◆ 介紹

生理訊號在臨床研究、運動科學和開發幫助電腦理解人類訊號技術等的研究領域上至關重要。這些訊號顯示了身體如何反應和運作，這使得它們對於科學進步有其關鍵的角色。選擇正確的生理訊號研究系統便十分關鍵。正確的工具可以帶來重大發現，而錯誤的工具可能會錯過重要資訊。

本指南將回答您在選擇生理訊號工具時可能遇到的一些常見和不太明確的問題。旨在透過提供清晰的資訊和專家建議來幫助您做出最佳決策。

您將會學到什麼：

• 生理訊號基礎: 了解生理訊號是什麼及其在研究中的重要性。

• 選擇研究設備: 了解如何為您的專案選擇正確的生理訊號研究系統。

• 專家使用建議: 根據我們豐富的經驗獲得實用技巧，以改進您的研究。

◆ 了解生理訊號

什麼是生理訊號？

生理訊號是我們的身體在不同活動中產生的重要訊號。這些訊號可以是自發性的訊號，例如我們移動肌肉時的訊號；也可以是非自發性的訊號，例如心臟的跳動。

這些訊號包括多種類型，例如來自心臟的電生理訊號、腦波、肌肉運動，甚至是簡單的呼吸動作。它們就像我們的身體用來告訴我們有關我們的健康、福祉以及身體表現重要訊息的一種語言。

生物訊號是理解人類生理學的基石，其分析是開啟醫療診斷、運動表現優化、神經學研究等不同領域見解的關鍵。測量生理訊號使研究人員和臨床醫生能夠檢查和了解人體並開發有助於醫療創新的技術。

◆ 測量現實世界中研究應用到的生理訊號

生理訊號研究系統不再僅僅存在於實驗室中。它們現在被用於許多現實世界的情境。您可能已經在實驗室的桌上看到了傳統、笨重的「實驗室外觀」系統設備或是現代版本的便攜式多工感測器系統。如今，即使是消費產品也能具有可以滿足某些研究需求的功能和內建的感測器。

在這些情況下，基本設定都是相似的：感測器貼附著在人的身上，設備收集並記錄測量到的相關數據。然後可以立即或是稍後在行動版或電腦版軟體上查看這些數據，以進行更詳細的研究。在某些情況下，所有的東西都建置於同一個設備中，而另外的一些則是具有實際可見的外在連接零件。

在討論哪種設備才是最好的之前，請在下一節中先定義出您的研究目標。

◆ 定義您的研究目標

正確的設備能幫助您實現您的研究目標。這就是為什麼定義您想要實現的目標並了解您研究系統的要求很重要。

為了幫助您做出最佳選擇，無論您是與生理訊號專家合作還是自己選擇設備，請考慮以下五個關鍵問題：

1. 需要同時監測多少位參與者？

思考一下同時需要監測多少個人。有時候需要多個系統同時監測多個參與者，而其他時候，也許一個系統就足夠了。確定參與者的最小和最大數量，可以用來了解您需要多少設備。 （通常建議每位參與者使用 1 台設備）。

2. 研究的關鍵參數是什麼？

之前研究項目可能並不一定都清楚對特定生理訊號的需求。您可能更熟悉您期望能觀察到的參數類型。而您選擇的參數便已經說明了一些重要的資訊，例如您的研究所需的感測器數量和類型。

了解需要監測哪些生理訊號非常重要。例如，如果需要監測心率，那就需要決定是使用心電圖/心跳電位（Electrocardiography，ECG）、血流脈衝（Blood Volume Pulse，BVP）或是血氧飽和濃度（Blood Oxygen Saturation，SpO2）的感測器。每個都有不同的優點和限制。

3. 需不需要在感測器的放置位置上做出妥協嗎？

在傳統的臨床情境設定中，最佳的感測器放置位置通常是遵循臨床標準的放置位置，無關乎使用者的移動性如何。通常來說，這些影響相對很小，因為參與者主要是在受控和受限的環境中接受監測。

但在現實世界的實驗中，情況可能並非如此。如果參與者需要自由移動或使用雙手，例如需要與電腦互動時，你可以選擇不同的感測器。例如，可以使用 ECG 感測器來取代手指上的 BVP感測器。

4. 研究的設置需要多少的活動性？行動上的限制到什麼程度？

參與者是坐在辦公桌前還是四處走動都會影響你對設備的選擇。定義這個活動程度的問題有助於快速區分桌上型系統、穿戴式和無線裝置的需求。

5. 要如何管理記錄收集到的資料？

市場上的大多數研究系統都配備自己的訊號擷取軟體，可讓您在軟體中記錄和視覺化所擷取的感測器資料。然而，並非所有軟體都帶有內建分析工具或匯出感測器資料的選項，可以讓您在原始軟體缺乏任何功能的情況下於任何的其他地方進行數據資料的處理。

重要的是您要對軟體的預期有一個清晰的認識，以了解其優點和限制。例如，不太懂科技或軟體的用戶可能更喜歡只需按一下按鈕即可提供全套分析結果的軟體，而其他人則可能更喜歡使用開發人員工具並完全跳過原始軟體或尋找第三方軟體支援。

◆ 生理訊號研究系統的類型

生理訊號研究系統有各種規模和形式，每種系統都有獨特的優點和挑戰。讓我們看一下有哪些選項。

• 桌上型系統

生理訊號桌上型系統在實驗不太需要變動位置的實驗室中很常見。雖然你可能會遇到許多具有預設感測器的系統，但有些系統提供了多頻道數據擷取，並可根據您研究系統的需求更換感測器。

雖然可靠，但這些系統通常僅限於固定實驗裝置，這些裝置可能僅限於特定的研究領域，例如運動科學或復健。桌上型系統也往往是市場上最昂貴的選擇，不過這可能會因為它的使用壽命而有所抵銷。

• 消費性穿戴式裝置

消費性穿戴式裝置已融入日常生活，並成為研究熱點。這些設備對現實層面應用的干擾較小，具有有吸引力的價格和附加功能，可以提高研究重點之外的參與者滿意度。

然而，雖然消費性穿戴式裝置在各個層面上都具有吸引力，但它們通常提供有限形式的生理訊號。例如，具有心率指示器的運動穿戴裝置可能不會為您提供即時心率，而是提供多次心跳的平均值。雖然適合運動愛好者，但這種限制可能不足以對心率活動進行更深入的分析。

• 研究型穿戴式裝置

研究型穿戴裝置採用了消費性穿戴裝置的優點，例如尺寸小、重量輕、熟悉的外形尺寸以及可提供醫療級生理訊號數據的無線串流功能。

這些設備為研究環境之外的參與者提供有限的功能，但重點著重於研究人員對高品質數據、易用性和增強移動性的需求。

• 便攜式多頻道感測系統

便攜式多頻道感測系統結合了桌上型系統和研究型穿戴式設備的優點，實現了可替換多種感測器設定的多功能性，同時也不會影響到移動性或僅能用於固定不動的實驗。

此系統可以涵蓋最簡單到最複雜的設置，同時十分輕巧且可直接放置在使用者身上。這為動態實驗中的參與者提供了更大的活動範圍，這在運動科學或虛擬實境應用中非常有用。

此外，還允許隨著時間的推移演進升級系統以適應未來的研究設置，從而延長系統的使用壽命，可超越並拓展一開始預期進行的研究用途。

◆ 尋找理想設備的步驟

現在我們已經涵蓋了一些關鍵的高階問題並知道有哪些類型的生理訊號系統，讓我們跳過細節來找到最適合您研究主題的系統。

以下 6 個關鍵步驟可引導您去尋找理想的設備：

1. 我選擇的感測器可以用嗎？

想像一下，您找到了理想的訊號擷取系統，但它缺少研究所需的關鍵感測器。如果找不到替代方案，或者還需要使用額外的系統並要進一步努力使它們整合在一起運作，那麼這可能會是個破壞成功的關鍵因素。

理想情況下，您的系統本身就已經要支援你所需要的感測器，或者可以提供額外的工具，讓你可以透過標準介面使用第三方感測器擴展你的設置，從而彌補感測器的不足，同時也能受益於系統本身所有的其他功能與優點。

確保系統能夠滿足您的規格或技術性要求，例如採樣率和解析度。

2. 根據所選的感測器數量選擇最適合的量測系統

考量您的研究或需要到多少個感測器。有些項目可能只需要單一感測器，而其他項目則有可能需要到多個感測器同時運作。一旦定義了研究專案所需的感測器數量，您就離找到可提供多種解決方案的設定又更近了一步。

例如，單頻道擷取系統非常適合單一感測器記錄，而需要多個感測器連接的可以選擇到支援使用最多4 個感測器甚至最多 8 個感測器（或更多）的多工感測器系統。

我們建議將每位參與者本身所需要的感測器盡可能地都連接到同一個訊號擷取系統，因為這會帶來各種好處，包括：

• 所有感測器都能同時同步地記錄
• 單一設備負責收集感測器的數據串流（更好的溝通傳輸穩定性）
• 來自單一參與者的所有感測器數據都透過一個系統綁定在一起

如果您需要將感測器分配給不同的參與者，我們建議為每位參與者單獨保留一個記錄單元以連接其感測器。這不僅有助於將訊號擷取直接匯集和連結到每個參與者，而且還可以避免實際問題，例如透過連接到同一系統，一個參與者的動作會干擾另一個參與者（這對於您的設備和參與者來說肯定會更安全）。

3. 無限串流或數據紀錄？

藍牙串流是即時資料擷取和串流最常用的方法之一。雖然藍牙在大多數情況下可以成為可靠的串流媒體來源（例如使用經過認證的藍牙驅動程式或傳輸接收器），但某些環境可能會導致藍牙的穩定性與可靠性問題。

在這些情況下，請考慮在你的設定中添加數據記錄功能，該功能允許你將收集到的感測器數據儲存到系統設備本身以作為備份措施，而藍牙仍然可以讓您在擷取資料之前快速了解訊號狀態，以確保每個訊號感測器的設置是否完整且良好。

4. 方便的一鍵訊號分析或使用開發工具進行自己動手 (Do-it-Yourself，DiY) 訊號處理？

憑藉著不同程度的生理訊號處理專業知識，你選擇的系統應該盡可能地適合您的知識需求水準和例外情況。

使用者友善且易於使用的訊號收集、視覺化和處理軟體是研究人員的必備軟體，他們不想花太多時間修改配置和技術層面的細節，而是希望透過按一下按鈕即可快速獲得結果。

另一方面，關注於生理訊號處理程式相關工程的開發人員和研究人員可能更傾向於完整控制記錄硬體和感測器的數據，並希望能夠開發自己的工具。在這種情況下，開發者工具和資料匯出功能就是必須具備的功能。

幸運的是，有些設備在同一系統中就提供了這兩種選項，使其也可用於具有混合技術知識水準的研究小組。對於那些介於兩者之間並且想要學習的人，還有大量的程式設計教學可供使用。

5. 第三方相容性

能夠將第三方硬體增加到您的設定中或將感測器資料匯出到第三方軟體可能是一項很有利的條件。它不僅可以為您在研究專題期間節省大量時間，還可以大大提高您的研究設定的能力，雖然不一定會迫切地需要，但請密切注意系統的第三方相容性功能（例如，Lab Streaming Layer），有機會也可以用於未來的專案或研究。

6. 產品壽命、擴充性以及後續支援

產品壽命不僅取決於設備在發生故障、停止使用或因為任何其他原因停止使用之前所持續的那段時間。

新的研究系統為您帶來許多益處，不僅有機會突破當前研究主題，並對產品壽命提供相當程度的支持。理想情況下，您應該能夠自由地替換感測器，以便使您的系統也適用於未來的研究主題而不會有任何的劣勢。這樣，您的系統就會隨著您和您的研究而持續成長。

如果事情沒有按計劃進行，您也可以選擇評估是否透過個人化一對一的支援或是隨時可用的快速自助支援來獲得相關協助。

結論

我們分享了在尋找新的、合適的生理訊號研究系統時最常見和最具挑戰性的問題。雖然在研究主題的探索和規劃階段，最終的系統並非能夠可以立刻清楚地知道，但這些問題目的在於引導您尋找到最適合您需求的系統。理想情況下，它可以讓您的生活更為輕鬆，並幫助您產生新的知識和見解。

現在您知道如何找到理想的生理訊號研究系統，可以開始試著建立起自己的生理訊號系統套組了！。

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