穿戴裝置加值應用 建構醫療感測再進化
穿戴裝置加值應用 建構醫療感測再進化
2015/08/12 02:38-DIGITIMES企劃 穿戴式智能裝置越來越熱門，單純的計步器或是體感感測器應用範圍有限，開始有廠商在穿戴裝置導入更精密的脈搏、生理資訊感測技術，搭配App與雲端健康紀錄分析服務建構更完整的智能穿戴健康應用…
在高度開發國家中，個人的健康狀態越來越受重視，開始有穿戴裝置導入運動生理狀態監測、健康監測感測器，讓原本僅用戶基本活動狀態感測的穿戴應用，進階到更接近醫療等級的精密生理狀態監測應用，再搭配業者針對感測器優化的App加值應用，衍生如個人健康管理、情緒監控管理、運動個人教練等用途，讓原本平凡無奇的個人脈搏、生理狀態大數據有更多體貼有趣的加值應用。
穿戴式應用熱門 各種醫療用進階感測器漸導入商品應用
其實在醫療用感測器應用領域中，已有各式進階生理感測器關鍵元件被開發出來，但多數在體積較大或設計為針對醫療用途優化，外型與搭配應用上都需要跟醫療行為結合才能負擔相關感測終端的成本，而隨著智能穿戴應用相關技術持續提升，原本鎖定醫療與生理監測用途的感測技術，也開始有業者推出針對消費性電子用途整合的生理感測模組或解決方案。
其中近期最被消費者關注的就是藉由非侵入式光電技術整合的脈搏生理感測相關應用，終端產品有做成智能運動腕帶、整合數位個人教練的智能手錶、智能心律貼帶等穿戴產品，較早期僅整合加速度計、陀螺儀等MEMS感測元件的穿戴設備在數據精密度更為提升外，運動感測進階應用更具實用價值。
穿戴裝置加上生理監控應用前景可期
一般常見健康生理感測需求，如血糖、血氧、心跳等生理參數，若能透過穿戴式裝置進行感測、分析，自然可以透過智能設備為終端用戶做好健康把關工作，因為一般終端消費者通常無法24小時監控自己的健康數值，而傳統生理資訊量測像是需透過專用醫療設備，或是需透過侵入式取樣或用試紙測試反應狀況，終端應用者若不是已罹患相關疾病的高危病患，否則大多不會願意天天量測生理資料或是做血糖測試，相關設備或試劑成本也相對較高。
而除了配戴者個人的生理資訊外，多數原本設計用途為生物醫療感測領域的相關感測器，對於終端用戶維護個人健康也相當有用，例如戶外紫外線感測器、量測空氣中懸浮例子的光學感測器等，除可提示使用者戶外紫外線強度需自主加強防護措施，或是提示空氣品質不佳，都是未來穿戴應用熱門的感測元件重點設計方向。
另外還有部分感測器可用來改善智慧裝置或穿戴應用的操作體驗，例如透過ALS(Ambient Light Sensors)環境光感測器可以對應調整智能設備顯示狀態(亮度、對比等)，讓消費者可在戶外高亮度環境也能清楚觀看智能設備螢幕，或是透過加速度計、陀螺儀甚至是紅外線等感測器感測手勢操作人機介面，改善穿戴裝置的人機互動體驗。
多感測器整合難度高
而多樣化的感測元件、功能，最困擾設計者的就是整合設計，因為每種感測技術、應用大多為獨立功能與對應紀錄互動機制，對開發者來說增加一種感測技術或是應用就等於擴增一個全新設計，對越來越多感測功能整合的穿戴設備設計來說，開發成本與時間就成為最大的整合門檻。
為解決整合的問題，感測器解決方案業者紛紛推出如Sensor Hub的整合感測器設計方案，讓開發商整合對應感測功能時可節約更多開發時間與成本，而Samsung也針對這個產品開發趨勢，提出SAMI(Samsung Architecture for Multimodal Interactions)的開放設計介面，讓穿戴應用開發商、或是打算開發多感測相關應用的業者，可以善用SAMI開放、與結合來自多重感測器的輸入的開發平台，快速發展更完整、深入使用者健康狀態感測的進階應用。
MEMS與積體電路封裝技術導入 感測元件功能更多、體積更小
雖說越來越多感測元件、技術相繼推出以MEMS技術微縮整合的解決方案，不僅讓感測數據更精密外，相關關鍵元器件在解決方案體積、功耗等問題也獲得改進，但實際上在穿戴式應用的感測器仍面臨許多開發與市場挑戰。尤其是以量測血氧濃度、心跳脈搏、空氣懸浮微粒等數值的光學感測技術方案，已有對應的解決方案與相關設計，但實際上相關設計仍有相當多商品化的問題需要改善。
首先是品質的問題，早期智能運動手環、或是整合中階感測器的運動監測功能，這類穿戴裝置通常精確性不算太高，但因為產品在市場上較為新穎，首波產品銷售上大致也還能創造市場熱潮。但對於後繼進入市場的穿戴裝置若不能在心跳監測、運動狀況參數提供更進階、更精確的數值，產品實用性將會被用戶嚴格檢驗。
針對穿戴應用產品需求 感測模組仍需多方優化
其次是穿戴裝置的電池續航問題，穿戴裝置為了配戴或穿戴在用戶身上，產品體積與重量必須又小、又輕，若電池無法達到數天的持續運行能力，通常生理監測過程會因為充電而形成中斷，導致相關紀錄數據完整性受到影響，乃至於用戶上傳到健康雲服務的大數據出現缺損，系統分析的健康建議也會因此影響精準性與實用價值受限。
另一個重要問題為穿戴裝置配置感測器的環境耐受度，因為穿戴裝置為緊密接觸人體或長時間配戴，使用過程難免會遭遇高震動、高溫、潮濕或汗水、體垢等汙染，使用者長時間配戴使用也會造成設備產生折舊、影響感測品質，穿戴裝置的感測元件或外露部分也需要針對防汗、防汙與耐震、耐高溫、耐撞擊等各種使用情境進行優化。
對IC、MEMS元件或是感測模組整合方案商而言，產製針對穿戴式裝置用途所需的感測元件，其實難度極高，因為關鍵解決方案必須以高度整合、微型化設計，同時還需要針對整體模組功耗進行優化，對於感測機制的靈敏度、抗雜訊與防呆除錯處理也需要深入改善
Apple Watch導入PPG技術方案 心律數據採集更具實用價值
以近來相當熱門、導入Apple Watch心律感測的PPG(Photoplethysmography)光體積變化描記圖技術方案為例，Apple Watch運用綠光LED、搭配感測光線變化的光電二極體偵測流經手腕之血液量，當人體心臟跳動手腕的血流量(綠光LED吸收量)對應增加、在心跳間手腕中的血流量即減少，藉此區隔出心跳活動的間隔，進而轉換成心跳頻率，而Apple Watch心律感測模組LED為每秒進行數百次閃爍估計出相對精準的心跳數據。
多數的情況下，PPG技術會運用紅外線進行感測，當紅外線感測取得的數據無法達到要求時，即自動切換為透過綠光LED以PPG方案進行心律數據擷取。
但實際使用上PPG方案容易受使用條件影響判斷精準度，因此Apple Watch在產品說明即告知用戶必須將Watch底部感測器緊貼手腕皮膚，才能獲得較準確的心律數據，而不良的配帶Watch方式將會影響心律採樣的精準度，這也是先前提到生理感測方案在維持感測數據精度的同時，因為數據擷取多半透過物理性、非侵入性的資料採集方案而來，當採集數據的條件發生異動時，對應的數據也會發生異常，這時就需要搭配輔助方案優化採集數據精準度。
穿戴裝置的興起，加上使用者對個人健康監測的需求，使得原本用於醫療用或是進階環境監控的各種感測技術得以獲得商品化的機會，透過功能與操作應用簡化、大量製造或以新的量產技術降低關鍵元件成本，雖然在驗測精度比不上醫療用設備條件，但至少能讓原本僅透過簡單加速度計、MEMS感測元件擷取用戶動態的數據採集條件提升，不僅增加穿戴應用產品的賣點，也能讓個人健康數據採集、分析管理應用更接近實用價值。
DIGITIMES中文網 原文網址: 穿戴裝置加值應用 建構醫療感測再進化 http://www.digitimes.com.tw/tw/dt/n/shwnws.asp?cnlid=13&cat=10&id=0000438420_RL539QEO3VEYO5LYF3LW2#ixzz3iYdXqprF
