可穿戴医疗技术关键及典型参考设计集锦

　　穿戴式装置搭配手持式装置与网际网路的连结，构建出包含生活、运动、医疗…等各种领域等更多生活上的应用。由于穿戴式装置体积小巧且更贴近人体，其设计上对于体积重量、发热、EMI、电源管理、防触电、防湿防水防尘、舒适度甚至在时尚感有更严苛的要求，因此市场也针对穿戴式装置，推出各式专用的微机电电子元件与感测技术。

　　穿戴式装置专用之微机电元件

　　随着MEMS（微机电）元件技术的进步，让各式传感器能轻松嵌入到手持式装置、穿戴式装置之中，使科技应用无所不在。由于穿戴式装置是穿戴于人体身上，故比手持式装置更贴近人类，能够延伸更多生活上应用，或忠实侦测与纪录人体生理机能的反应。目前已知的穿戴式装置，可提供人类在科技应用（语音通讯/扩增实境/个人助理）、生活品质（食品热量、睡眠提示、节食建议）、运动健身（比赛纪录、训练健身、虚拟教练）、医疗辅助（心电图、脉搏记录、睡眠改善…等生理机能量测仪）、旅游辅助（路线建议、导航指示、旅程纪录）、公益应用（孩童/宠物/老人失踪协寻）等各种贴心的应用。

　　基本穿戴式装置的感应器系统架构图 （fp7-smac.org）

　　医疗穿戴式装置的资讯传递系统架构图 （Intersive）

　　由于穿戴式装置的体积更小，更贴近人体，且必须长时间穿戴，因此这些装置对于发热、EMI （电磁干扰）、电源管理、防触电、防汗/防水/防尘、舒适度、精准度、体积重量，甚至时尚等要求，都比手持式装置更为严格，因此各厂商在设计产品时，就必须顾虑到这些课题。而MEMS微机电零件供应商，也提供各种不同等级的产品，以符合系统厂商在设计穿戴式装置时的需求。

　　穿戴式装置的元件－CPU、MCU

　　当今高阶手持式装置的CPU（处理器），已经迈向八核心的里程碑，处理速度更快。然为了减少感测器在全天候侦测、搜集与处理上的电能消耗，许多产品已开始搭配MCU（微控制器），来担任动作感应专用的协同处理器（MoTIon Co-processor）。

　　以苹果iPhone 5s、iPad Air、iPad mini 2内建的M7为例，便是一款协同处理器，采用NXP LPC1800系列的客制化Cortex-M3微控制器，运作时脉为150MHz，可搜集、量测、储存感应到的资料（来自STM三轴陀螺仪、Bosch三轴加速器、AKM电子罗盘等感应器资讯），纵使手机在待机中亦能运作，继续将感测资料记录下来，待装置唤醒后就能够继续处理资料，这样的设计可让装置在长时间的运作下（例如运动），更为省电。

　　在穿戴式装置的应用上，大多采用Sensor Hub MCU，亦即采用ARM Cortex M系列的MCU来当主要控制器，以达到高效能、低耗电的目的。例如Fitbit智慧手环，便是采用ST的STM32L151C6 Cortex-M3低功耗16位元32MHz MCU、Jawbone UP智慧手环采用TI的MSP430F5528 16位元25MHz MCU。而Pebble智慧手表采用ST的STM32F205RE Cortex-M3架构的32位元120MHz MCU、Sony SmartWatch SW2也采用ST MCU，时脉为180MHz。

　　至于Samsung的Galaxy Gear智慧手表，仍采用自家Exynos 800MHz单核CPU来做感测运算处理，可惜搭配的电池容量太小，连续使用25小时就要充电，虽效能强、但持续力不佳，市场反应冷淡。因此，Samsung在MWC发表的Gear 2家族，采用MCU设计，使用时间可达2~3天。由此可见，为了功耗与增加电池寿命，未来将会有更多穿戴式产品改用MCU来当主要处理器。

　　穿戴式装置的元件－MEMS、Sensor

　　在感测器方面，穿戴式装置目前配置的基本三个体感/动态感测元件，就是电子罗盘（magnetometer）、三轴陀螺仪（gyroscope）、三轴加速器（accelerometer），可以用来计步、侦测心跳、生理追踪等等。

　　至于在环境感应器部份，则是依照产品的应用需求再加入。例如接近感应器（Proximity sensor）、温度计（Thermometer）、湿度计（Hygrometer）或气压计（Barometer）等等。若有辅助操控部份，如手势、语音等输入，则会选择将红外线（Infrared）或相机模组（Camera Module）、麦克风（Mic）等元件内建，以做简单的手势、语音辨识。例如Google Glass就包含了光度感应器（Ambient Light Sensor）、接近感应器，做为调整亮度与物体侦测之用。

　　在软体技术方面，已有许多厂商开发出自家专利的演算法，应用在各穿戴式应用的软硬体产品。如Nike+ Running App（跑步训练程式）、Jawbone Up、Fitbit系列手环，便是采用FullPower公司的MoTIonX技术。

　　医疗、保健等感测器专用之穿戴式装置的元件

　　消费级的穿戴式装置，可提供个人保健、节食塑身、手机延伸应用等。至于专业级的产品，则有不同的诉求。在医疗院所里，量测专用的穿戴式装置其实早行之有年，近年来由于科的进步，当许多量测装置的体积能够缩小，且透过无线的方式将讯号传递出来，不需要再连接一堆电线，使病人能够行动自如。

　　医学或健康产业所设计的穿戴式装置，大多内建上述的感应器架构，而医学复健的感应器，还会加上体感技术。这类产品的功能诉求单纯，主要用于量测个人生理资讯，数值量测的要求上，则是必须非常精确，且装置要能够长时间使用，并可透过内建的GSM或Wi-Fi无线通讯，将身上的各种仪器串连起来，成为一个身体网路（Body Area Network；BAN），同时也可以将资料回传至医疗院所以利于后续追踪，如此进而达到居家照护、远距医疗之应用。
下面来自各大厂商的可穿戴医疗典型设计和方案，给你最全面的参考！