由于穿戴式醫(yī)療設備關鍵元件逐漸朝向高整合功能發(fā)展，并具抗電磁干擾的能力，將有助于可攜式醫(yī)療裝置符合各國法規(guī)的要求，滿足易使用、高安全性、小尺寸和低功耗等必備條件，進而創(chuàng)造逐年出貨量翻倍的高成長力。

從過去單純的醫(yī)療行為到現(xiàn)今強調個人化服務的趨勢，醫(yī)療系統(tǒng)除提供原有的醫(yī)療過程外，現(xiàn)在亦希望能提升患者的生活品質（QualityofLife，QoL），有鑒于此，穿戴式裝置與遠距個人化生理狀態(tài)的監(jiān)測便逐漸受到重視。

5年內出貨量成長五倍穿戴式裝置市場后市看漲

據(jù)報告指出，2011年時約有一千四百萬臺穿戴式智慧裝置被販售到世界各地，而2016年時預估將成長到九千兩百五十萬臺，總銷售額超過6億美元，預計2011年至2016年年復合成長率（CAGR）可達50%以上，如圖1所示。在這波市場潮流下，穿戴式醫(yī)療裝置有機會成為新類型的醫(yī)療裝置，可供患者在不同環(huán)境下使用。

圖1    2011～2016年穿戴式智慧裝置市場產值分析

在穿戴式智慧型裝置上，可穿戴技術包括能長時間配戴在人體、先進電路設計、無線傳輸和獨立處理能力，并能顯著提高用戶體驗（UserExperience）。依據(jù)用途不同，穿戴式智慧裝置可分成四類，分別為健身與健康管理、衛(wèi)生保健與醫(yī)療、工業(yè)和軍事應用和訊息娛樂系統(tǒng)。

健身與健康管理技術產品，可用于監(jiān)測活動和情感；而衛(wèi)生保健與醫(yī)療主要為監(jiān)測生命特征；工業(yè)和軍事應用的可穿戴技術，用在軍事或工業(yè)環(huán)境中的即時數(shù)據(jù)接收和發(fā)送；而訊息娛樂系統(tǒng)技術，用于接收和傳輸即時訊息，娛樂和提升生活體驗的目的。

健身與健康管理和衛(wèi)生保健與醫(yī)療兩類穿戴式智慧裝置，預估此二類產品于2017年時占穿戴式智慧裝置市占率超過八成，雖然健身與健康管理類裝置販售數(shù)量較多，但由于衛(wèi)生保健與醫(yī)療類裝置售價較高，因此衛(wèi)生保健與醫(yī)療類裝置總銷售金額較健身與健康管理類略高。

在健身與健康管理類方面，主要用途為運動和活動追蹤，這類裝置通常具有時髦和時尚的外觀設計，因此受到廣大消費者的青睞。預估至2013年有61%的穿戴式技術是應用于運動和活動追蹤；而在未來，此類裝置將與居家環(huán)境或家電控制結合，提供更加方便使用的情境。

另一方面，在衛(wèi)生保健與醫(yī)療類，穿戴式智慧裝置目前主要用途為連續(xù)性血糖與心率監(jiān)測，而另外相對較多產品為智慧型自動藥物輸送裝置，如與連續(xù)性血糖監(jiān)測結合的自動藥物輸送裝置或自動傳輸減輕疼痛藥物的裝置。市場普遍認為有關此類穿戴式智慧裝置最大的潛在市場成長障礙，為技術的瓶頸和美國食品藥品管理局（FDA）的批準。

然而，即使如此，F(xiàn)DA還是通過如Medtronic的MinimedParadigmReal-TimeInsulinPump這類的產品，一方面連續(xù)監(jiān)控血糖，一方面提供胰島素給病患，讓這些病患在胰島素的控制上，更具有便利性。

綜觀各大地區(qū)市場的趨勢，美國仍是目前穿戴式智慧裝置的最大市場，至2016年此一狀況仍不會改變；而歐洲則為第二大市場，特別是在保健和醫(yī)療應用領域。日本則依舊為另一主要消費市場，但主要為訊息娛樂領域。

各國法規(guī)趨嚴穿戴式醫(yī)療元件朝高整合邁進

一般而言，穿戴式醫(yī)療設備的關鍵元件，包含前端傳感器與感測控制電路、核心運算單元、無線傳輸模組，以及人機顯示介面。此外，還包括為防止電磁干擾以符合醫(yī)療裝置高法規(guī)門檻的相關元件（圖2）。

圖2穿戴式醫(yī)療裝置必要條件分析

感測器及感測控制電路負責感測外部訊號，以及搜集各類訊號的回饋。核心控制器負責訊號的處理、量測、分析，以及演算法的導入，最后再做出反應。無線傳輸模組傳輸量測的結果到人機介面上，而人機介面現(xiàn)今已朝向智慧型裝置來發(fā)展。

為符合現(xiàn)今各國法規(guī)要求，以及更貼近使用者的穿戴式應用，芯科實驗室（SiliconLabs）提出可攜式的醫(yī)療裝置的特征，必須包含容易使用、高穩(wěn)定性與安全性、簡單且安全的連結、低功率消耗、可支援較寬的低電壓范圍、高量測準確度、小尺寸（SmallFormFactor），以及可負擔的價格（AffordableCost）。

前端感測模組及感測控制電路在精密制造、半導體制程和微機電技術的進步之下，朝輕薄短小的尺寸持續(xù)演進，這類的技術包含有加速度計、陀螺儀、溫度感測器、微型電極、微型光學元件、小型幫浦與壓脈帶、微型麥克風和可撓性感測器等，有助于穿戴式裝置在醫(yī)療器材的觸身部位（AppliedPart）微小化實現(xiàn)；如美商MC-10所發(fā)展的可撓式感測器，可貼附于人體皮膚上進行生理訊號的量測。

在這個部分，也有相當多的半導體公司整合前端感測器與擷取電路，如亞德諾（ADI）的ADXL327這類產品，除三軸加速度計的功能，并具有低耗能及高整合度的優(yōu)勢。

在感測控制電路上，根據(jù)應用可能包含前級放大器、高解析度類比數(shù)位轉換器（ADC）、可調整的濾波器、數(shù)位類比轉換器和驅動電路與回饋機制等（圖3），傳統(tǒng)醫(yī)療設備往往是以多顆不同功能的電子元件組成特定應用的感測控制電路，但現(xiàn)今有不少業(yè)者投入專用于某一類型的醫(yī)療應用的IC開發(fā)。

圖3穿戴式醫(yī)療設備電路架構

以德州儀器（TI）為例，該公司于2012年底提出的類比前端（AFE）4400/4490系列，即整合放大器（TransimpedanceAmplifier，TIA）、高解析度類比數(shù)位轉換器、多工器、序列周邊介面（SerialPeripheralInterface，SPI）、時序控制（TimingControl）、數(shù)位類比轉換器、發(fā)光二極體（LED）驅動電路及感測器狀態(tài)診斷電路等，整合成一顆前端IC，結合前端的感測器與后端的核心控制器后，即可用于生理光電訊號的量測，大幅減少獨立元件的使用。這類型的IC還包括德州儀器的ADS1293、AFE4300，以及亞德諾的AD8232等。

另一種全新型式的前端電路為可控制的類比電路元件，由于許多醫(yī)用感測器有著隨時間老化而改變特性的問題，瑞薩電子（RenesasElectronics）于2012年發(fā)表一種可由使用者調整的前端感測電路IC--智慧類比IC（SmartAnalogIC）RAA730500，不同于一般的前端電路固定的電路架構，智慧類比IC可藉由外部控制來調整內建的多工器以改變運算放大器的內部線路連結、調整放大倍率、內建數(shù)位類比轉換器改變偏壓或量測準位等。

此外，由于醫(yī)療法規(guī)的要求，電性安全與電磁相容（EMC）性的標準，遠較一般消費性電子來得高，因此如電磁波干擾防制等重要元件，也必須在前端感測控制電路設計中加以考量，目前如德州儀器等公司也有提供相關的元件用以改善EMC的干擾問題。

在核心控制器上，這10年來在半導體業(yè)者的全力投入下，核心控制器不論在速度、省電和封裝尺寸都有大幅的改進。在穿戴式醫(yī)療設備的核心控制器的選用上，則以高效能周邊介面，以及功率消耗為其重要考量。

高效能介面主導可應用的范圍，而功率消耗低則可減少電池的尺寸。根據(jù)市場調查與分析機構Frost&Sullivan于2010年發(fā)表的報告顯示，個人化的醫(yī)療裝置是微控制器（MCU）未來五大應用版圖之一；也因此，大量的半導體業(yè)者競相投入醫(yī)療應用的微控制器開發(fā)，如德州儀器、亞德諾、飛思卡爾（Freescale）、意法半導體（ST）、瑞薩電子、恩智浦（NXP）、愛特梅爾（Atmel）和芯科實驗室等，這些微控制器通常都具備低耗能及高整合周邊介面的特性，非常適合用于穿戴式器材的開發(fā)。

更重要的是，這些廠商也往往提供詳盡的設計參考文件，包含電路方塊圖及建議相關使用元件等。如飛思卡爾提供血壓、心率、血氧、活動、助聽器及居家健康網路等技術文件。

以血壓計為例，飛思卡爾先提供該醫(yī)療裝置的系統(tǒng)架構、生理訊號量測上的原理，以及以該公司控制器為核心的電路方塊圖，再說明該控制器有哪些重要的功能及周邊介面，并對血壓計的設計提供一套完整的說明。

在核心控制器里，另一個規(guī)格日益提升的元件，系為快閃可程式記憶體的容量。事實上，隨著數(shù)位化資料量的上升，記憶體容量也有逐漸增加的趨勢，以供使用者能應用到有更高資料量的醫(yī)療應用上。

在穿戴型醫(yī)療裝置與智慧型裝置的連結上，第四代藍牙（Bluetooth4.0）是目前較新的一項近距離無線傳輸技術。藉由第四代藍牙技術的格式，符合ISO傳輸規(guī)范的低耗能傳輸模式也逐漸普及，特別是在第四代藍牙標準中有專屬于生理訊號中血壓、血糖、體溫和心跳的協(xié)定（Profile）。

穿戴式生理活動監(jiān)測器開發(fā)商MisfitWearables創(chuàng)辦人之一SonnyVu表示，雖然沒有偉大的軟體就沒有完美的使用者經驗，但若不先把這些產品穿上身，就不會有開始、不會有資料；因此SonnyVu認為，一切皆始于穿戴性。

結合智慧型行動裝置穿戴式醫(yī)療應用便利性更高

過去不少類似產品以不同的形式用于個人健康管理、作息習慣或活動量的評估，如Nike+FuelBand、JawboneUp等，皆須面臨幾個共同的問題，例如如何取得生理訊號？如何呈現(xiàn)有意義的資訊？如何用更輕薄、更便利、更可靠和更智慧的方式來完成這些使用者需求？

追隨這些產品的腳步，可得到兩個觀察，其一是穿戴式設計蔚為風潮，關鍵零組件是背后的推手。其次是智慧型行動裝置的蓬勃發(fā)展，所帶來的行動照護應用。

從觸身部位的設計開始，到負責訊號擷取、記錄和傳輸?shù)年P鍵零組件，乃至智慧型行動裝置上的應用程式（App），每個環(huán)節(jié)都可能是產品創(chuàng)造市場差異的重要關鍵。

與過去的行動裝置不同，現(xiàn)今智慧型行動裝置除擁有強大的運算處理能力，同時還整合各種感測元件并提供多種傳輸技術與日新月異的顯示螢幕。

尤其是推動這波革命的行動平臺，如蘋果（Apple）的iOS、Google的Android，以及社群網站如臉書（Facebook）的崛起，都直接促成行動健康照護產業(yè)的蓬勃發(fā)展。行動裝置從早期單純做為資料傳輸?shù)闹薪槊襟w或儲存媒體，到現(xiàn)在不僅做為運算、顯示，與使用者互動的工具，還能透過裝置內建或外接元件，甚至是客制化裝置來完成產品開發(fā)。

在健康管理或醫(yī)療照護上，多數(shù)產品僅有應用程式，利用行動平臺及智慧型行動裝置中的加速度計、陀螺儀、磁力計，乃至于全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）晶片始能運作。因應這些體感應用的需求，許多元件也已透過微機電系統(tǒng)（MEMS）技術來提升整合度與精密度，達到輕薄短小的設計趨勢。

這類僅有應用程式的產品五花八門，如應用在睡眠管理上的“SleepasAndroid”，透過記錄睡眠中的鼾聲、環(huán)境聲響及體動來判斷合適的喚醒時間，并藉此協(xié)助使用者建立良好的睡眠作息習慣；例如應用在運動管理上的“Endomondo”，透過GPS記錄運動路程、計算熱量消耗、設定間隔提示，以及結合心跳帶還可顯示心率；又如應用在個人健康管理上的“InstantHeartRate”，利用行動裝置內建的閃光燈及相機鏡頭，覆蓋在手指皮膚上，偵測因脈搏引起的影像亮度變化來評估使用者的脈搏速率，并可保存歷史記錄，做為個人化心率變化的參考依據(jù)。

許多時候，尤其是運動時，人們不希望身上攜帶太多笨重的物品，因此一些高度整合的感測元件被用來設計獨立產品，并透過智慧型行動裝置呈現(xiàn)資訊與使用者互動。如MisfitShine透過極簡設計配戴在身上任何部位，來追蹤個人每天的活動量。類似的活動量記錄產品設計眾多，其在觸身部位的精簡設計與操控，以及運動后在手機螢幕上建立無線連結以傳輸和管理資料的特殊技術，讓人耳目一新。

除活動量監(jiān)測，也有利用不同觸身部位來取得其他生理訊號以評估不同生理狀態(tài)的設計；如在額頭量測腦波以實現(xiàn)個人化睡眠管理的“Zeo”；黏貼在胸前的整合型防水貼片“Metria”，可量測心電圖、呼吸率及作息型態(tài)以實現(xiàn)即時的生理狀態(tài)評估；以腕表呈現(xiàn)，整合加速計、皮膚阻抗量測、光學元件及溫度計來進行生理評估的“Basis”等。

智慧型行動裝置也被應用于醫(yī)療院所的多人資訊整合管理系統(tǒng)，如GE“AirStripPatientMonitoring”，同時與GE的其他患者監(jiān)測平臺相通，如CARESCAPEMonitorB850、CARESCAPEMonitorB650，以及Solar和Dash監(jiān)測器等，使醫(yī)師能透過iPhone或iPad遠端存取近乎即時的患者生理資訊。另外也有利用iPhone或iPad做為互動介面的電子病歷（EMR）系統(tǒng)應用，架構在秀傳醫(yī)院內的行動巡房服務即是一例。

充分利用智慧型行動裝置做為載具，儼然已成為降低成本、改善便利性、提升互動性和創(chuàng)造差異的手段。根據(jù)ABIResearch的分析，可穿戴式醫(yī)療器材在2016年將達到每年出貨一億套以上的水準，如何在這波浪潮整合智慧型行動裝置、應用程式、關鍵零組件以提供更好的穿戴體驗，是每位產品開發(fā)者須重新思考的重要議題。

臺灣化工業(yè)、精密制造、電子資訊、微機電及半導體等產業(yè)在長期努力下，已具有國際優(yōu)勢與發(fā)展利基點，部分廠商亦積極切入穿戴式智慧裝置的市場。隨著智慧型通訊裝置與平板電腦的興起，并伴隨應用程式服務模式的建立，更加提供穿戴式智慧裝置良好的發(fā)展平臺，未來可應用程式生態(tài)系統(tǒng)和穿戴式智慧裝置的同步發(fā)展和整合技術，讓人類的生活，從居家、行動、社區(qū)和醫(yī)院間更加無縫。

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