根據IDC統計，2020年第一季全球穿戴式設備出貨量成長29.7%，市場對於醫療科技及個人健康管理的重視帶動穿戴式裝置設計，手表、手環以及智慧眼鏡皆陸續加入心律、血氧、睡眠等監測功能，在生理保健與記錄方面越來越全面。穿戴裝置在心律測量功能後，陸續推出血氧、血壓等生理感測項目，透過光學或電流感測晶片，量測使用者的生理數據，同時提供異常狀況示警功能，有助於追蹤管理各項疾病。
作為具保健用途的穿戴產品，量測數據的精準度便是最大關鍵，在功能眾多的前提下，顧及節約耗電的需求也是一大挑戰。各家廠商為達成提升量測精準度並兼顧低功耗，無不在其晶片設計下足功夫，並且結合人工智慧(AI)演算法，透過軟硬結合的形式優化數據品質。部分ICT業者甚至進一步取得醫療認證，布局醫材市場。本文將透過探討穿戴設備量測生理數據感測元件設計，以及量測項目之發展，透析穿戴量測技術及市場之未來趨勢。
力求產品差異化 精準量測下足功夫
穿戴式產品競爭激烈，品牌商與晶片供應商看準新興的生理感測功能，希望透過提升量測項目與精準度，達到產品差異化的目的。ams大中華區總經理李定翰(圖1)提及，ams採用光學及電學感測，加上軟體演算法，蒐集不同人種的生理數據資料，提供軟硬整合的解決方案，並依照應用端需求，如登山、居家照護、健身等情境，以精準度為首要的考量來設計晶片，提供相應的感測功能。心律感測方面，ams原本使用單一的PPG感測，目前則整合進ECG心電圖，取得心律與血壓數據後，再配合演算法提供使用者心臟症狀的預警。
生理感測晶片的技術核心不離光學感測，羅姆半導體(ROHM)台灣技術中心協理林志昇(圖2)說明，感測器設計過程中，不容易兼顧耗電及取樣速度。生理量測技術在取得生命徵象數值越複雜的狀況下，需要提高取樣頻率及測量次數，以增加數據的精準度，但因此面臨功耗增加、應用裝置驅動時間減少等挑戰。另外基於感測元件的待機耗電量及使用環境的雜訊考量，在穿戴設備的感測器設計上，需考量電子元件的低耗電需求，以及對抗外在雜訊干涉及濾除。而羅姆的光學式脈搏感測元件的基本原理，是藉由綠光LED量測血液中的血紅素之移動，結合演算法支援壓力測量和血管年齡測量等生命徵象數值的計算，設計高精度且低功耗的感測器。測量脈搏時的耗電量僅為0.44mA，有助於延長應用裝置的驅動時間。
新創公司臺醫光電則由醫材角度出發，研發反射型生理訊號感測器。臺醫光電科技行銷部經理陳婷如(圖3)表示，該感測器同樣利用光學原理，於手腕位置連續測量心跳及血氧飽和度，感測血管的收縮變化，並蒐集PPG訊號，經由微透鏡及DOE鏡片調控LED發射光進入受測組織的能量分布，增強出光效率及收光強度，減少由皮膚表面直接反射的雜光，也使得耗電量大幅降低，且不易受到運動的干擾。目前臺醫光電的智慧腕表已經商用化且通過歐盟CE、美國FDA等醫療認證，期望建立自家生態系或與其他廠商策略聯盟，在台灣的智慧醫療市場中取得一席之地。
ICT業者/醫材廠商各有策略
針對ICT業者與醫材廠商在穿戴式裝置感測的布局，資策會MIC產業分析師徐文華(圖4)認為，ICT產業的生理感測產品多以消費電子為主，與醫療產業的重疊度較低，不易取得合作，因此若有意發展醫療級的穿戴式產品，可能採取合作或購併形式，其中又以美國市場私人醫院盛行，比較有機會促成科技與醫材廠商的合作。另一方面，就醫材廠商而言，醫材是剛性需求，廠商多半專注研發醫用穿戴設備，並積極通過各國醫療法規。其中糖尿病偵測為熱門的研究議題，因為糖尿病是常見的慢性疾病，而傳統的糖尿病檢測需要侵入式採集血液，便有廠商開發偵測糖尿病患者體內數據的貼片，除了能夠執行連續且非侵入式的疾病監測，還可以在患者有藥物注射需求時，直接透過貼片中的針頭為病患注射。
資策會MIC產業分析師張軒豪(圖5)觀察，現在用於健康管理的穿戴裝置，常見整合PPG及ECG，並加入身體狀況的示警功能，未來可能發展體液及眼淚的量測。雖然體液及淚液的生理感測尚在研究階段，但是體液及眼淚皆帶有大量生理資訊，若結合智慧隱形眼鏡、智慧耳環等應用，且能進一步濾除環境雜訊，便能長期、連續量測使用者的生理數據，有機會在未來取代侵入式的抽血檢查。
穿戴裝置走向專業分工智慧眼鏡具發展潛力
綜觀穿戴式裝置的定位，徐文華表示，穿戴設備的功能發展接近小型的手機，已有廠商將行動支付、通訊及語音助理整合進穿戴設備中，下一步可能會連接家電，成為智慧家居聯網的裝置之一。而感測項目方面，未來三到五年，心臟的感測仍會發展最快，體溫感測的應用也越趨多元，除了智慧手表，還可能透過貼片或耳掛式裝置測量生理數據。
李定翰補充，很多穿戴式裝置開發初期為了與其他產品競爭，在產品中不斷增加感測器的數量，走向多功能跟高度整合的設計，未來則可能發展成高度分工的產品，依照健身、登山、高齡照護、心臟病監測等，細分不同的功能取向。
智慧眼鏡也是一個穿戴應用趨勢，李定翰指出，人類判斷情況的依據70%來自視覺，結合VR/AR的視覺眼鏡前景可期。但是產品設計上須把視覺數據轉換成有用的資訊，達到精準與有效是很大的挑戰。另外，很多大廠推出智慧眼鏡後的銷售跟測試結果，在功能方面尚未符合市場預期。就使用者需求而言，應該藉由語音辨識下達指令，結合大數據與感測器，甚至有能力執行肉眼看不到的熱感測工作，用以防止流行並傳染，才能充分發揮智慧眼鏡的優勢。
現在所有廠商都在搶攻人身產品的市場，因為戴在手上的手環跟智慧眼鏡配置的位置非常獨特，手機無法取代穿戴裝置的市場定位。而穿戴感測如何跟手機相輔相成，或是把手環跟眼鏡當作擷取生理數據的一個節點，這個節點承受的項目越齊全，或是能承受的資料輸出量及感測器的能力越好的話，對於後端的處理與使用者平台的黏著度都有良好的影響。當使用者對品牌及系統的黏著度提升，便有機會塑造影響力類似蘋果(Apple)的全球品牌。
