可穿戴醫(yī)療技術(shù)關(guān)鍵及典型參考設(shè)計(jì)集錦

　　穿戴式裝置搭配手持式裝置與網(wǎng)際網(wǎng)路的連結(jié)，構(gòu)建出包含生活、運(yùn)動(dòng)、醫(yī)療…等各種領(lǐng)域等更多生活上的應(yīng)用。由于穿戴式裝置體積小巧且更貼近人體，其設(shè)計(jì)上對(duì)于體積重量、發(fā)熱、EMI、電源管理、防觸電、防濕防水防塵、舒適度甚至在時(shí)尚感有更嚴(yán)苛的要求，因此市場(chǎng)也針對(duì)穿戴式裝置，推出各式專用的微機(jī)電電子元件與感測(cè)技術(shù)。

　　穿戴式裝置專用之微機(jī)電元件

　　隨著MEMS（微機(jī)電）元件技術(shù)的進(jìn)步，讓各式傳感器能輕松嵌入到手持式裝置、穿戴式裝置之中，使科技應(yīng)用無所不在。由于穿戴式裝置是穿戴于人體身上，故比手持式裝置更貼近人類，能夠延伸更多生活上應(yīng)用，或忠實(shí)偵測(cè)與紀(jì)錄人體生理機(jī)能的反應(yīng)。目前已知的穿戴式裝置，可提供人類在科技應(yīng)用（語音通訊/擴(kuò)增實(shí)境/個(gè)人助理）、生活品質(zhì)（食品熱量、睡眠提示、節(jié)食建議）、運(yùn)動(dòng)健身（比賽紀(jì)錄、訓(xùn)練健身、虛擬教練）、醫(yī)療輔助（心電圖、脈搏記錄、睡眠改善…等生理機(jī)能量測(cè)儀）、旅游輔助（路線建議、導(dǎo)航指示、旅程紀(jì)錄）、公益應(yīng)用（孩童/寵物/老人失蹤協(xié)尋）等各種貼心的應(yīng)用。

　　基本穿戴式裝置的感應(yīng)器系統(tǒng)架構(gòu)圖 （fp7-smac.org）

　　醫(yī)療穿戴式裝置的資訊傳遞系統(tǒng)架構(gòu)圖 （Intersive）

　　由于穿戴式裝置的體積更小，更貼近人體，且必須長時(shí)間穿戴，因此這些裝置對(duì)于發(fā)熱、EMI （電磁干擾）、電源管理、防觸電、防汗/防水/防塵、舒適度、精準(zhǔn)度、體積重量，甚至?xí)r尚等要求，都比手持式裝置更為嚴(yán)格，因此各廠商在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，就必須顧慮到這些課題。而MEMS微機(jī)電零件供應(yīng)商，也提供各種不同等級(jí)的產(chǎn)品，以符合系統(tǒng)廠商在設(shè)計(jì)穿戴式裝置時(shí)的需求。

　　穿戴式裝置的元件－CPU、MCU

　　當(dāng)今高階手持式裝置的CPU（處理器），已經(jīng)邁向八核心的里程碑，處理速度更快。然為了減少感測(cè)器在全天候偵測(cè)、搜集與處理上的電能消耗，許多產(chǎn)品已開始搭配MCU（微控制器），來擔(dān)任動(dòng)作感應(yīng)專用的協(xié)同處理器（MoTIon Co-processor）。

　　以蘋果iPhone 5s、iPad Air、iPad mini 2內(nèi)建的M7為例，便是一款協(xié)同處理器，采用NXP LPC1800系列的客制化Cortex-M3微控制器，運(yùn)作時(shí)脈為150MHz，可搜集、量測(cè)、儲(chǔ)存感應(yīng)到的資料（來自STM三軸陀螺儀、Bosch三軸加速器、AKM電子羅盤等感應(yīng)器資訊），縱使手機(jī)在待機(jī)中亦能運(yùn)作，繼續(xù)將感測(cè)資料記錄下來，待裝置喚醒后就能夠繼續(xù)處理資料，這樣的設(shè)計(jì)可讓裝置在長時(shí)間的運(yùn)作下（例如運(yùn)動(dòng)），更為省電。

　　在穿戴式裝置的應(yīng)用上，大多采用Sensor Hub MCU，亦即采用ARM Cortex M系列的MCU來當(dāng)主要控制器，以達(dá)到高效能、低耗電的目的。例如Fitbit智慧手環(huán)，便是采用ST的STM32L151C6 Cortex-M3低功耗16位元32MHz MCU、Jawbone UP智慧手環(huán)采用TI的MSP430F5528 16位元25MHz MCU。而Pebble智慧手表采用ST的STM32F205RE Cortex-M3架構(gòu)的32位元120MHz MCU、Sony SmartWatch SW2也采用ST MCU，時(shí)脈為180MHz。

　　至于Samsung的Galaxy Gear智慧手表，仍采用自家Exynos 800MHz單核CPU來做感測(cè)運(yùn)算處理，可惜搭配的電池容量太小，連續(xù)使用25小時(shí)就要充電，雖效能強(qiáng)、但持續(xù)力不佳，市場(chǎng)反應(yīng)冷淡。因此，Samsung在MWC發(fā)表的Gear 2家族，采用MCU設(shè)計(jì)，使用時(shí)間可達(dá)2~3天。由此可見，為了功耗與增加電池壽命，未來將會(huì)有更多穿戴式產(chǎn)品改用MCU來當(dāng)主要處理器。

　　穿戴式裝置的元件－MEMS、Sensor

　　在感測(cè)器方面，穿戴式裝置目前配置的基本三個(gè)體感/動(dòng)態(tài)感測(cè)元件，就是電子羅盤（magnetometer）、三軸陀螺儀（gyroscope）、三軸加速器（accelerometer），可以用來計(jì)步、偵測(cè)心跳、生理追蹤等等。

　　至于在環(huán)境感應(yīng)器部份，則是依照產(chǎn)品的應(yīng)用需求再加入。例如接近感應(yīng)器（Proximity sensor）、溫度計(jì)（Thermometer）、濕度計(jì)（Hygrometer）或氣壓計(jì)（Barometer）等等。若有輔助操控部份，如手勢(shì)、語音等輸入，則會(huì)選擇將紅外線（Infrared）或相機(jī)模組（Camera Module）、麥克風(fēng)（Mic）等元件內(nèi)建，以做簡(jiǎn)單的手勢(shì)、語音辨識(shí)。例如Google Glass就包含了光度感應(yīng)器（Ambient Light Sensor）、接近感應(yīng)器，做為調(diào)整亮度與物體偵測(cè)之用。

　　在軟體技術(shù)方面，已有許多廠商開發(fā)出自家專利的演算法，應(yīng)用在各穿戴式應(yīng)用的軟硬體產(chǎn)品。如Nike+ Running App（跑步訓(xùn)練程式）、Jawbone Up、Fitbit系列手環(huán)，便是采用FullPower公司的MoTIonX技術(shù)。

　　醫(yī)療、保健等感測(cè)器專用之穿戴式裝置的元件

　　消費(fèi)級(jí)的穿戴式裝置，可提供個(gè)人保健、節(jié)食塑身、手機(jī)延伸應(yīng)用等。至于專業(yè)級(jí)的產(chǎn)品，則有不同的訴求。在醫(yī)療院所里，量測(cè)專用的穿戴式裝置其實(shí)早行之有年，近年來由于科的進(jìn)步，當(dāng)許多量測(cè)裝置的體積能夠縮小，且透過無線的方式將訊號(hào)傳遞出來，不需要再連接一堆電線，使病人能夠行動(dòng)自如。

　　醫(yī)學(xué)或健康產(chǎn)業(yè)所設(shè)計(jì)的穿戴式裝置，大多內(nèi)建上述的感應(yīng)器架構(gòu)，而醫(yī)學(xué)復(fù)健的感應(yīng)器，還會(huì)加上體感技術(shù)。這類產(chǎn)品的功能訴求單純，主要用于量測(cè)個(gè)人生理資訊，數(shù)值量測(cè)的要求上，則是必須非常精確，且裝置要能夠長時(shí)間使用，并可透過內(nèi)建的GSM或Wi-Fi無線通訊，將身上的各種儀器串連起來，成為一個(gè)身體網(wǎng)路（Body Area Network；BAN），同時(shí)也可以將資料回傳至醫(yī)療院所以利于后續(xù)追蹤，如此進(jìn)而達(dá)到居家照護(hù)、遠(yuǎn)距醫(yī)療之應(yīng)用。
下面來自各大廠商的可穿戴醫(yī)療典型設(shè)計(jì)和方案，給你最全面的參考！