國科會補助提升產業技術及人才培育研究計畫成果精簡報告 學門領域：EB(資訊工程)
計畫名稱：基於類神經網路來分辨心臟疾病之研究 計畫編號：93-2622-E-011-003-CC3
執行期間： 93 年 5 月 1 日至 94 年 4 月 30 日 執行單位：國立台灣科技大學資訊工程系
主 持 人：洪西進 參與學生：
姓 名 年 級 (大學部、碩 士班、博士 班)
已發表論文或已申請之專利 (含大學部專題研究論文、碩博
士論文)
工作內容
劉立祥 碩士班二年 級
計畫硬體架構
高智原 碩士班二年 級
計畫軟體撰寫
合作企業簡介
合作企業名稱：光旴科技股份有限公司 計畫聯絡人：鄭天成
資本額：約一億元
產品簡介：1.資訊軟體服務業 2.有線通信機械器材製造業(電話機)3.資料儲存及處理設 備製造業(全球定位系統衛星電視接收器)4.電子零件組件製造業(積體電路 IC 卡電源供應 器)5.汽車及其零件製造業(微電腦煞車系統馬達控制系統液晶顯示器)(液晶顯示器推器)6.
無線通信機械器材製造業(網路電話機網路電話閘道器)7.醫療器材設備製造業(耳溫腔式 體溫計電子式血壓計)8.度量衡工具製造業(耳溫腔式體溫計電子式血壓計)9.醫療器材批 發業(耳溫腔式體溫計電子式血壓計)10.醫療器材零售業(耳溫腔式體溫計電子式血壓 計)11.雜項食品製造業(維他命鈣鎂鋅鍺等礦物質食品(散劑顆粒錠劑膠囊劑)似藥品劑型 食品)12.輔助食品批發業。
網址： 電話：(02)2995-3081-194
研究摘要(500 字以內)：
本研究計劃在開發一個生理訊號擷取系統，能同時記錄受測者的心電圖、呼吸及脈搏 波的生理訊號。這一個系統包含了量測電路、取樣電路、主動式濾波電路、放大電路及類 比 數位的轉換電路。其中量測電路包含了呼吸流量、心電圖訊號量測電路及脈搏波量測 電路。呼吸流量的量測將透過呼吸流量感測器取得將呼吸流量的類比訊號，心電圖訊號的 量測將利用電極板取得人體身體上的類比訊號，脈搏波的量測將透過脈搏波感測器取得將 脈搏波的類比訊號，用於分辨其差異性。
本研究便是利用測量脈搏波的方式來取得心率變異度的資料，使用的方法簡單且方 便，利用生理訊號擷取系統測量的資料，多而複雜。在此使用資料探勘(Data Mining)的技 術，將脈搏波經過時域及頻域的分析而得到的特徵值，再經由類神經網路的訓練及辨識，
經過多次反覆的比較測試而找出較少的特徵值且具有較佳的分類正確率即為本研究的研究 目的。
人才培育成果說明：
本計畫主要分為系統硬體與系統軟體兩部分，分別由兩位研究生負責，雖然計畫分為 硬體與軟體兩部分，由於系統的軟硬體間的溝通密切，所以研究人員並非只是瞭解各自負 責的部分，而是對於整個系統都有充分的瞭解與掌握。
本計畫分為系統硬體與系統軟體兩部分，以下就針對此二部分的人才培育成果加以說 明：
系統硬體部分研究人員將學習到：
1. 如何使用生理訊號擷取系統擷取所需訊號。
2. 如何找出合適的濾波器濾除雜訊，獲得正確無誤的波形 3. 將類比資料轉換成數位資料的原理。
系統軟體部分研究人員將學習到：
1. 如何儲存所接收的類比資料。
2. 如何使用資料探勘(Data Mining)的技術找出有意義的資料 3. 類神經網路訓練原理。
技術研發成果說明：
在本研究中採用類神經網路的分類技術，由於類神經網路没有傳統統計方法建構模式 時需要滿足許多的假設條件的要求，且非常方便建構非線性方面的模型，且可獲得相當良 好的分類結果。
以往心率變異度的偵測主要是以心電圖的方式測量取得，需要病人長時間在病房內身上 貼上電極方能量測到資料，並不是非常方便，本研究便是利用測量脈搏波的方式來取得心 率變異度的資料，使得方法簡單而方便。
此外，市場上並無有關的研究，傳統上都是利用侵入式的方法來做測量，利用訊號擷取及機器 學習的技術來實現是一項新的開發，這將會是醫療市場的另一片天空。
以下為系統主要架構：
使用者脈搏訊號 利用電路取得訊 號
使用訊號擷取卡 做資料類型轉換
資料庫 利用機器學習來做正 確率判斷
研究步驟分述如下：
1. 量測器材訊號原理的探討，必須要先了解感應器的訊號使之如何轉成數位訊 號來讓 PC 處理。
2. PC 擷取卡接收訊號的規格，訊號的強弱大小會影響後端做資料探勘的準確 性，訊號的一致與正規化將減低機器學習的錯誤。
3. 架構機器學習模型，用訓練及測試方式使之正確率提高。
4. 撰寫程式和測試。
5. 系統的整合與系統驗證與評估。
硬體設備：
外視圖
內部電路圖
軟體部分：
使用者介面
先針對所接收到的數位生理訊號進行簡易的分析，並以圖形化的方式讓使用者能清楚 獲得可用資訊，再建立一個小型的資料庫，將各筆數據一一記錄，方便日後查詢。當 資料存放到達一定的量或是需要更進一步的分析運算時，我們可以直接透過 USB 連線 將資料轉送到 PC 上去處理。
技術特點說明：
本系統能把脈搏訊號擷取至電腦，經由機器學習將資料加以處理，另一方面，使用非侵 入式方法來對人體做測量，比起一般的侵入式測量(X 光、超音波等)更安全的多，這樣的 技術也可以使開發成本降低，產品功能上也會相當的完整。而其最重要的貢獻在於能從資 料庫中獲取有意義的資訊並針對資料進行結構式的歸納，作為使用者進行判斷時的參考依 據。因此提供醫師能更方便及快速的掌握病患的資訊以及提供人們更安全掌握個人心臟的 資訊。
可利用之產業及可開發之產品：
本計劃可提供醫師能更方便及快速的掌握病患的資訊以及提供人們更安全掌握個人心 臟的資訊，本系統能把脈搏訊號擷取至電腦，經由機器學習將資料加以處理，而結果時間 一般上極為迅速，市場上並無有關的研究，傳統上都是利用侵入式的方法來做測量，利用訊號擷 取及機器學習的技術來實現是一項新的開發，這將會是醫療市場的另一片天空，因此是一個十分 符合需求的應用。
推廣及運用的價值：如增加產值、增加附加價值或營利、增加投資/設廠、增 加就業人數………等。
讓醫院的醫師護士能更快了解病人的資料，會使之便利許多。另一方面，由於即時擷取 使用者的心臟狀態，而不透過其他侵入式的方式來獲得資料，對使用者來說是更安全的保 護。
備註：精簡報告係可供國科會立即公開之資料，並以四至十頁為原則，如有圖 片或照片請以附加檔案上傳，若涉及智財權、技術移轉案及專利申請而需保密 之資料，請勿揭露。
