LED﹧光传感器、MEMS传感器 扩展医疗智能化应用

智能手表？健康手环纷纷搭载LED心律？血氧传感模块，提供进阶健康健康管理功能。EPSON

开发智能医疗应用必要的用户体徵检测、分析应用需求，除了要将医疗级的监测设备微缩成穿戴化设计，也必须考量整体配戴的使用体验与便利性，以新一代的LED搭配光传感元件，搭配MEMS微机电元器件建构的穿戴式智能设备扩展进阶智能医疗用途。

随着少子化、人口老化问题日趋显着，智能医疗的进阶应用市场越来越受重视，加上现有的数据运算、网络通讯、嵌入式运算等技术已趋于成熟，能否让整个智能医疗、线上医疗更趋实用化，发展关键反而落在终端用户的生物体徵识别分析、环境分析等关键技术整合，透过精准判定穿戴者身上的传感器取得用户生物体徵进行记录、分析，同时掌握更趋精确的环境数值，也能让线上的医疗团队或是AI系统取得更精确的评估数据，使智能医疗的实用价值提高。

透过穿戴设备、智能传感终端  节省医疗检测成本

以智能医疗的使用情境观察，最耗资源、成本的医疗行为，通常是病患往返医疗院所进行常规检查与病情掌控，而频繁检查虽可取得更趋正确、及时的用户医疗信息，但相对也耗用较多时间与医疗成本，而若常规检查间隔时间拉得过长，虽然减省了往返医疗院所的时间浪费、降低医疗成本，但医疗数据也会因位检测数据有限容易产生误差。

如何纾解常规检查的时间、成本与便利性问题，导入穿戴式生物体徵传感设备、搭配结合网际网络、精确的MEMS、SiP系统元件所建构的智能医疗终端，也能取代部分常规检查，同时带入智能医疗？线上医疗的系统效益。

要建构一完善的智能医疗系统，位于第一线的生物体徵传感与环境分析的功能精确度，即左右了智能医疗系统的实用价值，毕竟在医疗终端若撷取分析的体徵数据不正确，也会造成后续一连串分析与处置失准，甚至让整体线上医疗系统失去效用，影响终端用户对于医疗系统的信心。

在线上医疗系统中，设置于用户周边或是穿戴在身上的体徵传感设备，可以实时监控使用者的体徵信息，如心跳、血压等数据，同时甚至还可将用户周边的生活环境现况，如空气品质、噪音、温度、湿度等影响健康的环境数据，透过传感元件收集对应数据，由系统汇整传回智能医疗系统进行数据分析。

LED搭配光传感器  建构精确心跳？血氧传感方案

尤其是在未来的家庭照护市场应用方面，如心跳、血氧或是更进阶的生物体徵传感技术，也将持续发烧，同时结合穿戴式与嵌入式运算科技，让生物体徵传感可以没有时差、恒时进行更精准详实的个人健康数据采集。以关键的心跳与血氧传感应用来说，即可运用LED？红外线LED搭配对应的光学传感元件，即可构组趋于完善的心跳？血氧体徵传感需求，目前相关解决方案提供的传感数据精度，已能符合一般医疗检测的基本需求，透过便捷的嵌入式系统整合、纪录、上传智能医疗网络服务，能进一步简化使用流程，让应用系统更便利。

以目前热门的运动手环、健康智能手环、进阶型智能表或运动纪录表等产品，在2016年的智能手表、智能手环出货观察，以全球出货超过7,000万台中，有超过9成产品已导入LED？光传感器的心跳脉搏传感模块，业界预估，随着LED？光传感器组构的脉搏体徵传感解决方案成本越来越低，消费者也趋向优先选择进阶具脉搏传感技术支持的智能穿戴设备，这类解决方案的成本也会因用量增加大幅压缩，同时支持脉搏、心跳传感分析的穿戴装置也会成为市场主流。

传感精度提升  健康纪录进阶家庭医疗终端

而心跳传感除个人健康纪录应用外，搭上智能运动量监控与分析的穿戴装置应用趋势，除了这类整合心跳脉搏传感模块设备会激增外，未来运动传感应用也会随着市场需求趋于转向更精确的居家照护应用用途，由于反射型的心跳、血氧传感元件或模块，主要是透过LED的光照射穿戴处皮肤、透过光传感器接收的反射信号分析得出传感数据，以光学机制进行传感不仅可以较不受系统的电源杂讯干扰，同时，也不传感机制也较不受环境的电磁干扰，而传感机制为侦测分析表皮的血液流速分析心跳频次，因此对于传感部位的限制相对较少、自由度高，制成穿戴设备可以设于手腕、颈部或是其他部位进行数据撷取。

反射型心跳、脉搏或血氧传感解决方案，在发展运动、个人健康管理应用有极大的效益，同时，若转换场景用于家庭医疗护理等用途时，操作便利性与使用难度就成为设备导入关键，目前反射型心跳？血氧传感器监控测试机制近似，主要的差异在于光感应器搭配的LED光源差异。

目前主要有绿光、红光与红外线LED等光源选择，绿光光源主要用来传感心跳用途，至于红光？红外线LED搭配微运用穿透光源的强度差异、经由光学传感器受光信号处理分析，分析推算出血氧浓度数值，整合成系统模块已可设置于穿戴设备或是家庭护理监测设备。而反射型心跳？血氧传感器元件厂商有AMS-TAOS、Pixart、tBPC(Taiwan Biophotonic Co.)、光宝科技等，相关解决方案与系统设计已相当完整。

MEMS环境传感元件  扩展智能医疗设备使用范畴

而跟医疗相关的半导体元件，其实也不用局限仅在血压、体温、运动量等生理数据量测应用的元器件，反而要从更宏观的角度检视，在智能医疗使用环境下，可能用上的各式MEMS元器件的整合需求。

以跟医疗核心感觉较不是那麽相关的麦克风元件来说，其实在智能医疗场域也算是相当关键的重要元件，例如，智能医疗目标客户多半为中高年龄层的用户，这些用户必须透过线上医疗系统与线上医疗团队进行视讯会诊，这时年龄偏大的用户可能会有重听、口语表达不清问题，高效能、具优质环境抑噪功能的芯片式阵列麦克风元件就相当关键，透过MEMS整合的芯片式麦克风，可有效抑制环境杂讯，芯片式设计麦克风本体的耐用度也相对较高。

除第一线生理特徵传感与数据撷取解决方案外，以MEMS微机电方案整合的传感元件现在也成为居家健康护理的整合方向之一。以MEMS的用途来说，多数需要在封装结构上开孔的设计方案，如麦克风、Ambient Light Sensor(环境光传感器)、Pressure Sensor(压力计)、紫外光(UV)传感器、Gas Sensor(气体传感器)、温？湿度传感器等，也适合用来增智能医疗应用终端的环境传感能力。

健康？环境数据纪录撷取  结合智能家庭提供宜居环境

因为透过穿戴设备上进行近身或贴身的生理健康状态数据撷取外，个人健康照护很大一部分会跟用户所处环境状态息息相关，而在穿戴式装置或是居家照护设备整合环境传感器、让蒐集个人健康数值的同时也一并取得环境状态的参照数据进行分析，为进阶智能医疗服务提供更完整全面的数据分析基础。例如，构过阵列式MEMS麦克风，即可提供智能医疗设备更清晰的线上音讯沟通音质，避免环境噪音影响双方对话清晰度，同时，本地端设备也能利用MEMS阵列麦克风设计语音指令识别功能，让高龄的用户可用简单语音即完成设备操作。

另在环境检测分析数据方面，透过光传感器可以衔接如环境照明自动启闭，改善生活的照明品质，而紫外光传感器可在外出前先行判断户外状态，或设置穿戴设备上在暴露于紫外线危险环境时实时告知穿戴者进行对应处置，另外温？湿度传感器可与家中智能空调、智能物联网联网，协助在虚空调辅助时启闭对应设备，或自动控制家中窗帘、通风设备，改善起居环境状态，达到更舒适的居住品质，至于气体传感器可在出现瓦斯外泄或是气体、粉尘异常时，随即通报用户处置，或是连线至家庭保防网络知会对应机关单位进行实时处置。

目前这类MEMS环境传感器元件，包括STMicroelectronics、Bosch Sensortec等重点MEMS元件供应商提供对应解决方案，MEMS晶圆代工业者也有提供以SiP封装形式打造高度整合与定制化的环境传感器元件，例如整合MEMS麦克风？压力？UV光？环境光传感器等综合型的MEMS封装元器件，让发展穿戴或是居家护理智能设备商，可以用更简单低成本的组建条件提供多元环境传感整合应用环境，甚至进一步还将整合如超夯的PM 2.5、CO(一氧化碳)或其他有害气体的进阶传感方案，扩充穿戴装置或智能医疗终端的环境传感进阶功能，增加新产品的卖点。