患有慢性心血管疾病的患者可以通過醫(yī)院的心電圖 (Electrocardiography, ECG，亦稱EKG) 量測儀檢測急性心臟病的特征，如仍難以被及早發(fā)現(xiàn)的室性早搏 (Premature Ventricular Contractions, PVCs)，一般來說，高血壓為PVCs好發(fā)族群，頻繁的PVCs可能會導致猝死。因此，對于患者而言，使用可穿戴設(shè)備獲取精確的健身及心臟健康數(shù)據(jù)對其有十分大的幫助。雖然ECG在病理特征領(lǐng)域中以電信號執(zhí)行較光學精確，但通過光學式體積描記圖 (Photoplethysmography, PPG)，心率量測相對簡單。隨著穿戴式產(chǎn)品的普及化，穿戴式裝置應用于ECG/PPG等相關(guān)生理量測系統(tǒng)也成為一種日益增長的需求，本文將通過對可穿戴式裝置實現(xiàn)實用，精確的ECG/PPG進行解說，并延伸說明信號標準測試的重要性。

心電圖重要特征（第一導程心電圖為例）

經(jīng)由上述過程，心臟就能完成一次周期性的收縮和舒張，以電信號的觀點來看就是去極化、再極化的過程，將電信號復合并記錄在心電圖紙上，就是一份心電圖 (Figure 1a)。

Figure 1a – ECG (Electrocardiogram)

心電圖的12導聯(lián)分析

導聯(lián) (Lead)指的是2個ECG電極之間的假想線，12導聯(lián)心電圖 (Figure 1b)會產(chǎn)生12個獨立的圖形，但實際上人體上只接了10個物理電極，標準心電圖中的12個導聯(lián)分為：

1. 標準肢體導聯(lián)：I，II，III
2. 加壓導聯(lián)：aVR，aVL，aVF
3. 胸前導聯(lián)：V1，V2，V3，V4，V5，V6

有些心電圖機可多聲道錄音并記錄單個節(jié)拍的所有導聯(lián)，能更好地分析復雜的心律異常。

Figure 1b – 12-Lead ECG (Electrocardiogram)

底下的12導聯(lián)心電圖Figure 1c為實際案例，一名48歲無嚴重病史的男子被送往急診室，患有嚴重的呼吸困難和頭暈。他敘述過去4個月的類似癥狀，經(jīng)心電圖顯示，37毫秒時出現(xiàn)明顯的室性早搏 (PVCs)，進而診斷出主動脈尖瓣心律過速等癥狀。

Figure 1c – PVCs shows on 37msec

穿戴式裝置具備心率量測功能已成為趨勢

簡單的說，ECG的量測主要利用通過心臟兩極的電位差來輸出圖形，相對于光學式手環(huán)/手表，PPG (Figure 2)光體積描記圖的量測簡單快速，雖然病理特征上光體積描記圖波形仍缺乏對疾病驗證，但其心率量測功能已大量用在運動手表及穿戴式裝置上 (Figure 3)。

Figure 2 – PPG (Photoplethysmography) – from PhysioNet

Figure 3 – Wearable Devices with Heart Rate Detection

ECG/PPG 信號標準測試

市面上利用PPG來量測心率的穿戴式裝置百家爭鳴，廠商皆宣稱自家健康手環(huán)/手表功能強大，但信號波形每家都不同，而且微小的生理信號在量測上需要至少經(jīng)過2層以上的放大器，才有可能得到比較清楚的信號，故產(chǎn)品端失真的情況時常發(fā)生，百佳泰預計導入ECG/PPG信號標準測試 (Figure 4, 5)，協(xié)助客戶產(chǎn)品通過IEC 60601-2-47, China YY0885規(guī)范之前期驗證，就IEC 60601-2-47標準測項里第201.12.4.4 Incorrect output來看，用AECG4.0的標準測試儀器就有下列Table 1的10個測項要做：

Table 1 12 test items in IEC 60601-2-47

Figure 4 – ECG Signal define GUI

以ECG信號為例，一般都以R波的間距來判斷心率，正常人的R波的頻率會落在0.5Hz~4Hz之間，換算心率為兩秒1下到一秒4下之間，若產(chǎn)品量測的心率落在此區(qū)間才判定為通過，PPG的產(chǎn)品心率也是同樣的道理。

Figure 5 – PPG Signal define GUI

ECG/PPG 穿戴式裝置驗證 盡在百佳泰

百佳泰實驗室可分別針對醫(yī)規(guī)之心電圖機及運動用心率表做IEC60601-27及深圳市智能穿戴產(chǎn)業(yè)聯(lián)合會所訂定之基于 ECG/PPG技術(shù)的智能穿戴產(chǎn)品的測試方法做量測。以市面上的醫(yī)規(guī)ECG心電圖機 (Figure 6a) 及PPG心率表 (Figure 6b) 來做測試樣品，可正確的藉由儀器的發(fā)射Sensor，打出標準ECG/PPG信號，來量測測試樣品的穩(wěn)定度及精準度，同樣的，對于穿戴式產(chǎn)品, 驗證時嚴格規(guī)范產(chǎn)品的基本波形，后續(xù)的心臟疾病判斷才有意義。

Figure 6a – ECG Device Sample Tested by CMRR

Figure 6b – PPG Watch Tested by AECG

根據(jù)2018年資策會對ICT (Information and Communication Technology，簡稱ICT) 品牌業(yè)者健康照護穿戴裝置發(fā)展分析一文，ICT業(yè)者持續(xù)與醫(yī)療單位合作,試圖建立解決方案，甚至Apple, Samsung, Garmin已導入保險應用；不僅是高階的醫(yī)療體系照護服務及符合醫(yī)療規(guī)范的產(chǎn)品，到低階的操作性便利的心率、步數(shù)、卡路里手環(huán)，消費性的運動裝置，甚至藍牙?，Wi-Fi通訊的測試也要經(jīng)過嚴格的檢驗， 才能確保消費者的權(quán)益。百佳泰致力于提供穿戴式裝置全方位的解決方案，協(xié)助客戶在驗證及檢測上有效提升產(chǎn)品的信賴度及產(chǎn)品質(zhì)量，想了解相關(guān)的信息，請聯(lián)系cn_service@allion.com.cn。

有趣的是，自2013年開始發(fā)跡的穿戴式科技，僅僅花費一年的時間，就成功擠身為年度大展的主角。輔佐市調(diào)公司IMS Research的調(diào)查資料也可證實，2011年全球穿戴式裝置市場約有20億美元的營收，預計到2016年的銷售總額可達60億美元；IMS Research亦表示（見下圖），2011年約有1,400萬臺穿戴式裝置上市，預計到了2016年，穿戴式裝置的出貨量將高達1.71億臺，整體市場發(fā)展規(guī)模不容小覷。

綜觀穿戴式科技的應用不難發(fā)現(xiàn)其功能皆著墨在無線傳輸Bluetooth?、數(shù)據(jù)處理與精密的感應偵測技術(shù)等，套用在實際應用面向上則發(fā)展出可收集、記錄、管理乃至于傳送使用者的呼吸、心跳、脈搏、體溫以及血壓等重要生理數(shù)據(jù)至手機或云端系統(tǒng)。由此可見，Bluetooth?技術(shù)（尤其是低功耗的Bluetooth 4.0）在此扮演著非常關(guān)鍵性的角色，其擁有低耗電量特性，可長時間以最低耗電模式來記錄持續(xù)性的數(shù)據(jù)，順理成章成為穿戴式科技首選的最佳無線傳輸技術(shù)。為了確保Bluetooth?技術(shù)的傳輸質(zhì)量，相關(guān)的認證測試過程也成為各廠商關(guān)注的焦點，而百佳泰的Bluetooth 4.0認證測試（Bluetooth Qualification Testing Facility，BQTF）服務正好提供廠商最完整的認證測試執(zhí)行、裝置兼容性驗證、問題偵錯以及咨詢服務。

隨著智能型手機市場發(fā)展至一個飽和的階段，相關(guān)鏈接裝置與應用也一并受惠，由此而生的穿戴式裝置毋須太尖端的產(chǎn)制技術(shù)與成本花費，它所向往的是更符合人體工學的使用情境與需求。在今年CES 2014即明顯地看到穿戴式裝置持續(xù)發(fā)光發(fā)熱，包含Sony、LG到知名運動品牌Nike、Adidas皆爭相推出擁有獨自特色的穿戴式科技，為這場科技饗宴激起更多的火花。

由Sony Mobile所發(fā)表的穿戴式裝置Smart Band是透過橡膠材質(zhì)打造，經(jīng)由Bluetooth?技術(shù)可進一步與智能型手機、平板電腦中的應用程序作配對，接著就可以當作心跳率測量器、計步器以及運動里程紀錄等工具使用。如上圖所示，手環(huán)內(nèi)嵌一個可拆卸式的傳感器，使用者可以將其隨身攜帶于口袋或包包里，傳感器依舊可以繼續(xù)紀錄與偵測活動。另外，Smart Band沒有內(nèi)建顯示屏幕，此時與智能型手機的協(xié)同運作就顯得極為重要，不論是用戶收到電話、訊息等通知，或是聆聽音樂時，都可以透過Smart Band來提醒并控制手機，相當于智能型手機的貼身助手一樣。

LG發(fā)表的 Lifeband Touch也是透過Bluetooth?技術(shù)來與智能型手機連結(jié)。藉由觸控式OLED屏幕，用戶可以隨時掌握目前的時間、心跳率以及相關(guān)運動追蹤記錄。和SONY Smart Band一樣，Lifeband Touch也可顯示手機來電與進行音樂控制等功能。較突出的設(shè)計是，Lifeband Touch能搭配所屬的心跳測量耳機Heart Rate Earphone，其運用了PerformTek?感應技術(shù)，能從耳朵內(nèi)部擷取更精準的生理反應數(shù)據(jù)如心跳率、血流量和最大氧氣攝取量（maximal oxygen uptake，VO2max），達成更深層的生理監(jiān)測。

在各大科技品牌瞄準現(xiàn)代人追求健康與運動管理的便利性，紛紛推出可實時監(jiān)看運動狀況的穿戴式裝置，身為知名全球的運動品牌如Nike和Adidas當然也不惶多讓地推出自家穿戴式科技產(chǎn)品。整體來說，其功能性定位較偏向健身監(jiān)測系統(tǒng)；透過科學化的訓練方式，讓使用者更能規(guī)劃適合自身條件的運動配速、訓練方式以及鍛煉策略等。值得注意的是，未來運動品牌的服飾也將內(nèi)嵌相關(guān)的感應偵測裝置化身為智能紡織品（smart textiles），讓更精密的生理探測范圍能包覆全身，再讓數(shù)據(jù)傳送至配戴在手腕上的裝置，用戶更能完整掌握實時的生理與運動狀況。

面對全球終將引爆的穿戴式科技裝置市場商機；百佳泰早在2013年底就對市售幾款智能手表進行詳盡的測試評比（詳情請見手腕上的新寵兒：Smart Watch智能手表測試報告）。穿戴式科技的應用范圍不僅廣泛更亟需積極的測試驗證過程，才能確保其軟、硬件整合更為完善。不同以往科技裝置的使用情境，各廠商必須思考如何將新型態(tài)的操作行為融入使用者經(jīng)驗；如同「賽博格」（cyborg）一般，穿戴式科技才能真正成為使用者身體的一部分。