1. 居家生理訊號量測設備感測技術簡介
莊秀惠
2012 年4 月 25 日

2. 設  可接受的價格
計  簡便的操作方式
考
量  非侵入式(non -invasive) 、低干擾式 (non- or
less obtrusive)
 足夠的準確度
 體溫 (body temperature)
量  體脂 (body fat)
測  血壓 (blood pressure)
項
目  血糖 (blood glucose)
 血氧濃度 (blood oxygenation)
 心電圖 (electrocardiogram, ECG/EKG)

3. 體溫計 (thermometer)
體溫計必須比一般溫度計準確度要求更高，通常準確度
至少為0.1°C 、甚至 0.05 °C，才能適用於體溫量測。
 量測裝置類型：
› 水銀式(mercury mercury-in in-glass)
› 熱敏電阻式(thermistor)
› 紅外線感應式(infrared)
 水銀式體溫計
› 水銀熱膨脹特性穩定，量測準確、成本低
› 水銀比熱大、量測速度較慢，玻璃有破裂之虞，重複使用須清潔
消毒
 熱敏電阻式體溫計
› 感溫金屬探頭與熱敏電阻連接，量測其隨溫度改變的端電壓測
得
› 數位顯示、準確快速、成本低

4. 紅外線式體溫計
 紅外線式體溫計
› 耳溫槍
› 額溫槍
› 紅外線熱影像測溫儀
 紅外線式量測方式精準、快速，使用無衛生問題
 以熱電堆 (thermopile) 感測人體輻射之紅外線
強度達成
› 熱電堆的工作原理乃在於當待測物溫度與sensor本身
的溫度有一差異時，熱電堆會產生一電壓輸出訊號，
溫度差異越大輸出電壓就越大。

5. 耳溫槍
 耳溫槍的設計原理
 利用紅外線去掃描耳膜所釋放出的熱能，來得知你的體溫。由
於耳膜位於頭骨內接近體溫控制中樞“下視丘”的位置，充分得到頸動脈血流供應，所
以當人體的中心溫度有變動，便可即時地由耳膜的溫度反應出來，再將之推算為口溫
或肛溫，作為溫度的參考。
 「下視丘」是體溫的中心點，由於耳朵內的耳膜及周遭組織血流，與「下視丘」附近
的血流相通，因此耳膜後的溫度，與體溫中心點之溫度類似，也是最早反映發燒的一
個部位。
 耳溫槍的正確用法：
將「槍頭」伸入耳內，越深入越好，同時以另一手把外耳翼上半部向上拉（
一歲內幼兒）或向後拉（一歲以上），以利耳道能伸展變直。有時病人明明
已體溫上升，但所量耳溫卻正常，此並非耳溫槍不準，而是「槍頭」角度未
能剛好對準耳膜，而掃瞄到耳道其他溫度低的部位。

6. 額溫槍
 額溫槍是測量人體表面的溫度，人體的表面溫度都會略低於
人體的核心溫度1~2°C甚至更多，所以直接以體表所測得的
溫度來做為判讀是不正確的。
› 電視上看到用來量陳水扁總統的額溫槍，看到紅紅的亮點，那是
LED發出來的紅光，用來顯示儀器量測到那個紅點位置的溫度，
此紅點不是紅外線。額溫槍是以單點的方式來測量體溫，是否能
夠真正的測到人體的最高溫度，就要看使用者的操作熟練與否了
。所以陳水扁總統第一次量出34點多度，第二次量出35.1℃的溫
度，誤差非常大！
 使用額溫槍不可離額頭太遠，一般規格顯示為10cm以內，
這是因為單點式的感測器的點解析度會隨著距離越遠而變大
（如下圖），因此測到的溫度誤差比較大。

7. 紅外線熱影像測溫儀
 紅外線熱影像測溫儀採面的量測方式，使用者可快速
的來量測整個人體的表面溫度，並設定適當溫度為管
制值，快速篩選體溫較高之人員。
› 雖然人體表面溫度會受到環境溫度（如對流）的影響，但
藉由熱影像可立即看到體表最高溫度的位置，免除了單點
測溫（額溫槍或門框式紅外線測溫）未必偵測到最高溫的
不便。
 特別需要注意的是紅外線熱像測溫量測到的仍是體表
溫度，因此使用前須針對現場環境對人體表溫度與核
心溫度比對。
 而針對體溫監控的應用，儀器皆須長時間運作，因此
對紅外線熱像測溫設備是否具有自動溫度飄移補償之
校正的設計，是否能夠長時間使用並維持其穩定度與
準確度，避免誤報，便是選擇設備必須注意的重點。

8. 體脂計
 以「生物阻抗分析法 (Bio Bio-electric Impedance
Analysis, BIA)」測定體脂。
 脂肪的電阻抗較高、肌肉則阻抗較低。
 量測時於腳尖與腳跟之間施以不同頻率的交流訊號
(50kHz~100kHz) 量測電流大小（約 0.1mA~1mA
1mA）與阻抗變化，加上測得的體重資訊以及其他）
輸入參數後，便能評估體脂。
 常與電子式體重計整合。

9. 血壓量測 (1/2)
 血壓為心臟收縮或舒張時，動脈內血液對其血管壁所施加的
壓力
 心臟收縮－舒張週期中，舒張過程約占整個週期三分之二，
因此平均動
 脈壓 (mean average pressure, MAP) 、舒張壓
(diastolic pressure) 以及收縮壓
 (systolic pressure) 之間的關係可由下式近似估計：
MAP×+×=
 典型的量測原理採用「聽診法(auscultatory method) 」
，以可充氣式上臂壓脈帶 (cuff) 、水銀壓力計
((sphygmomanometer) (sphygmomanometer))以及聽
診器搭配使用
 以科氏音(Korotkoff sounds) 辨別收縮壓與舒張壓

10. 血壓量測 (2/2)
 家用全自動血壓計感測原理主要分為「聽診法」及「示波法
（ oscillometric method ，或稱震盪法）」兩類
› 聽診法：以麥克風辨識科氏音，原理類似典型血壓計
› 示波法：利用內置於壓脈帶的震動感測元件 (pulsatile sensor) 感測
 聽診法測定方式容易受外界聲音或身體動作影響量測結果。
 以示波法量測時，產生脈搏時的壓脈帶壓力 即為收縮壓，接
下來的期間所測得最大強度 脈搏，其壓脈帶壓力即為平均動
脈壓，並近 似求得舒張壓。
 示波法原理所需元件較少，對於壓脈帶配戴 方式差異的影響
也較低， 已經廣泛應用於一 般商品化家用全自動電子式血壓
計

11. 血糖量測 (1/2)
 血糖(blood glucose)為靜脈全血 (whole blood) 中的葡萄糖
濃度 (mg/dl, mmol/L)。
 家用血糖儀包含血糖機、採血針(lancet) 、試片 (test strip)
。
 採血針以快速往返之細針(φ=0.3mm~0.8mm 0.8mm)，穿刺
採血部位 1.8mm~3.0mm 的深度 ，取出約0.5 0.5μL的少量血
液樣本。
 指尖處多佈滿微血管，其血
糖值較接近靜脈血糖值，且
血液體積流率較快， 是常見
而合適的採血部位。
 血液樣本滴至試片後，
將試片輸入血糖機即可讀取
血糖值。

12. 血糖量測 (2/2)
血糖試片─生物感測器
 主要採用電化學原理，由於葡萄糖無法被直接量測，因此需要透過生物
 感測器 (biosensor) biosensor)，間接量測血糖經過氧化反應後的物質成分
來達成。
 以葡萄糖氧化酶(glucose oxidase , GOx or GOD) 或葡萄糖去氫酶
(glucose
 Dehydrogenases , GDH)酵素作為血糖氧化反應的催化劑。
 以澱粉凝膠、矽膠、或聚丙烯醯胺(polyacrylamide) 等物固植
(immobilize)
 於試片內，維持其催化特性。
 血液在試片上經過酵素快速催化，產生如下變化：
葡萄糖＋氧→葡萄糖酸 ＋過氧化氫
 反應後以血糖機量測試片內電極的導電性
變化，即可測得血糖值。

13. 血氧濃度量測 (1/2)
 血紅素(Hemoglobin, Hb )對於特定光譜的吸收特性隨著攜
氧量而有所改變。
 動脈血液中氧合血紅素HbOHbO2(oxygenated
hemoglobin) (濃度高，對於藍光有較高的吸收特性，對紅
光吸收性相對較低。
 HbO2與Hb（去氧血紅素 ）對波長 660nm 的紅光呈現較
大吸收率差異；波長805nm 805nm（近紅外光）為兩者的
等吸收點 (isobestic point) ，幾乎呈現相同的光，吸收率
。

14. 血氧濃度量測 (2/2)
 目前以光學式脈搏血氧濃度儀 (SpO 2)為主流。
 手指與耳垂部位組織層較薄，充滿微血管與血液貫流
，相當適合作為量 測血氧濃度的量測點。
 血氧濃度由兩個不同波長光源交替照射測試部位，比
較其間光強度吸收 特性測得。
 動脈血液與皮膚組織對光吸率會呈週期性變化 ，亦可
由以此方式量測脈 搏。

15. 心電圖量測 (1/4)
 肌肉離子濃度不平衡時「極化 (polarization)
與「去極化 (depolarization) 過程產生，使肌肉
收縮或鬆弛 ，人體器官與組織的運作，將伴隨特
定的身 體「生物電位 (bio potential) 」變化。

16. 心電圖量測 (2/4)
電極貼片
 ECG須以貼附於皮膚的電極(electrode) 測得。
 目前以可拋棄式的Ag Ag-AgCl 貼片電極為主流，價格低，使
用衛生方便。
 貼片電極以銀(Ag) 作為電極的基材，再鍍上氯化銀 (AgCl
AgCl)，以及膠狀電，解質塗佈（水、氯化鈉與氯化鉀等 ）。
 膠狀電解質可降低因身體動作或電極貼片位移所造成的雜訊或
異常訊號，並提供良好的阻抗匹配，達成良好的傳導效果。
 另有吸附式電極(suction electrode)
以橡膠汽球抽取真空方式吸附
於皮膚，可重複使用，並方便
調整量測位置。

17. 心電圖量測 (3/4)
 心電圖導程
 任兩個電極間所測得的電位差稱為「導程
 (lead) 」。
 臨床上ECG 量測採用12 導程心電圖，包含 6個胸導程與 6個肢
導程。
› 3個雙極導程 (bipolar leads) leads)：含標準肢導程 ：(Lead I, II, III)
III)，為最基本的導程，，又被稱為 “Einthoven Triangle Triangle” （
圖 a）
› 3個單 極導程 (unipolar leads) leads)：又稱「增大肢導程 ：
(augmented limb leads) 」，包含aVR 、aVL 與aVF （圖 b）
› 6個胸導程： V1至V6 （圖 c）

18. 心電圖量測 (4/4)
家用心電圖量測紀錄儀
 目前市面上針對居家環境使用所開發的簡易型手持式
心電圖量測記錄器(handheld ECG) ECG)，可達成
資料紀錄與即時分析功能。
 為求使用上的便利性，這類產品都以第一導程(lead
I) 量測心電圖，以雙手拇指壓按電極即可進行量測
。
 免電極電解液設計，可提升使用的便利性。