無線遠端存取之居家照護系統

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亞東技術學院

資訊與通訊工程研究所

碩士論文

無線遠端存取之居家照護系統

Wireless Homecare System with Remote

Monitor Database

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致謝

首先誠摯的感謝指導教授王清松教授，在這兩年的日子老師悉心的教導，不論是在課業、研究及生活各方面都提供我許多寶貴的意見及鼓勵，使我在碩士學位修業期間的學習收獲良多，在此謹向吾師致上衷心的感謝與敬意。感謝在就讀大學時，不斷支持和提攜的連嘉宏主任、班導師李宜庭老師，還有專題的指導老師洪啟煌老師，當初因為有你們不斷的鼓勵，教導我將課堂上所學的專業知識應用於生活的設計創新上，讓我累積足夠的專業知識能力，才有機會可以入取研究所繼續深造。另外，總是在我人生遇上難以抉擇的難題，或是研究上遇到不知該如何解決的瓶頸時，伸出援手幫我解決困難的好朋友蔡仁義，從高中就認識至今，在專業領域的細心程度一樣龜毛的張焜翔，以及在研究所期間，一起完成許多雜七雜八的困難，一起同甘共苦的好同學李正彥，因為有你們的存在，讓我的人生變得多采多姿，因為有你們的幫助，讓我順利的完成兩年的研究所修業。最後，每當在趕研究、趕論文忙到三更半夜，忙到凌晨不睡覺時，總是在房門口不斷叮嚀我們別太晚睡，要小心身體健康的爸爸、媽媽和奶奶，衷心感謝你們多年來的苦心栽培與支持，如今總算沒有辜負家人對我的期望，順利研究所畢業。感謝一路走來曾經幫助過我的所有人，還有女朋友美瑤在背後的默默支持更是我前進的動力，沒有美瑤的體諒、包容，相信這兩年的生活將是很不一樣的光景。最後，謹以此文獻給我摯愛的雙親。

李易勳

101 年 07 月

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摘要

本篇論文提出一個整合多樣生理量測設備的裝置，經由智慧型裝置及 Bluetooth 技術連結網路，建構無線遠端存取之居家照護系統。本研究的設計可進行多樣生理量測、無線傳輸與遠端儲存，並提供數據的紀錄及線上的服務平台。便利的操作流程，使用者量測生理狀況，透過智慧型裝置存取遠端資料庫，查詢自己的生理紀錄，搜尋到異常生理量測數據，並提醒使用者。長期的生理量測數據，是醫生做為病症參考的重要依據，因此本研究除了記錄生理量測的服務外，也提供生理量測數據的輸出服務及電子化病歷的數據表單。透過居家照護系統與病歷電子化的整合，本研究遠距照護服務系統的建置，能讓許多行動受限制無法自行外出就醫的年長者、偏遠地區或資源缺乏地區的家庭，於家中即可得到完善的健康照護服務，有效改善長者或行動不便者就醫的困難，減少往返醫院的路程與時間。關鍵字：無線化生理量測、嵌入式裝置、藍牙通訊

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Abstract

In this paper, we design a wireless home care system with remote monitor database, the system compose by three parts: variety of physiological measurements, the embedded smart devices and remote monitor database. The user can use the difference physiological measurements obtain their information and store them in the embedded smart devices which could be a smartphone or e-PAD. The doctor can monitor their patient information thought the remote monitor database. Also the user can use smartphone to access advice from doctor or physiological information.

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目錄

致謝 ... i 摘要 ... ii Abstract ... iii 目錄 ... iv 表目錄 ... vii 圖目錄 ... viii 第一章緒論 ... 1 1.1. 研究動機與目的 ... 1 1.2. 相關研究與文獻探討 ... 5 1.2.1. 國外建康照護相關產品研發 ... 5 1.2.2. 國內遠距照護發展與相關研究 ... 8 1.3. 研究步驟 ... 12 第二章設計具便利性及無線傳輸數據生理量測整合裝置 .... 13 2.1. 生理量測原理與整合裝置機構設計 ... 13 2.1.1. 心電訊號 ... 13

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2.1.5. 脈搏的量測 ... 22 2.1.6. 血氧濃度值 ... 26 2.1.7. 血氧濃度量測原理及方法 ... 26 2.1.8. 藍芽無線傳輸模式 ... 29 2.2. 生理量測整合裝置硬體電路架構 ... 31 2.2.1. 生理量測整合系統 ... 31 2.2.2. 心電量測裝置 ... 32 2.2.3. 無線數據傳輸模組 ... 33 第三章設計遠端資料中心之健康資訊管理網站 ... 36 3.1. 建置個人化健康資訊管理服務網站 ... 36 3.1.1. 無線遠端存取之居家照護平台 ... 36 3.2. 生理量測數據的接收、輸出與轉換 ... 41 3.2.1. 生理量測數據的接收、輸出 ... 41 3.2.2. 電子病歷 ... 42 3.2.3. 電子病歷相關標準 ... 44 第四章系統實測與結果討論 ... 46 4.1. 硬體操作與與介紹 ... 46 4.2. WHSRMD 系統硬體操作 ... 49 4.3. 平台實測結果 ... 52

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4.3.1. WHSRMD 平台使用者帳號管理 ... 52 4.3.2. 即時資訊 ... 54 4.3.3. 歷史資料查詢 ... 55 第五章結論與未來展望 ... 57 5.1. 結論 ... 57 5.2. 未來展望 ... 60 參考文獻 ... 61 附錄 ... 66

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表目錄

表 2-1 雙極肢導（標準肢導） ... 17 表 2-2 加強單極肢導 ... 19 表 2-3 單極胸導 ... 20 表 2-4 WT12 Bluetooth Module 規格說明 ... 34 表 5-1 WHSRMD 與其他系統比較表 ... 57

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圖目錄

圖 1–1、99 年及 100 年主要死因死亡人數 ... 2

圖 1–2、Intel Health Guide PHS6000 ... 6

圖 1–3、Microsoft HealthVault Platform ... 6

圖 1–4、Withings 智慧血壓計、體重計 ... 7 圖 1–5、iHealth BP3 多功能血壓計 ... 7 圖 1–6、中興保全 MiniBond 三合一健康照護組合 ... 9 圖 1–7、南開科技大學無線遠距居家健康照護系統開發 ... 9 圖 1–8、亞洲大學電腦居家照護無線血壓計系統研究... 10 圖 1–9 服務導向架構的個人健康知識管理系統之設計與評估服務平台構想 ... 11 圖 2–1 心臟的構造 ... 14 圖 2–2、心臟肌電傳導狀態及心電圖波形產生過程 ... 15 圖 2–3、心電圖的組成 ... 16 圖 2–4、心臟收縮及舒張狀態圖示 ... 22 圖 2–5、聽診法示意圖 ... 23 圖 2–6、振盪法示意圖 ... 24

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圖 2–10、Bluetooth 服務 ... 29 圖 2–11、WHSRMD 系統示意圖 ... 32 圖 2–12、心電訊號量測裝置硬體架構 ... 32 圖 2–13、WT12 Bluetooth Module ... 34 圖 2–14、WT12 connection diagram ... 35 圖 3–1、WHSRMD 系統架構圖 ... 36 圖 3–2、服務導向架構模型 ... 38 圖 3–3、傳統 Web 範例與 AJAX 範例的比較 ... 39 圖 3–4、Java Socket 傳輸流程圖 ... 40 圖 3–5、XML 格式轉換 ... 41 圖 3–6、Health Level 7 架構 ... 42 圖 4–1、生理量測無線傳輸模組與量測整合系統 ... 46 圖 4–2、無線傳輸模組正面（左）與背面（右） ... 47 圖 4–3、縮小化無線傳輸心電訊號量測裝置 ... 48 圖 4–4、系統操作示意圖 ... 49 圖 4–5、智慧型裝置顯示畫面 ... 50 圖 4–6、電腦端數據接收畫面 ... 50 圖 4–7、生理量測傳輸用 XML 格式 ... 51 圖 4–8、使用者登入頁面 ... 52

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圖 4–9、WHSRMD 網路服務平台 ... 53

圖 4–10、即時量測資料查詢頁面 ... 54

圖 4–11、即時心電圖 ... 55

圖 4–12、血氧及脈搏歷史記錄查詢 ... 56

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第一章緒論

1.1. 研究動機與目的近年來科技發展進步迅速，不斷改善目前的生活環境，使得人們的生活習性也正不斷地改變中。正常的生活習性能為身體機能帶來正面效益，但不正常的生活習性容易引響身體的健康狀況，相關研究報告指出，日常飲食的不恰當是影響健康的主要因素之一，有 60%的癌症與飲食不適當有關，而癌症及慢性疾病患者大都與喝酒、吸煙、熬夜、生活不正常、多食肉類有關[1]。圖 1–1 為台灣行政院衛生署 99 年及 100 年國人主要死因死亡人數統計圖，根據衛生署統計室公布民國 100 年國人主要死因統計報告中指出，國人最新十大死亡原因分別為惡性腫瘤（28.0%）、心臟疾病（10.9%）、腦血管疾病（7.1%）、糖尿病（6.0%）、肺炎（6.0%）、事故傷害（4.4%）、慢性下呼吸道疾病（3.9%）、慢性肝病及肝硬化（3.4%）、高血壓性疾病（3.0%）、腎炎、腎病症候群及腎病變（2.9%）。2011 年死亡人數 15 萬 2030 人，平均每 3 分 27 秒就有一人死亡，依 2000 年世界人口結構調整計算的標準化死亡率是每 10 萬人口 462.4 人，比 99 年增加 1.5%，與 2010 年相較，國人死亡時鐘往前縮短 11 秒。統計中也指出，國內十大死亡原因人數占所有死亡人數的 75%，而十大死亡原因的領先排名慢性相關疾病則佔據了大半數，其中高血壓、糖尿病、慢性下呼吸道疾病、腎臟病變等慢性疾病死亡率，就占了全死亡人口的 62%，其中惡性腫瘤更連續 30 年蟬聯國人十大死因榜首，2011 年共有 4 萬 2559 人死於癌症。另外，內政部初步估計，100 年國人平均餘命，男性是 76 歲，女性是 82.7 歲，與 10 年前相較，男性與女性分別較 10 年前增加 1.9 歲與 2.7 歲，壽命相對都有延長[2]。

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圖 1–1、99 年及 100 年主要死因死亡人數如果要避免致癌及慢性疾病的產生，就不能不注意生活及飲食習慣的正常。目前的醫學往往無法根治慢性疾病，而它最大的危害，在於急性與慢性併發症。要減少或預防這些危害的發生，除了保持規律的生活型態，如持之以恆的運動、減少刺激性的食物及菸酒、充足休息和睡眠與接受治療本身之外，還需要長期且定期的紀錄與追縱。追縱的方式，依不同的疾病，可能包含自行在家量血壓、測血糖，或每幾個月到醫院抽血檢驗，或是以 X 光、超音波、電腦斷層等影像檢查，甚至也包含了胃鏡、大腸鏡之類的侵入性檢查。一方面了解疾病的進展，一方面了解治療的成效，藉以調整治療與保養的方式，甚至及早發現嚴重的併發症而進行更進階的治療或轉診。長期且定期的記錄生理量測數據，如血壓值、血氧值及血糖值等，有助於提早發現慢性疾病，因此許多研究嘗試 42,559 16,513 10,823 9,081 9,047 6,726 5,984 5,153 4,631 _4,368 3,507 41,046 15,675 10,134 _8,211 _8,909 6,669 _5,197 _4,912 4,174 4,105 3,889 0 15,000 30,000 45,000 惡性腫瘤心臟疾病（高血壓性疾病除外）腦血管疾病糖尿病肺炎事故傷害慢性下呼吸道疾病慢性肝病及肝硬化高血壓性疾病腎炎、腎病症候群及腎病變蓄意自我傷害（自殺）人 100年 99年

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隨著電子醫療需求提升與智慧型裝置技術更新，在健康監測系統開發上，目前有許多研究採用智慧型裝置搭配數據無線傳輸方式，設計醫療雲端服務，如心電圖（ECG）監控系統等[6]。常見的無線傳輸技術種類有許多，如藍牙（Bluetooth），ZigBee 和無線電頻率傳輸（RF, Radio Frequency）可以選擇。其中藍牙設備具備低功耗，低成本和高安全性的特性，且藍牙設備只需與其他具備藍牙通訊功能的設備進行一次身份驗證，就可與其他裝置進行數據的交換及傳輸，目前許多智慧型裝置皆具備藍牙通訊功能，因此系統在無線數據傳輸開發上，藍牙為目前最廣泛使用的無線通訊技術。電子醫療技術的提升過程，大量的數據管理與病歷的整合是一門很重要的課題，生理量測的數據資料庫能幫助使用者觀察自我身體狀況，也可提供相關研究人員進行數據的分析；病歷是醫院的重要資料，病歷記載有關患者所有的病情進展過程，現今資訊時代的病歷管理，走過由書面病歷到病歷電子化的過程，終於開啟將書面病歷以電子病歷取代的階段。由於台灣全民健保保險制度的影響，加速了國內醫療院所病歷資料電腦化（Computerized Medical Records, CMR）的普及，墊定了進入電子病歷（Electronic Medical Records, EMR）階段很好的基礎。台灣經建會於 2009 年 10 月亦通過衛生署在「加速辦理智慧醫療照護計畫」中，新增「加速醫療院所實施電子病歷系統」子計畫，計畫期程自民國 99 年至 101 年，總經費需新台幣 60.4 億元，來自振興經濟擴大公共建設預算，要達成三年後民眾到醫院看病，八成醫院、七成診所都可提供電子病歷的目標 [7,8,9]。

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為電子病歷的推動，美國病歷協會將其過程定義了五個階段，分別為 1.醫療記錄自動化（automated medical record, AMR）；2.病歷資料電腦化（computerized medical records, CMR）；3.電子病歷（electronic medical

records, EMR）；4.電子病患資料（electronic patient records, EPR）；5.電子

健康資訊（electronic health record, EHR）[10]，醫療記錄自動化為推動電子病歷必須最先面臨的階段，因此，欲使醫療過程中的記錄能自動進行存取或更新，生理量測裝置的無線傳輸、生理量測數據的資料庫建置與病歷電子化的整合勢在必行。

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1.2. 相關研究與文獻探討

遠距健康照護系統是遠距醫療的主要應用之一，起源於 1950 年代的遠距醫療系統，主要是應用視訊設備實行遠距醫療服務，至 1980 年代晚期，第二代遠距醫療開始使用數位壓縮（digital compression）與 ISDN 等高階傳輸技術，提供更好的服務品質。隨著傳輸科技、無線通訊與互動式視訊等相關技術進展快速，促使遠距醫療在非臨床領域的應用持續增加，因此遠距健康照護市場也呈現急速成長的趨勢。遠距健康照護服務相關的研究有許多文獻探討，在國外已有許多將遠端照護技術應用於慢性病或老人照護的例子，例如：心臟衰竭、中風、糖尿病、氣喘、愛滋病及失智症等失能與失智長者的遠距照護，均應用生理監測儀與通訊及視訊等資訊科技，以協助病人本身自我健康管理或協助照顧者增進照護技能，不但可發展以零距離方式提供民眾健康服務，進而使醫學或護理相關之研究變得容易與豐富[11]。 1.2.1. 國外建康照護相關產品研發目前國內、外均有許多數家資訊大廠與研究單位提出遠距健康照護的相關計畫與投入遠距健康照護的技術開發。以國外資訊大廠為例，Intel 於 2008 年推出 Intel Health Guide PHS6000 ＆ Intel Health Care Management Suite，如圖 1–2 所示，此裝置可在居家端收集生理資訊，並傳送生理資訊至照護機構。應用觸控式電腦，並可與數項生理參數量測器材連接，包含血壓計、血糖計與體重計，也具備病患資訊可在 web 上存取，多媒體教育資訊庫、可雙向溝通的功能。

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圖 1–2、Intel Health Guide PHS6000

Microsoft 也推出 Microsoft HealthVault 的遠距照護平台，如圖 1– 3 所示，此平台可用於分享健康資訊，並用來協助學術研究及醫療單位，提供使用者進行健康照護之創新應用平台。Google 則推出「Google Health」服務的 beta 測試版，協助使用者找尋醫療服務，可上傳、儲存並閱覽個人的健康資訊，擷取伴侶的醫療紀錄，研究健康問題，設定提示訊息(例如提醒什麼時候該服藥)，或執行一些應用軟體，例如可記載今天步行多少英里的軟體，並且提供個人就診時的醫療紀錄存檔。

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圖 1–4、Withings 智慧血壓計、體重計

Apple 透過 Apple Store 的平台與硬體開發商整合，硬體開發商結合 iOS 系統與 Apple 的服務，推出 Withings 智慧血壓計、Withings 智慧型體重計（如圖 1-4 所示）與 iHealth BP3 多功能血壓計套件（如圖 1–5 所示）等產品，自動記錄每次的測量數據，並能追蹤長時間的數值數據，經由應用程式可自動產生數據圖表，或自動分享每次的測量結果。

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1.2.2. 國內遠距照護發展與相關研究台灣行政院衛生署為因應社會人口結構快速老化及疾病型態改變，盼能藉由遠距照護服務網絡的建構，使民眾不論在居家、社區或照護機構，都可以獲得持續性、整體性的醫療及生活照護，自 96 年起即積極推動「遠距照護試辦計畫」及 97 年推動「遠距照護服務改善與品質提升計畫」，首創居家/社區式和機構式二類遠距健康照護服務模式，並發展整合性、連續性的遠距健康照護服務網絡，基於試辦計畫之成果，「遠距健康照護服務發展計畫」自 99 年度正式進入複製擴散階段，建置專案辦公室將遠距健康照護服務推廣連結至全國各區醫院。100 年度再增加建置遠距健康照護中心，以增強服務即時回應，並推動商業營運模式，促進相關產業發展[12]。配合政府的計畫實施，民間企業也開始相關健康照護技術的開發，其中以中興保全的三合一健康照護組合較具代表性。圖 1–6 為中興保全提出的 MiniBond 三合一健康照護組合系統，主要可應用於老弱婦孺的安全監控及年長者的居家照護服務，藉由輔助全球衛星定位系統（Assisted

Global Positioning System, AGPS）、無線傳輸服務（3G）、訊息回報系統

（SMS）與無線通訊等功能，搭配後端平台的服務，提供遭預突發狀況

時可發送緊急求救訊號的「緊急通報服務」，加上可上網或電話查詢使用

者位置並即時透過簡訊、E-Mail 或手機 MMS」回報的「健康照護」與具備簡易通話功能的「MiniBond」隨身定位器三合一防護組合[13]。

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圖 1–6、中興保全 MiniBond 三合一健康照護組合除了安全防護的遠距照護服務外，國內也有許多個人健康管理的相關研究，南開科技大學的無線遠距居家健康照護系統開發（如圖 1–7 所示），則採用 RFID 技術在居家內部建立一個可移動式登入系統，該系統透過整合不同的生理量測設備如溫度計，血壓計，血氧濃度等，運用 ZigBee 無線通訊技術，將量測訊號傳送到個人電腦進行統計分析處理與儲存，並提供異常數值的警訊服務及自動透過電子郵件與簡訊通知家人、照護者或家屬的功能[14]。圖 1–7、南開科技大學無線遠距居家健康照護系統開發

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圖 1–8 為亞洲大學電腦與通訊學系的居家照護無線血壓計系統研究，此研究設計與建立一套具備藍芽無線傳輸介面，以血壓計為應用對象，係整合血壓計量測裝置，撰寫血壓計傳送軟體，使接收端能自動收集收縮壓、舒張壓、脈搏[15]。圖 1–8、亞洲大學電腦居家照護無線血壓計系統研究國立台北護理學院資訊管理系暨研究所則提出服務導向架構的個人健康知識管理系統之設計與評估的服務平台構想，透過一套以建置服務導向架構為基礎的健康知識管理系統（如圖 1–9 所示），將包括個人健康資料收集、資料轉換及傳輸、資料處理及分析、異常警示及健康知識呈現等模組，將給予使用者健康情形的警示及取得相關健康知識的建議 [16]。

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圖 1–9 服務導向架構的個人健康知識管理系統之設計與評估服務平台構想

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1.3. 研究步驟本論文在內容的編排上共分為五個章節：第一章：緒論說明做此研究動機以及國內外相關論文研究與文獻探討，最後針對研究方法提出研究論文架構。第二章：設計具便利性及無線傳輸數據生理量測整合裝置討論本研究使用到之生理量測裝置，針對其量測原理及方法做分類說明，並就本研究之硬體架構以及相關電路設計之原理與方法作介紹。第三章：設計遠端資料中心之健康資訊管理網站討論遠端資料中心的建置與健康資訊管理網站所提供的服務，並討論數據傳輸及轉換方法。第四章：系統測試與結果討論無線生理量測整合傳輸裝置的實際硬體操作，以及WHSRMD 平台的功能介紹和操作方式第五章：結論與未來展望就研究成果做出結論，並提出未來展望。

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第二章設計具便利性及無線傳輸數據生理量測整合裝

置

2.1. 生理量測原理與整合裝置機構設計長期且定期的生理紀錄，有助於慢性疾病的提早發現，本篇論文主要針對常用於家庭中的生理量測設備進行改善，及設計其他可提供生理監控的裝置，並嘗試將兩者整合為一。以下為本研究有使用到之生理量測裝置，並對其生理訊號及量測辦法做說明與初步的介紹。 2.1.1. 心電訊號心臟是由肌肉所組成的器官，組成心臟的肌肉稱為心肌，當心肌在活動時，也就是心臟在跳動時會產生電流，記錄這種電流變化的圖形就是心電圖（Electrocardiogram, ECG）。透過心電訊號檢查，可以診斷心律不整以及各種心臟疾病所以起的心臟型態上的變化，因為當心臟的型態因種種原因而有所變化時，心電訊號也會有所變化。心電訊號是診斷人體心臟疾病的常用手段之一，為臨床上應用頗為廣泛的非侵入式診斷方法，它經由體表面擷取心肌細胞的放電訊號，可表現心臟結構功能異常，也可以反映出全身性疾病或異常，提供臨床醫師正確且有效的心臟訊息。對於急性或慢性的心臟病患者，心電訊號皆可以提供有關心臟的資訊，因此廣被醫界使用，是基本的檢查項目之ㄧ。

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2.1.2. 心臟的構造與心電傳遞

圖 2–1 心臟的構造

心臟的構造，如圖 2–1 所示，可分為心房及心室兩大部分，其中新房部分與上下腔靜脈連接，當右心房充滿由靜脈送回的血液時，右心房上的竇房結（ Sinoatrial Node, SA Node ）會自發性的產生去極化（Depolarization）的動作電位，此電流訊號經由心房肌肉細胞傳遞至左

心房，由於心臟肌肉細胞間具有利於電氣通連之離子通道（Gap junction），

所以訊號傳遞非常迅速，使得左右心房幾乎同時去極化進而產生肌纖維的收縮，而產生機械能量做功將血液擠壓至心室中，此時去極化電流訊

號傳遞至右心房底部的房室結，（Atrioventricilar Node, AV Node），由於房

室結傳遞訊號的速度慢（約 0.1 秒），所以使得心房有足夠的時間完成去極化收縮的動作，接下來，房室結將去極化電流訊號藉由浦金埃氏纖維（Purkinje fibers）傳遞至整個左右心室，促使左右心室同時去極化收縮，

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2.1.3. 心電訊號的組成與量測圖 2–3、心電圖的組成圖 2–3 為心電圖，在一個正常心動周期中，一個典型的 ECG 波形是由一個 P 波，一個 QRS 波群，一個 T 波，以及在 50%～75%的 ECG 中可能見到的 U 波等所組成。以下分別描述個波型的狀態及時長[18]。 P 波：心房去極化過程，心電向量從竇房結指向房室結，時長約為 0.8 秒，正常小於 0.12 秒。 T 波：心室快速復極化過程，時長約為 0.16 秒。 U 波：心室內浦金氏纖維（Purkinje fiber）的再極化，並不能經常看到，振幅很低，跟隨 T 波後出現。 QRS interval：左右心室的快速去極化過程，時長約為 0.8 ~ 0.12 秒，

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QT interval：為 QRS 波群開始到 T 波結束時的時間，時長約為 0.35 ~ 0.43 秒，正常值應小於 0.44 秒。 ST segment：心室緩慢復極化的過程，時長約為 0.8 ~ 0.12 秒。心電圖可測量人體中兩點之間電位差的大小和方向。當動作電位的方向遠離電極時，可獲得一個向下之負波，反之，當動作電位向著電極而來時，可獲得一個向上之正波，而當動作電位進行的方向與電極恰成 90 度時，則獲得一個一上一下之雙向波形。心電圖由 12 個不同的軸來記錄心臟的電氣活動，其中包含了垂直切面 6 個，水平切面 6 個，最常用來作分析的有十二個導程，分別為雙極肢導：lead I、lead II、lead III，如表 2-1 所示；加強單極肢導：aVR、aVL、aVF，如表 2 所示和單極前胸壁肢導：V1、V2、V3、V4、V5、V6，如表 3 所示。下簡單介紹十二導程的量測點及電極貼片位置，並針對本研究中所使用的雙極肢導作一簡單說明。表 2-1、雙極肢導（標準肢導）圖示內容電極貼片位置第一肢導（Lead I）右手和左手

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第二肢導（Lead II）右手和左腳

第三肢導（Lead II）左手和左腳

雙極肢導一般稱作標準肢導，其導聯方式如表所示。標準肢導共分三種：第一肢導（Lead I）：右手和左手；第二肢導（Lead II）：右手和左

腳；第三肢導（Lead III）：左手和左腳。如表 2-1 所示。第一肢導、第二

肢導及第三肢導形成一個等效三角形，稱為 Eindhoven’s triangle 。 Eindhoven’s triangle 其實就是記錄心臟的額面或正面（Frontal Plane）上的電位差。雙極肢導所描記的波形，是兩個電極間的電位差。例如第一肢導所測得的電壓值，既不單純代表左手，也不代表右手，而是兩者之

電位差，即 VL – VR = VI。同理，第二肢導及第三肢導，亦為 VF – VR = VII，

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表 2-2、加強單極肢導圖示內容電極貼片位置右手加強肢導（aVR）右手左手加強肢導（aVL）左手左腳加強肢導（aVF）左腳加強單極肢導是由早先的單極肢導所改良而來。首先 Wilson 根據克希何夫電壓定律設計出單極肢導 VR、VL、VF。他的設計是將左手、右手、左腳的電極分別接上一等值電阻 R，然後並聯於一點，稱為 Wilson terminal（CT）。接著，再利用一探測電極測定肢體各處與 CT 的電位差，所以才稱為單極肢導（Unipolar lead）。因此若將此探測電極分別接在左手、右手和左腳，便可測出心臟在左手、右手和左腳的電位差，分別以

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VL、VR 和 VF 來表示。由於 Wilson 設計的單極肢導系統中，連接一等值電阻的用意在於減少皮膚阻抗的影響，但是卻使得 VL、VR 和 VF 的振幅減少而不易量測。 Goldberger 便針對此一缺點加以改良。他的設計是在測定某側肢體的電位差時，切離該肢體與 CT 的連接，並把電阻拿掉。這樣的結果使電位的振幅加強了 50%左右，因此便稱之為加強單極肢導，以 aVR、aVL、aVF 來表示（如表 2-2 所示）。表 2-3、單極胸導內容電極貼片位置第一胸導（V1）第四肋間腔胸骨的右邊第二胸導（V2）第四肋間腔胸骨的左邊第三胸導（V3）第五肋間腔胸骨的左邊第四胸導（V4）第五肋間胸與鎖骨間的中央點第五胸導（V5）第五肋間胸第四胸導左邊第六胸導（V6）第五肋間胸與腋下間的中央點

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單極前胸壁肢導的原理與單極肢導相似，差別在於量測的位置㆖。單極前胸壁肢導的探測電極是放在胸部的特定位置上(V1、V2、V3、V4、 V5、V6)，如表 2-3 所示，並量測該位置與 CT 的電位差，因此又稱為單極胸肢導（ Unipolar chest lead ），而這些胸肢導便形成心臟的橫面（Transverse plane）。

其中第二肢導、第三肢導、左腳加強肢導是測量下半身的肌電訊號，稱作下部肢導（Inferior leads）所以相較其他肢導方式更能夠觀察到左心室下壁的肌電訊號活動；而第一肢導、左手加強肢導、第五胸導、第六胸導屬於水平肢導，其中第一肢導和左手加強肢導的電極貼在受測者肩

上，所以有時又稱作高水平肢導（High lateral leads），而第五胸導、第六

胸導有時又稱作低水平肢導（Low lateral leads）；第一胸導和第二胸導則被歸類為隔膜肢導（Sptal leads）以用來觀察心隔膜（Septum leads）上的

肌電訊號；第三和第四胸導則屬於前部肢導（Aterior leads），可以較明顯

觀察左心室前壁的肌電訊號；至於右手加強肢導則是從右肩膀的觀點觀測心內膜的活動。

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2.1.4. 脈搏訊號脈搏是指血管內的血液在單位面積上的側壓力，即壓強。習慣以毫米汞柱為單位。而動脈血壓則指的是血液對動脈血管的壓力，一般指主動脈壓。而平均血壓則是=（收縮壓+ 2 x 舒張壓）/ 3 心臟有收縮及放鬆期，如圖 2–4 所示，當心臟收縮，左心室便會將血液泵出到主動脈，主動脈壓產生最高血壓，又稱收縮壓。接下來，心臟會舒張，血液流入右心房，這個時候壓力最低，稱為低血壓或舒張壓。心臟收縮心臟舒張圖 2–4、心臟收縮及舒張狀態圖示脈搏的量度單位是毫米水銀，根據世界衛生組織於 1999 年的指引， 120/80 以下是理想的收縮壓/舒張壓，139/89 以下是正常血壓，140/90 至 160/95 是偏高血壓，180/90 以上便屬於高血壓。血壓令血液於動脈裡正常輸送至全身，若血壓過低，便無法將血液供應全身，相反，血壓過大，有可能令血管受損，亦反映血液或心臟可能出現異常。 2.1.5. 脈搏的量測

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血壓計與電子式血壓計[19]。圖 2–5、聽診法示意圖水銀式血壓計所使用的聽診法（Auscultation method），如圖 2–5 所示，為目前使用最廣泛的方式，其結構組成包含了壓脈袋（Cuff）、手動加壓球（Hand bulb）、聽診器和水銀壓力計，使用時將壓脈袋包裹住受測者上臂，並將聽診器置於壓脈袋內側靠近肘部肱動脈處。將壓脈袋充氣，當壓脈袋內的壓力大於人體的收縮壓時，動脈血管會因壓脈袋的擠壓作用而達到完全閉塞的現象，動脈血管內將無血液流動。接著以大約每秒 3mmHg 的洩氣速率放氣，當施測者藉由聽診器聽到一低沈的衝擊聲，此一聲響稱之為克羅特克夫音效（Korotkoff sounds），當偵測到第一音時，讀取壓力計上的讀值，此即為收縮壓；當壓脈袋壓力小於血管壓力無法擠壓血管形成障礙區，就不產生聲音，此時記下壓力計上的讀值即為舒張壓。

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圖 2–6、振盪法示意圖電子式血壓計所使用之振盪法（Oscillation method），如圖 2–6 所示，是多數電子血壓計最常使用的技術，其工作原理類似聽診法，不同的是須使用壓力感測器來偵測壓脈袋內壓力變化，藉以判斷收縮壓、舒張壓與平均壓。振盪法量測方式，一開始對壓脈袋充氣，當壓脈袋內壓力大於人體的收縮壓後，再控制洩壓閥洩氣。在量測過程中，當壓力訊號突然變大時，即為收縮壓，在壓力訊號振幅突然變小的點應為舒張壓。但到目前為止，只有平均壓的點可以明確定義出來，收縮壓和舒張壓的壓力訊號變動量仍無統一的標準，故每一家廠商的設計不同，量測出來的血壓值會有些微差距。

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圖 2–7、血壓數值分類圖血壓值的範圍，根據世界衛生組織所制定的標準，18 歲以上健康成人的理想血壓是收縮壓 120mmHg，舒張壓 80mmHg，如圖 2–6 所示，但是一般來說，血壓只要在 130/85mmHg 以內，應該是臨床上可以被接受的。現在只要血壓收縮壓介於 120～139mmHg、舒張壓介於 80～ 89mmHg，就會被列為「高血壓前期」族群，必須持續觀察。所謂「高血壓前期」是根據美國醫學聯合會雜誌（JAMA）刊載，高血壓防治聯合會第七次報告，對現今成人之高血壓防治重新評估，定義出高血壓前期，並建議採取更積極之治療。

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2.1.6. 血氧濃度值血氧濃度值（SpO2）代表血液中血紅素含氧的飽和度。血氧濃度值（SpO2）可代表心肺能力是否正常，因在呼吸循環系統中，人體吸入空氣中的氧氣後，將體內肺泡及血液中的二氧化碳交換出來，達到身體正常平衡運作，而血液中運送氧氣的能力來自於心臟功能強弱與否，所以若心臟或胸腔功能有狀況，其身體血液含氧量自然降低，故血氧濃度值（SpO2）代表著心肺能力是否正常。血氧濃度值（SpO2）可供醫護人員作生命監測判斷，並配合數據表徵作有根據的供氧醫療行為，而不是盲目一昧的供氧給病人，導致肺部自主功能更衰退，甚至纖維化[20]。 2.1.7. 血氧濃度量測原理及方法血氧濃度（Blood oxygenation）是指血液中血紅素（Hemoglobin, Hb）攜帶氧的程度，人體內的組織與器官都藉由呼吸與循環系統提供所需的氧氣來維持運作，因此可藉由血氧濃度評估人體的呼吸與循環系統功能，也是生命跡象的重要指標。血氧濃度包括「動脈血氧濃度（Arterial oxygen

saturation, SaO2）」、「靜脈血氧濃度（Venous oxygen saturation, SvO2）」、「組

織血氧濃度（Tissue oxygen saturation, StO2）」，以及「脈搏血氧飽和度

（Saturation of peripheral oxygen, SpO2）」，目前廣泛採用光學式脈搏血氧

濃度計（Pulse oximeter）量測血氧濃度，因此以 SpO2 血氧濃度測定較為普遍。血氧濃度採用紅外線穿透人體的方式量測，是一種非侵入式的量測方法。穿透式探頭可以配帶於手指頭上，具備使用方便、可以重複使

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血液中氧的含量多寡會反應在其光學特性上，血紅素對於特定光譜的吸收特性會隨著攜氧量而有所改變，例如動脈血液中氧合血紅素 HbO2 （Oxygenated hemoglobin）濃度高，對於藍光有較高的吸收特性，對紅光吸收性相對較低，因此血液呈現鮮紅色；靜脈內去氧血紅素 Hb （Deoxyhemoglobin）濃度較高，對於整個可見光譜具有較一致的吸收特性，因此血液呈現深暗的偏藍色。圖 2–8 中說明氧合血紅素 HbO2 與去氧血紅素 Hb 對可見光及近紅外光的吸收特性。由下圖中 HbO2 與 Hb 的曲線可見，兩者對波長 660nm 的紅光呈現較大吸收率差異；波長 805nm （近紅外光）為兩者的等吸收點（Isobestic point），幾乎呈現相同的光吸收率。圖 2–8、HbO2 與 Hb 對可見光及近紅外光的吸收特性示意圖血氧濃度計是利用紅外線非侵入式來測量血液的含氧量和心跳值變化，免除了傳統抽血的不便和可能受感染的危險。最初的血氧濃度計是由 Millikan 在 20 世紀 40 年代開發。它監測動脈中攜帶氧的血紅蛋白與不攜帶氧的血紅蛋白的比例。

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現今常見的光學式脈搏血氧濃度計，即是利用此光學特性做血氧濃度量測。手指與耳垂部位組織層較薄，且充滿微血管與血液貫流，相當適合作為量測血氧濃度的量測點，而考量到使用上的便利性，目前大多數產品採用手指作為量測點。如圖 2–9 所所示，血氧濃度計上裝設兩個可發出不同波長的發光二極體（Light Emitting Diode, LED）光源，以

805nm（或 940nm）近紅外光作為 Hb 與 HbO2 對光的吸收率的比較基準，另一 660nm 紅光則用來偵測 Hb 與 HbO2 的光吸收率差異，量測時兩光源交替照射，穿透手指組織與血液的光源由一個光感測器（Photo Detector）接收，利用光學感測與光調變技術比較兩穿透光源的不同強度，經過訊號處理後，即可換算出血氧濃度數值。圖 2–9、非侵入式血氧濃度感測器示意圖此外，由於心臟收縮與舒張時，動脈血液與皮膚組織對光吸率會呈

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2.1.8. 藍芽無線傳輸模式

藍牙（Bluetooth），是一種無線個人區域網路（Wireless PAN），最初

由易利信創製。技術始於易利信公司的 1994 方案，它是研究在行動電話和其他配件間進行低功耗、低成本無線通信連接的方法。發明者希望為設備間的通訊創造一組統一規則（標準化協議），以解決使用者間互不相容的移動電子設備。藍牙自 1997 年 7 月開始發展，到了 1999 年推出 1.0 版本，定義了 Bluetooth 的基本功能，之後陸續針對其不足之處改版。 Bluetooth v1.1 版本，解決了 1.0 版本的各家業者產品相容性問題；1.2 版規格，除了相容於 1.1 版外，並提供了更佳的同頻段抗干擾能力，以及加強了語音傳輸能力。至於 Bluetooth 2.0+EDR 則改善了傳輸效能。圖 2–10、Bluetooth 服務

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現今市面上販售的商品，大多是 1.2 或 2.0 版本的制式，是一個使用低耗電量的無線電設備，利用一顆低價晶片，完成短距離（1 至 100 公尺）的訊號發射與接收。藍牙用於在不同的設備之間進行無線連接，例如連接電腦和外圍設備，如：印表機、鍵盤等，又或讓個人數位助理（PDA）與其它附近的 PDA 或電腦進行通信，如圖 2–10 所示。目前市面上具備藍牙技術的手機選擇非常豐富，可以連接到電腦、PDA 甚至連接到免持聽筒。根據已訂立的標準，藍牙可以支援功能更強的長距離通訊，用以構成無線區域網路。每個 Bluetooth 設備可同時與 8 個裝置連接，透過搜尋的方式持續向鄰近裝置發送訊號告知其存在以便建立連接，另外也可以對二個設備之間的連接進行密碼保護，以防止被其他設備接收。藍牙的標準是 IEEE 802.15.1，藍牙協議工作在無需許可的 ISM （Industrial Scientific Medical）頻段的 2.45GHz。最高速度可達 723.1kb/s。為了避免干擾可能使用 2.45GHz 的其它協議，藍牙協議將該頻段劃分成 79 頻道（頻寬為 1MHZ）每秒的頻道轉換可達 1600 次[23]。

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2.2. 生理量測整合裝置硬體電路架構在本研究過程中，係整合非侵入性生理與環境的量測設備，整合式生理量測器可同時量測心電訊號、血壓及血氧濃度的儀器，目前市面上的生理量測設備大都可以很穩定的量測，然而並非每一項產品都能將量測資料傳輸到個人電腦進行管理再利用；又因為各家設備廠商商業利益都有各自的傳輸協定；以致於要整合這些生理量測設備是一項極大挑戰，整合儀器過程中除心電訊號的量測設備為自行設計外，血壓及血氧濃度量測設備，皆採用市面上通過國家安全標準檢驗之量測設備，並另外設計無線數據傳輸模組，傳送生理量測設備所測得之數值。以下分項介紹本研究生理量測整合系統架構、心電量測裝置及無線數據傳輸模組。 2.2.1. 生理量測整合系統本研究設計一生理量測整合系統，如圖 2–11 所示，生理量測整合系統採用模組化架構，除心電訊號量測設備另行開發外，血壓及血氧濃度量測設備，皆採用市面上通過國家安全標準檢驗或具備數據輸出功能之量測設備進行整合，此舉為免除另行開發量測裝置所耗費的大量時間，與減少自行開發生理量測裝置結果測得之數據產生的誤差性。血壓及血氧濃度量測設備皆整合一無線數據傳輸模組，此無線數據傳輸模組與中繼智慧型裝置連結及通訊，當無線數據傳輸模組接收來自生理量測訊號的數據，就會將測得之數據傳輸至 ESD 的中繼智慧型裝置顯示。生理量測整合系統模組化的架構，可解決前端生理量測設備損壞時，必須重新製作量測設備的麻煩，當購置新的加生理量測裝置時，也只需將新的生理量測裝置與無線數據傳輸模組結合，並與 ESD 的中繼智慧型裝置連結即可。除既有的血壓及血氧濃度生理量測裝置外，也另可新增多組血壓及血氧濃度量測設備，或其他類型的生理量測裝置。

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圖 2–11、WHSRMD 系統示意圖 2.2.2. 心電量測裝置本研究心電量測裝置硬體架構，如圖 2–12 所示。依據第一肢導的需求設計單導程的心電量測裝置，只需將量測貼片貼於兩手就可進行心電訊號之量測。心電訊號是人體微小的訊號，一般心電訊號振福在 0.02mV 至 5mV，頻率在 0.05Hz 至 100Hz，本研究之心電圖頻率在 0.05Hz 至 40Hz，經由 Per-Amp 放大與濾波電路，最後再透過藍芽傳輸至中繼智慧型裝置 [24]。

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生理訊號量測非常的困難，因共模雜訊非常大，所以需要具有高 CMRR（Common-Mode Rejection Ratio, 共模拒斥比）值，來減少共模雜訊的影響，所以透過前置放大器（Per-Amp）放大約 1 至 20 倍，透過 High Pass、Low Pass 及 Notch Filter 擷取需要的頻率範圍。HP Filter 使頻率在某個區域以上都要通過、而我們需要是讓頻率於 0.05Hz 以上的頻率都要通過，LP Filter 使頻率在某個區域以下都要通過，將截止頻率在 40Hz，讓頻率在 40Hz 以下都會通過，經過了 HP 與 LP Filter 輸出的頻帶寬會在 0.05Hz 至 40Hz 間，但量測訊號中有個 60Hz 的雜訊，因為人是一個良好的導電體，當靠近電器設備或人為碰觸、就會產生 60Hz 的雜訊，為了濾除 60Hz 雜訊我們設計了一個 Q 值很高的 Notch Filter，減少雜訊的干擾，再由一個二階 LP Filter 讓雜訊能更加濾除乾淨，最後經由箝位電路（Clamping Circuit）提高準位輸出。最後將資料經藍芽模組傳輸，送至中繼智慧型裝置儲存。 2.2.3. 無線數據傳輸模組本研究無線數據傳輸模組使用 Bluegiga Technologies 公司的 WT12 Bluetooth Module（如圖 2–13 所示）與中繼智慧型裝置連結通訊、傳輸數據之用。透過無線藍芽技術，可以透過桌上型電腦、筆記型電腦或手持式智慧型裝置與其他藍牙裝置進行連接，本機無線藍牙技術是使用無線藍牙技術 V2.0 版本。表 2-4 為 WT12 Bluetooth Module 規格說明，圖 2–14 為 Bluetooth Module 的腳位圖。

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圖 2–13、WT12 Bluetooth Module 表 2-4、WT12 Bluetooth Module 規格說明

Compliance Bluetooth specification, version 2.0 + EDR

Operating frequency range 2400～2483.5 MHz ISM Band Modulation method GFSK (1 Mbps) P/4 DQPSK (2Mbps) Quard band

Lower quard band: 2MHz Upper quard band: 3.5MHz

Maximum data rate

GFSK Asynchronous, 723.2kbps / 57.6kbps Synchronous: 433.9kbps / 433.9 kbps P/4 DQPSK Asynchronous, 1448.5 kbps / 115.2kbps Synchronous: 869.7 kbps / 869.7 kbps Asynchronous, 2178.1 kbps / 177.2 kbps

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USB specification USB specification, version 1.1 (USB 2.0 compliant)

Supply voltage Min: -0.3V, Max: 3.6 V

Baud rate Min: 1200 baud, Max: 2765800 baud

Physical Interfaces UART Interface（RS232）& USB Interface

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第三章設計遠端資料中心之健康資訊管理網站

3.1. 建置個人化健康資訊管理服務網站

3.1.1. 無線遠端存取之居家照護平台

圖 3–1、WHSRMD 系統架構圖

在圖 3 – 1 中本研究無線遠端存取之居家照護系統（ Wireless Homecare System with Remote Monitor Database, WHSRMD）之架構圖，主要分為 VPM （ Variety of Physiological the Measurements ）、 ESD

（Embedded Smart Devices）、RMD（Remote Monitor Database）三大區塊。

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上查詢過去的生理量測資料及個人健康管理服務。個人健康管理功能提供使用者自主式的健康管理服務，當使用者進行每日的生理量測，量測數據透過網際網路上傳至 WHSRMD 平台資料庫，當生理量測進行中，使用者除可於智慧型裝置上得知量測數據，也可於 WHSRMD 平台同步監控量測數據。個人健康管理功能可將生理量測數據（如血氧、血壓）圖表化，方便使用者觀察數據的變化，也可將長時間的生理量測數據輸出 EMR。Web 化的操作介面，讓使用者及其家屬不必額外安裝其他工具，可隨時藉由行動裝置或個人電腦，從網頁上查詢使用者的生理量測數據及相關資料。 WHSRMD 平台設計採用服務導向架構模型（ Service Oriented Architecture, SOA），如圖 3–2 所示，由網站服務技術等標準化元件組成，目的是為企業、學校或提供網路服務單位建構一個具彈性、可重複使用的整合性介面，促進內外部如內部應用程式、用戶、與部門(系所)等相關單位完美的溝通，盡速達到網路服務提升的目標[25]。SOA 代替了過去以純物件導向元件的系統開發方式，將企業的應用程式和資源，改採 Web Services 來進行，系統元件間利用介面進行呼叫存取，並使用標準的訊息做資料交換，可隨時依企業的流程服務的改變來做組合。SOA 近年來已被用來整合異質平台，例如：Microsoft 的.NET、SUN 的 J2EE，都可以透過 Web Services 的 HTTP、SOAP、XML 等標準協定來彼此溝通、相互存取交換資料、降低系統的開發成本。本研究平台以 SOA 架構建置，未來可依據服務性質或單位更改網頁內容及型態，當新增其他服務功能時，也可減少重新設計平台耗費的時間[26]。

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圖 3–2、服務導向架構模型

WHSRMD 平台生理量測訊號的同步顯示功能，透過 AJAX （Asynchronous JavaScript and XML）的方式與 WHSRMD 平台溝通， AJAX 為非同步的 JavaScript 與 XML 技術，廣泛應用在瀏覽器的網頁開發技術上。由圖 3–3 中可看到，傳統的 Web 應用允許用戶端填寫表單（form），當送出表單時就向 Web 伺服器發送一個請求。伺服器接收並處理傳來的表單，然後送回一個新的網頁，但這個做法浪費了許多頻寬，因為在前後兩個頁面中的大部分 HTML 碼往往是相同的。由於每次應用的溝通都需要向伺服器發送請求，應用的回應時間就依賴於伺服器的回應時間。這導致了用戶界面的回應比本機應用慢得多。與此不同，AJAX 應用可以僅向伺服器發送並取回必需的數據，它使用 SOAP 或其它一些基於 XML 的頁面服務介面（介面），並在客戶端採用 JavaScript 處理來自伺服器的回應。因為在伺服器和瀏覽器之間交換的數據大量減少（大約只有原來的 5%），結果我們就能看到回應（伺服器回應）更快的應用

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據。這使得 Web 應用程序更為迅捷地回應用戶動作，並避免了在網路上發送那些沒有改變過的信息。AJAX 不需要任何瀏覽器外掛程式，但需要用戶允許 JavaScript 在瀏覽器上執行。就像 DHTML 應用程序那樣，AJAX 應用程序必須在眾多不同的瀏覽器和平台上經過嚴格的測試。隨著 AJAX 的成熟，一些簡化 Ajax 使用方法的程序庫也相繼問世。同樣，也出現了另一種輔助程序設計的技術，為那些不支援 JavaScript 的用戶提供替代功能[28]。本研究 WHSRMD 平台的線上生理量測顯示服務，主要透過 AJAX 的功能，讓使用者進行生理量測的同時，也能同步於平台上的網頁即時觀看量測的過程及結果。圖 3–3、傳統 Web 範例與 AJAX 範例的比較

本研究中 ESD 與 RMD 之間，採用 Java Socket 傳輸資料，Java 使用 Unicode 作為它的標準字元，這項特性使得 Java 的程式能在不同語言的平台上都能撰寫和執行。Java Socket 可透過 TCP（Transmission Control Protocol 傳輸控制協定）傳送資料，除了提供無錯誤資料傳輸之外，並提供偵錯、復原及排序資料的功能，因此可保證資料無誤送達，且到順序與送出順序相同。

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圖 3–4、Java Socket 傳輸流程圖

Java Socket 傳輸資料的過程，如圖 3–4 所示。Java Socket 伺服端程式中，首先建立伺服端之 Socket 通道，並以 Bind 設定 Socket 所使用的伺服端 IP 位址及通訊埠，待伺服端 Socket 建立之後，則以 Listen 表示伺服端應用程式開始等待用戶端之連線，當接收到來自用戶端的連線請求時，便以 Accept 建立與用戶端的連線。在傳遞資料上，伺服端與用戶端之間，可透過 Read、Receive 及 Send、Write 進行資料的接收及傳送，當連線中斷時，程式利用 close socket 關閉 Socket，並釋於系統資源。

WHSRMD 平台的生理數據分析功能，負責對資料庫的生理量測數據進行儲存及分析，使用者的量測記錄依照月份分類儲存，並進行數據監控；當數據資料超出標準數值或系統設定的數值範圍時，系統異常數據

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3.2. 生理量測數據的接收、輸出與轉換

3.2.1. 生理量測數據的接收、輸出

本研究中使用者的量測紀錄採用 XML（Extensible Markup Language）的方式進行資料格式的編譯，XML 是描述資料的一種延伸標記語言，設計用來傳送、攜帶及說明數據信息，並不用來表現或展示數據，被廣泛用來作為跨平台之間交互數據的形式，主要針對數據的內容，通過不同的格式化描述手段（XSLT，CSS 等）可以完成最終的形式表達（生成對應的 HTML，PDF 或者其他的文件格式）[29]，因此能有效的將資料於使用者及醫療機構間互相交換，資料轉換的方式隨著服務的對象而有所不同。在本系統中，XML 文件主要兩種應用： (1). XML 轉成 HTML、PHP：當目標為其他類型的裝置或無法直接讀取 XML 檔案格式之程序時，系統將 XML 文件經由 XSL（eXtensible Stylesheet Language）技術來進行資料轉化（如圖 3–5 所示），針對不同的使用需求或使用者介面提供不同的呈現方式，並輸出符合使用者需求的 HTML 網頁或是 PHP 網頁等。

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(2). XML 轉成 XML：主要用於兩個組織或系統間，將 XML 文件轉換成標準的 HL7 格式，以利數據交換。 3.2.2. 電子病歷電子病歷是病歷的一種，可以包含過去、現在或未來、生理與心理的病患狀況紀錄，是由電子化方式擷取、傳送、接受、儲存、取回、連結與處理的多媒體資料，電子病歷主要的用途為協助醫療或其相關服務。圖 3–6、Health Level 7 架構

圖 3–6 為 HL7（Health Level Seven）健康資訊交換第七層協定架構，於 1987 年由 HL7 組織協會提出，主要運用在交換醫療資訊上的標準，著

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前國際間已訂定了健康資訊交換第七層協定（Health Level Seven, HL7）作為醫療資訊交換的標準，其主要參考國際標準組織（International Standards Organization, ISO ）的開放式系統架構（ Open System Interconnection, OSI）之七層通訊模式（OSI Seven Layer）中最高層的應用層（Application Layer）。HL7 主要針對病人住院、出院、轉院過程中的資料傳遞與查詢臨床觀察資料之傳遞，以及病人住院帳務資料的傳送等訂定出文件標準，並以簡化應用系統之間整合的複雜度，降低系統開發成本，達到醫療資訊標準化為設立之目標。 HL7 自 1987 年發布 v1.0 版本後相繼發布了 v2.0、v2.1、v2.2、v2.3、 v2.3.1 版，2000 年發布 v2.4 版，1998 年夏天，W3C 組織的 XML SIG （Special Interest Group）提出了 HL7 版本 3.0 的 XML 編譯（Encoding）設計。以字元為主的編譯方式取代之前版本位置為主的方法，藉由 XML 描述 HL7 的文法與語意，並定義其標籤（Tag），增加 HL7 編譯的定義，以擴展醫療資訊交換的能力。對於 3.0 版和之後的版本，我們可簡稱為「HL7 XML」。HL7（v3）和 HL7（v2.x）相同，皆為醫療機構應用資訊系統彼此交換訊息的標準。因會員的人數一直成長且愈來愈多不同的人使用，HL7 覺得是徹底改變醫療機構電腦系統的時機點，因此 HL7（v3）努力改善 HL7（v2）的流程與其結果，並減少其開發醫療介面的金錢與時間。 HL7 XML 主要目的是在各型醫療資訊系統，如醫令資訊系統、檢驗系統、藥局資訊及管理資訊系統間，發展臨床資訊、財務資訊、行政資訊之電子資料交換標準；目前亦經行政院衛生署採用為我國醫療資訊交換標準，而我國目前採用版本 2.4，並積極地跟隨 HL7 版本 3.0 草案的腳步前進[31,32,33,34]。

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3.2.3. 電子病歷相關標準

現今還沒有一個完整的電子健康紀錄標準被訂定出來，但是已有許多的健康資訊標準是與電子健康紀錄有關，以下介紹針對不同性質所制定不同類型的 HL7 相關電子病歷資訊標準：

A. CDA（Clinical Document Architecture : 臨床文件架構）

主要規定用於交換的臨床文件的編碼、結構和語義。CDA 是第 3 版 HL7 標準的組成部分。與第 3 版 HL7 標準的其他組成部分類似，CDA 的制定工作也採用了 HL7 開發框架（HL7 development Framework，HDF）； CDA 基於 HL7 參考信息模型（Reference Information Model，RIM）以及第 3 版 HL7 數據類型（Data Types）。CDA 文件在本質上具有持久性。

B. CCR（Continuity of Care Record : 連續照護紀錄）

CCR 是由 ASTM 製定的 XML 格式的記錄，主要用於病患時間性的健康照護資料。由開業醫師所製作的健康資訊紀錄，以便讓病患到下一個醫師看診所方便使用。連續健康紀錄主要包括病患的健康狀況的摘要（例如：主訴、使用藥物與過敏紀錄）以及病患保險、預立指示、照護文件與照護計畫建議等，也包括了病患的識別資料與連續健康照護紀錄的目的。

C. CCD（Continuity of Care Document : 連續性護理文件）

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本研究採用 CCD 的資料格式設計定義所需的數據資料及數據的標籤，參考 BIDMC（Beth Israel Deaconess Medical Center）及 PPHC（Personal Physicians HealthCare）的連續性護理文件範本修改為長時間的個人健康照護紀錄格式，並依據本研究所需的資料內容增加生理量測數據的紀錄格式[35,36]。

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第四章系統實測與結果討論

4.1. 硬體操作與與介紹本研究目前已建置完成無線遠端存取之居家照護系統，並進行實際的生理量測和數據分析，以下分別針對生理量測裝置整合設備操作方式與 WHSRMD 之網頁操作畫面做說明。圖 4–1、生理量測無線傳輸模組與量測整合系統圖 4–1 為無線傳輸模組與生理量測裝置整合設備實體圖，左上角 A

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圖 4–2、無線傳輸模組正面（左）與背面（右）為提高生理量測裝置在數據傳輸上的便利性與持續性，無線傳輸模組在電源供應的設計上使用電池供應與外插電源供應器兩種，電池供應狀態可將四顆 1.5V 電池盒連接於無線傳輸模組或安裝兩顆 1.5V 水銀電池於無線傳輸模組背面（如圖 4–2 所示）。電源供應模組可解決長時間生理量測時電源不足的問題，當連結電源供應模組也可透過電源供應模組上的 RS232 介面讀取資料。

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圖 4–3、縮小化無線傳輸心電訊號量測裝置

圖 4–3 為本研究設計之縮小化無線傳輸心電圖量測裝置，縮小化的心電訊號量測裝置在長時間的監控使用上更為便利，結合藍牙無線傳輸的服務提供更多元化的整合服務，透過具備藍牙無線通訊的裝置，即可與縮小化無線傳輸心電訊號量測裝置進行連結。

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4.2. WHSRMD 系統硬體操作圖 4–4、系統操作示意圖本研究無線遠端存取之居家照護系統前端生理量測裝置整合設備操作過程，圖 4–4 中 A、B、C 三個區塊分別為血壓、血氧、心電訊號生理量測裝置及無線化傳輸模組，D 區塊為智慧型裝置（Smart Phone），E 區塊為智慧型平板電腦（e - PAD）。使用前，先進行中繼裝置與無線生理量測設備的配對，配對成功後，使用者配戴指定生理量測裝置，依據正常量測流程完成裝置操作，量測完畢數據會經由連接中的中繼裝置（如智慧型裝置或智慧型平板電腦，也可為具備藍牙通訊功能之個人電腦），透過 Wifi 或 3G 無線網路上傳生理量測數據至遠端資料庫儲存。量測過程中，使用者可於中繼裝置觀察目前生理量測數據（如圖 4–5 中智慧型

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裝置顯示畫面），也可使用個人電腦或筆記型電腦接收量測後的數據（如圖 4–6 中電腦端數據接收畫面），並連線登入 WHSRMD 的網路服務平台，使用平台提供的服務，進行線上的生理量測數據同步監測。

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圖 4–7、生理量測傳輸用 XML 格式本研究以 CCD 為依據設計傳輸格式，增加生理量測數據的種類，並重新定義所需的數據格式及數據標籤。量測生理訊號的過程中，無線化傳輸模組接收到生理量測裝置的訊號後，將數據編譯為上圖 4–7 中（a）、（b）、（c）、（d）四種格式，並上傳至遠端數據中心儲存。圖（a）為心電訊號數據資料，圖（b）血壓數據資料，圖（c）為血氧及心跳數據資 料，圖（d）為體溫數據資料。

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4.3. 平台實測結果 4.3.1. WHSRMD 平台使用者帳號管理圖 4–8 為 WHSRMD 平台的使用者登入頁面，為維護個人生理量測數據的資料安全，本研究於使用者登入頁面加入身分驗證機制，使用者輸入預先設定的帳號及密碼之後即可登入系統。其他使用者無法透過複製已登入系統之使用者的個人健康管理頁面的網址，登入他人的帳號中查詢相關量測資料。圖 4–8、使用者登入頁面使用者登入系統時，WHSRMD 平台的個人健康管理系統會優先顯示

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圖 4–9、WHSRMD 網路服務平台 WHSRMD 平台的個人健康管理系統提供使用者多樣的生理量測數據查詢功能，分別為即時量測資料查詢、今日量測資料查詢、歷史血壓、血氧量測資料查詢。生理量測資料查詢的功能，可自行選擇即時量測資料查詢、今日量測數據查詢、血氧及脈搏歷史記錄查詢、血壓歷史記錄查詢等服務。

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4.3.2. 即時資訊當使用者選擇即時量測資料查詢服務時，系統透過 AJAX 功能的網頁於使用者端的背景與伺服器進行溝通，非同步傳輸及顯示資料庫中該使用者的量測數據，因此網頁會不斷讀取最新資料，並即時顯示使用者目前正在量測的各項生理數據於網頁上。若系統一分鐘於資料庫內後查詢不到最新的生理量測數據時，該項生理量測數值會自動於頁面上顯示為 0。

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當量測過程中，量測數據出現異常狀況時，如收縮壓高於 120 或舒張壓高於 80、心跳每分鐘高於 100 次或低於 60 次，系統會將該筆異常數據於使用者登入系統時顯示。圖 4–11 為即時量測資料查詢服務中的即時心電圖顯示，透過 AJAX 的功能不斷讀取最新心電訊號的資料，並使用線上即時繪圖功能，將資料庫中的心電量測數據以即時心電圖的方式呈現出來。圖 4–11、即時心電圖 4.3.3. 歷史資料查詢歷史量測記錄查詢提供血氧及脈搏歷史記錄查詢和血壓歷史記錄查詢兩種服務，當使用血氧及脈搏歷史記錄查詢服務時，使用者可從日期選單裡點選欲查詢的日期，或自行輸入欲查詢的日期，系統會從資料庫中搜尋當日的所有血氧濃度量測數據，並透過 Google Chart API 服務產生圖片，最後將量測數據以長條圖的方式顯示，如圖 4–12 所示。

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圖 4–12、血氧及脈搏歷史記錄查詢

使用血壓歷史記錄查詢服務時，使用者可從下拉式選單裡點選欲查詢的時段，可選擇的時段分別為一週、兩週、三週及一個月份共四種選項。系統依據選擇的時段，從資料庫中搜尋該時段中所有血壓量測數據，並透過 Google Chart API 服務產生圖片，最後將量測數據以折線圖的方式顯示，如圖 4–13 所示。

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第五章結論與未來展望

5.1. 結論本研究之無線遠端存取之居家照護系統相較於其他設計，提供更便利的生理量測介面於居家照護服務上，系統的操作更為友善，提供更多的健康照護服務。因此無線遠端存取之居家照護系統之建立，除了可以提供自我健康管理的輔助之外，對於遠端居家照護相關的學術研究亦是不可或缺的工具。表 5-1、WHSRMD 與其他系統比較表

Design 1 Design 2 Our Design

Data transfer media Wire ZigBee Bluetooth

Data storage location Memory card PDA Remote database

Display measureing

result GBA PDA ESD and RMD

EMR output None Yes Remote database

本研究建置了一個無線遠端存取之居家照護系統，與其他設計相比，我們的系統提供更人性化的操作，減少需要時常進出醫院做健康測量的麻煩。DESIGN1 主要提出了一個使用 Game Boy Advance（GBA）嵌入式 ECG 量測裝置，該研究設計一 ECG 量測電路，經由裝置於左右手的電極貼片偵測身體的 ECG 訊號，透過自行設計的有線傳輸電路及遊戲記憶卡，

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將接收到的 ECG 數據傳輸至連結的裝置儲存，連結的裝置同時也可將數據顯示於本身的 LCD 面板上。該研究雖然裝置的體積減少，方便攜帶與量測，但 ECG 量測的數據只能儲存及顯示於連結的裝置上，無法與其他裝置共享及顯示資料，當儲存裝置損壞或遺失時，將失去所有的量測記錄。本研究設計一縮小化的心電量測裝置，體積更小，量測數據可透過無線傳輸模組傳送至其他裝置儲存及顯示，無線化的量測架構，提升了生理量測的便利性；透過資料遠端存取的功能，將量測數據儲存於遠端資料庫，可減少資料遺失的風險，同時也可將資料進行轉換，於其他平台或裝置顯示，以達到資料共享的目的。進行嵌入式 ECG 測量電路，ECG 數據傳輸通過自行設計的電纜傳輸電路和存儲卡連接的設備存儲[7]。其結果也顯示在液晶本身的面板上的數據。設計，減少的規模雖然便於攜帶和測量，但的心電圖測量數據可以存儲和顯示在 GBA 或不能與其他設備共享。 DESIGN2 則提出一個可裝置於身上的無線傳輸生理監控儀器，該研究在使用者身上裝置一個方便安裝及攜帶的生理監控儀器，使用 ZigBee 作為生理監控儀器與數據接收裝置間的無線傳輸方式，並將 ZigBee 無線通訊模組與 PDA 結合，作為接收、儲存及顯示量測數據的裝置，儲存於 PDA 裝置中的量測數據，可經由 GSM 或 Wireless 功能，將數據傳送至其他人員或裝置，提供相關醫療人員監控使用者狀況，達到長期監控的功能。該研究使用無線傳輸方式傳送數據至其他裝置儲存，可提升生理量

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面較小，多種的量測數據及畫面同時顯示於 PDA 裝置上，對於視力退化的年長者或視力較差的使用者，造成使用上的不方便。本研究也依據生理監控的需求，設計生理監控的整合裝置，使用以 Bluetooth 為主的無線化數據傳輸設計，可與較多具備 Bluetooth 功能的裝置進行連結（如個人電腦、智慧型裝置或平板電腦等），減少額外開發通訊模組的時間，提升使用上的便利，將量測數據儲存於遠端資料庫，透過安裝應用程式或線上服務平台查詢，生理量測數據可顯示於不同裝置及介面，有助於提升操作或查詢的便利性，應用於醫療照護上，相關醫療人員也可遠端即時監控使用者的健康狀況。設計的無線傳輸在體內的生理監測儀器，開發了一個方便的設備和便攜式生理監測儀[8]提出了一種設備。該設計使用 ZigBee 成為生理監測設備和數據接收裝置之間的無線傳輸。中存儲的信息通過 GSM 或傳送給其他人或設備，提供相關的醫療人員監視用戶狀態，實現了長期監測的無線功能的 PDA。本研究建置了一個無線遠端存取之居家照護系統，相較於其他研究及系統，WHSRMD 採用 Bluetooth、WiFi 及 3G 等無線通訊方式進行數據與資料的傳輸，使用遠端資料庫存取的方式，減少裝置端需額外擴充儲存空間來記錄大量數據的麻煩，也可避免用來儲存數據的裝置有損壞或遺失時，造成數據資料的流失；透過 Bluetooth 與無線通訊模組整合前端生理量測裝置的方法，可減少另行開發設備所需耗費的人力與時間，及選擇增加訊號接收裝置的多元性；系統以 SOA 的模式建構，當日後需新增服務或功能時，可直接於現有平台進行整合，免去重新設計網頁的時間和人力；本研究也長時間的生理量測數據的輸出功能，可讓使用者於診療時提供醫療單位的參考依據。希望經由本研究無線遠端存取之居家照護系統的設計，可以為更多使用者提供更優質、更便利的居家健康

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照護服務。 5.2. 未來展望本研究現已具備心電訊號量測、血壓量測及血氧濃度量測的服務，未來可增加體溫量測功能或血糖量測功能等等服務，並增加量測儀器的套數，及進行多使用者生理量測系統壓力測試，讓系統可以達到更完善的狀態，才能讓居家健康照護達到更高的服務品質。至於生理量測數據的轉換格式，有鑑於現行醫療碼統一及資料結構化等限制，目前本研究僅依照 BIDMC 及 PPHC 的連續性護理文件範本修改並加入所需資料，尚未實際與台灣的醫療院所合作進行實作，因此無法得知其轉換過程是否順利成功，此部分將為系統繼續發展之重點工作。

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