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医学信息研究落地应用深 郭博昭团队推出脑波与心律变异分析仪

在智能医疗的发展趋势上,许多单位都希望透过结合创新物联网(IoT)科技与医疗专业的力量,改善日常生活保健与医疗领域的效率与效益。但针对现在高龄化的社会,不只是年轻人因工作压力大而产生自律神经失调的情形,老年人也会因为生理衰退发生失智的状况。希望及早诊断与解决产业发展痛点,台北医学大学医学信息研究所所长郭博昭与研发团队共同推出脑波仪与心率变异分析仪。

方便拆卸又能快速测量的脑波仪,使用上相当容易上手。蔡腾辉摄

根据世界卫生组织(WHO)定义,65岁以上老年人口占总人口比率达到7%时称为「高龄化社会」,达到14%是「高龄社会」,若达20%则称为「超高龄社会」。

根据内政部统计,2018年3月底台湾65岁以上老年人口占总人口比率已达到14.05%,也就是说,每7个人之中就有1位是老人,台湾已正式宣告迈入「高龄社会」。如何维护高龄人口的生活质量与尊严,以及因应社会人口老化所带来的青壮年照顾及扶养负担加重和少子化现象,是政府持续努力的重要目标。

由于台湾已进入高龄社会,人口老化是个大问题。医学与科学界都在失智、失能、健康促进等面向不断开发与研究技术。对于老年照护,许多家庭因为时间与人力无法配合照护,因此长者多转往长照机构安养。但在老人照护的安养院现场,科技用品的第一线操作人员,大多都是外籍看护劳工,所以若是要开发符合使用者需求的智能医疗产品,就要懂得场域特性、了解看护工的科技产品操作技术能力,甚至是要推广使用方法等教育。另外,除了安养中心以外,在居家照护的层面,郭博昭希望将神经科学应用在智能医疗与照护上,希望能够协助长者拥有照顾自己的能力。

为了鼓励创新与发展产业新触角,政府给予创新团队不少经费,但统合医学与信息双专长人员的郭博昭认为,现在医疗业的科技创新与发展遇到了几个问题。第一,在客制技术层面上,很常出现重大问题;第二,基础研究层面则是设计缺乏医学研究的实证;第三,在将产品导入真实医疗场域时,却发现不符实用、价格太高昂、不符合成本效益;另外App或是智能医疗产品使用步骤麻烦,设计上不够以使用者为中心。郭博昭认为,应考量多种场域的需求,经过技术与应用验证,最终才有导入临床使用的可能,也才能满足医疗保健人士的使用需求。

一直以来,学界都有研究失智药物的团队,但是在时间的洪流里,几年后都被市场淘汰而消失了。政府也有在卫生所都有高龄智力与能力的制式问卷,测量高龄者的心理状态。但很多时候制式问题无法精准测量真实状况。另外,一般用MRI测量脑波单次便要价新台币8,000元以上,这样高昂的价格并无法使技术普及,如果经常测量,更会有放射问题的疑虑。由于科技医疗产业变动相当快速,许多创新团队的营运都撑不过2~3年,经过层层市场淘汰机制之后,实际能到场域应用的很少。也是因为在这样的医疗信息产业背景前提与经费有限的状况下,郭博昭才想到要自己与团队共同设计与制作电路板、研发仪器与技术、开发专用韧体、以专门的设计规格,切中医疗的需求,收集专业医疗数据。

郭博昭与团队所设计的自动化操作的脑波仪,由布质头戴搭载导电布,穿戴者只要将传输传感器戴上,经过1分钟的测量,数据透过Xenonble程序及无线传输模块,资料会自动上传到团队架设的云端服务器。数据都会以清楚的网址与条列式在资料库中呈现与提供查找功能。测量过程当中,不须手动操作。

过去10年已经做了许多透过人工智能物联网(AIoT)设备与睡眠相关的研究和检测。目前脑波仪和法鼓山禅坐教室合作。有许多民间修行人士,在禅坐教室追求心灵平静。单位也可以透过长期收集这些人士的脑波检测数据,将原本禅坐与修行的心灵成果,透过图表、数据、图象化的报告,让修行人士更加清楚。

除了与禅坐教室合作以外,未来更希望能够推广到社区与大规模的地区筛检。透过卫生所让偏远地区的民众也可以享有准确且容易操作的脑波检查服务。甚至是开发中国家的健康照护与预防医学,也都可以透过简易的脑波仪收到很长远的效果。

在脑波仪的人工智能学习面向上,透过与关渡的安养院与法鼓山相关单位合作,可以不断在云端累积数据,让机器学习以外,透过长时间的频谱分析,也能更加了解受测者在一段长时间内的生理发展状况。目前,双和医院的神经外科已可以透过此款脑波仪检测病患昏迷指标。

郭博昭表示,这款团队自行研发设计与制作的电路板在国外竞争力十足。蔡腾辉摄

创新总是需要时间沉淀与发展。很多单位即便领取高额的研究经费,但时间总是催促著产业的发展,若是没有做出成效,很容易就无疾而终。十多年来,郭博昭与学生群合作,在不断地试错与努力的过程之中,所有的电路图都是自己设计、使用C语言撰写蓝牙韧体、用JAVA写App编码、以Delphi撰写服务器。仪器外壳则使用3D打印技术制作。脑波仪电路的运算效能与IBM第一代计算机差不多。未来也将成立物联网医疗相关协会,推动整体生态系的人员技术与资源集成。

互动性高的心律变异分析仪。蔡腾辉摄

现代人文明病与工作压力大,自律神经失调问题相当严重。郭博昭说,在交感神经与副交感神经的概念上,可以用阴阳来譬喻。交感神经是阳,就象是汽车的油门;副交感神经则是阴,象是汽车的煞车。由于要解决年轻人与老人都有自律神经失调、失眠的问题,因此团队开发出心率变异分析仪。

心律变异分析仪接口清楚简单,使用者依照步骤就能快速上手。蔡腾辉摄

透过每天固定时间的量测,使用RFID靠卡读取身分。测试者的双手食指靠在金属感测板上,在2.5分钟测量过程当中,屏幕会实时显示一些数据与卫生教育观念。测量结束前,也会在触控面板上显示与受测者互动的几个日常生活习惯问题。最终会给予自律神经年龄的测试结果。为了方便携带与辨识测量数据,团队也替心律变异分析仪开发专属搭配的App,可以测量心电图(Electrocardiography;ECG)、心率变异分析(Heart Rate Variability;HRV)。仪器也已经有标准药字号与医疗器材执照。

也因为希望解决合诊断大众自律身经失调的问题,目前与双和医院合作,提供医院的医师与医护师检测心理压力与生理状况。另外,在慈济科技大学与医院的安宁病房也有使用。在身心科诊所、医院精神科、龙潭的敏盛医院附设护理之家或是新竹科学园区的企业当中,也有测量员工职场压力的状况。目前心律变异分析仪已经研发到第七代,信息会自动上传到云端,并且储存在团队架设的服务器当中。

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