eNightLog智能夜間監測系統
避免罹患腦退化症長者跌倒或走失
人口老化對醫療體系構成前所未有的挑戰，是全球各國都要面對的難題。據香港政府統計處預測，到了2040年，幾乎每三個香港人之中，就有一個年滿六十五歲[1]。常見的老年健康問題，如腦退化症、身體虛弱和行動不便等，都是長者較易跌倒的主因。在年過八十的長者當中，估計百分之二十至三十患有不同程度的腦退化症[2]。目前，不少護老院舍會以物理方式(如約束衣)或化學方式(如安眠藥)約束罹患腦退化症的長者，以確保他們安全，然而常有院舍濫用約束手段，或傾向過度約束長者，故備受道德非議。其實，要有效防止長者跌倒或走失也非別無他法，例如增加護理人手以給予長者更多關注，但這對資源緊絀的院舍而言，似乎並不可行。因此，生物醫學工程學系梁顯利生物醫學工程教授及系主任鄭永平教授率領研究團隊，開發名為eNightLog的智能系統，以實時分析長者的行為及監測其維生指數，若發現異常情況，系統便會立刻向護理人員發出警報，讓他們能及時為長者提供支援。本文請來有份參與此項研究的高級科學主任張忠偉博士為我們介紹此系統。
物理方式約束的問題
眾所周知，罹患腦退化症人士的記憶力及其他認知功能會逐漸衰退。有時候，他們拔掉身上的監測儀器或束縛，逃離院舍，最終導致迷失方向，原來只為出外呼吸一口新鮮空氣或回到昔日的住所。另外，患有腦退化症的長者的體力和平衡力亦會減退，因此特別容易跌倒受傷。物理方式的約束方法能夠限制長者的活動，似乎是保護他們的合理方案。不過，有研究指出，物理方式的約束在減少跌倒和意外方面的成效並不如其他方案。張博士解釋說：「若人體長時間無法活動會影響肌肉力和骨質情況，所以在約束解除後，患者會更容易跌倒。此外，物理方式的約束也可能影響長者的心理，令他們感到自卑、焦慮，甚至導致抑鬱。」
eNightLog：監測長者活動及維生指數
在香港，大多護老院舍都有夜更護理員人手不足的問題，以致長者無法在晚上得到足夠的照顧。eNightLog智能系統正好彌補這個缺口，它結合了遠程傳感器、圖像處理、機器學習、大數據分析、物聯網（IoT）及雲端應用程式等技術，能輔助院舍監察長者的活動及睡眠。系統中的紅外線和脈衝雷達傳感器乃隱藏於假天花板及燈具內，這樣，長者就不會因為覺得受監視而產生不安感。其中，脈衝雷達的作用是監察長者的呼吸率；而紅外線傳感器則是用來記錄他們的夜間活動，這些信息由具備人工智能的電腦作分析，若長者離床，系統就會向護士站及護理員的手機發出通報，以便提供協助和照顧。張博士補充道：「智能系統會分析紅外線影像的序列，因此能分辨長者是在床上還是已離床。我們曾在真實的護老院宿進行實驗測試，系統能偵測長者離床的準確度高達98.6%，而且鮮有誤鳴的情況。」系統的規模可按需要擴大，能夠同時監察多位長者。團隊正積極研究，期望系統未來可配合穿戴式設備使用，例如配合健康腕帶，即可同時監測長者的脈搏、體溫、血壓、睡眠質素等，為醫護團隊提供更多健康數據，保障長者安全。護理員更可依個別長者的身體狀況，為個別有需要的長者設定特定的維生指數範圍，萬一系統偵測到異常情況，便可即時向照顧員發出警報，讓長者及時得到適切的支援。eNightLog的臨床測試現正在賽馬會耆智園進行，團隊將在未來兩年內於另外三家護老院舍安裝此系統。
2018年4月，eNightLog於第46屆瑞士日內瓦國際發明展中奪得一項金獎。
[1]《Hong Kong Population Projections 2015 – 2064》第22頁。2015年9月。香港政府統計處。 擷取自網頁 https://www.statistics.gov.hk/pub/B1120015062015XXXXB0100.pdf
[2] Cheng, Ivy.《Care services for elderly persons with dementia》。2017年2月21日。中華人民共和國香港特別行政區立法會。擷取自網頁https://www.legco.gov.hk/research-publications/english/essentials-1617ise10-care-services-for-elderly-persons-with-dementia.htm#endnote2
原文：
https://www.polyu.edu.hk/ife/corp/tc/publications/tech_front/17724
2018年10月22日星期一
香港理工大學 技術前沿 (2018年9月號)
光學微結構的精密微納印壓設備
嶄新節能技術降低微納鏡片的生產成本
曾幾何時，攝影機的價格相當高昂，不是每個家庭都買得起一台攝影機的；假若攝影機的鏡頭包含了非球面組件，那它的售價肯定會更高。非球面透鏡的輪廓線不是單一的弧度，它是較複雜的曲面形狀；與球面透鏡相比，非球面透鏡產生較少的色差，故它的成像較為清晰。以往，球面透鏡可用機器大量生產，非球面透鏡則必須由人手逐一打磨拋光。到了今天，隨著智能手機普及化，攝影變成了全民嗜好，每一個人都可成為攝影師。再者，現在拍照幾乎不費成本，原因之一是鏡片能以模壓方式生產，毋須人手打磨。為了進一步降低成本，節省耗能，提升生產力，工業及系統工程學系李莉華博士的科研團隊開發了嶄新的微納印壓技術，以省電的方式把光學玻璃壓塑成精密非球面微納鏡片，把成本調低至前所未有的水平。
傳統玻璃鏡片
以模壓形式生產微米和納米級光學玻璃組件比以塑料注塑生產困難得多。首先，玻璃需要加熱至極高溫度才會軟化，整個真空腔體也要以紅外線加熱，所以會消耗大量能源。此外，由於模具必須能承受高溫和高壓，耐腐蝕，故多以碳化鎢製成，但碳化鎢成本甚高，加上非常堅硬，難以精確地切割，所以生產週期較長，令成本增加，結果提高了成品的價格。
新型玻璃微納印壓
針對這些難題，研究團隊構思了新的微納印壓的概念。李博士解釋說：「我們的目的是局部加熱玻璃表面，而不是加熱整塊玻璃、整個模具嵌件和腔體，也就是說，預熱、塑型、冷卻所需的時間縮減了，耗能少了，生產週期自然縮短。」為了快速加熱模具表面，微納印壓系統採用表面有石墨烯類碳塗層的矽製模具；通電後，塗層會快速升溫，而熱量則保存在矽製模具之中。由加熱、壓塑到冷卻，整個過程可於兩分鐘內完成，遠比傳統玻璃成型方法省時。另外，矽材料的特性令模具同時有溫度感應功能，可以直接、快速地控制溫度，加上矽較碳化物容易切割，所以成本較低。系統結合了石墨烯類塗層和溫度控制組件的一體化設計，可謂集塑型、加熱和感應功能於一身。團隊發現，與傳統玻璃成型方法相比，微納印壓系統可省電達九成以上，而生產成本亦較傳統方法低三分之一。
李博士補充道：「除了智能手機相機鏡頭外，以微納印壓技術製成的光學玻璃組件還可應用於數碼投影機、影印機、太陽能電池和立體光場攝影機等。」
2018年4月，光學微結構的精密微納印壓設備於第46屆瑞士日內瓦國際發明展中榮獲金獎殊榮。
原文：
https://www.polyu.edu.hk/ife/corp/tc/publications/tech_front/17832
嶄新節能技術降低微納鏡片的生產成本
曾幾何時，攝影機的價格相當高昂，不是每個家庭都買得起一台攝影機的；假若攝影機的鏡頭包含了非球面組件，那它的售價肯定會更高。非球面透鏡的輪廓線不是單一的弧度，它是較複雜的曲面形狀；與球面透鏡相比，非球面透鏡產生較少的色差，故它的成像較為清晰。以往，球面透鏡可用機器大量生產，非球面透鏡則必須由人手逐一打磨拋光。到了今天，隨著智能手機普及化，攝影變成了全民嗜好，每一個人都可成為攝影師。再者，現在拍照幾乎不費成本，原因之一是鏡片能以模壓方式生產，毋須人手打磨。為了進一步降低成本，節省耗能，提升生產力，工業及系統工程學系李莉華博士的科研團隊開發了嶄新的微納印壓技術，以省電的方式把光學玻璃壓塑成精密非球面微納鏡片，把成本調低至前所未有的水平。
傳統玻璃鏡片
以模壓形式生產微米和納米級光學玻璃組件比以塑料注塑生產困難得多。首先，玻璃需要加熱至極高溫度才會軟化，整個真空腔體也要以紅外線加熱，所以會消耗大量能源。此外，由於模具必須能承受高溫和高壓，耐腐蝕，故多以碳化鎢製成，但碳化鎢成本甚高，加上非常堅硬，難以精確地切割，所以生產週期較長，令成本增加，結果提高了成品的價格。
新型玻璃微納印壓
針對這些難題，研究團隊構思了新的微納印壓的概念。李博士解釋說：「我們的目的是局部加熱玻璃表面，而不是加熱整塊玻璃、整個模具嵌件和腔體，也就是說，預熱、塑型、冷卻所需的時間縮減了，耗能少了，生產週期自然縮短。」為了快速加熱模具表面，微納印壓系統採用表面有石墨烯類碳塗層的矽製模具；通電後，塗層會快速升溫，而熱量則保存在矽製模具之中。由加熱、壓塑到冷卻，整個過程可於兩分鐘內完成，遠比傳統玻璃成型方法省時。另外，矽材料的特性令模具同時有溫度感應功能，可以直接、快速地控制溫度，加上矽較碳化物容易切割，所以成本較低。系統結合了石墨烯類塗層和溫度控制組件的一體化設計，可謂集塑型、加熱和感應功能於一身。團隊發現，與傳統玻璃成型方法相比，微納印壓系統可省電達九成以上，而生產成本亦較傳統方法低三分之一。
李博士補充道：「除了智能手機相機鏡頭外，以微納印壓技術製成的光學玻璃組件還可應用於數碼投影機、影印機、太陽能電池和立體光場攝影機等。」
2018年4月，光學微結構的精密微納印壓設備於第46屆瑞士日內瓦國際發明展中榮獲金獎殊榮。
原文：
https://www.polyu.edu.hk/ife/corp/tc/publications/tech_front/17832
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