TWI710350B

TWI710350B - 智能光感測穿戴輔助裝置

Info

Publication number: TWI710350B
Application number: TW108134456A
Authority: TW
Inventors: 巫建興; 陳碧雲; 林家宏
Original assignee: 國立勤益科技大學
Priority date: 2019-09-24
Filing date: 2019-09-24
Publication date: 2020-11-21
Also published as: TW202112300A

Abstract

本發明係提供一種智能光感測穿戴輔助裝置，其具有於照護高危險群之吸入性肺炎預防功能，以及鼻胃管非計畫性拔除偵測功能。

Description

智能光感測穿戴輔助裝置

根據近年來的「臺灣病人安全通報系統年報」資料所顯示，於醫院中所發生的「管路發生異常事件」高居意外事件的第三名，例如於一百零六年即高達八千八百多件，其中尤以「鼻胃管(Nasogastric Tube,NG Tube)自拔」導致管路脫落的事件居多，約佔72.2%的比例。

「鼻胃管」為醫院中所常見的醫療器材，係提供吞嚥障礙或困難的患者，可暫時或長期仰賴一條塑膠管子插入鼻孔，經過咽喉，食道，進入胃部。而「鼻胃管」的功能，係藉由灌食的方式，將食物送往患者的胃部，以提供患者對於營養的需求。

當因昏迷，或是腦傷疾病，或是腦中風後，或是因巴金森症或是阿茲海默症引發失智，所造成的吞嚥困難，或因口頸部疾病，或因嚴重燒傷，或於手術後，或因癌症末期，皆可能引發吞嚥困難，以及腸胃功能問題。

在臨床上，許多患者會因為吞嚥的問題，無法以口部進行正常進食，而只要患者的腸胃功能夠保持正常，臨床上都會先考慮以插管灌食的方式，以灌食的方式來供應病患所需的食物以達營養需求，更可避免因唾液和食物誤入氣管，而引發吸入性肺炎。

另一方面，有些患者因大量嘔吐，亦需要插入鼻胃管以吸出或引流嘔吐物，得以避免異物吸入肺部，而引發吸入性等相關肺炎(Aspiration Pneumonia,AP)等併發症。

而長時間將鼻胃管置留於體內，患者本身無法享受食物美味，更容易造成口腔不舒服，衍生口腔衛生變差，以及提高胃食道逆流(Gastroesophageal)的機會，造成患者需使用制胃酸的藥物，但由於患者的胃酸減少，反容易導致殺菌力下降，以及身體的抵抗力下降，更增加吸入性肺炎的發生機率。

通常當唾液，胃酸或是食物吸入到肺部時，在臨床上既是很常見的問題，亦是相當危險的狀況，但是在臨床上，既無法完全避免亦無可靠的檢驗方法進行診斷。不論吸入的口腔分泌物，或是吸入胃酸的肺部，都容易引起嚴重的併發症，例如細菌感染的肺炎，胃酸腐蝕的肺炎(Aspiration Pneumonitis)，肺膿瘍(Lung Abscess)，急性呼吸急迫症(Acute Respiration Distress Syndrome)，以及呼吸衰竭(Respiratory Failure)等併發症。故而極容易造成醫師和家屬的恐慌，甚至誤用或亂用抗生素，亦會是非常普遍而且嚴重的現象，更助長了細菌對於抗生素的抗藥性。

就目前臨床上所觀察發生的現象，有關鼻胃管於使用上，可能發生的問題包括了以下：

一、鼻胃管滑脫問題：

留置鼻胃管之老人或患者，常因外力或自行拔除導致鼻胃管滑脫，根據統計，管路滑脫事件僅次於跌倒，係台灣最常見的醫療意外事件，其中非自主性的(非計畫性)管路滑脫事件約佔10%比例，管路滑脫事件中鼻胃管則占居第二位。通常接受長期照護的老人或患者，大多數都將鼻胃管垂放，當翻身或執行照護等措施時，鼻胃管容易因動作的拉扯而造成管路的脫落，或因患者有躁鬱症狀或有意識不清的情況，而發生自拔鼻胃管的事件。

二、鼻胃管固定問題：

有些形式的鼻胃管固定在耳後，容易造成患者的耳部壓瘡，而目前並無合適的固定方式，亦有鼻胃管固定貼片，適用於將鼻胃管進行固定於鼻樑，但當鼻胃管非預期性(非計畫性)脫落時，會影響患者攝取飲食，而造成營養失衡。

三、重覆置放引貣感染的問題：

長期留置鼻胃管於體內之老人或患者，因會嚥軟骨和胃食道連結(Esophagogastric Junction)功能受影響，提高吸入性肺炎(Aspiration Pneumonia,AP)的機率，可能造成併發症的原因包括了：食道括約肌的張力降低，咽喉反射減少，胃pH值增加，疾病和藥物引貣胃食道逆流。而吸入性肺炎有許多危險因子，包括意識狀況降低，以及呼吸道病原菌(Colonization)移生到口咽部。惟意識狀況下降會導致吞嚥能力變差，呼吸道保護機制的改變，增加嗆到的機會。此外，長期留置鼻胃管或氣管於體內，亦會破壞天然屏障，造成胃內物更容易進入肺部，更增加肺炎的發生率及死亡率。

此外，當長期留置鼻胃管於體內時，其併發症包括胃酸逆流導致食道炎，以及吸入性肺炎。而反覆插管導致胃壁出血，長期壓迫造成食道，或是鼻孔壓傷。而妥善放置鼻胃管只解決部分的問題，但最嚴重且最值得注意的問題，係長期留置於體內，無異增加了產生吸入性肺炎(AP)的機會。

此外，當腦中風後，若腦幹或小腦受到傷害，因為負責吞嚥的肌肉無力，或是口腔感覺異常，便會出現吞嚥困難的問題。而在恢復吞嚥功能之前，最簡單的方式就是放置鼻胃管提供水分和營養，有些患者在復健過程中，常需要輔具協助患者脫離鼻胃管，其方法則利用神經電刺激器輔具，貼在患者前頸部的肌肉上，利用電流刺激肌肉收縮，模仿患者吞嚥的動作，對吞嚥困難的患者相當有幫助。但是在脫離鼻胃管前，仍然有罹患吸入性肺炎的機率。根據2012年至2015年統計，住院患者使用鼻胃管的比例大約是10%(9.96%增加至10.10%)，長照機構使用鼻胃管的比例高達94.05%，胃造口比例占1.39%，而鼻胃管使用在老年人族群占有較高比例，因此，潛在吸入性肺炎發生在老年人族群的機率亦較高。

近年來長期照護逐漸受到政府的重視，如政府推動的長照10年計畫2.0，相關長照政策的制定與長照機構逐漸增加，對於久病臥床或老人族群，為數眾多的長照族群放置有鼻胃管或氣管導管，在照護人力不足，以及照護品質需要提升的情況下，對於因長期留置鼻胃管於體內的病患，具有容易感染吸入性肺炎(AP)的高危險因子的族群，包括吸入性肺炎屬於社區型約占15%比例，佔長照機構所有感染的13%至48%，同時造成神經退化疾病併有吞嚥困難死亡。故而必須從各面向加以介入預防其感染機會，包括非藥物的介入：如進食條件，口腔衛生，以及評估鼻胃管適當放置的位置。

由目前國內外文獻以及技術資料，只提出了預防胃食道逆流，食道壓傷，或是鼻孔壓傷的膨脹單元。一種設計了置於後咽壁和噴門的膨脹單元，置於後咽壁以預防食道壓傷，而置於噴門附近的膨脹單元，係當胃酸逆流時，該膨脹單元以氣球擴張，防止胃酸逆流至呼吸道。或者提出鼻胃管固定貼片，鼻胃管收納型裝置，以加強固定於鼻樑和靠近鼻孔端的鼻胃管。而國內曾有患者因胃癌住進醫院，在進行全胃切除手術後，患者自行將鼻胃管拔除的案例，主要係因留置鼻胃管於患者體內，造成患者的不適而自行拔除，此舉造成患者發生生命危險且會出現併發症，更因而加重病情。

基於前述說明，醫界需要一套有效監測的智能光感測穿戴輔助裝置裝置，可有效監測長時間留置於體外與體內鼻胃管的狀況，且可適用於照護高危險群之吸入性肺炎預防與鼻胃管非計畫性拔除偵測。

本發明之智能光感測穿戴輔助裝置，亦可謂之預防吸入性肺炎(胃酸逆流)監測之光感測裝置，具有於照護高危險群之吸入性肺炎預防功能，以及鼻胃管非計畫性拔除偵測功能。

本發明之智能光感測穿戴輔助裝置，具有霧端計算處理單元，以無線通訊模組連接無線網路，以及雲端計算處理層。

本發明之智能光感測穿戴輔助裝置，其中霧端計算處理單元包括：感測單元，類比訊號擷取單元，訊號處理單元，警報單元，以及霧端計算處理單元無線通訊模組。

本發明之智能光感測穿戴輔助裝置，其中無線通訊模組連接無線網路。

本發明之智能光感測穿戴輔助裝置，其中雲端計算處理層包括：雲端計算處理層無線通訊模組，護理站資料處理中心，以及雲端警報單元。

本發明之智能光感測穿戴輔助裝置，其中霧端計算/雲端計算之分工處理的特性，除可提升整體運算效率之外，亦可進而提升長照機構/醫院的照護品質。

本發明之預防吸入性肺炎(胃酸逆流)監測之光感測裝置，包括光纖酸鹼值感測器，該光纖酸鹼值感測器連接光驅動電路，以及該光纖酸鹼值感測器連接光感器，而該光驅動電路，以及該光感器連接嵌入式系統，該嵌入式系統(訊號處理單元)包括：輸出/輸入介面，類比數位資料轉換器，內部振盪器，嵌入式系統無線通訊模組，計時器，脈衝寬度調變，以及顯示驅動器，該嵌入式系統傳送訊號至無線通訊模組，由顯示器接收訊息。

本發明之預防吸入性肺炎(胃酸逆流)監測之光感測裝置，其中光纖酸鹼值感測器包括：第1感測光纖，第2感測光纖，第1酸鹼光感測單元，食道氣球導管，以及第2酸鹼光感測單元。

本發明之預防吸入性肺炎(胃酸逆流)監測之光感測裝置，其中該光纖酸鹼值感測器連接光驅動電路，以及該光纖酸鹼值感測器連接光感器。

本發明之預防吸入性肺炎(胃酸逆流)監測之光感測裝置，其中該光驅動電路，以及該光感器連接嵌入式系統。

本發明預防吸入性肺炎(胃酸逆流)監測之光感測裝置，其中該嵌入式系統(訊號處理單元)包括：輸出/輸入介面，類比數位資料轉換器，內部振盪器，嵌入式系統無線通訊模組，計時器，脈衝寬度調變，以及顯示驅動器。

本發明之智能光感測穿戴輔助裝置，其中該嵌入式系統傳送訊號至無線通訊模組，再由顯示器接收訊息。

本發明之預防吸入性肺炎(胃酸逆流)監測之光感測裝置，具有於照護高危險群之吸入性肺炎預防功能，以及鼻胃管非計畫性拔除偵測功能。

本發明之預防吸入性肺炎(胃酸逆流)監測之光感測裝置，其具有胃酸逆流監測之雙通道光感測裝置架構，且本發明可藉由監測胃酸逆流，進而預防吸入性肺炎(AP)的併發症。

100:智能光感測穿戴輔助裝置

110:霧端計算處理單元

111:感測單元

111A:感測器

111B:感測器

112:類比訊號擷取單元

113:訊號處理單元

114:警報單元114

115:霧端計算處理單元無線通訊模組

120:無線網路

130:雲端計算處理層

131:雲端計算處理層無線通訊模組

132:護理站資料處理中心

133:雲端警報單元

140:智慧行動載具

141:鼻胃管脫落顯示單元

200:預防吸入性肺炎(胃酸逆流)監測之光感測裝置

210:光纖酸鹼值感測器

211:第1感測光纖

212:第2感測光纖

213:第1酸鹼光感測單元

214:食道氣球導管

215:第2酸鹼光感測單元

230:嵌入式系統(訊號處理單元)

231:輸出/輸入介面

232:類比數位資料轉換器

233:內部振盪器

234:嵌入式系統無線通訊模組

235:計時器

236:脈衝寬度調變

237:顯示驅動器

241:無線通訊模組

242:顯示器

有關本發明之前述及其它許多優點，在以下配合參考圖示之一個較佳實施例的詳細說明中，將可更清楚的呈現，其中如下：第1圖顯示本發明之「智能光感測穿戴輔助裝置」；以及第2圖顯示本發明之「預防吸入性肺炎(胃酸逆流)監測之光感測裝置」。

以下請參照所附圖式說明與敘述，以對本發明之實施形態據以描述。在圖式中，相同的元件符號表示相同的元件，且為求清楚說明，元件之大小或厚度可能誇大顯示。

本發明係一種「智能光感測穿戴輔助裝置」，亦可謂之預防吸入性肺炎(胃酸逆流)監測之光感測裝置，具有於照護高危險群之吸入性肺炎預防功能，以及鼻胃管非計畫性拔除偵測功能，於第1圖顯示了本發明「智能光感測穿戴輔助裝置」的結構如下：

如第1圖之本發明「智能光感測穿戴輔助裝置」100，其中霧端計算處理單元110包括：感測單元111(包括感測器111A，以及感測器111B)，類比訊號擷取單元112，訊號處理單元113，警報單元114(包括警報器或警示燈)，以及霧端計算處理單元無線通訊模組(WiFi)115。

而該感測單元111連接該類比訊號擷取單元112，該類比訊號擷取單元112連接該訊號處理單元113，該訊號處理單元113連接該警報單元114，以及該警報單元114連接該霧端計算處理單元無線通訊模組(WiFi)115。

又如第1圖之本發明「智能光感測穿戴輔助裝置」100，本發明之感測單元111係利用光感測原理，實際上採用「應用互補式金屬氧化物半導體(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor,CMOS)」光學感測晶片，成為酸鹼(pH)值感測器，即作為本發明之感測單元111，可具有連續監測鼻胃管的固定狀態之功能，由於白光光源可加深其顏色鮮豔度，故以該「應用互補式金屬氧化物半導體」晶片進行顏色感測，而其感測範圍可從酸鹼值(pH)=1至酸鹼值(pH)=9的範圍。

仍如第1圖之本發明「智能光感測穿戴輔助裝置」100，其中該霧端計算處理單元無線通訊模組115連接無線網路(Wireless)120。

續如第1圖之本發明「智能光感測穿戴輔助裝置」100，其中雲端計算處理(Cloud Computing)層130包括：雲端計算處理層無線通訊模組(WiFi)131，護理站資料處理中心132，以及雲端警報單元133，而該雲端計算處理層無線通訊模組(WiFi)131連接該護理站資料處理中心132，且該護理站資料處理中心132連接該雲端警報單元133。

再如第1圖之本發明「智能光感測穿戴輔助裝置」100，其中智慧行動載具140具有鼻胃管脫落顯示單元141，且該智慧行動載具140連接無線網路(Wireless)120。該智慧行動載具140如智慧型平板電腦(如iPad)或是如智慧型手機(如iPhone)，具有可提供做為護理人員(或是照顧人員)的隨身訊息顯示器的功能。

於第1圖中，本發明「智能光感測穿戴輔助裝置」之雲端計算處理層(Cloud Computing)130，可啟動護理站資料處理中心132，同步以雲端警報單元133，即以WiFi區域網路(IEEE 802.11 Standard,Wireless Local Area Network)應用無線傳輸技術，於智慧行動載具140顯示偵測結果或警示訊息，讓醫護人員得以即早做出適當的處理，即可達到即時雙重確認的機制，提供可信賴的偵測結果。

而於第1圖中，本發明「智能光感測穿戴輔助裝置」之霧端計算(Fog Computing)處理單元110的架構下，由於長照機構/醫院復健室環境需要進行多床位的監測，若需要監測多個資料的節點，每個感測節點即進行初步數據分析，而節點的資料不需要統一傳送到大型資料中心，在長照機構或復健室即為監測中心或護理站，只需將異常數據(資料)回傳至資料處理中心及儲存，不會佔用大量網路頻寬，亦可有效減輕網路流量，因此雲端運算負擔也可減輕，並由霧端計算處理單元110即可啟動警報單元114(可發出警報或閃爍警示燈)。

故而本發明之霧端計算/雲端計算之分工處理的特性，除可提升整體運算效率之外，亦可進而提升長照機構/醫院的照護品質。

而如第2圖之本發明「預防吸入性肺炎(胃酸逆流)監測之光感測裝置」200，其中光纖酸鹼值感測器210包括：第1感測光纖(Optical Fiber)211，第2感測光纖(Optical Fiber)212，第1酸鹼(pH)光感測單元213，食道氣球導管 (Esophageal Balloon)214，以及第2酸鹼(pH)光感測單元215。

如本發明「預防吸入性肺炎(胃酸逆流)監測之光感測裝置」200，其中該光纖酸鹼值感測器210具有體積小，可多點感測，具有生物相容性，以及可以即時連續且在惡劣環境監測的優點，可以容易製作成可攜帶與穿戴感測裝置等優點，其原理係在不同的酸鹼(pH)值溶液中，在吸收物質與光子交互作用下，使得光功率產生變化，而該光纖酸鹼值感測器210會接受不同的光吸收度，且該光吸收度會隨著酸鹼值增加逐漸遞減。

仍如本發明「預防吸入性肺炎(胃酸逆流)監測之光感測裝置」200，其中該光纖酸鹼值感測器210係利用光纖製作酸鹼(pH)值感測器，其可應用亞甲藍光纖製作成酸鹼(pH)值感測器，將亞甲藍光包覆在光纖核心外層，利用漸逝場產生吸收效應進行酸鹼(pH)值感測，具有良好的線性變化，其感測範圍可從酸鹼值(pH)=4至酸鹼值(pH)=11。

如第2圖之本發明「預防吸入性肺炎(胃酸逆流)監測之光感測裝置」200，其中該食道氣球導管214係由高分子塑性材質所製成。

而如第2圖之本發明「預防吸入性肺炎(胃酸逆流)監測之光感測裝置」200，其中該光纖酸鹼值感測器210連接光驅動電路(Light driver circuity)221，以及該光纖酸鹼值感測器210連接光感器(Light detector)222。

如第2圖之本發明「預防吸入性肺炎(胃酸逆流)監測之光感測裝置」200，其中該光驅動電路221，以及該光感器(Light detector)222連接嵌入式系統(Embedded system)230。特別是該嵌入式系統230可輸出至光驅動電路221，該光感器222可輸出至該嵌入式系統230。

猶如第2圖之本發明「預防吸入性肺炎(胃酸逆流)監測之光感測裝置」200，其中該嵌入式系統(訊號處理單元)230包括：輸出/輸入介面(I/O)231，類比數位資料轉換器(Analog-to-digital converter)232，內部振盪器(Internal oscillator)233，嵌入式系統無線通訊模組(WiFi)234，計時器(Timer)235，脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation,PWM)236，以及顯示驅動器(LCD driver)237。

而如第2圖之本發明「智能光感測穿戴輔助裝置」200，其中該嵌入式系統230傳送訊號至無線通訊模組241，再由顯示器242接收訊號，具有可提供做為護理人員(或是照顧人員)的隨身訊號顯示器的功能，其中該顯示器242可為LCD顯示器。

於第2圖之本發明「預防吸入性肺炎(胃酸逆流)監測之光感測裝置」200，具有於照護高危險群之吸入性肺炎預防功能，以及鼻胃管非計畫性拔除偵測功能，其具有胃酸逆流監測之雙通道光感測裝置架構，且本發明可藉由監測胃酸逆流，進而預防吸入性肺炎(AP)的併發症。

以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍：凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。