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工業技術研究院

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工業技術與資訊月刊

339期2020年04月號

出版日期:2020/04/15

正方形 Icon 創新之鑰 Innovation

打造醫療照護場域智慧光環境

撰文/梁雯晶

北榮新竹分院分別在醫護站及病房交誼廳引進工研院人因照明系統應用,適時調整醫護人員及病患的心情,有效提升工作、休息品質。
北榮新竹分院分別在醫護站及病房交誼廳引進工研院人因照明系統應用,適時調整醫護人員及病患的心情,有效提升工作、休息品質。

光對生物的重要性不言可喻,過去人們仰賴太陽光調整晝夜節律,靠光辨識環境,隨著人造光源納入智慧控制、光傳輸通訊科技大步進展,照明因此有了更多元的功能,適當的照明,可以改善人體生理時鐘、提升睡眠品質,還可結合定位功能,讓照明成為智慧光環境運用的一環。

「照明並不是亮就是好,人的視覺會根據不同的光線產生不同的生理反應,需要依照作息時間、需求的不同,搭配適當的光線照明,才能讓工作或休息變得更有效率,」工研院電子與光電系統研究所總監朱慕道表示。

相較於固定波長及光譜的傳統照明,現今愈發成熟的LED照明技術,不僅具有高效率、節能、壽命長的優點,更擁有可調控光照色溫與波長的特性,隨著物聯網、AI等技術的成熟,LED照明擁有更多創新應用的空間,進而發展出「人因照明技術」。

「人因照明就是光與人互動的照明技術,依照不同的環境、應用需求打造最適合使用者的光環境,並結合技術的發展,讓照明的應用擁有更多可能,」朱慕道解釋。

顏色不變波長變 轉換心情睡得好

工研院11年前投入人因照明研究,開發「同色異譜LED光源模組」獨家專利技術。該技術藉由調整同色溫光源中的波長,壓抑或刺激體內褪黑激素的產生,進而達到改善睡眠品質的功效。朱慕道解釋,同一色溫的光中,存在著不同的發光頻譜,不同光譜有不同的生理刺激值(Circadian Action Factor;CAF),高CAF值可抑制人體褪黑激素的產生,促使人清醒;低CAF值則會避免光源過度抑止褪黑激素分泌,協助調節人體晝夜節律。

現代人一天至少有8小時待在辦公室,通常以白光照明,同色異譜LED光源模組技術可以在肉眼看似相同的白光中,調整白光波長,藉此提高或降低CAF值。例如早上8點提高CAF值,讓工作更加有效率,過了中午後逐漸降低CAF值,以符合人體生理時鐘。同色異譜LED光源模組技術讓光不僅僅具照明、營造氣氛的功效,更能在室內空間中模仿自然光的晝夜節律,讓人體更加舒適健康。

北榮新竹分院分別在醫護站及病房交誼廳引進工研院人因照明系統應用,適時調整醫護人員及病患的心情,有效提升工作、休息品質。
北榮新竹分院分別在醫護站及病房交誼廳引進工研院人因照明系統應用,適時調整醫護人員及病患的心情,有效提升工作、休息品質。

護理站人因照明 護理人員減壓舒眠

「醫護短缺、工作時間長是許多國家共同面臨的困境,因此從2016年開始,我們試著將人因照明技術運用在護理站上,希望藉此舒緩護理人員身心,進而改善整體醫療環境與品質,」朱慕道表示,工研院陸續與彰化基督教醫院、臺北榮民總醫院新竹分院合作,將人因照明系統導入院內護理站進行試驗。

醫院護理人員多採日夜輪班制度,不僅工作時間長,還有大夜、小夜之分,長期工作下來容易造成生理時鐘大亂,影響睡眠品質,「護理站24小時燈火通明,整天通常只有一種燈光亮度與色溫。導入人因照明系統後,在色溫不變的情況下,藉由調控不同時段燈光波長,影響護理人員褪黑激素的分泌,改善其生理時鐘與睡眠品質,」工研院電光系統所副理陳宗德說明。

協助驗證人因照明系統應用於護理人員的元智大學副教授周金枚表示,驗證過程中,護理人員配戴可偵測睡眠狀態、心跳、壓力值等生理數值的腕動計,並搭配工作績效的問卷調查,藉此了解這段期間的生理、心理狀態變化。經過近9個月驗證,周金枚分析14位護理人員有關數據,「導入人因照明系統後,護理人員的深層睡眠時間增加了12%至17%,工作壓力也有明顯下降,其休假時的壓力指數也從9%降至2%!」

參與試驗的北榮新竹分院3號病房護理長王靖儒表示:「護理師上班後就會開始很忙碌,院內的燈光從早到晚都一致,其實很難察覺時間的變化,但引進人因照明系統後,每接近交班時間,會讓大家在心理上覺得好像離下班又近了一點,心情比較放鬆,回家後休息的品質也會比較好。」

光照治療思覺失調  醫界結合工業技術首例

人因照明系統除了有效改善輪班制護理人員的睡眠品質及壓力狀態之外,現在也應用在精神病患的治療上。

「根據醫學文獻,光照治療對於憂鬱症有一定的治療效果,特別是在高緯度光照不足的地區,可利用光照改善病患因季節而產生的憂鬱狀態,」北榮新竹分院主治醫師林明燈表示。雖然實驗證明光照治療對於憂鬱症有相當程度的改善,但後續之所以沒有廣泛運用,是因當時照明技術有限,需要在以5,000至1萬流明、全光譜的人照光源照射病患,因照度太強烈,且需要特定場所設置光源,一般人較難接受這樣的治療,因此醫界大多將此作為輔助性的治療方式。

而思覺失調症患者有許多症狀與憂鬱症類似,例如缺乏活動力、不喜社交、晝夜節律失調等,林明燈表示,雖然現在沒有研究證明光照治療對於思覺失調症也有效果,但因思覺失調症與憂慮症的一些症狀類似,目前醫界也有針對精神病患以光照進行輔助治療的零星案例,「就觀察負性症狀的改善而言,有一定效果,不過現在因為案例太少,未來需要更進一步的研究實證。」

工研院團隊首先根據一般睡眠週期,定義出可有效改善病患睡眠品質問題的波長,並針對使用者需求,在相同色溫的光中調整出不同波長進行照明;也因為同色異譜LED光源模組技術的突破,不需要用極高的照度去照病患,讓光照治療得到進一步實際驗證的機會。

「就光照治療來說,這也是醫學界第一次將工業界開發出來的技術,導入醫學場域驗證,」林明燈表示。

2019年11月起,北榮新竹分院36床慢性精神病房導入人因照明系統,按照病患的日常生活作息調整不同波長、色溫,接受全天候的光照治療。治療過程中,病患配戴腕動計,並評估病人的精神疾病嚴重程度、退黑激素濃度、睡眠評估量表等,結果顯示,病患接受人因照明光照治療後,總睡眠時數比前測增加了1小時10分鐘,褪黑激素濃度比前測褪黑激素濃度平均增加49.6 pg/ml,精神疾病嚴重程度總分改善了38%,顯示光照治療對於慢性精神病人的改善有一定程度的效用。

北榮新竹分院18號病房護理長劉語珍觀察:「引進人因照明系統後,病患的情緒及溝通狀態有顯著的改善,這不僅對於病患有助益,對於護理人員來說,也能減少工作的負擔。」



工研院電光系統研究所總監朱慕道指出,適當的光線照明,才能讓工作或休息變得更有效率。

工研院電光系統研究所總監朱慕道指出,適當的光線照明,才能讓工作或休息變得更有效率。



北榮新竹分院主治醫師林明燈表示,利用光照改善病患因季節而產生的憂鬱狀態。

北榮新竹分院主治醫師林明燈表示,利用光照改善病患因季節而產生的憂鬱狀態。


30公分精準定位 可見光通訊扮千里眼

護理人員只需於後台檢視螢幕,便知道有加裝VLC技術定位的儀器位置,大幅節省交班清點時間。
護理人員只需於後台檢視螢幕,便知道有加裝VLC技術定位的儀器位置,大幅節省交班清點時間。

事實上,人因照明系統不僅可以改善人的生理及心理狀態,還有光傳輸通訊功能,能減輕護理人員工作負擔,應用領域更廣闊。

光通訊技術早在1980年代就開始發展,透過塑膠線路傳遞光訊號的光纖通訊已為現代電信、工業、科技業帶來革命性的突破;而直接利用燈具照明的可見光通訊(Visible Light Communications;VLC)則是近10年才有應用。VLC不僅在布建成本上較無線射頻(RF)低,且不受電磁波干擾、保密性及精準性均佳,適用於特殊需求的場域,例如醫院、大賣場等。

醫院護理站一忙碌起來像打仗,幾乎沒有多餘的人力隨時關注醫療儀器被推去哪,而護理人員交班時,還必須拖著疲憊的身軀清點散落在各處的儀器,加重工作負擔。工研院的人因照明系統結合VLC技術,為醫院護理站打造整體解決方案,不僅可調節護理人員生理時鐘,也具備儀器定位功能。朱慕道表示,運用可見光通訊做定位,僅需在儀器上加裝接收器,燈光所及之處即可偵測儀器所在,檢視螢幕一目了然,彷彿替護理人員裝上「千里眼」,原本要花費0.5至1個小時的交班時間,縮短至10分鐘內即可完成盤點,大幅節省交班清點儀器時間。王靖儒表示:「過去要耗費很多時間去清點器材,現在透過系統螢幕就可以知道器材的所在,真的很不錯。」

「VLC技術在醫療院所還有更多應用,」工研院電光系統所資深工程師李俊興舉例,VLC的定位可精準到30公分內,不會有一般室內定位易飄移的缺點,例如VLC能精準定位出同一病室不同病床的位置、病患是站在門內還是門外,未來加裝感測器之後,不僅可定位儀器所在之處,還可以紀錄儀器的使用次數、軌跡、使用對象,防止醫院可能的交叉感染。

人因照明在醫療場域的應用相當多元,還能進一步結合智慧照明、物聯網、通訊傳輸等技術,用於商場、辦公室、銀髮人口、盲人導覽等需要特定照明、要求定位精確的場域,成為具有附加價值的商業系統,展現LED照明技術多元應用的價值。

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