行動式老人健康照護
報告人：吳有基教授 國立聯合大學電機系
前言 依據內政部出版 依據內政部出版「中華民國臺灣97年至145年人口 中華民國臺灣97年至145年人口 推計報告」統計，2008年台灣超過65歲人口數約 240萬人 占總人口比例為10.4% 已超過聯合國 240萬人，占總人口比例為10.4%，已超過聯合國 世界衛生組織所定的高齡化社會標準，估計於 2025年將達20%以上 2025年將達20%以上。 另外加上國內「少子化」的社會發展趨勢，未來 從事社會生產人口所必須負擔照護老人的比利勢 必提高，直接影響到社會國家經濟發展， 因此 因此，為因應「老齡化」、「少子化」趨勢所造 為因應 老齡化」 少子化」趨勢所造 成影響，近年來我國致力於發展可定時或長期監 測的遠距健康照護系統，以達到早期發現預防及 測的遠距健康照護系統 以達到早期發現預防及 1 降低醫療支出的目的。
前言 經濟部在行政院 經濟部在行政院「科技化服務業旗艦計畫」下於 科技化服務業旗艦計畫」下於 95年起推動「科技化健康照護創新服務計畫」， 規劃健康照護服務 為新興產業提供發展新契機 規劃健康照護服務，為新興產業提供發展新契機， 經濟部技術處預估該產業年成長率將達17％以上， 於2015 年產值將達到2,215 億元 億元。 該計畫已納入我國2015 年經濟發展願景第一階段 三年衝刺計畫中的產業發展套案中 三年衝刺計畫中的產業發展套案中， 遠距健康照護除了消極性監測生理訊號之外，更 有積極性健康管理的功能， 有積極性健康管理的功能 健康的身體要從平日的健康生活習慣養成做起， 習慣的養成需要做有效管理、觀察成果做為激勵 習慣的養成需要做有效管理 觀察成果做為激勵 2 或是警覺，
前言 目前國人生活品質的提高 目前國人生活品質的提高，過度飲食或是飲食營 過度飲食或是飲食營 養不均衡造成的肥胖人口也逐漸上升，加上現今 社會人人工作忙碌 生活壓力大 忽略健康管理 社會人人工作忙碌、生活壓力大，忽略健康管理， 除工作外大多很難找出時間運動活化身體，以及 沒有規律檢測身體的各項生理訊號值 往往到了 沒有規律檢測身體的各項生理訊號值，往往到了 健康狀況亮起紅燈後，才驚覺到健康的可貴。 根據高雄榮民總醫院家庭醫學部研究指出 根據高雄榮民總醫院家庭醫學部研究指出，超重 超重 者、缺乏運動皆列入「十大危險因素」，而肥胖 所衍生的各項慢性疾病更是健康的殺手(心血管疾 病、糖尿病等名列國人十大死亡病因)。 3
前言 因此 因此，需將個人健康管理模式從疾病診斷、治療 需將個人健康管理模式從疾病診斷 治療 提昇至預防層級，藉助遠距健康照護科技協助個 人做好有效健康管理(例如養成健康生活模式 定 人做好有效健康管理(例如養成健康生活模式、定 期規律監測生理訊號及早發現變異及早預防)，以 改善個人健康生活品質 落實 預防勝於治療」 改善個人健康生活品質，落實「預防勝於治療」、 「維持活動力」，「成功老化」! 所謂的【成功老化】係指(I)避免疾病 (Avoiding disease)、(II)維持高認知與身體功能 (Maintaining high g cog cognitive t ve aandd physical p ys ca function)、(III)生活積極 u ct o ) ( )生活積極 承諾 (Engagement with life)，老人有能力維持 ((I)~(III)三個關鍵行為，而且三項活動均能達成即 ) ( )三個關鍵行為 而且三項活動均能達成即 4 是最成功的老化。
前言 5位博士(電機2 5位博士(電機2、經管1、資管1、資工1)、1 經管1 資管1 資工1) 1 位中醫師參與計畫 完成多項子系統技術評估 ¾ 行動手機健康管理系統—戒指式脈搏/溫度、計 步器 體重計 緊急通報(GPS定位) 日行萬步 步器、體重計、緊急通報(GPS定位)、日行萬步 健康有保固、運動333健康管理、BMI ¾ 察「顏」觀色—人臉影像健康管理(臉部色差與 察「顏 觀色 人臉影像健康管理(臉部色差與 臟器關聯對應、胖瘦、髮線、法令紋、舌苔) ¾ 生活形態(室內定位/生理訊號) ¾ 生理資訊資料庫管理系統 5
行動手機健康管理系統架構 系統架構圖
體重計
6
行動手機健康管理系統 RFID戒指式脈博溫度量測器 心跳與體溫 Bl Bluetooth h 計步器 心跳/體溫 步數 體重/BMI GPS座標
步數
7
體重計
體重
行動生理量測系統架構與流程說明 系統架構圖
8
1.使用者身上配戴RFID脈博溫度量測器與計步器
RFID脈博溫度量測器 計步器 以MCU為基礎設計
9
10
2.Reader與計步器連接上Bluetooth/RS232 Adapter Bluetooth/RS232 Adapter p
Reader (以RF方式接收Tag資料)
Bluetooth
智慧型手機
計步器
11 Bluetooth
Architecture
Implemenrtati on
Results
– A wearable ring-type pulse monitoring sensor • Experimental Scenario
Conclusion
13
3.行動智慧手機接收生理資訊並供遠端醫療分析 手機設定流程
14
3.行動智慧手機接收生理資訊並供遠端醫療分析 健康管理頁面—運動333 生理資訊顯示
健康管理頁面--日行萬步
15
3.行動智慧手機接收生理資訊並供遠端醫療分析 GPS座標頁面
3G連線傳送至遠端 SMS簡訊發送
Data
生理資訊
16
Data
行動手機健康管理系統 健康管理頁面—運動333
SMS緊急GPS簡訊 傳送
17 健康管理頁面--日行萬步
行動手機健康管理系統 GPS座標頁面
3G連線傳送至遠端
Data
生理資訊
18
Data
察「顏」觀色1流程圖 」 使用網路攝影機擷 取影像
用SG導卡製作的 ICC描述檔來色彩校 正
以D65為光源的燈箱
R G B
X Y Z
L* a* b* b
RGB值轉L*a*b*值
用色差公式求∆E*ab色差值
中醫參考數據判別身體 相對應器官健康狀況
用電腦讀取臉部各區域 之RGB值
察「顏」觀色1 察 顏」觀色1 原圖
校正後圖 經由SG導卡產生的 icc profile 做色彩校 正
經過1週以後
20
察「顏」觀色1 察 顏」觀色1 各器官對照圖
心區 肝區 脾區 小腸區
胃區
大腸區 膀胱、子宮 區 臉部左右兩邊是對稱的
精室區
L* 明暗度 , a* 紅綠度, b*黃藍度
區域1的∆Eab比較和相對器官對照圖
膀胱、子宮 區 ∆L1=0.82 ∆L1=0 82 ∆a1=-1.95 ∆b1=-2.44 ∆E1=3.23
小腸區
∆E3=8 09 ∆E3=8.09 ∆L3=-1.00 ∆a3=7.75 ∆b3=2.09
∆E2=3.10
∆L2=-0.30 ∆a2=-1.99 ∆b2=-2.36
精室區 ∆E4=3.01 ∆E4 3.01 ∆L4=-1.83 ∆a4=-1.87 ∆b4= 1 47 ∆b4=-1.47 9
L* 明暗度 , a* 紅綠度, b*黃藍度
區域2的∆Eab比較和相對器官對照圖 心區 ∆E7=3.30 ∆L7=-1.43 ∆a7=-2.19 ∆b7=-2.01
肝區
∆E6=2.87
∆L6=-1.82 ∆a6=-0.86 ∆b6=-2.04
脾區 ∆E5=3.58 ∆L5=-3.16 ∆a5=-0.20 ∆b5=-1.67 ∆b5 1.67
23
L* 明暗度 , a* 紅綠度, b*黃藍度
∆L9=-1.79 ∆a9=-1.51 ∆b9=-1.98
區域3的∆Eab比較和相對器官對照圖
∆L8=-0.60 ∆L8 0.60 ∆a8=-3.08 ∆b8=-0.54 ∆E8=3.19
∆E9=3.07 大腸區
胃區 ∆E10=7.72 ∆E11=3 42 ∆E11=3.42 ∆L10=6.73 ∆a10=-3.78 ∆b10=-0.11 ∆b10 0.11
∆L11=-1.81 ∆a11=-2.88 ∆b11=0.30
24
操作流程影片 |
新增資料夾 f 新增資料夾\face.MP4 26 6
25
系統架構圖
察「顏」觀色2 察 顏」觀色2 27 7
1. 人 臉 影 像 傳 至 IPS 處 理 2.資料儲存 3. 透 過 SMS Sender Server發送連結訊息 4 發送訊息至使用者 4.發送訊息至使用者 5.使用者透過網頁查詢 健康資訊
26
手機APP軟體 手機 軟體 登入伺服器並取像
28 8
27
上傳影像圖片至 IPS(IMAGE PROCESS SERVER)
29 9
28
IPS處理影像並儲存資訊
30 0
29
透過SMS發送連結訊息
31
30
透過網頁查詢健康資訊
32 2
31
臉膚色比較 | 首先，會將臉頰ROI區 會 33 3
域取出後轉換至HSV色 彩空間。 | 接著，統計臉頰ROI區 域不同顏色所佔的比率。 | 最後，呈獻前三個最多 最後 呈獻前三個最多 比率的臉頰膚色。
32
臉輪廓比較 | 首 先 ， 利 用 AAM 取 得 34 4
特徵點得到過去及目前 臉輪廓資訊。 廓 | 接著，將過去人臉資訊 正規劃至目前人臉一樣 大小。 | 最後，將過去人臉輪廓 套疊至目前臉輪廓上來 比較。
33
髮線高低比較 | 首先，針對眉毛以上包 35 5
含 頭 髮 ROI 區 域 進 行 Otsu’s method二 值 化 。 | 接著，進行水平投影， 找出髮線Y軸方向位置。 | 最後，將過去資料套疊 最後 將過去資料套疊 至目前結果做比較。
34
髮令紋比較 | 首先，針對人臉影像進行 36 6
Sobel邊緣偵測。 | 接著，使用二值化方式， 強調出具有較強烈的邊緣 資訊。 | 最後，找出位於鼻子附近 最後 找出位於鼻子附近 且較長的邊緣，並標示出 來 來。
35
舌頭顏色 | 首先，利用AAM取得特徵 37 7
點得到舌頭部位ROI區域。 | 接著，統計舌頭ROI區域 不同顏色所佔的比率。 | 最後，呈獻前三個最多比 率的舌頭顏色 率的舌頭顏色。
22
操作流程影片
38 8
37
距離偵測定位方面 使用了兩種方法 距離偵測定位方面，使用了兩種方法 第一種為藉由實驗我們以每50 公分為單位測量出在15 公 尺以內的強度分佈，如圖(一)，我們可以看到強度與距離 之間的關係，雖然不是非常線性而且並不連續，但是我們 可以藉由內插法來彌補，將這實驗求出的數值儲存起來並 在進行定位的時候進行比較，我們就可以計算出距離值了。 強度曲線
-35 50
100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100 1150 1200 1250 1300 1350 1400 1450 1500
-40
強度曲線
-45
-50
-55
-60
圖(一)Zigbee 在15 公尺每50 公分的強度分佈
距離測量法 |
建立距離與訊號強度關係圖 -35 35 50
強度曲線
公分
40 0
dBm
100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100 1150 1200 1250 1300 1350 1400 1450 1500
-40
強度曲線
-45
-50
-55
-60
圖(一)Zigbee 在15 公尺每50 公分的強度分佈
39
再由計算出的距離值我們可以由三點定位法計算出待測座 標。 其定位結果如圖(a),(b),(c),(d),(e) 所示，此地圖為聯合大學 雙電大樓地下1 樓的平面圖(不含房間內區域)。其中綠色 樓的平面圖(不含房間內區域) 其中綠色 星星代表的是實際位置、紅色原點是參考節點放置位置而 X 記號則是定位出的位置 記號則是定位出的位置，每一地點做了50 每一地點做了50 次的定位後 我們可以很明顯看出位置並不是固定在某一點，而是不斷 的飄移不定，這是因為Zigbee 的訊號並不是一直都是固定 的強度 會因為許多的原因造成訊號強度的偏移 也因此 的強度，會因為許多的原因造成訊號強度的偏移，也因此 造成定位位置不定。
定位演算法-三點定位法 定位演算法 三點定位法 ⎡ (d ) − (d ) − (x + y − x − y ) ⎤ ⎡ − 2( x − x ) ⎢ ⎥ ⎢ ⎢ (d ) − (d ) − (x + y − x − y ) ⎥ = ⎢ − 2(x − x ) 1 2 P 1 2 P
2 1 2 1
2 1 2 1
2 2 2 3
2 2 2 3
M 2 − x12 + y12 − x N2 − y N2
( ) − (d ) ( 2
N P
d PA d PB
d PC
( ) ( ) ( ( ) ( ) (
⎡ d A 2 − d B 2 − x2 + y 2 − x2 − y 2 P A A B B ⎢ PA 2 2 C 2 2 2 2 ⎣⎢ d P − d P − x A + y A − xC − yC
⎥ ⎥ ⎥⎦
)
1
2
1
3
⎢ M ⎢ ⎣− 2(x1 − x N )
− 2( y1 − y 2 ) ⎤ − 2( y1 − y3 ) ⎥⎥ ⎡ x P ⎤ ⎥ ⎢⎣ y P ⎥⎦ M ⎥ − 2( y1 − y N )⎦
d PA =
(x A − xP )2 + ( y A − yP )2
d PB =
(xB − xP )2 + ( yB − yP )2
d PC =
(xC − xP )2 + ( yC − yP )2
)⎤⎥ = ⎡− 2(x )⎥⎦ ⎢⎣− 2(x
A A
− xB )
− xC )
42 2
⎢ ⎢ 1 ⎢⎣ d P
2 2 P 3 2 P
− 2( y A − yB )⎤ ⎡ xP ⎤ − 2( y A − yC )⎥⎦ ⎢⎣ yP ⎥⎦ 41
43 3
|
(a) 42
44 4
|
(b) 43
45 5
|
(c) 44
46 6
|
(d) 45
47 7
|
(e) 46
定位演算法-第二種方法為藉下列方程式 --- 訊 號與距離的關係函數來求出距離。仍然有位置飄 號與距離的關係函數來求出距離 仍然有位置飄 移的問題，而且有時甚至比第一種方法嚴重 |
訊號強度與距離函數 48 8
d RSSI = −(10n log10 + A)
y y y y
RSSI：訊號強度 n：訊號傳播常數，藉由實驗求出 d：發射端與接收端的距離 A：距離1公尺時的訊號強度
生活形態(室內定位/生理訊號) 定位演算法-三點定位法 ¾以統計圖為基準求出距離 ¾以訊號與距離的關係函數來求出距離
1
生理資訊資料庫管理系統
24
生理資訊資料庫管理系統 • Software Implementation (1)Integrated Communication Module – Hardware (rings, pedometers) ÅÆ Smart Phone » Assembler <<---->> C#.net for MS Windows Mobile 6 » Assembler <<---->> Java for JVM Framework – Smart Phone ÅÆHealth Management Module » C#.net for MS Windows Mobile 6 <<---->> java for JVM » Java for JVM <<---->> Java for JVM » Java for Android <<---->> Java for JVM
(2)Health Management Module – The Analysis function – The Short message function
12
Architecture
â&#x20AC;˘ a
Implemenrtati on
Results
Conclusion
Architecture
Implemenrtati on
Results
Conclusion
Architecture
Implemenrtati on
Results
Conclusion
• Ring ÅÆsmart phone (Android Simulator)
53
Architecture •
Implemenrtati on
Results
Conclusion
使用平板電腦 使用平板電腦(Acer A100)(Android作業系統)擷取並顯示心跳脈搏數資訊 作業系統 擷取並顯示心跳脈搏數資訊
Architecture •
Implemenrtati on
Results
Conclusion
成功將Acer(A100)擷取之心跳脈搏數資訊藍芽傳輸傳送至具3.5G電信傳輸功 成功將A (A100)擷取之心跳脈搏數資訊藍芽傳輸傳送至具3 5G電信傳輸功 能之Anycall手機(Android作業系統)，並由此手機轉送至後端健康管理平台
Architecture
Implemenrtati on
â&#x20AC;˘ The analysis for Walking-10000
Results
Conclusion
SYSTEM DATA FLOW SCENARIO
DEMO
58
RING :A WEARABLE RING-TYPE PULSE MONITORING SENSOR
59
DEMO TIME
STORE IN MYSQL DATABASE
結論 | 因應台灣「老人化」、「少子化」社會來臨，
老人健康照護議題不是老人的專利議題，年輕 老人健康照護議題不是老人的專利議題 年輕 人更應要投入更多的關心。 | 成功老化不需等到老了時候才來執行，趁年輕 實即養成(I)避免疾病 (Avoiding disease)、(II)維 持高認知與身體功能 (Maintaining high cognitive and physical function)、(III)生活積極 承諾 (Engagement with life)， | 結合科技，發揮創意，將健康管理內化成生活 一部分。 69
感謝聆聽
70