶體的不同,光電 晶體是集極電流是由基極電流上的光線所觸發。接上 電源之後發光二極體發光至光電晶體上,此時集極電 流導通,光遮斷開關為通路;反之當發光二極體和光 電晶體間的光線被遮斷時則形成斷路。此時經由觀測 電壓的變化,藉此檢測物體的有無,如圖 4-6。 ဦ 4-5 Ѝዌᕝጡ၁វဦ ဦ 4-6 Ѝዌᕝࣧநྮဦ 3. ώ౹үᑕϡĈ߹ณ̈́ਫ਼ҕຏീ 利用光遮斷器得知點滴管路流量,再透過主控板 來判斷流量是否異常,當流量發生異常時,會透過藍 芽傳送到手機 APP 會發出警訊提醒。透過光遮斷器 可以得知目前點滴的滴數,再換算點滴一秒滴幾滴即 可知道點滴滴數以及是否有迴血的發生並且回傳給 護理端,如圖 4-7 及 4-8。
ဦ 4-7 ώ౹үЍዌᕝĞ߹ిğ၁ᅫᑕϡဦĞϯຍဦğ ဦ 4-8 ώ౹үЍዌᕝĞਫ਼ҕğ၁ᅫᑕϡဦ Ğ˯͞ქҒྮڕğ 4.ࢦณຏീጡ 在外力作用下使重量感測器產生彈性變形,使貼 上在表面的橋式電阻應變片也隨同產生變形,電阻應 變片變形後,它的阻值將發生變化(增大或減小), 再經相應的測量電路把這一電阻變化轉換為電訊號 (電壓或電流),從而完成了將外力變換為電訊號的 過程,如圖 4-9 與 4-10。 ဦ 4-9 ࢦณຏീ၁វဦ 圖 4-10 重量感測器原理圖[4] 5.ώ౹үᑕϡĈᕇႍ౺ዶณ 使用壓力感測連接吊秤來取得點滴重量,護理端 將會先輸入點滴袋重量,再測出目前重量。經由主控 板接收資訊,透過藍芽傳送至手機 APP 來判斷點滴 所剩餘量,再讓患者和護理師得知目前點滴的餘量進 而判斷是否要換點滴。 我們使用壓力模組來計算目前還剩下多少重量, 當點滴袋放在上面時,壓力會施加給感測器,並且讓 感測器發生形變,阻抗因此發生變化,進而輸出訊號, 經處理後來得知目前重量還剩下多少,如圖 4-11。
圖 4-11 本創作重量感測實際應用圖(示意圖) 6. ˬคΐిޘຏീጡ ADXL335 是一款三軸加速度晶片,如圖 4-12。 由於重力加速度具有方向性,裡面的晶圓根據此重力 為基準來測量三軸變化, 假設該晶片放在桌上時, 得知 X 軸 Y 軸 Z 軸都為 0g,當移動時,X、Y、Z 軸 數值將會有變化,例如:1g、-1g、0g,輸出和該加速 度成比例的電壓,就能推測出患者手臂高度。 ဦ 4-12 ˬคΐిޘຏീጡ၁វဦ ဦ 4-13 ˬคΐిޘຏീࣧநဦ[5] 7.ώ౹үᑕϡĈଈ۰͘ᓖޘ 利用三軸加速度感測器放置於靠近靜脈注射針 上方的輸液管路上,此時感測器的 Y 軸來判斷患者 手臂高度,如圖 4-14。當 Y 軸數值上升,就表示患者 手臂抬高,反之亦然,進而得知出患者手腕位置,回 傳的數值再透過藍芽傳送到手機 APP。當患者手臂過 高時 APP 便會做出相對應的提醒,可以大幅降低點 滴栓塞和迴血的機率。 ဦ 4-14 ώ౹үˬคຏീጡ၁ᅫᑕϡဦ Ğ˭͞ᖡҒྮڕğ !
ʔௐ˟ొЊ߹ဦ ဦ 4-13 ௐ˟ొЊ(፟͘ APP)߹ဦ ʔAPP ൪ࢬ ဦ 4-14 ώ౹ү APP ൪ࢬ 本創作 APP 畫面說明,如表 4-1。 ܑ 4-1 1.BlueTooth ON / OFF 點擊開啟藍芽/長按關閉藍芽 2.Show Paired Devices 顯示以配對藍芽裝置 3.Discover New 顯示可配對藍芽裝置(包含未配對) Devices 4.地圖 點擊開啟地圖定位 5.SOS 點擊撥通護理站電話 6.輸入欄位 點擊輸入點滴量及滴速數據 7.CC 數 點擊確認輸入滴速是否正確,點擊取 消可重新輸入 8.滴 / Min 點擊確認輸入點滴量是否正確,點擊 取消可重新輸入 ʔௐˬొЊ߹ဦ 圖 4-14 說明:在手機接受到單晶片傳來的資料 及處理後,將會透過 4G 或 WiFi 上傳至 MySQL 資料 庫,同時間將資料同步至 Grafana 網站來呈現點滴流 速、迴血及餘量圖表。 ဦ 4-14 ௐˬొ̶Ğำბğ߹ဦ ʔրำბֹϡహវ 1. MySQL ᖎ̬ MySQL 是一款開源軟體,管理關聯式資料庫的 系統,將資料之間以表格的形式呈現,並將資料儲存 1 2 3 4 5 6 7 8
在表格中方便查看。目前 MySQL 被大量應用於網路 上的中小型網站中,因為它體積小、速度快,而且又 是開源軟體,大幅降低使用成本,這也是經評估後選 擇 MySQL 作為資料庫的原因。MySQL 可以透過終 端機來執行,也可以使用 MySQL Workbench 官方軟 體,其優點是視覺化,方便使用者不須額外打指令便 能善於使用,對於初學者來說不會過於困難。 2. ώ౹үᑕϡĈᕇႍېၗᐼхྤफ़ऱ 利用 MySQL 作為本創作的資料庫,將會儲存患 者點滴的流速及餘量,同時第三方裝置也能夠透過網 路連至 MySQL 所在的電腦(伺服)來存取 MySQL 資 料庫內的資料。 3. Grafana ᖎ̬ Grafana 是 一 款 視 覺 化 工 具 , 將 我 們 儲 存 在 MySQL 的資料,顯示成圖表,這款軟體可以將資料 呈現成表格、折線圖、圓餅圖等多種展示方式,另外 它也支援多種資料來源,同樣是開源軟體。Grafana 能 夠自訂非常多東西,使資料的呈現不再單調,操作方 式也很直觀,選擇欲觀看的行列要用什麼數值表示, 並且會隨時更新,也可以查看特定時間點的資料是多 少,非常方便。 4.ώ౹үᑕϡĈͽෛᛇ̼ពϯᕇႍྤफ़ 雖然說 MySQL 方便使用,即便如表格般並整理 有序的資料要在短時間內看出趨勢仍不如圖表所呈 現的還要來的快速直接,這也是業界常說的要將資料 「量化」,而 Grafana 正好能夠達到這樣的效果,能夠 方便護理師快速的一眼帶過就知道患者點滴的餘量 及流速變化!
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本系統利用 3 種感測器,分別為光遮斷、重量、 三軸加速度,來得知目前點滴資訊。經由主控板進行 收集將這些資訊透過藍芽傳送至患者手機 APP,手機 APP 則會負責處理當流速、迴血、重量、手臂高度數 值。當流速及重量數值低於或高於所設定的值時則發 出警告;迴血及手臂高度為布林值 1 時發出警告。同 時間,手機 APP 會透過網路將完整的點滴資訊上傳 至雲端資料庫,讓護理端可以直接透過雲端來得知目 前資訊或是歷史紀錄查詢。手機 APP 我們也設計讓 患者遇到問題時,快速撥打求救電話,並且也有 GPS 定位,讓護理端方便尋找患者,降低患者走失風險。̣ăീྏ͞ڱ
1. Ѝዌᕝጡ 模擬點滴注入水流進入感測器,點滴將會被光遮 斷感應到,並且會產生脈波訊號,如此一來,我們只 需抓取脈波的頻率,在換算成流速即可。其中透過點 滴時間單位換算流速公式如下: 首先我們要先了解點滴每 20 滴為 1c.c.(可能會 因輸液器的不同而有變更),因此可得知: 總 . . 滴 每分鐘 ∗ 20 滴 滴完所需時間 分鐘 透過上述公式,可想成: 總滴數 滴 每分鐘 總分鐘數 得到總分鐘數後,便可換算出滴完需耗費小時,公式 如下: 總分鐘數 60 小時 分鐘 能算出所需時間後,透過護理師輸入總 C.C.數與 x 滴 (每分鐘)後,APP 便能換算出總共所需時間,進而讓 護理師能夠有效掌握患者點滴流速狀態及餘量。ဦ 6-1 ώ౹үЍዌᕝ၁ᅫᑕϡဦ 紅色箭頭為點滴落下時以示波器看到的波型 實際請校方護理師幫忙打點滴以便模擬迴血時 的情況發生,同時使用示波器來觀看所監測到波型 (箭頭部分) ဦ 6-2 ώ౹үЍዌᕝጡਫ਼ҕ၁ᅫᑕϡဦ 2. ࢦณຏീጡ 抓取吊秤中的霍爾電橋兩端的電壓,再利用 A/D 轉換放大電路換算兩端電壓差異,最終來推算出重量。 如圖 6-3 及 6-4 點滴袋拿起與放下重量之差異。 ဦ 6-3 ᕇႍఠଭ˯۞ࢦณ ဦ 6-4 ᕇႍఠोޢࢦณࢫҲ 3. ˬคΐిޘຏീጡ 感測器會擷取 X、Y、Z 軸的作用力所產生的加 速度,實際測量到的作用力,再透過程式換算成加速 度,就能得知手臂的概略高度,如圖 6-5 及 6-6。 ဦ 6-5 ሀᑢ͘ᓖĶᓝķॡ Y ค۞ត̼
ဦ 6-6 ሀᑢ͘ᓖĶπٸķॡ Y ค۞ត̼ 4. MySQL ᄃ Grafana ඕЪ 如《系統雲端使用軟體》小節所說將兩者結合使 用將會呈現出非常棒的效果,以下將做說明。 4-1.獨立寫一個小型的測試 APP,專門測試將值寫入 MySQL,如圖 6-7 所示: ဦ 6-7 ᐌຍᏮˢᇴࣃ 4-2.確認數值成功寫入 MySQL 如圖 6-8 所示: ဦ 6-8 јΑᆷˢ 4-3.將 MySQL 的值引入設定好的 Grafana 中並成功 顯示,如圖 6-9 所示: ဦ 6-9 јΑٺ Grafana ̚ពϯ MySQL ۞ࣃ
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本創作患者院外定位與點滴安全系統利用 3 種 感測器,分別為光遮斷、重量、三軸加速度,當患者 開始注射點滴時,系統就會開始偵測點滴流速、剩餘 重量、患者手臂是否抬高到一定高度以及迴血是否發 生。發現異常時,會將這些資訊透過藍芽傳送至患者 手機 APP,再透過雲端傳送至護理端,讓護理端可以 直接透過雲端來得知目前資訊,十分方便。 除此之 外本創作使用的手機 APP 也可以使用 GPS 定位和自 動撥號功能,當發生危險時,就能及時通報給護理端, 並且告知位置,讓護理人員方便找到患者。˛ăᄃன̫ᕇႍ̝मள
現今醫療科技的進步,而點滴仍是單純的用來打 點滴,而本創作額外增加了迴血、餘量、流速及患者 手臂高度的偵測,且意外發生時可以立即撥打求救電 話、地圖的定位等功能,如表 8-1 所示。可以讓護理 端隨時有效掌握患者點滴整體資訊,進而給予適時的 協助。 ܑ 8-1 ᄃன̫ᕇႍ̝मள 多功能點滴架 傳統點滴 施打點滴 可 可 點滴架置物盤 有 選配 迴血偵測 可 -點滴餘量偵測 可 - 點滴流速偵測 可 - 患者手臂高度位置 偵測 可 - GPS 患者定位 可 - 查看歷史數據 可 -
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1. 有效的掌握住院患者的點滴施打狀況,避免住院患 者或患者外出時,手臂過高或其他原因造成點滴管 路不小心折到造成阻塞或迴血,甚至型成血栓 (Hematoma)影響點滴治療流速,進而影響整體醫 療照護品質。 2. 提供住院患者更安全且方便的裝置,可結合現有的 點滴架,讓住院患者更有意願在自由時間外出到醫 院的公共空間或綠地進行活動,有助於早日康復早 日出院。 3. 針對住院患者可大幅降低留置針重置的機率,讓護 理人員可把省下來的時間去照顧其他患者,兼具提 升醫療照護品質並減少住院病房護理人力臨床照 護的負擔。˝ăሕдξಞ
隨著各國的醫療水準日益精進,持續提升醫療品 質與患者安全成為各大醫學中心的使命。在台灣,醫 院近 500 間,而病床數更是高達 130,000 多張。一般 患者與醫院急診室的患者多數需要施打點滴,為確保 施打點滴過程的患者安全與管路品質,建立一個能有 效掌握施打點滴的患者的點滴安全控制本創作與監 控系統由其必要性。 本創作能有效解決患者推動現行點滴架到醫院 他處活動過程中,護理站醫護人員沒有辦法掌控患者 施打點滴的管路狀態(包含流量、流速及迴血),以 及確保患者的行蹤,並有效紀錄患者完成點滴施打的 時間。本創作解決上述問題之餘,同時也增加了置物 盤,使單手活動不便、欲隨身攜帶手機、鑰匙等無處 可放的困境患者提供了紓困之道。 不同於其他發明或專利,本創作同時建置了一套 可以下載安裝在患者手機的監控 APP,透過手機 APP 的設定,也可以讓護理端掌握外出病房患者的位置、 點滴施打的治療程序是否完成,透過患者的手機當作 媒介,護理人員可以傳訊提醒患者回病房更換點滴或 及早處理阻塞狀況。 本創作在市場上以醫院為主,一個護理站只需配 置 10~20 組即可,如此一來可以減少每個醫護人員的 工作負擔,又能使得患者安心。對於每個護理站的醫 護人員人力分配以及工作分配就不會那麼緊湊,因此 達到輔助醫療的角色。 另外,為評估本創作潛在市場價值,特別利用 Google 問卷表單簡單闡述本創作理念,並同時請護理 師及施打點滴的患者以匿名的方式進行填寫。(匿名 也為確保保護護理師、患者個人隱私。)問卷表單內 容如圖 10-1 所示: ဦ 10-1 ᜕நˠࣶᕇႍયס 上述資料將會以量化的方式呈現所收集到的回 覆,方便我們了解回覆狀況,圖 10-2。 ဦ 10-2 ᜕நˠࣶયסಡܑӔனȈăण୕
隨著時代向前,各項醫療技術都在進步,甚至有 了遠端醫療、物聯網、人工智慧及大數據協助分析癌 症等技術。不過仔細想想,最早可回朔至 1831 年所 提出,並至 1950 年才被廣泛使用的點滴技術卻並沒 有隨著時代的進步更新。根據所查詢資料,在院內工 作的護理師近 45%的呼叫協助事件中是與點滴相關 的,這也可能間接導致了護理師一天在院內可行走高 達 7 公里的驚人數字!本創作提供了許多點滴監測 系統,為期望減輕護理師、患者及家屬三方身心負擔, 使醫療過程更為輕鬆。ણ҂͛ᚥ
[1] 張 博 盛 ( 2017 ) 靜 脈 注 射 之 異 常 及 速 率 偵 測 系 統 Abnormal and Rate Detection Design of Intravenous Injection [2] 這項發明讓住院病人可以少吃點苦 https://health.tvbs.com.tw/medical/306270 [3] 點滴注射常見問題及處理須知 http://www3.vghks.gov.tw/HE/pdf/7530001_1.pdf [4] KTDUINO HX711 壓力模組 + 磅秤 https://www.eclife.com.tw/product/moreinfo.aspx?cno=94 918 [5] 用 JS 控制 Arduino 吧!三軸一起來,速度與激情! https://ithelp.ithome.com.tw/articles/10226147 [6] Arduino HX711 電子秤完整範例 https://blog.jmaker.com.tw/hx711_set/ [7] 加速度計和陀螺儀感測器:原理、檢測與應用 https://archive.eettaiwan.com/www.eettaiwan.com/ART_8 800701519_480502_TA_e52a9104.HTM [8] ADXL335 三軸加速度感測器 http://yehnan.blogspot.com/2013/12/arduinoadxl335.html [9] MySQL 使用教學 https://jerrynest.io/mysql-tutorial/ [10] HX711 https://github.com/bogde/HX711/blob/master/src/HX711.c pp [11] Grafana 介紹及安裝 https://medium.com/pizzas/grafana%E4%BB%8B%E7%B 4%B9%E5%8F%8A%E5%AE%89%E8%A3%9D-bfdb811e419e [12] STM32F1 入門教學:GPIO 輸出 https://lolikitty.pixnet.net/blog/post/141118557 [13] Windows 上的 MySQL 安裝教學 https://jerrynest.io/windows-mysql-installer/[14] STM32F4 Port 的 使 用 ( 一 ) 數 位 腳 位 (digital pin) https://fishark.pixnet.net/blog/post/43281433
[15] 光續斷器使用範例
https://www.rohm.com.tw/electronics-basics/photointerrupters/pi_what2
Patient’s
out-of-hospital positioning and drip safety system
Lin, Chao-Feng
1Kung, Hsiang-Chun
1,*Lin, Yu-Hang
1Chen, Guan-Xun
1Wu, Rui- Zhe
1Chou, Shih-Yu
1Yu, Yi-Hsin
1Lai, Jin-Lun
1Abstract
Usually patients are afraid of intravenous drips. Because if there is a problem, the nurse needs to re-administer the drip, if the process is not smooth, treatment will be delayed. So neither the patient nor the nurse wants the patient to leave the ward. If we can develop a set of active sensor warning ”Patient's out-of-hospital positioning and drip safety system”, so when the patient leaves the ward or when I.V goes wrong, the sensor will be combined with the patient’s smartphone to issue a warning, upload data to the cloud at the same time. The nursing station can also check the patient's current status and history in the cloud. This can improve the safety of the IV drip line for inpatients, it can also prevent patients who go out accidentally letting the intravenous blockage and then get a needle.
Keywords: I.V drip, GPS, Hematoma, Cloud System
1 Oriental Institute of Technology Department of Communication Engineering, Department of Electronic Engineering * Correspondence author:Kung, Hsiang-Chun