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- 2018年
- 579期－生物辨識（3月號）
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2018-03-01心臟微弱的生理訊號－利用心電圖辨識身分
579 期
Author 作者
沈祖望／威斯康辛大學生物醫學工程博士，曾獲選史丹福臺灣醫療人才培訓，常進行跨領域研究，積極參與醫療設計之相關議題。
根據國外科技研究中心（Interstate Technology & Regulatory Council, ITRC）的報告，越來越多的身 分竊取犯罪案件，像是ID被偷取、帳戶被盜、密碼遭竊等，所以資訊安全是現代人很重要的課題。根據統計，世界上平均每4.3秒鐘就有人的身分被他人盜用， 目前最常用的資訊保全方法是利用密碼保護，但是密碼容易被人破解、盜用或是不小心遺忘，而生物辨識就是可以取代密碼，提供更方便、更安全、不會遺忘的解決方案。
生物辨識是利用人體的特徵去做身分的辨認，尋找每個人不一樣特徵元素，利用自身的特殊指標來分辨個人。所謂的人體特徵可以包含簽名、動作行為、生理特徵、影像特徵和基因序列等，而常用的生物辨識包含行走的步態、聲紋、臉部特徵、臉部表情、指紋、掌紋、血管紋路、虹膜、眼底視網膜和DNA 等辨識。 用此方法辨認身分，其安全性與便利性會勝過以前只靠密碼的資訊系統，而且科學家還在積極繼續尋找更佳的生物辨識元素，讓生物辨識技術更加多元與成熟，而心電圖身分辨認就是一種新的生物辨識元素。
什麼是心電圖？
心電圖是心臟傳導系統在進行離子交換時，帶動整個心臟肌肉纖維而產生運動，進而發出微弱的神經電生理訊號，此微弱的訊號會擴散至全身，若將心電圖記錄器的電極連接到身上不同的部位，就可描繪出「心電圖」，是今日心臟科醫生很重要的診斷指標。
心臟中的單一細胞有律動的特性，進而形成整個心臟 產生整體律動。埃因托芬（Willem Einthoven）發現 一個以非侵入式的方式觀察心臟器官的方法，是運用埃因托芬三角形，將心臟的電偶包在三導程形成的向量三角形中，以不同的投影方向來觀察心臟組織是否正常。埃因托芬把心電圖中的一系列波分別命名為P 波、Q 波、R 波、S 波和T 波，並且描述了一些心血管系統疾病的心電圖特點。其中P波為竇房結啟動的點，代表心房去極化（心房收縮）； QRS 為心室去極 化（心室收縮）； 而 T波為心室再極化（心室舒張） 現象。他於1924 年榮獲諾貝爾醫學與生理學獎，由此可見心電圖對醫療上產生了極大的貢獻。醫師可以用心電圖從不同的面向、方向去判斷心臟到底哪裡出了問題，面向越多越能精確定位病灶所在，故從一開始的三導程，進展至十二導程。十二導程包含有 極性的六個導程，在加上六個單電極的導程（V1、 V2~V6）所形成，在胸口前將心臟圍繞起來，成為一個完整的檢查。心電圖檢查十分安全，不會傷害人體，包含孕婦與胎兒都可以進行心電圖量測。
目前來說，心電圖最常被使用在醫療與健康照護上，而心電圖記錄的方法是用導電電極接到身上，形成迴路，描出心電圖，它是一種微弱的電壓訊號，心電圖的波形大約是1 毫伏（millivolt, mv），也就是10-6 伏特（volt）。 然後藉由放大器把它放大，放大至大約1000倍後讓電路可以讀到這種自體微量的電生理訊號，再運用訊號處理技術，可以計算心跳次數與解析不正常心跳。在醫療診斷上，由於每個人一日心電圖總量相當龐大，且型態上都有或多或少的差異，對醫師工作量是相當的負擔，所以醫療上的發展趨勢，是運用人工智慧或是機器學習技術輔助醫師診斷。
從醫療化作身分辨識
心電圖從原來醫療用途化作身分辨識之用，是大約在 1996年才開始進行相關的研究。一開始大家並不認為 心電圖是一個生物辨識的元素，主要原因是覺得心電圖會隨著生理狀態不同而產生變化，而心跳快慢變化與心律不整等不確定因素，會讓心電圖成為身分辨識的元素有所疑慮。……【更多內容請閱讀科學月刊第579期】