臺灣博碩士論文加值系統

隨著疾病型態的改變，國人越來越重視慢性病的預防，透過個人醫療裝置量測與觀察健康狀況已成為一項趨勢。而市售的個人醫療裝置種類繁多，目前並沒有一個統一的資料格式與通訊協議，裝置彼此間無法交換相關醫療資訊，因此使用者必須花更多時間來學習醫療裝置不同的操作介面。有鑑於此，本研究使用ISO/IEEE 11073 醫療裝置傳輸標準結合傳統醫療儀器，並透過ZigBee無線傳輸技術交換醫療資訊。
本研究成功將血壓計、血糖計、血氧濃度計等傳統醫療裝置結合ISO/IEEE 11073-10404 Blood Pressure Monitor、ISO/IEEE 11073-10407 Pulse Oximeter、ISO/IEEE 11073-10417 Glucose Meter等三種醫療裝置傳輸標準，以達到醫療裝置資料格式與通訊協的統一。
Agent端使用X73 Adapter轉換傳統醫療裝置量測資訊，結合ZigBee 無線傳輸技術，把轉換後的X73醫療資訊透過X73 Gateway傳入Manager系統中。並將X73格式的醫療資訊儲存於資料庫中，以利使用者進行後續資料判讀，以及在未來的應用上可以將X73資訊進行其他格式的轉換。透過Manager工程界面與無線封包擷取軟體，驗證本系統交換資訊符合ISO/IEEE 11073 的格式與流程。

People pay more attention on the prevention of chronic disease while the disease types become different. It is a trend to control and observe personal health condition by medical device. There is not a unified data format and communications protocol in commercial personal medical devices. It’s hard to exchange medical information and do system integration for current medical devices, and the user need to spend more time for learning the operation of different interfaces. Therefore, this research combines ISO/IEEE 11073 Personal Health Device Communication Standards combination with traditional medical device, and the transmission of X73 medical information is through ZigBee.
This research successfully combines three kinds of traditional medical devices with ISO/IEEE 11073 Personal Health Device Communication Standard of Blood pressure monitor, Glucose meter and Pulse Oximeter. At the Agent side, X73 Adapter converted the measurement information in the traditional medical devices to standard format, and transport to the Manager system via the X73 Gateway with ZigBee wireless transmission technology. The medical information with X73 format will be stored in the database. In order to facilitate user interpreting data subsequently and X73 information can be converted into other data format in the future applications. After verification and validation, the data format and protocol are exactly followed the request of ISO/IEEE 11073.

目錄
摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 VIII
第一章 緒論 1
1.1. 研究背景 1
1.2. 研究動機 3
1.3. 研究目的 4
第二章 文獻回顧與基礎理論 5
2.1 文獻回顧 5
2.2 ZigBee無線通訊協定 15
2.2.1 ZigBee簡介 15
2.2.2 ZigBee裝置種類 16
2.2.3 ZigBee網路拓樸 17
2.2.4 ZigBee堆疊 18
2.3 ISO/IEEE 11073標準通訊協定 21
2.3.1 IEEE 11073簡介 21
2.3.2 域的訊息模型（Domain Information Model, DIM） 23
2.3.3 服務模型（Service Model, SM） 26
2.3.4 通訊模型（Communication Model, CM） 29
2.3.5 抽象描述語法（Abstract Syntax Notation One, ASN.1） 30
第三章 研究方法與系統架構 31
3.1 研究方法 31
3.2 系統架構 32
摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 VIII
第一章 緒論 1
1.1. 研究背景 1
1.2. 研究動機 3
1.3. 研究目的 4
第二章 文獻回顧與基礎理論 5
2.1 文獻回顧 5
2.2 ZigBee無線通訊協定 15
2.2.1 ZigBee簡介 15
2.2.2 ZigBee裝置種類 16
2.2.3 ZigBee網路拓樸 17
2.2.4 ZigBee堆疊 18
2.3 ISO/IEEE 11073標準通訊協定 21
2.3.1 IEEE 11073簡介 21
2.3.2 域的訊息模型（Domain Information Model, DIM） 23
2.3.3 服務模型（Service Model, SM） 26
2.3.4 通訊模型（Communication Model, CM） 29
2.3.5 抽象描述語法（Abstract Syntax Notation One, ASN.1） 30
第三章 研究方法與系統架構 31
3.1 研究方法 31
3.2 系統架構 32
3.3 硬體架構 33
3.3.1 生理參數擷取裝置 34
3.3.2 無線感測網路協調裝置 35
3.3.3 ZigBee無線感測網路系統晶片 36
3.3.4 USB/RS232介面轉換器 37
3.4 韌體架構 38
3.4.1 X73 Adapter 39
3.4.2 X73 Gateway 46
3.5 軟體架構 47
3.5.1 Agent / Manager連線狀態機 48
3.5.2 資料庫架構 56
3.6 開發工具 57
第四章 研究結果與討論 58
4.1 系統硬體裝置 58
4.2 系統韌體驗證 60
4.2.1 X73 Adapter 60
4.2.2 X73 Gateway 67
4.3 X73裝置管理系統 71
4.3.1 使用者量測介面 71
4.3.2 量測記錄介面 73
4.3.3 系統驗證介面 74
4.4 資料庫儲存結果 76
4.6 討論 78
第五章 結論與未來展望 79
5.1 結論 79
5.2. 未來展望 80
參考文獻 81
圖目錄
圖 1-1、操作環境 4
圖 2 1、Point-of-care系統架構圖[6] 6
圖 2 2、Point-of-care通訊流程圖[6] 7
圖 2 3、傳統遠距醫療照護系統[8] 8
圖 2 4、End-to-end telecare system[9] 9
圖 2 5、Home care系統架構[10] 10
圖 2 6、建立OSI七層架構[10] 11
圖 2 7、Nintendo’s balance board 體重計[11] 11
圖 2 8、X73 PHD Adapter架構[12] 12
圖 2 9、Android手機系統架構[13] 13
圖 2 10、IEEE 11073協定架構[15] 14
圖 2 11、Zigbee 應用的領域 15
圖 2 12、ZigBee網路型態 16
圖 2 13、網狀拓樸、星狀與樹狀拓樸 18
圖 2 14、ZigBee堆疊架構示意圖 19
圖 2 15、IEEE 11073協議架構 22
圖 2 16、ISO/IEEE標準服務模型 23
圖 2 17、通訊架構 [14] 24
圖 2 18、（A）Agent狀態機與（B）Manager狀態機 26
圖 2 19、可變格式、固定格式、群組格式 [14] 28
圖 2 20、通訊流程圖 29
圖 3 1、系統架構圖及通訊內容 32
圖 3 2、聿新三高機 EasyTouch® BPGC(左)、血氧濃度感測裝置(右) 33
圖 3 3、Agent端硬體架構圖 34
圖 3 4、Manager端硬體架構圖 35
圖 3 5、CC2530功能區塊 36
圖 3 6、PL2303HX系統方塊圖 37
圖 3 7、Z-Stack工作流程圖 38
圖 3 8、三高機自動讀取流程 41
圖 3 9、血壓計DIM 43
圖 3 10、血糖計DIM 44
圖 3 11、血氧計資料擷取流程 45
圖 3 12、血氧計DIM 46
圖 3 13、Agent狀態機[15] 48
圖 3 14、Manager狀態機[15] 49
圖 3 15、版本驗證流程 50
圖 3 16、裝置種類分析流程 51
圖 3 17、裝置查詢流程 52
圖 3 18、數據架構讀取流程 53
圖 3 19、裝置資訊讀取流程 54
圖 3 20、量測資訊讀取流程 55
圖 3 21、裝置記錄資料表結構 56
圖 3 22、Config資料表結構 56
圖 3 23、MDS資料表結構 56
圖 3 24、血壓記錄表結構 56
圖 3 25、血糖記錄表結構 56
圖 3 26、血氧記錄表結構 56
圖 4 1、X73 Adapter實體與功能區塊圖 58
圖 4 2、X73 Gateway實體與功能區塊圖 59
圖 4 3、Sniffer擷取Association request 60
圖 4 4、Sniffer擷取Present configuration report 61
圖 4 5、Sniffer擷取Present MDS attributes 64
圖 4 6、Sniffer擷取Present measurement data 65
圖 4 7、Sniffer擷取Association release request 66
圖 4 8、Sniffer擷取X73 Gateway發佈網路資訊 67
圖 4 9、Sniffer擷取Association response 67
圖 4 10、Sniffer擷取Response report configuration 68
圖 4 11、MDS attributes request 69
圖 4 12、Sniffer擷取Response to confirmed data report 69
圖 4 13、Sniffer擷取Association release response 70
圖 4 14、警告視窗-接收器尚未插上 71
圖 4 15、警告視窗-伺服器無法連結　　 71
圖 4 16、使用者量測介面 71
圖 4 17、量測介面-血氧濃度 72
圖 4 18、量測介面-血壓 　72
圖 4 19、量測介面-血糖 72
圖 4 20、血壓記錄頁面 73
圖 4 21、血糖記錄頁面 73
圖 4 22、血氧記錄頁面 73
圖 4 23、血壓軟體驗證介面 75
圖 4 24、血糖軟體驗證介面 75
圖 4 25、血氧軟體驗證介面 75
圖 4 26、裝置連線紀錄表 76
圖 4 27、血壓Config_701資料表 77
圖 4 28、血壓MDS_701資料表 77
圖 4 29、(a)血壓量測記錄表(b)血糖量測記錄表(c)血氧量測記錄表 77
表目錄
表 1 1、2011年十大死因統計圖 1
表 1 2、2007年65歲以上老人常見慢性病盛行率（前五項慢性病） 2
表 3 1、三高機回傳設定模式封包格式 42
表 3 2、三高機回傳讀取血壓數值封包格式 42
表 3 3、三高機回傳讀取血糖數值封包格式 42
表 3 4、SpO2回傳封包格式 45
表 4 1、Association request 61
表 4 2、Present configuration report 61
表 4 3、Present MDS attributes 64
表 4 4、Present measurement data 65
表 4 5、Association release request 66
表 4 6、ZigBee無線感測網路環境參數 67
表 4 7、Association response 68
表 4 8、Response report configuration 68
表 4 9、Response to confirmed data report 69
表 4 10、Response to confirmed data report 70
表 4 11、Association release response 70
表 4 12、Associate 連線結果 74

[1]行政院衛生署. "100年死因統計表," http://www.doh.gov.tw.
[2]行政院衛生署國民健康局. "2007年台灣地區高血壓、高血糖、高血脂之追蹤調查研究," http://www.doh.gov.tw.
[3]行政院衛生署國民健康局. "老人健康促進計畫," http://www.doh.gov.tw.
[4]吳家榮, “建構ISO/IEEE 11073協定之遠距照護系統,” 醫學工程研究所, 中原大學, 2009.
[5]行政院衛生署. "遠距健康照護服務發展計畫," http://doh.telecare.com.tw.
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[7]S. Warren, J. Lebak, Y. Jianchu, J. Creekmore, A. Milenkovic, and E. Jovanov, "Interoperability and Security in Wireless Body Area Network Infrastructures." pp. 3837-3840, 2005.
[8]L. Schmitt, T. Falck, F. Wartena, and D. Simons, "Towards Plug-and-Play Interoperability for Wireless Personal Telehealth Systems." pp. 257-263, 2007.
[9]I. Martinez, J. Fernandez, M. Galarraga, L. Serrano, P. de Toledo, S. Jimenez-Fernandez, S. Led, M. Martfnez-Espronceda, and J. Garcia, “Implementation of an end-to-end standard-based patient monitoring solution,” Communications, IET, vol. 2, no. 2, pp. 181-191, 2008.
[10]I. Mizukura, T. Tamura, Y. Kimura, and W. Yu, “New Application of IEEE 11073 to Home Health Care,” Open Med Inform J, vol. 3, pp. 44-53, 2009.
[11]P. Chanyong, L. Joon-Ho, J. Ho-youl, and P. Soojun, "ISO/IEEE 11073 PHD standardization of weighting scale using Nintendo's Wii Balance board™ for healthcare services." pp. 195-196, 2010.
[12]N. Jae-Choong, S. Won-Kyeong, B. Jae-Seoung, and C. You-Ze, "Design and development of a u-Health system based on the ISO/IEEE 11073 PHD standards." pp. 789-793, 2011.
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[15]“Health Informatics-Personal Health Device Communication Part 20601: Application Profile- Optimized Exchange Protocol,” IEEE Std 11073-20601-2008, pp. c1-198, 2008.
[16]Z. Alliance. "ZigBee Health Care Profile Specification," http://www.zigbee.org/.
[17]"IEEE 802.15 WPAN Task Group 4," http://ieee802.org/15/index.html.
[18]"ZigBee Alliance," http://www.zigbee.org/.
[19]M. Galarraga, L. Serrano, I. Martinez, P. de Toledo, and M. Reynolds, "Telemonitoring Systems Interoperability Challenge: An Updated Review of the Applicability of ISO/IEEE 11073 Standards for Interoperability in Telemonitoring." pp. 6161-6165, 2007.
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[25]“Health informatics--Personal health device communication Part 10417: Device specialization--Glucose meter - Redline,” IEEE Std 11073-10417-2011 (Revision of IEEE Std 11073-10417-2009) - Redline, pp. 1-130, 2012.
[26]“Health informatics Personal health device communication Part 10404: Device specialization Pulse oximeter,” ISO/IEEE 11073-10404:2010(E) (Supersedes IEEE Std 11073-10404-2008), pp. 1-80, 2010.