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興大攜中榮 推動心肺復健、點滴架與空汙調控之創新研究

2019/10/17 - DIGITIMES企劃

第十六屆國家新創獎近日出爐,由國立中興大學、臺中榮民總醫院合作開發的「室內空氣汙染源追蹤及調控方法」獲得學研創新獎。事實上在此之前,興大和中榮已攜手拿下第十三、第十五兩屆國家新創獎,主題分別是「遠端即時心肺復健訓練與自動監控回覆裝置」、「平衡調控背負式點滴架」。

中興大學電機工程學系特聘教授溫志煜表示,六年前就讀該校博士班的臺中榮總胸腔內科醫事檢驗師吳明峰提案表示,胸腔內科協助慢性阻塞性肺病(COPD)患者做「漸進式穿梭來回走路測試」(ISWT)時,發現病患從家裡到醫院來回奔波接受心肺復健訓練與測試,時間成本過高,且每次都需要有醫護人員從旁監督與引導,亦讓醫院承受不輕的人力負擔,所以與溫志煜討論有無方便、安全的改善之道;因而催生了遠端監控的方法,希望讓病患居家也能做訓練。

有了上述構思後,雙方聯手打造出來的第一代心肺復健裝置雛型,係以電極貼片接收心跳資訊、生理資訊,由病患在兩座角錐之間來回穿梭走動,再透過兩端各一個超音波模組量測距離;最終證明模擬的訓練效果可以被接受,但患者需要攜帶設備、角錐與感測元件等體積不算小的配備,可謂不甚方便,而且在病患走動過程中,電極貼片可能因晃動而剝落,導致生理資訊收集不穩定,需要做進一步的改善。

「到了第二代,我們採用大型生醫模組,外觀就像007手提箱,」溫志煜說,此代沿用角錐定位和無線測距模式不變,然而原本病患身上的電極貼片,則轉換為大型感測模組,儘管心跳感測的穩定度有所提升,問題是患者帶著007大皮箱赴戶外做運動,仍有相當程度的負擔,況且總體持有成本也略嫌偏高,顯見還有進步空間。

至於第三代的心肺復健訓練裝置,改採上臂背包式設計,原本用來判讀距離的角錐,換成透過手的擺動來計步(在使用者的手指處放置心律感測器,並藉由魔鬼氈來加以固定),因為模組縮小而提升方便性。到了第四代則乘勝追擊、繼續縮小模組體積,做出猶如積木手錶的感測模組、掛在患者手腕上,除感應心跳外,同樣可將資訊上傳手機App、傳回護理站,接受醫護人員的監督;運動過程中病患若有身體不適或其他需援助的情況,可按下緊急呼叫鈕,與醫護人員直接對話。

值得一提的,為了不斷提升心肺復健訓練裝置的攜帶方便性,開發團隊難免需要有所取捨,於是在推出第三代成果時,將原本有的藍牙血氧機拿掉;對此溫志煜說,主要的判讀依據在於心跳、加上行走步伐的速度,血氧濃度僅為輔助判讀的性質,並沒有絕對的存在必要性。展望未來,如果使用者仍希望放置血氧機,也許在方便性無虞的前提下,不排除再重新納入。

背負式點滴架,讓病患的移動更方便

三年前,溫志煜與吳明峰有感於部份病患掛著點滴架在醫院內行走、用餐或如廁,過程甚為不便,於是起心動念以背負式型態改良點滴架的設計,初步模組的設計包含了控制單元、點滴架暨馬達平衡模組、支撐點滴架的背心結構等三大組成元素,也一併開發App,讓使用者藉此做啟動與設定,並由App負責把點滴重量、馬達平衡等重要資訊傳回護理站。

談及這套成果的亮點,在於一旦偵測到點滴低於警戒值,會發出警訊,便於護理人員立即應變處理;再者,此裝置主要是透過點滴重量、身體傾斜角度做平衡,不僅有助於提升患者的行動方便性,同時也減少血液回流情況。據悉此項技術已透過非專屬授權方式,技轉給廠商,預計不久後就有商品化成果見諸於市場。

此後興大與中榮再次聯手研究,主題為室內空氣汙染源追蹤及調控,也是新出爐的國家新創獎得獎作品。對此溫志煜指出,傳統上人們如果感覺戶外空氣品質不佳,最常見做法便是關窗,殊不知室內空氣也許比戶外更糟,貿然關窗反而降低室內空氣品質;因此其研究團隊利用人工智慧(AI)技術產生判斷邏輯,以決定當下應該執行抽風、換氣、開空調、開風扇,甚或疏散(例如偵測到甲烷、一氧二碳、PM2.5等有害氣體的濃度異常偏高)等動作,一併針對前端的窗戶或空調、後端的機械結構等硬體裝置做連動控制。此項成果於7月底亞洲生技大展亮相時,已有廠商表達高度興趣,未來相當有希望推進到商品化階段。

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圖說:中興大學電機工程學系特聘教授溫志煜說,COPD採用心肺復健訓練裝置,與運動員訓練過程有些類似,會根據心跳狀況引導增加、維持或減緩行走速度。


圖說:由中興大學、臺中榮總共同研發的「平衡調控背負式點滴架」,不僅榮獲第十五屆國家新創獎,也入選2019臺灣創新博覽會的技術亮點。