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兴大携中荣 推动心肺复健、点滴架与空污调控之创新研究

中兴大学电机工程学系特聘教授温志煜说,COPD采用心肺复健训练装置,与运动员训练过程有些类似,会根据心跳状况引导增加、维持或减缓行走速度。

第十六届国家新创奖近日出炉,由国立中兴大学、台中荣民总医院合作开发的「室内空气污染源追踪及调控方法」获得学研创新奖。事实上在此之前,兴大和中荣已携手拿下第十三、第十五两届国家新创奖,主题分别是「远程实时心肺复健训练与自动监控回覆装置」、「平衡调控背负式点滴架」。

中兴大学电机工程学系特聘教授温志煜表示,六年前就读该校博士班的台中荣总胸腔内科医事检验师吴明峰提案表示,胸腔内科协助慢性阻塞性肺病(COPD)患者做「渐进式穿梭来回走路测试」(ISWT)时,发现病患从家里到医院来回奔波接受心肺复健训练与测试,时间成本过高,且每次都需要有医护人员从旁监督与引导,亦让医院承受不轻的人力负担,所以与温志煜讨论有无方便、安全的改善之道;因而催生了远程监控的方法,希望让病患居家也能做训练。

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由中兴大学、台中荣总共同研发的「平衡调控背负式点滴架」,不仅荣获第十五届国家新创奖,也入选2019台湾创新博览会的技术亮点。

有了上述构思后,双方联手打造出来的第一代心肺复健装置雏型,系以电极贴片接收心跳信息、生理信息,由病患在两座角锥之间来回穿梭走动,再透过两端各一个超音波模块量测距离;最终证明模拟的训练效果可以被接受,但患者需要携带设备、角锥与感测元件等体积不算小的配备,可谓不甚方便,而且在病患走动过程中,电极贴片可能因晃动而剥落,导致生理信息收集不稳定,需要做进一步的改善。

「到了第二代,我们采用大型生医模块,外观就像007手提箱,」温志煜说,此代沿用角锥定位和无线测距模式不变,然而原本病患身上的电极贴片,则转换为大型感测模块,尽管心跳感测的稳定度有所提升,问题是患者带著007大皮箱赴户外做运动,仍有相当程度的负担,况且总体持有成本也略嫌偏高,显见还有进步空间。

至于第三代的心肺复健训练装置,改采上臂背包式设计,原本用来判读距离的角锥,换成透过手的摆动来计步(在使用者的手指处放置心律传感器,并藉由魔鬼毡来加以固定),因为模块缩小而提升方便性。到了第四代则乘胜追击、继续缩小模块体积,做出犹如积木手表的感测模块、挂在患者手腕上,除感应心跳外,同样可将信息上传手机App、传回护理站,接受医护人员的监督;运动过程中病患若有身体不适或其它需援助的情况,可按下紧急呼叫钮,与医护人员直接对话。

值得一提的,为了不断提升心肺复健训练装置的携带方便性,开发团队难免需要有所取舍,于是在推出第三代成果时,将原本有的蓝牙血氧机拿掉;对此温志煜说,主要的判读依据在于心跳、加上行走步伐的速度,血氧浓度仅为辅助判读的性质,并没有绝对的存在必要性。展望未来,如果使用者仍希望放置血氧机,也许在方便性无虞的前提下,不排除再重新纳入。

背负式点滴架,让病患的移动更方便

三年前,温志煜与吴明峰有感于部份病患挂著点滴架在医院内行走、用餐或如厕,过程甚为不便,于是起心动念以背负式型态改良点滴架的设计,初步模块的设计包含了控制单元、点滴架暨马达平衡模块、支撑点滴架的背心结构等三大组成元素,也一并开发App,让使用者藉此做启动与设定,并由App负责把点滴重量、马达平衡等重要信息传回护理站。

谈及这套成果的亮点,在于一旦侦测到点滴低于警戒值,会发出警讯,便于护理人员立即应变处理;再者,此装置主要是透过点滴重量、身体倾斜角度做平衡,不仅有助于提升患者的行动方便性,同时也减少血液回流情况。据悉此项技术已透过非专属授权方式,技转给厂商,预计不久后就有商品化成果见诸于市场。

此后兴大与中荣再次联手研究,主题为室内空气污染源追踪及调控,也是新出炉的国家新创奖得奖作品。对此温志煜指出,传统上人们如果感觉户外空气质量不佳,最常见做法便是关窗,殊不知室内空气也许比户外更糟,贸然关窗反而降低室内空气质量;因此其研究团队利用人工智能(AI)技术产生判断逻辑,以决定当下应该执行抽风、换气、开空调、开风扇,甚或疏散(例如侦测到甲烷、一氧二碳、PM2.5等有害气体的浓度异常偏高)等动作,一并针对前端的窗户或空调、后端的机械结构等硬件装置做连动控制。此项成果于7月底亚洲生技大展亮相时,已有厂商表达高度兴趣,未来相当有希望推进到商品化阶段。

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