1
投資
體重計莫過於生活中最常見，但卻不敢直視的檢測器材。當然，也有我們熟悉不過的醫療器材，那就是每個人都必然曾使用過的溫度與血壓計。
溫度與血壓計恰巧都誕生在知識以級數增長的科學革命時代；雖然現在，它們早已是常見不過的存在，但在過去這一切可沒那麼容易。
溫度計 — 一場尋找介質之旅
溫度計的開發難度，在於如何找到適合的介質來「反應」並「衡量」特定環境下的溫度。
這就好比，雖然知道空氣與鐵分別是傳遞聲音、導熱溫度最佳的介質；但還是無法藉由聽到聲音就知道有多快，或者看到鐵有多赤紅就知道有多熱。因此發展出一套能夠衡量物理變化的方法，顯得勢在必行。
伽立略率先利用熱漲冷縮的原理，將玻璃管的一端與玻璃球結合一起，另一端開口則置入於水中；當玻璃球一端受熱，膨脹的空氣就會壓縮玻璃管中的水位，從水位相對變化的位置就能推算出溫度的高低。雖然看起來相當簡易，但世界上第一台溫度計也就這麼在 1593 年誕生。
不過，空氣熱脹冷縮的變化幅度仍不夠明顯，且伽立略溫度計的設計在使用上也不夠方便。於是，科學家又接著嘗試以水、酒精作為介質，但同樣的，這些介質熱脹冷縮的變化，仍還不足以達到精確觀測的要求。
1659 年，法國天文學家 – 布里奥 (Boulliau) 將溫度計進行改良，改以體積變化明顯的水銀作為介質。至此，溫度計量測的範圍大幅擴展到 -38℃ 至 357℃，裝置也隨著之後工藝的改良、小巧到能一手掌握。
血壓計 — 從侵入式到表面量測
時序進入到 17 世紀，血壓計也緊隨溫度計的腳步慢慢地發展出來。
威廉·哈維 (William Harvey) 於 1628 年發現心臟是推動血液循環的關鍵，並在量測脈搏的血液輸出量後，進一步提出「血壓」這概念。
血壓即是「血液對於單位面積血管壁的側壓力」。當血壓太低，易出現頭暈、無力、疲倦等症狀；若血壓太高，則會出現心悸、頭痛、失眠等容易與其它疾病混淆的症狀。因此，如何監控這一變動就牽連全身的血壓，便成為當時候的醫學挑戰。
1733 年，英國醫師黑爾斯 (Stephen Hales) 率先挑戰血壓量測的問題；他先把馬綑綁固定在地面上，接著將玻璃管直直插入在馬的頸動脈上，此刻玻璃管裡不斷湧出的血液高度，就是馬的血壓。驚人的是，玻璃管顯示著馬的血壓居然高達 211 公分；此刻，玻璃管裡的血液，還正隨著馬的呼吸而上下起伏……
當然，如此血腥的侵入式量測方法，想必會讓患者在檢查完後又傷得更嚴重。既然手腕的脈搏能透過觸摸來感覺，那麼透過接觸量測的方式，也許就能成功量測到血壓。
1896 年，義大利醫師里瓦．羅奇 (Riva Rocci) 便構想出由水銀壓力表、充氣球與袖帶結合而成的血壓計；透過擠壓氣球來施予袖帶壓力、進而壓迫被包覆住的手臂，就能從壓力錶上觀察到動脈從閉合到舒張的收縮壓與舒張壓。
不過這裡會存在一個盲點，那就是要怎麼判斷何時是收縮壓、還是舒張壓。畢竟血液開始流動的時間點，才算是收縮壓；而血液恢復至正常流動狀態時，才是舒張壓。
這就好比，將水管故意壓緊，迫使水管與水龍頭處的接口分離而爆衝出大量的水一樣；此時，突然沖出來的水流，即為收縮壓；而流速恢復正常後，即是舒張壓。
血液突然爆衝的那一刻，會聽到血液極速流動的聲音，即「柯氏音」；接著，在血管慢慢回復到原本形狀時，柯氏音也隨之消失；這兩個時間點即是判斷收縮壓與舒張壓的依據。
俄國生理學家克羅特克夫 (Nikolai Korotkoff) 便根據這原理，將原本的血壓計再加上聽診器，讓血壓量測上有了更準確的判斷標準。此時已是 1905 年，血壓與溫度計已大致成型。
溫度計的再進化，不只精準還得快速
雖然當時，溫度計已經有一定的精準度，但等待的時間仍還是太長。水銀溫度計一般來說得等到 10 分鐘，才能準確反映出當下溫度；但量測過程中姿勢需要固定，卻也可能讓已經不舒服的病患感到更加不適。
若想更快量測到溫度，選用以光速來極速傳遞的電磁波，想必會是接下來更好的介質選擇。所謂的電磁波，戶外常見的彩色可見光就是一種。而除了外來光源之外，人體其實也會輻射出電磁波，即不可見、但卻擁有熱度的紅外線光。
常溫下，任何物體的原子都會因為熱而產生一定程度的擾動，這些不斷運動的原子會伴隨著電磁波的產生，即紅外線輻射。當溫度越高，原子運動將更加激烈，所輻射出紅外線能量也將越強烈；這就如同烤肉時，明明離烤盤還很遠，但仍可以感受到溫度一樣；這溫度即來自無法看見的紅外線。
可知道，當電磁波波長越長，能量將越小、溫度也越低；波長與溫度兩者間的反比關係，即所謂維恩位移定律 (Wien’s Displacement Law) 。
有了物理理論作為基礎，就能根據人體輻射出的紅外線波長，設計出能判斷溫度的紅外線溫度計。如此好用的介質，也讓能夠測量耳溫、額溫用的紅外線溫度計順利地開發出來，測量時間更也大幅縮短到 1 秒就可完成。
血壓計的再進化，從間接到直接量測
當溫度計也能成為成科技產品時，血壓計當然不能落入其後。
雖然水銀式血壓計能透過「柯氏音」來判斷收縮壓與舒張壓，但這種時間點的判斷仍過於主觀，觀測結果也顯得因人而異。
於是，利用聲音感測器來代替人耳判斷「柯氏音」的電子柯氏音法，便被提了出來；不過，這種透過水銀來判斷血壓的方式，還是顯得過於間接且多餘。
既然血壓就是壓力的一種，那麼透過壓力感測器來直接感應脈搏的震動，就能更直接反應出實際的血壓狀況；這方法即所謂的「示波法」。透過血壓震動的幅度，就能計算出人體週期性的血壓波動。
然而，人體的血壓其實很容易受到自身的生理狀況與外在環境所影響；就糖尿病、高血壓患者來說，除了沒有明顯的血壓週期外、波動幅度更是相當的大；因此若以傳統的平均動脈壓法 (Mean arterial pressure, MAP) 來計算平均週期血壓的話，就會碰到計算錯誤的問題。
相較於血壓的高低變動，血壓波形顯得較為規律且有既定的模式；就如騎單車一樣，左右腳的力量雖然會決定行進速度的快慢，不過基本上，右腳踏出、左腳接著往前踏的規律是不變的。
根據這原理，基於血壓波形發展而來的演算法，便能有效克服血壓週期不規律的問題，甚至還能檢測出原本心電圖才能偵測得到的心房顫動等症狀。
極具發展空間的血壓計
當溫度計已能快速且精準的量測，血壓計的未來發展反而顯得更令人期待。
血壓計雖然能透過血壓波形的演算法，來偵測出一般難以察覺的心房顫動；但「偵測」並非是「診斷」，其病徵最後仍得透過心電圖來加以確認。
因此，如何就血壓波形特有的特徵波動，來發展出更準確診斷的演算法，勢必將成為血壓計未來發展上的重要方向。
參考資料
- 國家度量衡標準實驗室
- 衛生福利部
- 高醫醫訊
【延伸閱讀】
48360
