TWI695351B

TWI695351B - 預防戶外時間不足關聯症狀或疾病之裝置

Info

Publication number: TWI695351B
Application number: TW104110280A
Authority: TW
Inventors: 祥美蘇; 張鑫泉; 傳輝符
Original assignee: 新加坡國立大學; 南安普敦大學
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2015-03-30
Publication date: 2020-06-01
Also published as: WO2015152818A1; TW201543424A; GB201405738D0

Abstract

本發明涉及一種穿戴式裝置，包括它的組件部分，可鼓勵個人，尤其是兒童，方式係藉由登錄一穿戴者在戶外度過的時間量來改變自己的行為，著眼於鼓勵一種每日目標的達成，其有預防近視的效果，近視係一種與戶外時間不足相關聯的症狀或疾病。

Description

預防戶外時間不足關聯症狀或疾病之裝置

本發明涉及一種穿戴式裝置，包括它的組件部分，其可促使個人，尤其是兒童，改變他們的行為，方式係藉由登錄一穿戴者在戶外所花的時間，其目的係促使達成一具預防近視效果的每天目標，近視係一種與戶外時間不足相關聯的症狀或疾病。

發明背景

近視係一種顯著的全球性公衛問題，在近幾十年全世界患病率一直在增加中。在世界各地這種屈光不正狀況的人數估計約介於八億人至二十三億人之間。在亞洲，近視流行比起世界其他地區具有高得多的患病率。舉例來說，近視在美國成年人中的患病率被報告為22.7%。然而，在日本近視患病率被報告為50%(全國人民患病率)，在台灣的報告則是16歲的人有84%，而在香港被報告為5至16歲的人有36.7%。新加坡具有最高的近視率，7歲兒童為27.8%而18歲為83%。

由於視力障礙所造成的生產力損失以及其矯正成本，近視造成一巨大的社會經濟負擔(在美國為每年2.5 億美元)。在新加坡，每一7~9歲新加坡學齡兒童年平均每年花在近視的直接成本估計為148美元。

重度近視的成人可能會有致盲的眼部併發症，諸如視網膜穿孔和黃斑部退化。近視也與其他視覺威脅眼部併發症諸如白內障和青光眼有關。

白天戶外活動係近視的一重要危險因素

近視係一種複雜的多重因子性狀，其由遺傳和環境因素所驅使。近視一般係在童年歲月的早期到中期之間發展，但它也可能在十幾歲後期或成年早期中發展。值得注意的是，目前還沒有已知的方法可以防止兒童的近視。在隨機的臨床試驗中，眼鏡、隱形眼鏡和阿托品眼藥水也尚未證明可預防近視。

最近的流行病學研究發現，花更多的時間在戶外活動可減少近視的發生。在一項6歲華裔兒童的研究當中，新加坡華裔兒童的近視率達28%，而在澳洲雪梨6華裔兒童的患病率只有3.3%。造成該懸殊性的主要區別係假設在該等兩組於白天在戶外所花的時間：估計為在新加坡每週3小時相比於在雪梨每週13.8小時。在一項研究中，在雪梨從2003年至2005年1765位六歲兒童和2367位十二歲兒童之中，發現在戶外花更多的時間，而非運動本身，與較少近視和一較為遠視的平均屈光相關聯[27]。美國奧林達近視縱向研究，係學齡兒童在1至8年級期間每年視力的一種隊列研究，指出大量的運動和戶外活動量可降低變成近視的可能性 [28]。在近視危險因素(SCORM)上新加坡隊列研究也發現了較高水平的戶外活動與較低的近視患病率有關[1]。此外，還已經發現在冬天近視進展會會比夏天要大[29，30]。

在一基於學校的廣州戶外活動縱向(GOAL)研究中，其研究1789位6.6歲兒童，該等結果指出在上學日中排定一小時戶外時間的兒童在2年之後在屈光度中有一統計顯著的降低，(0.86±0.77D)相比於該介入組(0.75±0.69D，p<0.01)和軸向伸長率(0.61±0.35mm vs 0.59±0.33mm，p<0.05)[14]。

戶外活動時間與近視之該關聯性的主要潛在因素係戶外光線亮度。白天的戶外活動提供非常高的環境光而觸發多巴胺的釋放，其係一光敏神經遞質和防止近視的眼睛生長抑製劑[31]。在一實驗室測試中，小雞眼睛每天5小時暴露在實驗室光線15,000勒克司(lx)或每天15分鐘陽光30,000 lx有顯著較短眼睛(8.81+/-0.05mm；P<0.01)和較少近視屈光(-1.1+/-0.45D；P<0.01)，相比於在常規實驗室光照500 lx下飼養的小雞眼睛[32]。環境光亮度高達18,000 lx到28,000 lx會延緩在幼猴中形覺剝奪性近視，並在高光度下飼養的猴子中在近視性屈光參差的平均度中有一87%的減少[33]。暴露在高溫光照水平(大約將近8小時的16000 lx)的樹鼩已經減少44%的形覺剝奪性近視(-3.6±0.1D比上-6.4±0.7D)和降低39%的晶狀體誘發近視(-2.9±0.4D比上-4.8±0.3D)[34]。還已經發現，注射多巴胺拮抗劑，Spiperone，能夠免除在小雞眼睛中該高光強度保護作用[35]。

但是，也有另一種假設可以解釋該戶外活動的保護作用。這一假設涉及了消除視網膜影像模糊和周邊遠視離焦[36]。在鄰近的工作中，該周邊視網膜將體驗一種模糊而當在戶外遠觀時該模糊是不存在的[37，38]。該周邊視網膜具有比中央凹，其被認為是負責控制生長，還要大的一表面。動物實驗已經表明周邊視力可以影響眼睛生長和屈光發展，以及在戶外遠距離觀看可以減緩眼生長[39，40]。

又一另外的假設涉及在戶外空間配置中的差異，因此光影響該眼睛的方式亦有差異，在空間配置中這種差異可能對晶狀體發展有一保護作用。

又另一更進一步的假設涉及在戶外場景中過多藍綠色波長的量也可以保護性地防止近視[41]。在戶外場景的平均陽光照射中，有大量的藍光與一些綠光以及一顯著減少量的紅色光[41]。在過多紅光下飼養的小雞眼睛會發展近視，當相比於在過多藍色或白光下飼養的小雞眼睛時[42]。每天兩個多小時的藍光加上十小時的紅光會引發遠視。此外，在一群紅綠顏色視覺不足的學校學生中的一項研究發現，近視的患病率會比對照組顯著降低[43]。

因此，如果要防止近視，須鼓勵要較高程度地暴露在具該等有利效果之戶外條件。為達此目的，我們已經設計出一新穎的可攜式裝置，其可追踪在戶外所花的時間量，通常以日計，並提供將由該穿戴者來達成的每日目標，從而改變了該穿戴者的行為。更具體地說，該裝置被調整成測量一穿戴者在每一天的過程中暴露於環境光線的照度，並判定一使用者暴露於lx水平大於一臨界值的時間量，該臨界值被設定成可區分典型的戶外照度與典型的室內照度[16]。因此，我們已經開發出一種激勵裝置，其目標為改變健康行為並使家長能夠有效和方便地鼓勵孩子參與更多的戶外活動來預防近視。預期該裝置也將對戶外方案的臨床試驗很有幫助。

本發明的聲明

根據本發明的一第一方面，藉由鼓勵和增加一穿戴者白天在戶外所花的時間量，提供了一種穿戴式裝置以防止近視，其包含有：a)至少一個光線感測器適於測量光；b)至少一個顯示器裝置；c)至少一個實際時間時鐘(RTC)；d)至少一個電源；e)一非依電性記憶體；f)一微控制器或微處理器；以及g)駐留在該微控制器和/或該非依電性記憶體中的嵌入式軟體；其中該嵌入式軟體被設定，或可以被設定，界定一光臨界值，從而由該光線感測器所測得超過該臨界值的光其持續的時間量被記錄在該記憶體中，並且進一步其中該嵌入式軟體被設定，或可以被設定，使得在任何指定的時間間隔內光超過該臨界值之該累積時間量被記錄在該記憶體中並被顯示該顯示器裝置上。

在本發明的一第一較佳實施例中，該時間間隔係一天或24小時，雖然較大的期間也可被使用來使用本發明，諸如兩天或更多天，包括三天、四天、五天或六天，甚至一星期或七天。

又在本發明的另一較佳實施例中，該嵌入式軟體被設定，或者可被設定，使得光的一測量單位，諸如照度，被體驗到大於該臨界值之累積時間量的一目標值被界定。此外，這個目標值最好被顯示在該顯示器裝置上，並且該時間間隔中要達到這一目標值所剩下的時間量也被顯示在該顯示器裝置上。通常，每天該目標值為2至4小時，包括在其間所有的1分鐘間隔。最典型地，儘管不是唯一的，該目標值是3小時或大約3小時。

在本發明的另一較佳實施例中，該感測器被調整成測量照度，因此該臨界值是一光照度臨界值。在本實施例中，具有一照度大於該光照度臨界值的光被記錄在該記憶體中。此外，對於該規定的時間間隔，具有一照度大於該臨界值的光其累積時間量被記錄在該記憶體中並被顯示在該顯示器裝置上。理想的情況是該臨界值被設定在一轉變點處，即，高於該光最高的室內記錄或在該可見光譜中至少一選擇的部分，並低於該光最低的戶外記錄或在該可見光譜中該選擇的部分。

在本發明的一較佳實施例中，該臨界值，室內對比戶外光的代表，被界定成500-5000 lx，理想地為950-1500 lx，最典型地約為1000 lx，並最好是1000 lx。

通常的情況下，該時間間隔是一天而該目標值係每日目標在2至4小時之間，包括在其間所有的1分鐘間隔，每天的一範圍為500至5000 lx，包括在其間所有的1單元間隔。最典型地，儘管不是唯一的，該目標值是3小時，並且最好該光臨界值被設定為或約為1000 lx。

附加地，或可替代地，該感測器被調整成可測量該光譜中任意一個或多個選擇的部分，包括其任意的組合。在該可替代的實例中，舉例來說，室內和戶外的藍色光水平被判定和設定一臨界值，其為一值表示該等兩者之間的差。附加地，或可替代地，該感測器被調整成可測量UV光，所以該臨界值係一UV光臨界值。在本發明的這個實施例中，該UV感測器最好被調整成在該波長範圍280-400nm中使其具最強響應者。

在本發明所有上述的實施例中，該光線感測器被校準使得該臨界值表示在一選定類型之室內和戶外光強度之間的該分界線，因此做為在這兩種環境之間進行區分的一種截止。

由該光線感測器所測量之低於該臨界值的光，最好可把該光持續低於該臨界值的時間量記錄在該記憶體中或是把其丟棄；在它被記錄時，理想的是，在任何特定的時間間隔內該光持續低於該臨界值的累積時間量被記錄在該記憶體中並被顯示在該顯示器裝置上。

在本發明的一較佳實施例中，本發明的裝置被用來防止近視。

又在本發明的另一較佳實施例中，該時間間隔係一天或24小時，雖然較大的期間也可被用來使用本發明，諸如兩天或更多天，包括三天、四天、五天或六天，甚至一星期或七天。

又在本發明的另一較佳實施例中，該嵌入式軟體被設定，或者可被設定，使得光的一測量單位，諸如照度，被體驗到大於該臨界值之累積時間量的一日目標值被界定。此外，這個目標值最好被顯示在該顯示器裝置上，並且該時段間隔中要達到這一目標值所剩下的時間量也被顯示在該顯示器裝置上。

在本文中所參考到的嵌入式軟體是由在該裝置中的該微控制器所持有的軟體。在本發明的一替代實施例中，該裝置包括一具有非依電性記憶體的微處理器，其中該裝置的軟體駐留在該非依電性記憶體中，而不是被嵌入在該微處理器晶片中。

在本發明的另一較佳實施例中，還提供有該裝置末端使用者軟體，其使一使用者能夠下載被記錄在該裝置上的資料和/或連接該裝置到另一計算平台，從而可操縱該裝置的使用。

在本發明的另一較佳實施例中，該即時光的水平，諸如照度，被顯示在該顯示器裝置上，最好也顯示該臨界值，由此使用者可以知道的該即時光值是否高於或低於該臨界值，並且還可以知道，如果有的話，它的量值。理想的情況下，該顯示器裝置係一小螢幕。

最好的是，該RTC可與在該裝置中所提供之相關激勵功能的達成一起被使用。舉例來說，在該每日戶外時間目標(最好為3小時)尚未被達到時，該裝置透過該顯示器或其他的功能提供反饋給該使用者或者，諸如相關聯的，LED指示燈、可聽聞裝置(嗶嗶聲)、振盪裝置(振動)、觸覺裝置或以其他的方式。此外，最好該RTC還可被配置成可基於當前日期使得該裝置可追踪日光小時。事實上，典型的RTC晶片可以計算時間和日期，包括閏年。因此，該日光小時可被調整，例如，冬季與夏季間調整。因此，該RTC被進一步被調整成可預測在白天中可預見的變化，諸如那些會隨該等季節和地理位置所作的變化。這個較佳的特性可實現出複雜的激勵策略，其中可以透過該裝置提供及時的提示，不管有或沒有一位使用者的介入，來鼓勵戶外活動。

在本發明的一較佳實施例中，該裝置包括一腕戴式裝置、或一徽章式穿戴式裝置。

更佳地，該光線感測器包括一光感測器元件，伴隨有電路和串列通信介面。最好的是，該光感測器被選擇使得它的光譜響應良好匹配人類眼睛的該平均響應(參見舉例來說，該CIE 2° Standard Observer[47]或該CIE 10° Standard Observer[49,50])。此外，該光感測器必須能夠區分光照度值，它們是低於該臨界值(通常小於或等於1000 lx) 還是大於該臨界值因此代表戶外/避免例如近視(一般大於1000 lx)。就此裝置來說，合適的光線感測器可從以下所包含或組成的該列表中被選擇出來：校準光電二極體、光電電晶體、光敏電阻器、或者符合上述要求之任何其他的光感測器。在本發明的一較佳實施例中，單色光檢測可由i)使用一光線感測器，其具有集中在一特定顏色之窄的光譜響應或ii)使用一顏色濾除器結合一具有寬頻響應的光線感測器(例如一白色光線感測器)二者擇一來實現。

在本發明的一較佳實施例中，來自該光線感測器的一類比信號，在饋送該信號到該微控制器之前會被放大。理想情況下，用於資料記錄，該光感測器信號使用一類比到數位轉換器(ADC)被轉換成一數位信號，然後該信號被饋送到該微控制器上的一輸入引腳。

又在本發明的另一較佳實施例中，該嵌入式軟體係按照圖3來配置。理想的是，關鍵參數諸如該光照度臨界值(THRESHOLD)、光照度的該取樣時間間隔(SAMPLE_INT)以及使用於平均的樣本數量(SAMPLES)都在該微控制器碼中被指定。

理想的情況下，該等微控制器取樣來自該光線感測器的該等信號，並計算一「即時」平均光照度值(AVG_LIGHT)。如果該光照度讀數從低於臨界值到高過臨界值做變化，該微控制器會觸發一內部計時器功能(TIMER)並創建一計時物件(T)，其追踪該光照度已經連續超過該臨界值有多久。該天在高於臨界值水平之該累積光照射時間也被更新並被儲存在該記憶體中(CUMEXP)。為了記錄該詳細的資料，該微控制器呼叫一記錄事件且該資料(DATA,TIME,AVG_LIGHT,CUMEXP)被寫入到該非依電性記憶體。然後該顯示資訊以該即時光照度和該累積曝光時間來更新。

對於該即時光照度低於臨界值的情況下，該完整的資料記錄可以透過開啟該「全資料模式」(ALL_DATA=TRUE)來激活。可替代地，如果不要求記錄低光照水平的資料，則該顯示器裝置以該即時光照度被更新而無資料的記錄。該資料記錄功能可以根據一使用者的要求進行調整。減少記錄可提高電池壽命而完整的資料記錄則是有利於臨床研究。該TIME和DATE值可從該實際時間時鐘獲得用以記錄和顯示。如果該TIME傳回值指出目前是午夜，CUMEXP會被重置為零，然後被使用於追踪新一天的累積曝光。

在本發明的一較佳實施例中，該電源係一電池，其為可更換的或為可再充電式的二擇一。其中當使用可再充電電池時，該裝置包含有電池充電和保護電路，用於連接到一外部電源。

在本發明的另一較佳實施例中，該微控制器嵌入式軟體更包含有計算該電池剩餘容量的方法，以把該電池壽命資訊經由該顯示器裝置中繼給一使用者。理想的是，為了使電池壽命延長，該嵌入碼也可被使用來開啟或關閉特定的週邊裝置以使功耗可以最小化。

更佳的是，該裝置包含有按鈕開關來得到使用者輸入。具體地說，該等按鈕可以被使用來設定在該RTC上的該時間和日期、選擇顯示在該顯示器上的資訊並在不同的使用者模式之間作切換。另外地或可替代地，該裝置被調整成使用傳統軟體和相關電路之觸控螢幕控制項。

理想的情況下，該裝置包含有客戶或末端使用者軟體，以允許使用一台個人電腦或任何其他計算平台來改變裝置設定。

理想的情況下，也將把該裝置連接到一計算平台(例如，一台個人電腦)，該微控制器被連接到一串列到USB轉換器。另外地，或可替代地，該裝置還包括一無線收發機以傳輸來自該裝置的資料。

根據本發明的另一方面，藉由鼓勵和增加一位個人於白天期間在戶外所花的時間量，提供了一種方法以治療或預防近視，其包含有：a)提供了一種穿戴式裝置以防止近視，其包含有：至少一個光線感測器適於測量光；至少一個顯示器裝置；至少一個實際時間時鐘(RTC)；至少一個電源；一非依電性記憶體；一微控制器或微處理器；以及駐留在該微控制器和/或該非依電性記憶體中的嵌入式軟體； b)設定該嵌入式軟體以界定一光臨界值；c)把由該光線感測器所測得超過該臨界值的光其持續的時間量記錄在該記憶體中；d)設定該嵌入式軟體以界定一指定的時間間隔；e)把在該時間間隔內光超過該臨界值之該累積的時間量記錄在該記憶體中；以及f)把超過該臨界值之該累積的時間量顯示在該顯示器裝置上。

儘管該方法已經由步驟a)-f)來描述，但明顯的是，步驟b)和d)可在一使用者穿戴該裝置之前被事先設定而且，實際上，通常是這種情況。

又在本發明的一第一較佳方法中，該時間間隔係一天或24小時，雖然較大的期間也可被用來使用本發明，諸如兩天或更多天，包括三天、四天、五天或六天，甚至一星期或七天。

又在本發明的另一較佳實施例中，該嵌入式軟體被設定，或者可被設定，使得光的一測量單位，諸如照度，被體驗到大於該臨界值之累積時間量的一目標值被界定。此外，這個目標值最好被顯示在該顯示器裝置上並且，最好的是，該時間間隔中要達到這一目標值所剩下的時間量也被顯示在該顯示器裝置上。通常，該每日目標值為在2至4小時之間，包括在其間所有的1分鐘間隔。最典型地，儘管不是唯一的，該目標值是每日3小時或每日大約3小時。

在本發明之另一較佳實施例中，該感測器被調整成測量照度，因此該臨界值是一光照度臨界值。在本實施例中，具有一照度大於該光照度臨界值的光被記錄在該記憶體中。此外，對於該規定的時間間隔，具有一照度大於該臨界值的光其累積時間量被記錄在該記憶體中並被顯示在該顯示器裝置上。理想的情況是該臨界值被設定在一轉變點處，即，高於該光最高的室內記錄或在該可見光譜中至少一選擇的部分，並低於該光最低的戶外記錄或在該可見光譜中該選擇的部分。

通常的情況下，該間隔是一天而該目標值是每日目標在2至4小時之間，包括在其間所有的1分鐘間隔，每天的一範圍為500至5000 lx，包括在其間所有的1單元間隔。最典型地，儘管不是唯一的，該目標值是3小時，並也最好的是，該光臨界值被設定為或約為1000 lx。

在以下該等權利請求項中和本發明之前的描述中，除了上下文需要之外，否則由於語言表達或必要的暗示，詞語「包括」，或其變型諸如「包含有」或「包括有」被使用成一種包容的意義，即指定該陳述特徵的存在，但不排除存在有或可添加在本發明的各種實施例中另外的特徵。

所有的參考文獻，包括任何專利或專利申請，在本說明書中被引用並作為參考被併入本文。不承認任何的參考文獻已構成現有的技術。此外，不承認任何現有技術已構成本技術中公知常識的一部分。

本發明每一方面的較佳特徵可以與任何其他方面進行結合來描述。

由以下的該等實例，本發明的其他特徵將變得顯而易見。一般而言，本發明延伸至在本說明書中所揭露的該等特徵(包括所附權利請求項和附圖)之任何新穎的一個，或任何新穎的組合。因此，結合本發明之一特定方面、實施例或實例所描述的功能、整體、特性、組件或裝置將被理解為可適用於本文中所描述之任何其他的方面、實施例或實例，除非與其不相容。

此外，除非另有說明，本文所揭露之任何特徵可由具相同或類似目的的替代特徵來取代。

在整個說明書和本說明書的權利請求項中，該單數涵蓋該複數，除非上下文另有要求。特別的是，當使用該不定冠詞時，本說明書應被理解為同時考慮複數以及單數，除非上下文另有要求。

1:穿戴式裝置

2:微控制器

3:光線感測器/光感測器/光感測器元件

4:記憶體

5:小型顯示器裝置

5a:即時光照水平

5b:戶外累積的時間量

5c:日期和時間

5d:其他的方式

6:實際時間時鐘

7:腕戴式形式

8:電池電源

9:無線收發機

本發明的一實施例現在將僅透過舉例的方式參考以下圖式來進行描述，其中：圖1展示出不同的室內和戶外活動之該等平均亮度水平；圖2展示出該新穎裝置的一系統方塊圖；圖3展示出一種實現裝置主要功能之方法的一嵌入式軟體流程圖；圖4展示出根據本發明之一種裝置，其採用一種手腕穿戴版本形式；圖5展示出當該裝置從該腕帶卸下時的情況；圖6展示出圖5的該裝置，其前表面已被除去因此顯示出該內部結構圖；圖7展示出該腕帶，以其圖5和圖6的該裝置被連接。

方法論光照水平係一有效的手段來區分白天的戶外活動明

在我們最近一年的家庭激勵試驗(FIT)研究中，285位6-12歲的兒童被隨機分配到該干預組(n=147)或該對照組(n=138)[16]。我們藉由使用一周日記和一可攜式光度計來測量該整天的光強度來測得新加坡兒童戶外和室內的活動時間。該一星期的戶外活動日記被建構成追踪在平日和週末間所有的活動。該可攜式光度計包含一光線感測器，其從該天的開始到結束每隔5分鐘把暴露到白光照明的量和時間作記錄，單位為Lux(1流明/平方公尺，縮寫為lx)。

在我們的試驗性研究中，我們已發現光照水平為一有效的手段來測量白天戶外活動。一光照水平臨界值，1000 lx，被證明可有效的來區分花在室內或戶外的時間[16]。在該學期和學校假日期間，從該日記可知白天在戶外該平均時間分別為每週5.44h和每週7.91小時(P=0.004)。從該光度計可知，光照水平大於1000 lx的平均時間分別為每週 7.08小時和每週9.81小時(P<0.001)[16]。圖1描繪了在白天一兒童在不同室內和戶外活動中平均的光照水平[41]。該室內光照強度水平非常低，大部分時間都小於1000 lx，而戶外則會有變化，從陽光普照日子的數萬lx到天空烏雲密佈的幾千lx都有。

穿戴式活動追踪裝置鼓勵行為變化

穿戴式活動追踪裝置，如計步器，最近取得了巨大的市場成功。個人可以定期檢查計步器的顯示器並追踪他們已經步行的數量。有了一每日萬步的建議目標，計步器鼓勵個人追踪他們的日常活動量，並激勵他們保持健康的健身水平。

以同樣的方式，擔心他們孩子會有近視的父母很可能會想要有一穿戴式裝置，其可以透過簡單地改變一個孩子的行為來預防近視，因此鼓勵更多的戶外活動時間。

本發明的描述

因此，我們已經開發出一種新穎的穿戴式裝置來記錄、顯示和鼓勵一穿戴者的白天戶外活動。該白天戶外活動的判定係藉由為該測量到的光照度水平設定一臨界值。在該天中暴露在高過該臨界值水平之環境光照的累積時間被記錄和顯示。特別地是，用以區分室內與戶外光照的該臨界值被界定成1000 lx，如我們在新加坡最近的試驗性研究中的所用值[16]。

每天白天時間花在戶外的累積時間的一目標值被設定來鼓勵白天時間戶外活動的總量。特別的是，從上述的該FIT試驗中可知，新加坡兒童目前在戶外所花的時間大約為工作日1.5小時和週末2.5小時[42]。在一實施例中，我們設定了我們的裝置以指出一種每天戶外3小時的目標。

該裝置也可被用於在臨床試驗中，以研究戶外活動對兒童近視發展的影響以及治療劑或食品補充劑用於治療或預防兒童近視的該等效果。

穿戴式裝置的一實例

本發明的一實施例現在將僅透過舉例的方式進行說明。本領域之習知技藝者將理解的是，在該等技術細節中的變化可被採用來進行本發明，特別是，一些特徵可用具有相同的效果和/或功能的特徵來取代。值得注意的是，本發明包括一穿戴式裝置[1]，其可記錄戶外時間以防止近視的發展。

該裝置包括一基於一微控制器[2]的系統，它透過一串列通信匯流排讀取來自一光線感測器[3]的光照度信號。圖2展示出該新穎裝置的一系統方塊圖。利用一光線感測器[3]，當該檢測到的光照度大於一既定的臨界值(最佳為1000 lx)時，由該光線感測器所產生的一照明信號被產生、取樣、平均(以降低隨機雜訊)，然後被寫入到一內建的記憶體中[4]，伴隨該時間、日期和暴露在大過該建立臨界值(較佳為1000 lx)之光照度的所花時間的累積量，換句話說，就是在一給定的時間間隔，例如，該天中，花在戶外時間的累積量。

同時，為了一使用者的便利和反饋，該即時光照水平[5a]和該天花在戶外累積的時間量[5b]被顯示在一小型顯示器裝置[5]上。為了追踪的日期和時間[5c]，一實際時間時鐘[6](RTC)與該裝置整合。該RTC[6]使得累積光照曝光[5b]的該記錄變得可能，也可以與在該裝置中相關聯激勵功能的該實現一起被使用。舉例來說，在該戶外時間每日目標(最好為3小時)尚未被達到時，該裝置提供反饋給該使用者的方式不是透過該顯示器、LED指示燈、可聽聞嗶嗶聲、振盪裝置(振動反饋)就是以其他的方式[5d]。此外，該RTC[6]還允許該裝置可以追踪會隨該等季節和地理位置做變化的日光小時。這使得能夠實現複雜的激勵策略，其中及時的使用者反饋可被提供來鼓勵戶外活動。該整個裝置可被封裝在一種穿戴的形式中[7]，非常適合於兒童。作為一實例，該裝置一個版本可被封裝在一種腕戴形式中[7]，如例示於圖4-7中，穿戴式感測器裝置[1]。該穿戴式裝置之特定部分的更多細節會在以下被給出。

光線感測器模組

該光線感測模組係由一光感測器元件[3]，相關聯的信號調理電路和串列通信介面(包括但不侷限於I2C、SMBus、SPI)所構成。該光感測器[3]被選擇使得它的光譜響應良好匹配到人眼的該平均響應(參見舉例來說，該CIE 2° Standard Observer[43]或該CIE 10° Standard Observer[44,45])。此外，該光感測器[3]必須能夠區分光的照度值，它們是低於該臨界值(例如，小於或等於1000 lx)還是大於該臨界值並因此保護免於近視(例如，大於1000 lx)。就此裝置來說，合適的光線感測器包括校準光電二極體、光電電晶體、光敏電阻器、或者符合上述要求之任何其他的光感測器。取決於該選擇的光感測器，在饋送該信號到該微控制器之前信號放大會被採用[2]。針對資料記錄，該光感測器[3]信號使用一類比到數位轉換器(ADC)被轉換成一數位信號，然後該信號被饋送到該微控制器上的一輸入引腳[2]。

嵌入式軟體

在該微控制器內的該嵌入式軟體被使用來把該裝置的所有組件整合到一統一的系統之中。圖3展示出在該嵌入式軟體之中實現該等關鍵裝置特徵之一種方法的流程圖。關鍵參數諸如該光照度臨界值(THRESHOLD)、該光照度的該取樣時間間隔(SAMPLE_INT)以及使用於平均的樣本數量(SAMPLES)都在該微控制器碼中被指定。該微控制器取樣來自該光線感測器的該等信號，並計算一「即時」平均光照度值(AVG_LIGHT)。如果該光照度讀數從低於臨界值到高於臨界值做變化，該微控制器會觸發一內部計時器功能(TIMER)並創建一計時物件(T)，其追踪該光照度已經連續超過該臨界值有多久。該天高過臨界值水平的光照其累積光照射時間[5b]也被更新並被儲存在該記憶體[4]中(CUMEXP)。為了記錄該詳細的資料，該微控制器[2]呼叫一記錄事件且該資料(DATA,TIME,AVG_LIGHT,CUMEXP)被寫入到該非依電性記憶體[4]。然後該顯示資訊[5a-c]使用該即時光照度和該累積的曝光時間來更新。

對於該即時光照度低於臨界值的情況下，該完整的資料記錄可以透過開啟該「全資料模式」(ALL_DATA=TRUE)來激活。可替代地，如果不要求記錄低光照水平的資料，則該顯示器裝置以該即時光照度來更新而不記錄資料。該資料記錄功能可以根據一使用者的要求來進行調整。減少記錄可提高電池壽命而完整的資料記錄則是有利於臨床研究。該TIME和DATE值[5c]可從該實際時間時鐘[6]獲得用以記錄和顯示[5]。如果該TIME傳回值指出目前是午夜，則CUMEXP會被重置為零，然後再被使用於追踪新一天的累積曝光。

電源和管理

為了使該裝置是穿戴式和可攜式的[7]，一電池電源[8]被包括在內。該使用的電池[8]可以是單次使用或是可再次充電的。如果一可再充電電池被使用，該電源模組還包括電池充電和保護電路，用於連接到外部電源。一外部的直流電源，不是連接到該電源之一交流-直流適配器、來自一USB埠的標準5V電源，就是以其他方式可使用於裝置的充電。該電池管理系統還更包含有一種方法來計算該電池的剩餘容量，以把該電池壽命資訊經由該顯示器裝置中繼給一使用者。為了提供穩定的電壓水平給該等裝置週邊，將要實現所需的電壓調整器。如果必要的話，邏輯水平移位器將根據該等特定的週邊需求來被採用。為了使電池壽命延長，該嵌入碼也可被使用來開啟或關閉特定的週邊裝置以最小化功耗。為使用者方便性，一備用電池(例如，一鈕扣電池)也可被納入以保持該RTC[6]的執行，即使在該裝置電源被完全切斷時。典型的時鐘備用電池可撐個好幾年，這意味著每次電源被切斷時該使用者不需要重新設定該時間。

記憶體和資料儲存

非依電性記憶體[4](例如，快閃記憶體或其他非依電性記憶體)被整合至該裝置內以達資料記錄的目的。這使得在該電力被完全切斷的事件中(例如，由於電池沒電)仍可保留資料。該記憶體透過一串列介面連接到該微控制器[2]以允許讀取和寫入操作的觸發。

使用者輸入和反饋

該裝置包含有按鈕開關來取得使用者輸入。具體地說，該等按鈕可以被使用來設定在該RTC[6]上的該時間和日期[5c]、選擇顯示在該顯示器上的資訊並在不同的使用者模式之間作切換。除此之外，該裝置包含有客戶或末端使用者軟體，以允許使用一台個人電腦或任何其他計算平台來改變裝置設定。使用者反饋的該主要方法是視覺式的，使用一在裝置上的顯示器裝置[5](LCD、LED、OLED或其他的方式)。所傳送的關鍵資訊包括(在高於臨界值水平)光照射的該累積時間[5b]、當前時間[5c]、以及剩餘的日光小時數。視覺反饋的另一種形式可以採取在該顯示器裝置上的該LED背光形式，其對應於每日曝光目標是否已被滿足[5d](例如，綠色背光的情況表示該目標已被滿足，而紅色背光的情況表示該目標尚未被實現)。如果需要的話，使用者的反饋的其他方法可以結合諸如可聽到的嗶嗶聲(例如，使用一壓電式的蜂鳴器)或使用來自一小型馬達之振動的觸覺反饋(需要馬達驅動電路)。

計算平台界面和使用者軟體

為了把該裝置連接到一計算平台(例如，一個人電腦)，該微控制器被連接到一串列到USB轉換器。然後，該使用者能夠使用該顧客或末端使用者軟體來存取已經被記錄在該裝置中的資料。該軟體便利於資料的自動同步以及以圖表形式的資料呈現。這讓孩子們和他們的父母檢討該位孩子白天的戶外活動量，並為設定進一步的改進目標，如果有必要的話。如果該裝置被用作臨床研究的一部分，該軟體還可以透過電子郵件把資料轉發給臨床醫生。相較於使用手動日記來做資料記錄的研究，這減少了錯誤資料記錄的數量。如果有必要的話，該定制軟體可被設計成使得可把記錄資料儲存在一線上伺服器(例如，雲端儲存)上，使在多個計算平台(例如，個人電腦、筆記型電腦、智慧型手機、平板電腦等等)之間的資料可以無縫的同步。

除了使用一USB連接以傳輸來自該裝置的資料之外，一無線收發機也可被使用[9]。數種無線技術可供選擇，包括但不侷限於藍牙、紅外線(IrDA)、無線區域網路和Zigbee。使用一啟用無線的裝置，更多數量的計算平台可以存取該記錄的資料。舉例來說，執行一裝置末端使用者軟體的一智慧型手機可以使用無線資料傳輸與該裝置進行通信。

總結

我們已經開發出一種方法和相關之穿戴式可攜式戶外目標裝置來防止近視。我們的裝置是新穎的而且，就我們所知，之前尚未被設想過。考慮到近視為僅在亞洲才有的高患病率，有一未被滿足的需求可透過我們所提供的裝置來解決。

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1‧‧‧計算系統

Claims

一種穿戴式裝置，用以促使和增加一穿戴者於白天期間在戶外所花的時間量來預防近視，其包含有：a)至少一個光線感測器，適於測量光；b)至少一個顯示器裝置；c)至少一個即時時鐘(RTC)；d)一非依電性記憶體；e)至少一個電源；f)一微控制器或微處理器；以及g)駐留在該微控制器和/或該非依電性記憶體中的嵌入式軟體；其中該嵌入式軟體組配來允許一光臨界值被界定，藉此而把由該光線感測器所測得超過該臨界值的光於該光持續的時間期間記錄在該記憶體中，並且其中該嵌入式軟體組配成使得把在任何指定的時間間隔內光超過該臨界值之累積時間量記錄在該記憶體中並顯示在該顯示器裝置上，其中由該光線感測器所測量到之低於該臨界值的光係於該光持續低於該臨界值的時間期間被記錄在該記憶體中，或者被捨棄，並在它被記錄的情況下，在任何特定的時間間隔內，該光持續低於該臨界值的累積時間量被記錄在該記憶體中並被顯示在該顯示器裝置上，其中該光線感測器係適於測量從以下項目所組成之一群組所選出的光：白光、UV光、藍光、紅外線光以及光譜的任意一個或多個部分，包括其任意的組合，其中臨界值係表示室內光相對於戶外光的臨界，且為由一介於可見光譜之至少一被選擇部分之最高的室內記錄與可見光譜之該被選擇部分之最低的室外記錄之間的點來表示的轉變點，以及其中表示室內光相對於戶外光的臨界之臨界值係從以下數值所組成之一群組所選出：500-5000 lx(流明/平方公尺)；950-1500 lx；以及1000 lx。
如請求項1之穿戴式裝置，其中一瞬時光照水平被顯示在該顯示器裝置上，以及其中該臨界值被顯示在該顯示器裝置上，由此使用者可以知道該瞬時光照水平的數值是否高於或低於該臨界值、以及它們的任何差值。
如請求項1或2之穿戴式裝置，其中該RTC係適於使該穿戴式裝置可追踪日光小時，不論季節或地理位置為何，其中該光線感測器包含有一光感測器，其光譜響應良好地匹配人眼的平均響應，以及其中該光感測器能夠區分光照度值是在該臨界值的上方和/或下方。
如請求項1或2之穿戴式裝置，其中該光線感測器係從以下項目所組成之一群組所選出：校準光電二極體、光電電晶體以及光敏電阻器，其中該光線感測器具有用以測量對應於所選光譜波長之光的一所選光譜響應，以及其中該光線感測器包含至少一濾色器，由此所選顏色的光可被測量，且該光線感測器係適於測量至少該所選顏色的光。
一種微控制器，供使用於依據請求項1至4中任一項之裝置中且包含該嵌入式軟體。
一種用以促使和增加一個人於白天期間在戶外所花的時間量之方法，其包含有：a)提供一種預防近視之穿戴式裝置，其包含有：至少一個光線感測器，適於測量光；至少一個顯示器裝置；至少一個即時時鐘(RTC)；一非依電性記憶體；至少一個電源；一微控制器或微處理器；以及駐留在該微控制器和/或該非依電性記憶體中的嵌入式軟體；b)設定該嵌入式軟體以界定一光臨界值；c)把由該光線感測器所測得超過該臨界值的光於該光持續的時間期間記錄在該記憶體中；d)設定該嵌入式軟體以界定一指定的時間間隔；e)把在該時間間隔內光超過該臨界值之累積時間量記錄在該記憶體中；以及f)把光超過該臨界值之該累積時間量顯示在該顯示器裝置上，其中該嵌入式軟體組配成使得一目標值會針對數值大於該臨界值的光被體驗到之該累積時間量而被界定，其中該目標值被顯示在該顯示器裝置上，其中在e)部份中該累積時間量被顯示在該顯示器裝置上，以及其中在e)部份中該累積時間量會從該目標值被減去並被顯示在該顯示器裝置上。