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研究生:江世傑
研究生(外文):Chiang shih-chieh
論文名稱:居家照護用行動化健康監測系統開發與測試
論文名稱(外文):Develop and test of mobile health monitoring system for home care
指導教授:李明義李明義引用關係
指導教授(外文):M. Y. Lee
學位類別:碩士
校院名稱:長庚大學
系所名稱:醫療機電工程研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:96
論文頁數:101
中文關鍵詞:PDA居家照護日常行為監測生理訊號監測
外文關鍵詞:PDAhome caredaily behavior monitoringphysiological signal monitoring
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隨著國人平均壽命延長,老年人口比例增加,加上家庭少子化及人口數降低,老年人獨居時間增加。然而老年人隨著年紀增長,生理、肌肉及骨骼系統會逐漸退化甚至失能,且老化所引起之慢性疾病,多需長期監測生理變化及日常行為模式,才能隨時掌握其健康狀況或病情異常徵兆,及時通報、適切處理,也才能確保獨居老人生活品質。爰此,本研究主要係開發一套「居家照護用行動化健康監測系統」並進行測試。
本研究分為三部分進行,第一部分係設計開發一組具有多重生理訊號量測及緊急通報功能之「行動化生理訊號監測模組」;此一監測單元已完成了市售血糖計及血壓計與個人數位助理(PDA)之整合。本研究所採用之血糖計及血壓計分別為TaiDoc公司所生產之TD-4227血糖計及TD-3018B血壓計,各生理訊號量測裝置與PDA間為USB傳輸介面。軟體方面,本研究係利用Bus Hound軟體,解讀裝置與電腦間通訊方式,進而得到量測資料傳輸碼,再利用Labview圖控式開發工具軟體撰寫各生理訊號量測裝置與PDA和個人電腦間之資料擷取、傳輸與緊急通報介面程式;另外本研究也利用了Office Access 2003軟體進行生理訊號資料庫之建構,工作內容包含個人資料表、血糖量測資料表及血壓量測資料表建構。第二部分則是整合Zigbee無線傳輸模組、市售感測元件及自製介面電路,開發一套「日常行為監測模組」。本研究無線傳輸模組是採用Geoprotek公司所生產之Zigbee傳輸模組;市售感測元件與週邊介面電路則係依老人日常行為監測之需求,配合Zigbee無線傳輸模組進行設計、製作。在軟體方面,本研究係利用Geoprotek公司所附之程式集透過Labview圖控式開發工具軟體進行系統程式撰寫。第三部分則是進行遠端監測動態網頁設計。本研究係利用ASP.NET、Dreamweaver及Office FrontPage等開發工具軟體進行網頁設計,並使用ASP.NET工具軟體開發登入系統介面程式,並透過Dreamweaver及Office FrontPage連結資料庫,將資料以表格化及圖形化方式呈現,達到遠端監測之功能。另外,對於無線傳輸日常行為模式監測測試方面,本研究係將市售感測元件架設於模擬日常生活之環境中,裝設磁簧開關以監測受測者出入情況、裝設紅外線感測器以量測受測者在該環境活動的頻率及裝設壓力感測元件量測睡眠時間等,量測數據可由遠端伺服器上顯現。
本研究完成後,所開發之「居家照護用行動化健康監測系統」,可在居家環境中進行持續性的生理監測幫助獨居老人監控病情,並在其生理資訊發生異常時發出通報;除此,此系統亦可記錄獨居老人日常行為的變化,藉由觀察記錄這些改變的過程加以判讀,可及早依行為模式的改變預防意外。
Average life span and life expectancy in the Taiwan have grown dramatically in this century. This advance in age is mostly due to improvements in sanitation, the discovery of antibiotics, and medical care. Elderly people may become the majority of the population in the near future, and percentage of living alone would increase due to the ageing population. Coupled with rising risk of physiological and musculoskeletal disease with advancing age, health of elderly has been gaining increasing concern. Continuous monitoring and understanding of multiple physiological and daily physical activities in a home environment provides significant information in evaluation of health, real-time emergency notification and decisions making with the support of the expert system. In this study, a mobile health monitoring system for long-term monitoring of multiple physiological system and activities of daily living (ADL) was constructed and tested.
The three major scope of this study. In the first part of this study, the design and development of mobile physiological monitoring system for multiple physiological and daily activities assessment and emergency notification was accomplished. A commercial available blood glucose (TD-4227, TaiDoc Technology Corporation, Taiwan) and pressure (TD-3018B, TaiDoc Technology Corporation, Taiwan) monitoring unit and handheld personal digital assistant (PDA) were integrated in the mobile physiological monitoring system, the physiological data of blood glucose and blood pressure can upload to the PDA via the universal serial bus (USB) port. Implementation of software by using the Bus Hound software package for data collection and communication between PDA and computer was designed. A graphics user interface was programmed in LabVIEW (National Instrumentation, Austin, TX) for decoded physiological assessment data and PDA data acquisition from the computer. Besides, Office Access 2003 software was utilized to convert physiological signal database including personal data sheet, blood glucose and pressure sheet. In the second part of this study, the integration of Zigbee wireless transmission module (Geoprotek, Taiwan), commercial available sensors and self-made interface circuit in the daily living activities monitoring system was completed. Finally, the development of network monitoring system user interface was designed by utilized ASP.NET, Dreamweaver and Office Frontpage. The ASP.NET softwave is a web application framework developed and marketed by Microsoft, that programmers were use to construct dynamic web sites user log in interface. In this study, the Dreamweaver and Office Frontpage were applied for web applications and web services in form of data sheets and graphic. Besides, for long-term monitoring of activities of daily living (ADL) in network system, the commercial available sensors were conducted in the daily living environment, proximity switch were used for monitoring the activities of daily living, infrared sensor were used for frequency of activities in daily living and the pressure sensors for sleep time detection. All recorded data will show on screen via the network.
The implementation of this mobile physiological monitoring system is technically adequate for elderly applications in order to provide sufficient information in evaluating the activity of daily living (ADL) and the status of physical mobility. Potential work of this system in the future was also discussed.
目 錄
指導教授推薦書
口試委員會審定書
授權書…………………………………………………………………iii
誌謝……………………………………………………………………iv
中文摘要………………………………………………………………v
英文摘要………………………………………………………………vii
目錄……………………………………………………………………ix
圖目錄…………………………………………………………………xii
表目錄…………………………………………………………………xvi
第一章 研究背景、動機與目的………………………………………1
1.1 研究背景………………………………………………………1
1.2 研究動機………………………………………………………3
1.3 研究目的………………………………………………………4
1.3.1 行動化生理訊號監測模組設計開發……………………4
1.3.2 無線傳輸日常行為遠端監測模組設計與開發…………4
1.3.3 系統整合與測試…………………………………………5
1.4 論文架構………………………………………………………5
第二章 文獻回顧………………………………………………………6
2.1 居家照護相關文獻 ……………………………………………6
2.2 日常行為監測相關文獻 ………………………………………9
2.3 生理訊號監測相關文獻 ………………………………………13
2.4 以PDA 為基礎之居家看護系統 ……………………………17
2.5 文獻總結 ………………………………………………………18
第三章 行動化生理訊號監測模組設計開發………………………… 19
3.1 行動化生理訊號監測模組設計架構 …………………………19
3.2 血糖量測單元與PDA介面程式開發…………………………21
3.2.1 血糖量測單元選用 ………………………………………21
3.2.2 血糖計控制機器碼與量測數據碼解碼 …………………22
3.2.3 PDA控制與擷取血糖計程式設計………………………23
3.3 血壓量測單元與PDA介面開發………………………………27
3.3.1 血壓量測單元選用 ………………………………………27
3.3.2 血壓計控制機器碼與量測數據碼解碼 …………………28
3.3.3 PDA控制與擷取血壓計程式設計………………………29
3.4 伺服端程式設計開發 …………………………………………34
3.4.1 伺服端接收PDA資料程式設計…………………………34
3.4.2 緊急通報功能建構 ………………………………………37
3.5 行動化生理訊號資料庫建構 … ………………………………40
3.6 結果與討論 … …………………………………………………42
第四章無線傳輸日常行為遠端監測模組設計與開發 ……………… 43
4.1 無線傳輸日常行為遠端監測模組硬體建構………………… 43
4.1.1 感測元件之選用與設計 ………………………………… 43
4.1.2 Zigbee無線模組之選用 ………………………………… 48
4.2 無線傳輸日常行為無線監測模組軟體設計 ………………… 49
4.3 無線傳輸日常行為遠端監測資料庫建構…………………… 57
4.4 結果與討論 … …………………………………………………58
第五章 系統整合與應用測試………………………………………… 60
5.1 遠端監測動態網頁設計建構 … ………………………………60
5.2 無線傳輸日常行為遠端監測模組之應用測試 ………………62
5.3 結果與討論 … …………………………………………………69
第六章 結論與未來展望……………………………………………… 70
6.1 結論 ………… …………………………………………………70
6.2 未來展望 ………… ……………………………………………71
參考文獻 ……………………………………………………………… 72
附錄A

圖目錄
圖1.1 台灣人口老化趨勢圖…………………………………………1
圖1.2 老年人罹患慢性病比例圖……………………………………3
圖2.1 Health Buddy System …………………………………………6
圖2.2 臨床資料庫(Clinical Information Database ) …………………7
圖2.3 健康決策支援工具…… ………………………………………8
圖2.4 監測系統外觀圖………………………………………………9
圖2.5 系統監測畫面 ………………………………………………10
圖2.6 RFID Reader手套 ……………………………………………10
圖2.7 居家行為模式監測示意圖 ………………………………… 11
圖2.8 居家行為模式監測系統 …………………………………….11
圖2.9 坐姿量測系 ………………………………………………….11
圖2.10 Smart Room系統示意圖 ………………………………… 12
圖2.11 居家行為監測……………………………………………… 13
圖2.12 心電圖量測系統架構圖…………………………………… 13
圖2.13 PDA為基礎之居家看護系統架構圖 …………………….14
圖2.14 數位通訊系統之基本架構圖 …………………………….14
圖2.15 心電圖即時傳輸系統架構圖 …………………………… 15
圖2.16 可攜式低壓型腕部脈搏訊號之量測系統上視圖 ……….16
圖2.17 無線心電圖量測系統架構圖……………………………….17
圖2.18 居家看護系統系統架構圖………………………………….17
圖3.1 行動化生理訊號監測模組之元件設計架構圖…………….20
圖3.2 TaiDoc公司編號TD-4227血糖計外觀圖 ………………21
圖3.3 血糖計控制機器碼與量測數據碼解碼示意圖 ……………24
圖3.4 PDA控制與擷取血糖計程式開發流程圖…………………24
圖3.5 PDA控制與擷取血糖計程式介面 ………………………25
圖3.6 血糖計控制與擷取血糖計數據程式 ………………………26
圖3.7 TaiDoc公司編號TD-3018B血壓計外觀圖 ………………27
圖3.8 PDA控制與擷取血壓計程式開發流程圖 …………………30
圖3.9 PDA控制與擷取血壓計程式介面 …………………………31
圖3.10 血壓計控制與擷取血糖計數據程式(一) ………………32
圖3.11 血壓計控制與擷取血糖計數據程式(二) ………………33
圖3.12 伺服端程式設計流程圖…………………………………… 34
圖3.13 PDA端程式設計流程圖……………………………………35
圖3.14 PDA傳輸畫面………………………………………………36
圖3.15 Server端接收畫…………………………………………… 36
圖3.16 緊急通報功能程式設計流程圖……………………………37
圖3.17 LabSMS程式VI ……………………………………………38
圖3.18 PDA接收值超出閥值畫面…………………………………39
圖3.19 Server端接收資料超出閥值畫面………………………… 39
圖3.20 接收簡訊 ……………………………………………………40
圖3.21 簡訊內容 ……………………………………………………40
圖3.22 資料庫設計關聯圖……………………………………………40
圖3.23 使用者之帳號與密碼資料庫 ………………………………41
圖3.24 myBloodsugar資料表 ………………………………………41
圖3.25 myBloodpressure資料表…………………………………… 42
圖4.1 磁簧開關……………………………………………………. 43
圖4.2 水銀開關……………………………………………………..44
圖4.3 人體紅外線感測器………………………………………… .44
圖4.4 人體紅外線感測器電路圖………………………………….45
圖4.5 CT型電流感測器 ………………………………………….45
圖4.6 電流感測器電路圖………………………………………….46
圖4.7 電流感測器電路…………………………………………….46
圖4.8 電流感測裝置外觀圖……………………………………….46
圖4.9 薄膜壓阻式壓力感測元件 ………………………………...47
圖4.10 薄膜壓阻式壓力感測元件電路圖 ……………………….47
圖4.11 薄膜壓阻式壓力感測元件 ……………………………….48
圖4.12 ZM02外觀圖 …………………………………………….49
圖4.13 ZM04外觀圖 …………………………………………….49
圖4.14 日常行為監測介面程式開發流程圖 ……………………..50
圖4.15 日常行為監測介面程式 …………………………………..51
圖4.16 日常行為監測程式VI(一)…………………………….52
圖4.17 日常行為監測程式VI(二)…………………………….53
圖4.18 資料寫入Database程式VI ……………………………...54
圖4.19 讀取Database資料程式VI ……………………………...54
圖4.20 Web Publish功能操作步驟(1) …………………………..55
圖4.21 Web Publish功能操作步驟(2) …………………………..56
圖4.22 Web Publish功能操作步驟(3) …………………….…….56
圖4.23 利用瀏覽器IE控制LabVIEW程式……………………..57
圖4.24 日常行為監測資料表 ……………………………………..58
圖5.1 網頁架構圖 ……………………………………………….60
圖5.2 login.aspx網頁…………………………………………….61
圖5.3 JaveScript函數…………………………………………….62
圖5.4 登入系統程式 …………………………………………….62
圖5.5 index.aspx網頁……………………………………………63
圖5.6 data.aspx網頁(一)………………………………………63
圖5.7 data.aspx網頁(二)………………………………………64
圖5.8 data_1.aspx網頁……………………………………………64
圖5.9 act.aspx網頁 ………………………………………………65
圖5.10 日常行為監測模組實際裝置狀況(一) ………………..…66
圖5.11 日常行為監測模組實際裝置狀況(二) ……………..……66
圖5.12 日常行為監測模組實際裝置狀況(三) ………………..…67
圖5.13 常行為監測人機介面圖 ……………………………….…68
圖5.14 感測器使用分佈圖(一) ……………………………….….68
圖5.15 感測器使用分佈圖(二) …………………………………..68
圖5.16 感測器頻率分佈圖 …………………………………….…69

表目錄
表1.1 台灣地區96年十大死因比較表……………………………2
表3.1 TD-4227血糖計規格 ………………………………………22
表3.2 血糖計相關控制機器碼與量測數據碼 ……………………23
表3.3 TD-3018B血壓計規格 ……………………………………28
表3.4 血壓計相關控制機器碼與量測數據碼 ……………………29
表4.1 Zigbee無線模組規格表 ……………………………………48
表4.2 設定代號表 …………………………………………………50
表4.3 日常行為監測資料表格式 …………………………………58
[1] http://www.moi.gov.tw/dsa/
[2] http://www.doh.gov.tw/statistic/index.htm
[3] Dixie, F. "In-home tests make health care easier, " FDA Consumer v.
28 p.5-8, 1994.
[4] https://www.healthhero.com/products_services/products_services.ht
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[5] Lewis, David C, "Predicting the future of health care" the Brown
University Digest of Addiction Theory & Application, Apr99, Vol.
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[6] K. Boockvar , H.D. Brodie and M. Lachs "Clinical Investigation –
Nursing Assistants Detect Behavior Changes in Nursing Home
Residents That Precede Acute Illness: Development and Validation
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[7] M. Philipose, K.P. Fishkin, M. Perkowitz"Inferring Activities from
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[8] M. Philipose, K.P. Fishkin, M. Perkowitz "Inferring Activities from
Interactions with Objects", Pervasive Computing, IEEE, Vol. 3, Iss.
4, p 50-57, 2004.
[9] E. Disbman"Inventing Wellness Systems for Aging in Place" IEEE
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[15] 范振臺,<可攜式低壓型腕部脈搏訊號之量測系統>,中原大學
電機工程研究所,碩士論文,90年。
[16] 陳敬旻,<無線心電圖量測系統及其在居家保健之應用>,成功
大學電機工程研究所,碩士論文,94年。
[17] 徐清源,<建構無線傳輸及網際網路之居家看護系統>,中原
大學醫學工程學系,碩士論文,91年。
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