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工業技術研究院

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工業技術與資訊月刊

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全球首次聖母峰心電圖傳輸 挑戰高山極限 遠距醫療傳輸即時通

文/張甄芳 攝/鄒福生

挑戰高山極限 遠距醫療傳輸即時通
挑戰高山極限 遠距醫療傳輸即時通

微型生理監測裝置不是絕無僅有,行動即時傳輸也不見得是尖端技術,
但在工研院量測中心與相關團隊的合作下,再加上難能可貴的攀登聖母峰機會,
締造了7900公尺聖母峰心電圖遠距傳輸的突破經驗。


零 下數十度的低溫,冷冽的風沁入人心,高海拔的低氧及低壓挑戰的是人類身體的極限,加上連續的冰河裂隙及隨時可能崩塌的冰壁,處處隱藏著致命的危險,只要一不小心,死神隨時會找上門。

這是8848公尺高的聖母峰,登山客眼中的「麥加」,2009年5月19日中午12點36分(尼泊爾時間上午10點21分),伍玉龍、黃致豪及江秀真三位台灣的登山勇士,成功登上聖母峰頂,成為台灣第一支完成攀登世界七大洲最高峰的攀登隊伍。

這是台灣自1992年遠征聖母峰以來,第一次讓青天白日滿地紅的國旗飄揚於世界第一高峰聖母峰;在此同時,也是台灣首度創下了全球即時傳輸心電圖生理資訊最高海拔的紀錄。

高山死亡風險的救星

高山症是攀登三千公尺以上高山時最大的死亡威脅,但若能將登山者的生理資訊即時傳給遠端的醫療人員,做專業的醫療監測,就能及時發現高山症症狀,提醒登山者即刻停止攀登活動並投藥,有效降低攀登高山的死亡率。這次三位台灣登山者能於海拔7900公尺的高山上將生理數據傳回台灣,證實了高山症預防醫學的突破,也表示科技的進步已能對登山者提供更安全的生命保障。

歐都納世界七頂峰攀登隊4名隊員(伍玉龍黃志豪江秀真及謝穎泝(左頁由左至右),參與遠距心電圖傳輸計畫,成功創下最高海拔的紀錄。
歐都納世界七頂峰攀登隊4名隊員(伍玉龍黃志豪江秀真及謝穎泝(左頁由左至右),參與遠距心電圖傳輸計畫,成功創下最高海拔的紀錄。

參與這次心電圖傳輸計畫的工研院量測技術發展中心主任張文成指出,根據統計,攀登聖母峰的死亡率約一成,死因不外乎雪崩、失足及高山症,而高山症發作是最主要的死因。長期以來,醫界都一直希望能掌握登山者在高山的生理變化,以期能在高山症發作前及早處理,避免災害發生,降低高山攀登的死亡風險。

張文成表示,1998年美國耶魯大學就曾與NASA合作,動員了一百名的雪巴人,以人力運輸方式將繁重的傳輸設備原裝搬上聖母峰基地營,這次計畫雖耗費大量人力和物力,但只傳回有限的生理訊號。反觀台灣這一次的傳輸行動,靠著陽明大學、台北榮總、量測中心三個團隊的協力合作,終於克服了諸多傳輸的困難,讓登山者在聖母峰上即時傳回心電圖的完整資訊。

很多人會好奇這項傳輸工作是如何完成?負責此次傳輸軟體設計及測試的研究員詹國鴻說,在這次的「聖母峰生理參數擷取/傳輸計畫」中,每一位登山者都配戴了由陽明大學腦科學研究所所長郭博昭教授研發的微型生理監測裝置,它的重量只有20公克,完全不造成登山者的負擔,但能負責監測登山者的生理狀況。量測中心團隊透過藍芽以PDA擷取登山者的生理參數,並遙控衛星電話連接Internet將數據傳送出去,而使遠在台灣的醫師能夠透過電腦、PDA隨時能收到登山者的心電圖,給予最好的監控。

此外,在這項傳輸過程中,也同時加入GPS定位,使台灣遠端能透過Google衛星地圖一併掌握登山者之位置和高度;同時在這傳輸的過程,還能以語音通知登山者軟體執行狀況,讓登山者了解資訊傳送成功與否。

救護e化系統的再進化

張文成(左)與詹國鴻(右)在不到一個月的時間內,以救護車e化服務系統為基礎,開發出此次聖母峰生理資訊遠距傳輸/接收系統。
張文成(左)與詹國鴻(右)在不到一個月的時間內,以救護車e化服務系統為基礎,開發出此次聖母峰生理資訊遠距傳輸/接收系統。

量測中心能參與此次計畫,是因為於2007年曾和榮總急診部高偉峰醫師合作執行衛生署委託的「戶外緊急醫療系統開發計畫」,當時即能成功地以PDA手機擷取智慧衣的生理資訊,並透過3G/GPRS網路,將生理資訊從玉山主峰傳回台北榮總。有了這項經驗,高偉峰醫師在參與此次登聖母峰計畫擔任醫療顧問後,於今年3月邀請量測中心一同加入這項傳輸計畫,和陽明大學生物醫學資訊研究一同開發信號纈取/傳輸系統。

張文成指出,量測中心團隊在決定加入這項計畫後,短短二周不到,就完成系統的軟體設計和測試,所憑藉的就是過去已完成的「戶外緊急醫療系統」的架構藍圖。這一套緊急醫療系統最早則由救護e化系統開始,當時是為了降低到院前死亡率,因此希望在救護車上能及時讓醫療院所掌握患者的生理狀況。

聖母峰心電遠距傳輸,是典型的行動及時傳輸以當前網路技術來看,最大的限制是頻寬,而此次傳送資料之多,數據如何壓縮時序如何安排,都增加了軟體開發的難度。
聖母峰心電遠距傳輸,是典型的行動及時傳輸以當前網路技術來看,最大的限制是頻寬,而此次傳送資料之多,數據如何壓縮時序如何安排,都增加了軟體開發的難度。

因應此需求,當時量測中心所設計的軟體就能擷取患者心電圖、血氧飽和、呼吸、心跳、血壓等生理參數,以救護e化系統即時傳回醫院,不漏接任何生理參數;同時也可以健保卡或內建RFID讀寫模組,識別傷患身分,並且以遠端操控鏡頭拉近、拉遠、轉動纈取傷患照片,讓醫師在醫院就能做最好的判別和到院前處置醫囑。同時也開發傷患救護紀錄表輸入軟體並即時,以觸控螢幕點選輸入,降低輸入時間,提高使用意願,而且這套系統具有GPS定位及電池續航力3小時。

之後,量測中心再次將這套系統運用於高山症救護,而其生理監測系統則改為可穿戴式的智慧衣,它所能擷取傳輸的生理資訊相當豐富,包括心電圖、血氧飽和度、呼吸、體溫、血壓、肺音、環境溫度、汗濕、跌倒、GPS定位等。張文成指出,這項戶外緊急醫療系統及救護e化系統,曾於台灣的玉山主峰、合歡山、司馬庫斯、尖石等偏遠地區,以及澳門、美國、聖母峰等地完成248次測試,其正確性、即時性、完整性及安全性都獲得醫師認可。

科技到位締造新紀錄

在這次的聖母峰心電圖傳輸計畫中,量測中心即以此系統基礎加以改良,於3月31日完成交給登山隊員,登山隊於4月1日攜至尼泊爾,14日抵達基地營進行高地訓練,15日首度將4名隊員、領隊及隨隊經理6人生理參數傳回。詹國鴻表示,在基也營進行高地訓練時發現,登山者無法在穿戴厚重手套下簡易操作PDA,於是再繼續進行軟體修改。新版軟體讓登山者只要按PDA上所連結的一個大按鈕,就可啟動所有的連結系統而完成傳輸,登山者可以完全不必接觸PDA。

登山隊於5月14日離開基也營後,15日宿第一營(5943公尺)、16日宿第二營(6400公尺)、17日宿第三營(7162公尺),18日宿第四營(7900公尺),19日凌晨2點出發攻頂,中午12點52分,三位隊員皆登上海拔8848公尺的聖母峰主峰,在這過程中,隊員共傳回了25次生理參數。只可惜在完成攀頂時,因衛星電話無法連上衛星而無法傳回信號,以致紀錄留在7900公尺,無法再有突破。

詹國鴻表示,要以衛星傳送數據,衛星電話天線必須指向太空中衛星所在位置,而持用者、衛星、地球都在動,因此不易連線,連線後也易斷線,加以在頂峰時間有限,以致這一次無法成功傳回。不過,尼泊爾電訊公司準備在聖母峰附近設立基地台,讓登山客可以從聖母峰打手機和其他國家通話,屆時就能免去衛星電話的束縛,打破7900公尺紀錄是指日可待。

科技到位後,很多以前做不到的事就變成水到渠成,陽明大學的微型生理監測裝置不是絕無僅有,量測中心的行動即時傳輸也不見得是尖端技術,但相關團隊的合作,再加上難能可貴的攀登聖母峰機會,則締造了這次的突破經驗。

戶外活動的醫療新保障

透過重量只有26公克的微型生理監測裝置,以藍芽PDA擷取登山者生理參數,遠方的醫師就能接收監控。
透過重量只有26公克的微型生理監測裝置,以藍芽PDA擷取登山者生理參數,遠方的醫師就能接收監控。

詹國鴻指出,聖母峰心電圖遠距傳輸是典型的行動即時傳輸技術,以目前較成熟的網路技術來看,其傳輸最大限制是頻寬,而要在有限頻寬下即時傳輸,其難度就更高了。固網頻寬是以Mega計算,而這次傳輸行動頻寬只有10Kbit;同時此次傳送時間、登山隊員心率及其變異分析數值、GPS定位資訊外,還要傳送每秒鐘讀到的360個心電圖波形取樣數據,對於這些數據的壓縮、傳送時序的安排及傳輸交握等protocol設計,則是此次軟體開發的最大難度。





聖母峰醫療資訊即時傳輸示意圖
聖母峰醫療資訊即時傳輸示意圖

每年玉山、合歡山的遊客人數約250萬人次,此次聖母峰心電圖遠距傳輸成功經驗,代表科技界的一大突破。張文成指出,這套系統若能擴大運用,將可以幫助更多登山客免於高山症威脅;同時這套即時傳輸系統若能和相關業者結合,配合當前正夯的單車熱潮,運用在單車族身上,也能讓單車族在高山或其他偏遠地區,由醫療院所及時監控生理狀況,做最好的野外醫療保障。

救護車e化系統

遠距醫療技術發展至今已有三十多年,主要應用在醫院之間,利用T1/T3專線或高速ADSL網路系統傳送醫療資訊。但對於只能使用無線傳輸網路的行動載具或缺乏固網支援的區域,過去成功的案例並不多,因為無論救護車的車行速度,或是無線網路基地台的涵蓋範圍,都會影響傳送品質。
量測中心發展成功的救護車e化系統,結合了生理監視器、網路攝影機、數位相機、藍芽無線耳機麥克風等功能。透過3G手機的通訊系統,救護車e化系統可以連上網路,將包括心電圖、血壓等生理數據,及車上的即時影像,通通回傳醫院,醫師可指導隨行救護人員採取緊急救治措施,一改過去在路程中缺少醫師監控的死角。
這套系統的成本不高,但能提供挽救危急病患生命即時訊息,提升醫療救護效能,也是目前全球唯一整合多項功能與結合二種廠牌生理監視,突破傳輸協定標準介面開發,順利傳輸同步性生理參數的系統。運用在偏遠地區,或緊急醫療資源缺乏地區的救護站或救護車上,可以提供全年無休的即時緊急醫療救護服務,挽救更多寶貴的生命。

搶救人員重大責任的救護車,有了新利器救護車e化系統,透過即時影像及數據傳輸,可以在極短時間內挽救更多寶貴生命。
搶救人員重大責任的救護車,有了新利器救護車e化系統,透過即時影像及數據傳輸,可以在極短時間內挽救更多寶貴生命。

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