【解密科技寶藏】行動醫療的發展基礎:三合一穿戴式健康照護裝置
【解密科技寶藏】行動醫療的發展基礎:三合一穿戴式健康照護裝置

穿戴式裝置應用在醫學生理資訊監測上是很關鍵的醫療判斷依據,然而,為何無法快速落實與穿戴裝置?其主因是個生理資訊的監測都是個單獨的領域,導致一個完整的術後生理資訊的監測可能需要五到六台設備儀器,無論是費用或是所佔用的空間都造成了普及的難度,如今利用演算法的設計,讓多台監測儀器可以整合為一台穿戴式裝置,節省病患儀器放置空間與費用的開支

目前台灣實體醫療資源不足

根據衛福部中央健康保險署公布的統計顯示:2013年國內急診就醫的人數約為686萬人,而其中有5萬八千多人等候床位超過兩天。因此從兩個方向去修正這問題:一是就醫術後住院的天數縮短,二是更積極的從就醫人數來源的減少(預防醫學),都是可以著墨的方向。而遠端醫療則是可以紓緩這兩端問題的基礎之一。

尤其是開刀完、大病後的復健修養時期是相當關鍵寶貴的。而這段康復期間的生理指數監測,也是醫師在判斷恢復狀況的重要參數。然而,面對醫療資源匱乏的處境,實務上也難以將所有病人在康復期的全程期間都待在醫院。

行動醫療目前的瓶頸

目前行動醫療的發展中,也有四個主要的因素需要克服:
一、生理資訊監測的精準度(包含:心電、血氧、心音與心跳);
二、適合高齡或是慢性病患長期監測的舒適度
三、監測儀器體積龐大與設備費用高;
四、相關法規認證的驗證。

工研院生醫所研發偵測技術

目前,工研院生醫所林楨喨博士的團隊,正利用自行開發的電路模組與演算法,結合三導程心電圖、反射式血氧量測系統、以及高分子壓電電子聽診器,設計成穿戴式生理監測裝置。

他們分享了在開發三合一穿戴式健康照護裝置相關說明

  • 長期佩帶舒適度上,穿戴式健康照護裝置的設計並不容易,除了要大幅縮小醫療器材的體積,又因須符合人體長時間配戴,而在形狀與配置上有諸多限制。
  • 非侵入式檢測血氧,反射式血氧量測計,除可外接至手指或耳垂,也可以直接從裝置於胸口的感測器擷取血氧濃度。
  • 在監測心音技術方面,研發團隊採用壓電材料開發薄型心電心音傳感器,克服駐極體麥克風所達不到低頻響應的能力,並可製成可撓式電子聽診器,應用於具有曲面的身體結構。
  • 縮小醫療器材的體積,利用演算法整合多種檢測資訊,讓原來可能需要三四台儀器,變成僅需要一台設備就夠,可以利用演算法的擴充增加日後監測其它生理數據的應用。
  • 法律的適用性評估,也有一位專門負責法規的解讀與確認的成員,才能在技術上有所突破,也兼顧FDA法規裡安全性與功效性等各種規範。

結合三導程心電圖與多通道心音之智慧量測技術,當心電圖監測發生異常事件前後,便可即時記錄心音資訊,回診時便能提供醫生診斷所需要之資訊。

穿戴式醫療裝置日後應用層面廣

三合一穿戴式醫療裝置,可以讓使用者舒適地長時間監測各項生理指數,不僅可以應用在心臟相關疾病的治療、復健與防治,未來也可以提供給運動員配戴監測,以作為更詳盡的訓練參考。像是NBA就已經利用生理資訊的監測來進行球員上場的時間與訓練的強度

最後,這些生理指數在也開始被用作自律神經與情緒相關的研究。相信在不久的未來,人們的身心狀況加隨著穿戴式醫療技術的進展,變得越來越健康。

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研究單位介紹:財團法人工業技術研究院
工業技術研究院成立於1973年,是國際級的應用科技研發機構,擁有近6千位科技研發尖兵,以科技研發,帶動產業發展,創造經濟價值,增進社會福祉為任務。成立四十年來,累積超過2萬件專利,並新創及育成260家公司,包括台積電、聯電、台灣光罩、晶元光電、盟立自動化等上市櫃公司。
財團法人工業技術研究院 洽詢:蔡孟翰專案經理 電話:03-5912038 信箱:mhtsai@itri.org.tw

關鍵字: #穿戴裝置
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從影像晶片到AI感知平臺:芯鼎科技以ThetaEye開啟智慧視覺新篇章,搶攻車用與智慧場域
從影像晶片到AI感知平臺:芯鼎科技以ThetaEye開啟智慧視覺新篇章,搶攻車用與智慧場域

2009年,芯鼎科技自凌陽科技影像部門獨立(spin-off)而出。當時,數位相機市場正值鼎盛,而芯鼎科技憑藉其深厚的影像訊號處理器(Image Signal Processor, ISP)與影像處理核心技術,迅速在市場上嶄露頭角,不僅長期是日系大廠的合作夥伴,更是日本數位相機品牌的核心供應鏈夥伴。「當時,我們的技術在數位相機領域可說是首屈一指,特別是在處理高像素影像方面。」 芯鼎科技總經理許英偉驕傲地說。

然而,科技浪潮從不等人。隨著2014年後智慧型手機的普及,對數位相機市場造成衝擊,成為半導體業界口中的「典範轉移」經典案例。許英偉回憶道,當時市場營收掉得非常快,我們真切感受到那股壓力,甚至可以說是瀕臨滅頂的邊緣。也正是這股壓力,促使芯鼎科技痛定思痛,開始自問:「在相機領域累積了核心技術後,究竟芯鼎科技還能做些什麼?」

數位相機市場退潮,芯鼎科技尋找新戰場

面對市場重大的典範轉移,芯鼎科技並沒有選擇固守在原本逐漸式微的數位相機領域,而是把多年累積的影像技術,帶往更高門檻、也更具發展潛力的新市場。當時,他們看見了全新的機會點:車用影像。「當時網路攝影機(IP Camera)市場競爭太激烈,尤其大陸廠商進入速度非常快,我們反而選擇挑戰門檻更高的車用市場,特別是前裝市場(Factory-installed products)[註一]。」許英偉回憶說到。

不同於家用相機多數時間是閒置的,車用影像系統一旦啟動就必須在高溫、長時間運作與劇烈震動等極端環境下持續穩定運作。而且,車用市場不只要看得清楚,更關乎安全與責任。這讓芯鼎科技意識到,單純依賴過去的影像演算法已不足以應對市場需求,必須深入系統整合與跨領域的技術布局。

在這段轉型的過程中,芯鼎科技的核心能力不再只是單純的ISP晶片,而是逐步擴展到整合多顆影像感測器、進行車用級系統設計,並在高階影像分析領域累積了能量。他們的產品已成功導入包括歐洲多家車廠在內的車用影像系統,例如電子後照鏡,以及先進駕駛輔助系統(Advanced Driver Assistance Systems, ADAS)的智慧影像分析等高階應用;同時,芯鼎科技也把觸角延伸到室外高階監控市場,投入AI節能感測裝置的開發與工業應用領域,像是機器視覺與工廠自動化等初步探索。

芯鼎科技建置專業測試場域,以確保 AI 視覺方案符合需求。
芯鼎科技建置專業測試場域,以確保 AI 視覺方案符合需求。
圖/ 數位時代

然而,隨著車用電子與各行各業對智慧化的需求日益升高,市場開始對晶片提出全新的挑戰,「比如說,如果前方突然衝出行人,晶片必須在千分之一秒內做出反應,這種功能需求已經超越傳統影像處理的範圍,而屬於AI感知與判斷的範疇。」許英偉說,晶片要看得清楚、更要看懂環境。除了車載應用,團隊也看到智慧監控、機器視覺、無人機等多個場域都開始需要相同技術,而22奈米或28奈米等成熟製程的晶片已無法同時兼顧運算效能、功耗以及多感測融合的複雜需求,因此,芯鼎科技開始醞釀打造全新的 ThetaEye AI Solution SoC平臺,聚焦於 AI 視覺系統單晶片(System on a Chip, SoC)的特殊應用晶片(Application Specific Integrated Circuit, ASIC)設計服務,同步導入 6 奈米先進製程技術。不過,從成熟製程跨入先進製程,再加上小晶片(Chiplet)架構、功能安全與資安防護等多重需求,對一家IC設計公司而言,其實是極大的挑戰。

邁向AI視覺 SoC新世代,迎戰高算力與多感測融合挑戰

適逢國科會協調經濟部及各相關部會共同合作,提出「晶片驅動臺灣產業創新方案」。在此框架指引下,經濟部產業發展署積極推動「驅動國內IC設計業者先進發展補助計畫」(以下簡稱晶創IC補助計畫)。芯鼎科技看見了一道可能突破現狀的契機。「如果沒有外部資源的支持,要公司投入到先進製程以及全新的平臺開發,風險實在太高。」許英偉坦言。於是,在「晶創IC補助計畫」的支持下,一個從影像領域累積多年技術的團隊,正式踏上AI視覺系統SoC新世代的道路,也為打造 ThetaEye 平臺奠定了重要基礎。

芯鼎科技核心經營與技術團隊合影,藉由晶創IC補助計畫攜手推動從影像 ISP 晶片到 AI 視覺 So
芯鼎科技核心經營與技術團隊合影,藉由晶創IC補助計畫攜手推動從影像 ISP 晶片到 AI 視覺 SoC 的跨域轉型,積極布局智慧車用、機器視覺及工業應用市場。
圖/ 數位時代

決定跨足AI視覺 SoC之後,芯鼎科技最先碰到的,就是先進製程的巨大門檻。「從相機領域的ISP晶片,要進化到AI視覺SoC,算力需求已經高出過往幾十倍,而這又帶來功耗、散熱與成本的挑戰。」許英偉說。為此,芯鼎科技著手打造 ThetaEye AI Solution SoC 平臺,與過去的單晶片解決方案不同,新平臺導入先進的6奈米製程,讓晶片在相同面積下能容納更多AI運算單元,同時降低功耗。「多鏡頭、熱感、紅外線感測的需求愈來愈多,傳統製程做不來,尤其車子未來要做到360度全方位視覺感知,需要非常高的算力。」許英偉指出。更關鍵的是,芯鼎科技在 ThetaEye AI 平臺上導入小晶片設計,它能像積木一樣靈活拼接不同功能的晶粒,實現模組化、可客製的設計思維。這對 IC 設計公司意義重大,許英偉表示,若客戶只需要影像融合,可以只選擇相對應的模組;若需要 AI 推論或進階安全防護,也能彈性加進來,無須重頭打造整顆晶片。

除了硬體設計,芯鼎科技也同步把功能安全(支援ASIL-B安全等級)與資安架構,納入ThetaEye AI 平臺的設計考量,滿足車用產業對安全性與可靠性的高標準。「我們不只是做一顆晶片,而是希望打造一個可以快速導入不同市場的感知平臺。」許英偉強調。這樣的平臺化策略,不僅能讓芯鼎科技在車用市場、無人機、機器視覺、工業自動化等不同領域間快速複製技術成果,大幅縮短客戶導入時間,更是未來企業的競爭利基,也有助臺灣半導體產業在AI浪潮中掌握更多話語權。

回首這條轉型路,芯鼎科技從過去熟悉的靜態影像,踏入需即時判斷與決策的AI視覺新戰場,應用場景也更多元,期許讓臺灣成為AI感知晶片的關鍵力量,「我們相信,未來不只是車子,而是任何需要眼睛與大腦的智慧裝置,都將是我們的舞臺。」許英偉有信心的說。

|企業小檔案|
- 企業名稱:芯鼎科技
- 創辦人:羅森洲
- 核心技術:影像處理晶片IC設計
- 資本額:新臺幣9億509萬元

|驅動國內IC設計業者先進發展補助計畫簡介|
由國科會協調經濟部及相關部會共同合作,所提出「晶片驅動臺灣產業創新方案」,目標在於藉由半導體與生成式AI的結合,帶動各行各業的創新應用,並強化臺灣半導體產業的全球競爭力與韌性。在此政策框架下,經濟部產業發展署執行「驅動國內IC設計業者先進發展補助計畫」,以實質政策補助,於113年鼓勵國內業者往 AI、高效能運算、車用或新興應用等高值化領域之「16奈米以下先進製程」或「具國際高度信任之優勢、特殊領域」布局,以避開中國大陸在成熟製程的低價競爭,並提升我國IC設計產業價值與國際競爭力。

【註一】
前裝市場 (factory-installed products):在汽車製造過程中,由原始設備製造商(OEM)所預先安裝或整合的零組件、軟體或設備。

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