電子科技新旋風：電子貼身護士
94/09/06
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游世安｜
臺灣大學電子工程研究所
呂學士｜
臺灣大學電機工程學系
林啟萬｜
臺灣大學醫學工程學研究所
王堯弘｜
臺灣大學醫學院附設醫院影像醫學部
21世紀的某天早晨，你起床盥洗時感覺到身體有一點點的不適，而在刷牙的同時，內藏有微感測器的牙刷，已自動偵測你的體溫、血糖、以及口腔內細菌含量等生理參數，並透過無線傳輸把資料傳給你的電子健康顧問系統。
醫療管理系統隨即調出你的個人病歷，根據初步的採樣，在你還沒弄清楚是不是因為前一天中午吃了不乾淨的東西，還是昨天晚上被一起加班的同事傳染了感冒之前，健康監控中心已透過網路系統與你的個人電子助理連線，或者利用其他攜帶型通訊元件通知你現在的健康狀況與症狀診斷。甚至可以利用植入你牙齒內的微型醫療機器，在第一時間做最適當的處置，因此你也就能夠在幾乎是不知不覺中恢復了健康。
彷彿科幻電影般的情節，也許不會在短短的幾年內實現。但是以現代的醫療技術，加上最先進的電子科技以及其他如細微加工與系統整合等技術，卻可以賦予傳統的醫療保健系統一個全新的模式，並且更為快速、準確、有效率。例如老年或慢性病患的健康管理、全天候的健康狀況遠端監控、更低侵入性的診斷方式等，這些技術雖然沒有增進人類現有的醫學與藥學知識，卻可以更有效地提高整個醫療保健體系的效率以及預防能力。
心臟病患再也不需害怕自己會突然病發而得不到及時的救助，人們也不必擔心年長者在家中跌倒受傷而延誤了就醫，因為遠端的無線健康監控系統可以在第一時間通知救護單位前往需要緊急醫療的地點。腸胃炎患者，只需要吞下一顆含有無線傳輸系統的微型高解析影像掃描器，就不用忍受因腸鏡或胃鏡檢查所引起的不適與尊嚴上的困擾，並且透過體外的無線接收機及適當的信號處理，醫生仍然可以獲得不遜於傳統內視鏡檢查所獲得的訊息。
傳統的醫療保健系統，不論是病情預測、健康管理、症狀監控或診斷，甚至是治療過程中，或多或少都會遭遇空間與時間上的限制，例如就診地點與看診時間，或是診療過程中，例如腸胃鏡可能帶來的不舒適，也會使一個原本應是完整且連續的診療行為變得斷斷續續。
因此從病患的立場考量，提供便利且彈性的醫療服務、降低痛楚與維護個人尊嚴的醫療方式，以及減少複診頻率，應是較重要的訴求。若從醫者或醫療機構的立場考量，則較為詳盡、精密且充分取樣的病理樣本，強大的病理資料庫處理，以及更為便利且低風險的醫療方式，則是最重要的課題。
醫療元件的發展趨勢
美國食品藥物管理局在1998年提出醫療元件的六大趨勢，分別是電腦關聯技術，分子級醫藥，家庭及個人看護產品，低侵入性醫療程序，組合性元件與藥品，以及組織替代品與輔助元件。近10年來網路技術蓬勃發展，資料傳輸速率不斷提高，帶動了遠端醫療技術的實用化，這也是網路技術在21世紀初帶給醫療系統的最大衝擊。網際網路使得醫療過程中所需要的高解析影像及聲音資訊，可以經由電話線及個人電腦傳輸至世界上任何一個角落。像這樣的遠端醫療，在美國堪薩斯州立大學電機系的史帝夫‧華倫教授眼中，就是通往未來更為周密的家庭健康看護系統的基石。
《FDA消費者》雜誌編輯卡爾‧路易士認為，現今的醫療用品發展方向主要是以預防性與顧客導向，其中包含了一些能夠自己「思考」的智慧型元件、客製化的可穿戴型元件、電子化的病患紀錄系統、以及透過無線網路連結的系統。這樣的發明，都是為了提供更方便、更友善的智慧型家庭健康看護。
對於顧客而言，這樣的趨勢意味著在時間上或旅行中能夠更為方便，且看護的成本也可以降低。家庭看護更可以讓人們在家中透過簡單的操作，便可以自行監控健康狀況，並在適當的時機給予疾病警示，或通知人們就診。對於醫生而言，民眾能夠對自己的健康負起更大的責任，可以使醫療更有效率。
應用實例
可穿戴型感測器 這一類產品可說是個人健康看護中應用最為廣泛的一種。把複雜的感測與信號處理機能整合在系統晶片或單晶片中，以縮小模組的體積，使受測者不會受到干擾或覺得不便。早期的產品是僅能測量心跳功能的電子腕表，而現代較先進的同類產品，則加入了個人運動量及體適參數的測量，並且包含信號處理及分析的功能，可以當成個人電子運動教練。
穿戴於指尖的血氧感測器，若用於飛行員或登山者的身上，可以對可能發生的缺氧症狀發出警示。腕表型血糖感測器，則可以提醒穿戴者血糖含量是否過低或過高。
腕表型睡眠品質測量器，是把測震器及數位記錄器微小化後置於腕表型外殼中，穿戴於受測者手腕，在不干擾受測者睡眠的前提下，量測並記錄與睡眠品質相關的各項參數，藉以分析失眠症、睡眠窒息或睡眠中的周期性肢體運動異常。另外也有穿戴於胸前的睡眠生理檢查器，可在睡眠時進行連續數小時的多項睡眠生理監測，例如腦部活動、眼部肌肉活動與呼吸，再經由生理訊號的分析，找出睡眠障礙的原因。
而全天候的即時監控型元件，則可以使用於患有阿茲海默氏症，俗稱老年癡呆症的病患或幼童的身上。把全球定位系統、緊急救護通報系統、以及傳呼與時間同步功能整合至腕表內，就可以有效避免患者走失，並可以在發生緊急事故時，馬上通知鄰近的緊急救助單位。
除了腕表型的產品外，麻省理工學院發展出體積更小的穿戴型感測器–戒指型感測器，它的功能包含了血氧量等生理現象的量測，並利用無線傳輸技術把資訊送至中繼的基地臺，而這基地臺又可以經由與個人電子助理或手機的連結，把這些生理參數透過網際網路送至醫生或其他看護機構以供診斷。
低侵入性元件 以膠囊型內視鏡為例，它是把影像掃描器縮小並置入特殊膠囊內，讓待檢者吞入，再利用無線傳輸的方式把影像資訊傳送至外部的記錄器。與傳統的內視鏡檢查不同的地方，在於膠囊型內視鏡不必使用鎮靜劑，也不需要暴露在放射線中，不會產生對麻醉劑或對比劑過敏的反應，在診視過程中也沒有痛楚與不適，更減少了手術臨床診斷的需要。
可植入型元件 植入型元件的主要應用都是長期性的、變化性小的器官替代或是經常性的控制。近年來用於寵物的植入型身分識別晶片，便屬於這類產品。利用無線射頻識別技術的晶片，本身耗電量極小，主要的操作原理是利用外界的讀取器，以磁耦合或電耦合的方式把指令或交流電源傳送至動物體內的晶片。因為晶片本身只儲存少許資訊，並沒有運算及資料處理的能力，主要的功能僅限於對外部讀取器提供身分資訊。
除了最為廣泛應用的身分辨識外，還有可用於激化麻痺肌肉的植入型晶片。美國南加州大學的BION計畫，便展示了這一概念。計畫中發展出的微激化器，可以利用電極輸出長期的電子控制訊號，以產生與神經相仿的功能，刺激肌肉收縮，使得因中風或癱瘓而麻痺的肌肉能夠再回復其功能。若再配合無線傳輸技術，就可以用更為便利的方式幫助中風或癱瘓病人復健。
在自動給藥控制的應用中，美國加州大學爾灣分校的馬克‧瑪竇教授利用人造肌膜與電子控制晶片發展了聰明藥片。藥片是膠囊結構，附有一個生物感測器，當感測器與外界物質反應產生電荷時，產生的電荷會引起包覆藥劑的人造膜收縮，進而控制藥物的流量；當生化感測器偵測到環境因為注入的藥物而改變時，聰明藥片也就停止收縮包覆藥劑的人造膜，而停止給藥。
生物微機電 所謂微機電，是一門把機械結構與電子技術整合的學問，簡單來說，就是一種與微電子電路整合的細微加工技術，可生產製造微結構及細微產品。而生物微機電，從系統組成上來說，包含感測器、致動器、機械結構與電子電路，這樣的系統可用於診斷及分析。
生物微機電可以說是當代醫療元件革命性的關鍵技術之一，它整合了生化、醫學、機械、流體、微觀力學、分子生物學與最新的微電子技術。利用細微加工技術改變原先的結構，使其擁有跨領域整合的功能，可以說是生物電子系統晶片的基礎。若從今日醫療元件的發展趨勢來看，更小的體積、更省電、以及整合更多功能，正與生物微機電技術所帶來的效益不謀而合。
標準化的障礙
因為個人化的無線看護產品會是一個新興的市場，無線通訊技術的加入，在漸趨飽和的傳統醫療儀器用品市場中開闢了新的戰線。然而醫療產品與網路泊接的介面標準訂定工作，卻是緩不濟急。為了制定電子醫療設備所使用的無線通訊標準，摩托羅拉公司的研究團隊正努力推動IEEE 1073標準。儘管許多電子醫療設備廠商對加入無線連結的產品市場都寄予厚望，但是要求所有廠商都遵循同一個標準，卻是超乎想像地困難。
摩托羅拉的資深研究員摩里賽認為，這一射頻標準應盡可能以最簡單的形式滿足電子醫療設備廠商與無線晶片廠商的需求，不去變動現有晶片的組態。這樣的標準不但適合醫院現有的儀器，也適合新興的家庭保健與看護監控設備。摩里賽預期這標準將規範速率、通道、數據與設備的類型，能夠涵蓋個人、本地與廣域無線網路，包括藍芽、Zigbee、IEEE802.11、蜂巢式甚至是衛星網路。
雖然美國聯邦通訊委員會已於2002年為電子醫療應用分配了3個頻帶，分別是608～614百萬赫茲、1,395～1,400百萬赫茲，以及1,427～1,432百萬赫茲。但到目前為止，這些開放頻帶大都還是處於閒置狀態。
工程師把IEEE 1073規格推動的遲緩歸因於兩個因素。第一是電子醫療設備有較長的設計周期與生命周期，第二是製造廠商為了競爭力，較願意致力於發展自家產品間專用的通訊介面，而不願花心思研發與其他競爭廠商產品相容的介面。然而醫院也開始體認到標準化的必要性，除非擁有一系列的轉換裝置，否則完整數據的獲得會非常困難，然而這種轉換設備的安裝與維護又是另一筆可觀的支出。
歐洲的飛利浦與德格爾兩家歷史悠久的醫療設備廠商，已經開始採納IEEE 1073標準，而美國的競爭對手們才剛剛開始注意它而已。這幾年的不景氣，顯然也成了這個標準的阻礙之一。在新興的醫療市場正要點燃烽火的時候，標準化與否的問題也投下了一個未知數。
