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醫學資訊研究落地應用深 郭博昭團隊推出腦波與心律變異分析儀

  • 蔡騰輝

在智慧醫療的發展趨勢上,許多單位都希望透過結合創新物聯網(IoT)科技與醫療專業的力量,改善日常生活保健與醫療領域的效率與效益。但針對現在高齡化的社會,不只是年輕人因工作壓力大而產生自律神經失調的情形,老年人也會因為生理衰退發生失智的狀況。希望及早診斷與解決產業發展痛點,台北醫學大學醫學資訊研究所所長郭博昭與研發團隊共同推出腦波儀與心率變異分析儀。


方便拆卸又能快速測量的腦波儀,使用上相當容易上手。蔡騰輝攝

根據世界衛生組織(WHO)定義,65歲以上老年人口佔總人口比率達到7%時稱為「高齡化社會」,達到14%是「高齡社會」,若達20%則稱為「超高齡社會」。

根據內政部統計,2018年3月底台灣65歲以上老年人口佔總人口比率已達到14.05%,也就是說,每7個人之中就有1位是老人,台灣已正式宣告邁入「高齡社會」。如何維護高齡人口的生活品質與尊嚴,以及因應社會人口老化所帶來的青壯年照顧及扶養負擔加重和少子化現象,是政府持續努力的重要目標。

由於台灣已進入高齡社會,人口老化是個大問題。醫學與科學界都在失智、失能、健康促進等面向不斷開發與研究技術。對於老年照護,許多家庭因為時間與人力無法配合照護,因此長者多轉往長照機構安養。但在老人照護的安養院現場,科技用品的第一線操作人員,大多都是外籍看護勞工,所以若是要開發符合使用者需求的智慧醫療產品,就要懂得場域特性、瞭解看護工的科技產品操作技術能力,甚至是要推廣使用方法等教育。另外,除了安養中心以外,在居家照護的層面,郭博昭希望將神經科學應用在智慧醫療與照護上,希望能夠協助長者擁有照顧自己的能力。

為了鼓勵創新與發展產業新觸角,政府給予創新團隊不少經費,但統合醫學與資訊雙專長人員的郭博昭認為,現在醫療業的科技創新與發展遇到了幾個問題。第一,在客製技術層面上,很常出現重大問題;第二,基礎研究層面則是設計缺乏醫學研究的實證;第三,在將產品導入真實醫療場域時,卻發現不符實用、價格太高昂、不符合成本效益;另外App或是智慧醫療產品使用步驟麻煩,設計上不夠以使用者為中心。郭博昭認為,應考量多種場域的需求,經過技術與應用驗證,最終才有導入臨床使用的可能,也才能滿足醫療保健人士的使用需求。

一直以來,學界都有研究失智藥物的團隊,但是在時間的洪流裡,幾年後都被市場淘汰而消失了。政府也有在衛生所都有高齡智力與能力的制式問卷,測量高齡者的心理狀態。但很多時候制式問題無法精準測量真實狀況。另外,一般用MRI測量腦波單次便要價新台幣8,000元以上,這樣高昂的價格並無法使技術普及,如果經常測量,更會有放射問題的疑慮。由於科技醫療產業變動相當快速,許多創新團隊的營運都撐不過2~3年,經過層層市場淘汰機制之後,實際能到場域應用的很少。也是因為在這樣的醫療資訊產業背景前提與經費有限的狀況下,郭博昭才想到要自己與團隊共同設計與製作電路板、研發儀器與技術、開發專用韌體、以專門的設計規格,切中醫療的需求,收集專業醫療數據。

郭博昭與團隊所設計的自動化操作的腦波儀,由布質頭戴搭載導電布,穿戴者只要將傳輸感測器戴上,經過1分鐘的測量,數據透過Xenonble程式及無線傳輸模組,資料會自動上傳到團隊架設的雲端伺服器。數據都會以清楚的網址與條列式在資料庫中呈現與提供查找功能。測量過程當中,不須手動操作。

過去10年已經做了許多透過人工智慧物聯網(AIoT)設備與睡眠相關的研究和檢測。目前腦波儀和法鼓山禪坐教室合作。有許多民間修行人士,在禪坐教室追求心靈平靜。單位也可以透過長期收集這些人士的腦波檢測數據,將原本禪坐與修行的心靈成果,透過圖表、數據、圖像化的報告,讓修行人士更加清楚。

除了與禪坐教室合作以外,未來更希望能夠推廣到社區與大規模的地區篩檢。透過衛生所讓偏遠地區的民眾也可以享有準確且容易操作的腦波檢查服務。甚至是開發中國家的健康照護與預防醫學,也都可以透過簡易的腦波儀收到很長遠的效果。

在腦波儀的人工智慧學習面向上,透過與關渡的安養院與法鼓山相關單位合作,可以不斷在雲端累積數據,讓機器學習以外,透過長時間的頻譜分析,也能更加瞭解受測者在一段長時間內的生理發展狀況。目前,雙和醫院的神經外科已可以透過此款腦波儀檢測病患昏迷指標。


郭博昭表示,這款團隊自行研發設計與製作的電路板在國外競爭力十足。蔡騰輝攝

創新總是需要時間沉澱與發展。很多單位即便領取高額的研究經費,但時間總是催促著產業的發展,若是沒有做出成效,很容易就無疾而終。十多年來,郭博昭與學生群合作,在不斷地試錯與努力的過程之中,所有的電路圖都是自己設計、使用C語言撰寫藍牙韌體、用JAVA寫App編碼、以Delphi撰寫伺服器。儀器外殼則使用3D列印技術製作。腦波儀電路的運算效能與IBM第一代電腦差不多。未來也將成立物聯網醫療相關協會,推動整體生態系的人員技術與資源整合。


互動性高的心律變異分析儀。蔡騰輝攝

現代人文明病與工作壓力大,自律神經失調問題相當嚴重。郭博昭說,在交感神經與副交感神經的概念上,可以用陰陽來譬喻。交感神經是陽,就像是汽車的油門;副交感神經則是陰,像是汽車的煞車。由於要解決年輕人與老人都有自律神經失調、失眠的問題,因此團隊開發出心率變異分析儀。


心律變異分析儀介面清楚簡單,使用者依照步驟就能快速上手。蔡騰輝攝

透過每天固定時間的量測,使用RFID靠卡讀取身分。測試者的雙手食指靠在金屬感測板上,在2.5分鐘測量過程當中,螢幕會即時顯示一些數據與衛生教育觀念。測量結束前,也會在觸控面板上顯示與受測者互動的幾個日常生活習慣問題。最終會給予自律神經年齡的測試結果。為了方便攜帶與辨識測量數據,團隊也替心律變異分析儀開發專屬搭配的App,可以測量心電圖(Electrocardiography;ECG)、心率變異分析(Heart Rate Variability;HRV)。儀器也已經有標準藥字號與醫療器材執照。

也因為希望解決合診斷大眾自律身經失調的問題,目前與雙和醫院合作,提供醫院的醫師與醫護師檢測心理壓力與生理狀況。另外,在慈濟科技大學與醫院的安寧病房也有使用。在身心科診所、醫院精神科、龍潭的敏盛醫院附設護理之家或是新竹科學園區的企業當中,也有測量員工職場壓力的狀況。目前心律變異分析儀已經研發到第七代,資訊會自動上傳到雲端,並且儲存在團隊架設的伺服器當中。