Your browser does not support JavaScript!
長庚大學 醫療機電工程研究所
媒體專訪

醫療機電融合穿戴科技 迸出行動醫療新火花
 

電子時報 魏淑芳  2017-07-20

長庚大學醫療機電工程研究所特聘教授兼所長李明義認為,唯有整合醫療機電、穿戴科技,成為穿戴式醫療機電科技(WMMT)新概念,才能讓使用者隨時、隨地、隨身、隨動使用到智慧醫療科技。



DIGITIMES企劃

在1969年,安川電機提出Mechatronics機電整合概念,融合機械(Mechanical)及電子(Electronic)形成新的專有詞彙,爾後在世界各國盛行,成為產業自動化基礎技術。在Mechatronics概念下,一經整合機構、軟體控制、感測器及驅動器(Actuators)等四大元素應用於醫療照護領域,即可實現醫療自動化,孕育許多造福人類的智能型醫療器材。

Mechatronics問世30餘年後的今天,服務於長庚大學醫療機電工程研究所的特聘教授兼所長李明義,發現一個有趣現象,全球投入醫療機電(Medical Mechatronics)或穿戴科技(Wearable Technology)的研發團隊比比皆是,一硬一軟的兩派人馬並無交集,做的事情不同,但朝向智慧行動醫療的努力目標卻一致,既然如此,何不比照Mechatronics跨域融合精神,整合兩者為穿戴式醫療機電科技(Wearable Medical Mechatronics Technology;WMMT)新概念?

爾後李明義透過國際研討會多次分享前述理念,屢屢引發與會者莫大驚喜,使WMMT蔚為新寵,且逐漸形成硬式、軟式兩大發展方向,前者係將硬梆梆醫療機電系統穿在身上,如外骨骼式醫療機器人,後者則將感測器、控制單元整合於軟性載具,如智慧衣。

李明義也在長庚大學醫療機電工程研究所組成Smart A+創新研發團隊,全力執行Smart X Project,期盼運用過去累積的專利布局能量(如已獲證之12項加速規專利技術),開創各種新穎的智慧行動醫療產品。

 

穿戴式心震圖  實現心臟病發早期預警

二戰後的1946至1964年,是人類史上最大嬰兒潮,該批新生兒從2011年起陸續邁入65歲高齡,使全球老年化趨勢更加顯著,猶如「銀色海嘯」形成不小社福負擔,但也意謂現在起一直到2029年,將是行動醫療科技應用商機的黃金時期。

李明義認為行動醫療科技應用的理念精髓,即是讓使用者能隨時、隨地、隨身、隨動(『四隨』)使用到智慧醫療科技,如果僅憑醫療機電或穿戴科技任何單一技術,皆難以實現達到四隨,唯有借助WMMT才能全面實現。

他主導的Smart A+研發團隊專案,旨在藉由早期(Early)的偵測、評估、預警、治療行動等4E策略促進健康老化,如利用智慧夾克內含的5項加速規專利技術,並以演算法與感測器結合而成的「共伴晶片」,測量老年人姿態、動作或步態,達到防跌效果。

順著4E脈絡,Smart A+團隊在2015年開發出利用加速規進行心臟「心震圖」(MCG)診斷的創新感測技術,並發現了6項可由心震圖判定之心臟瓣膜開閉、心臟血流脈衝及心肌收縮異常的新特徵點。

李明義指出,心臟疾病是高齡社會下最嚴重疾病,但偵測心臟疾病之病發病癥難度頗高,不時可見病患就診時檢查數據正常,但返家時卻突然發病,因而急需建立一個長期連續監測心臟生理訊號的機制。

依CPR Guideline指出,心電圖(ECG)對早期偵測心臟病癥有所極限,如心臟衰竭或心臟瓣膜異常病變,患者仍有ECG心律,但心臟卻已停搏,顯見ECG無法可靠評估心臟泵血能力,因此臨床上醫師必須以ECG搭配超音波影像,才能診斷心臟泵血及瓣膜開合之異常特徵,惟超音波無法居家使用。

另外,憑僅ECG偵測,也難以看出突發性暈厥(Syncope)癥候。為此Smart A+團隊提出以心震圖替代超音波,藉由加速規量測心臟因搏動、泵血傳遞至心臟體表之震動波(心臟搏動機械響應),配合心電圖(心臟電生理響應),以判定心臟搏動無力或瓣膜開閉異常特徵、姿動圖(MAG)判定突發暈厥的癥兆。

總括而論,Smart A+透過穿戴式慣性感測技術、ECG/MCG/MAG偵測及即時特徵判讀演算法、低耗能無線通訊閘道、高速雲端運算與大數據分析平台、病發風險篩選機制、手機Apps等元素,整合為心臟病發特徵行動偵測預警平台,可謂心臟電、機械生理同步監測技術研發之新創見,亦是穿戴式行動健康監測與預警產品實現之新突破;因而獲英國Impact-Research青睞,評選為2017年度具影響力之醫療器材新技術,並將於9月專文介紹,堪稱難能可貴。

http://www.digitimes.com.tw/iot/article.asp?cat=158&id=0000507548_EZA64JU034AS2S9413G1K

聯合財經網 2016-09-06 

邁頂計畫 長庚大學 心震圖譜醫技創新

記者劉佩倩/臺北報導


 教育部推動「邁向頂尖大學計畫」明年即將邁入第10年,昨日一連2日在臺灣大學體育館舉行10年成果展,共有12所頂尖大學、5間研究中心展示在生技醫療、能源技術、智慧科技、精密機械、社會人文等領域的純熟研發成果。
 長庚大學昨日發表,該校已成功發展出一項判定心臟瓣膜開閉、心臟血流脈衝及心肌收縮異常的非侵入式、無輻射及無痛診斷技術,並發現6項異常辨識的特徵點;此為世界首例,未來將可成為輔助心電圖診斷急性心臟疾病、瓣膜性心臟病、心臟衰竭等疾病的創新技術。
 長庚大學工學院慣性感測研發團隊在「邁向頂尖大學研發成果展」中,發表該技術已獲長庚醫院核定通過人體試驗計畫,目前正積極進行臨床實驗與佐證數據分析,長庚大學醫療機電工程研究所長李明義教授說,此項技術已申請美國與臺灣專利,正尋求醫療器材廠商技轉與儀器商品化。
 這項技術的核心為同步即時心震圖譜量測、大數據處理及異常判定演算法等。所測量的心震圖譜有別於傳統臨床使用的心電圖,利用4組微機電技術製作的加速規量測模組,貼附在人體心臟4個瓣膜部位的體表,量測心臟瓣膜關閉、血流脈衝及心肌收縮所產生的「心」臟體表微小「震」動訊號,由於量測點包含了4個心臟瓣膜,因此所產生的4組「心震圖」便可繪成一套依時序變化的3D圖譜。
 該團隊也在成果展中提出另一項「微小化無線傾角與慣性運動感測」產品核心技術,將可廣泛地應用於物聯網、工業與消費型電子產品及醫療照護器材的開發。

心臟診斷新技術 長庚獨步全球

新聞來源:經濟日報,楊連基/撰稿
發佈日期:2015/11/07 


              長庚大學工學院慣性感測研發團隊成功發展出一項判定心臟瓣膜開閉、心臟血流脈衝及心肌收縮異常的非侵入式、無輻射及無痛診斷技術,並發現6項異常辨識的特徵點,為世界首次發表。該技術巳獲長庚醫院核定通過人體試驗計畫,目前正積極進行臨床實驗與佐證數據分析,未來將可成為輔助心電圖診斷急性心臟疾病、瓣膜性心臟病、心臟衰竭等疾病的創新技術。此項技術已申請美國與台灣專利,正尋求醫療器材廠商技轉與儀器商品化。

               這項技術的研發團隊主要成員為長庚大學醫療機電工程研究所所長李明義教授、電機工程學系助理教授林文彥及長庚醫院心臟內科醫師張伯丞。這項技術的核心為同步即時心震圖譜量測、大數據處理及異常判定演算法等。所量測的心震圖譜(Mechanocardiogram spectrum, MCG spectrum)有別於傳統臨床使用的心電圖(Electrocardiogram,ECG)。

它是利用4組微機電技術製作的加速規(俗稱G sensor)量測模組,貼附在人體心臟4個瓣膜部位的體表,量測心臟瓣膜開閉、血流脈衝及心肌收縮所產生的「心」臟體表微小「震」動訊號,由於量測點包含了4個心臟瓣膜,因此所產生的4組「心震圖」便可繪成為一套依時序變化的3D圖譜。

                目前,該團隊在長庚醫院心臟內科醫師的協助下,已成功地將心臟體表心震圖譜,與心電圖及心臟都卜勒超音波同步比對,可辨識出15項判定心臟瓣膜閉合、血流脈衝及心肌收縮異常的新佐證。其中6項特徵標記點為世界首次發表,將成為心臟病症輔助診斷技術研發的新創見。

                 心震圖譜(MCG spectrum)的6項新發現特徵標記點包括:左心室側壁收縮最大速度(left ventricular lateral wall contraction peak velocity,LCV)、心室中隔收縮最大速度(septal wall contraction peak velocity,SCV)、經主動脈瓣血流最快流速(transaortic  valvular maximal flow,AF)、經肺動脈瓣血流最快流速(transpulmonary maximal flow,PF)、經二尖瓣血流在心房收縮部分最快流速(transmitral  atrial contraction  maximal flow,MFA)、經二尖瓣血流在心室舒張部分最快流速(transmitral  ventricular relaxation maximal flow,MFE)。

 

               這項技術將代表長庚大學參加今(104)年11月20日教育部主辦的「邁向頂尖大學研發成果展」,正式公開發表。該團隊亦將在成果展中提出另一項「微小化無線傾角與慣性運動感測」(BASIC)產品核心技術,將可廣泛地應用於物聯網、工業與消費型電子產品及醫療照護器材的開發。

 醫工學會電子報104年7月介紹(p10-15)

協助台灣科普事業發展計畫

共同完成拍攝

「動感科技-機器人」科學教育影片


     Career雜誌95年2月專訪(p124)

醫療器材研發領軍重鎮-長庚醫療機電工程研究所

經濟部生技醫藥產業發展推動計畫評估,未來年醫療器材產業平均年成長可達25%,市場商機無窮,因而政府明定為重點發展十大新興產業之一。目前台灣醫療器材九成以上仰賴進口,進口依存度如此高,仍是園現有醫療器材廠商規模不大,自行研發能力不足所致。有鑑於此,政府大力加強產學研合作機制,各校醫工所紛紛出頭。不同既有的醫工所,成立於2002年的長庚大學醫療機電 工程所,雖然為後起之秀,卻是全國唯一專門訓練醫療器材研究人才的研究所。考量國內醫療產業發展及教學資源優勢,長庚醫工所選擇專注醫療機電整合系統發考、科技輔具與福祉器具、醫療光電及微機電工程、網路醫療工程應用技術、醫療逆向工程等領域。長庚醫工所多項新產品開發,如多功能自動病床、遠端操控尿便感測器、無人搬運洗澡設備等,不但獲得國內外專利,更屢屢勇奪發明金牌獎。

  ■橫跨機器與醫學專業

長庚大學醫療機電工程所所長李明義觀察,多數的醫工所,都是從醫療角度來從事醫療工程的研究,譬如像心電圖的訊號,影像分析,招收學生也以醫學院為主。然而,長庚醫電所招考時分為兩大類,以機械背景的工學為主,錄取的18名學生中,僅有人為醫學背景,來自醫學、物理治療等科系。李明義表示,跨領域的學生組合,可以讓學生彼此學習,在互動中更能掌握臨床問題,發展出切合實際需要的醫療器材。為了補強兩背景者各自專業的不足,課程設計也分為兩組:機械背景者必須加強醫學理論,醫學背景者必須嫺熟機械原理。該所師資橫跨醫學工程、機電工程及具備臨床實務的專業人員,並與長庚醫院密切合作。此外,該所還獲得教育部補助,成立全國唯一的「醫療機電設計與整合教學資源中心」,負責整合各大專院校醫工系所及產業,經常與業界合作開發新技術,如聯興儀器 、捷保、航偉科技等都可見長庚醫電所學生的蹤影,雖尚無畢業生投入業界,但不少公司已透過國防役留才,預計兩年後,還將與工研院機械所合組新創公司。

      Cheer雜誌94年10月專訪(p245)

激盪工學院與醫學院交流的火花

「當輪椅緩緩地『站』起來,那位癱瘓多年的病患馬上感動得淚流滿面。」長庚大學醫療機電所所長李明義,回憶起當年參加德國紐倫堡國際發明展,位久坐輪椅的病人,試用他們所發明的「可折疊坐立兩用輪椅」之情景,「因為,他終於可以和人平視交談了」 。

 

  ■ 投入醫療器材的開發

 

李明義指出,台灣已逐漸邁入高齡化社會,中老年人及慢性病患日益增加,更需要復健醫療及慢性病照護等輔具。然而國內有80%以上的醫療器材,乃仰賴進口。因此醫電所的成立目標,就是要研發本土化的醫療器材。長庚醫電所的研究重點,可分為醫療光電、復健工程、電腦輔助、微奈米暨創意設計、以及醫療3C/3R等研究。所謂3C/3R,即指醫療上的逆向工程、快速成型及生物力學分析等方面。醫電所的學生來源,有三分之二來自機械系,而有三分之一具醫學背景。李明義表示,醫學背景者多來自物理治療系,還有位是台中榮總的外傷科醫師。由於強調「醫療」與「機電」的整合應用,學生不但須具備系覺開發的設計能力,也需要臨床上的經驗。除了必修課程之外,會針對醫學背景的學生,給予機電工程原理的專業加強;對於工學背景的學生,則規劃了生理解剖學概論,協助同學對醫學專業知識的認識。

 

  ■ 為助人而創新

 

雖然成立時間很短,長庚醫電所的研究成果卻相當豐富。累積過去在機械系之下的開發成果,李明義指出,該所已取得30~40件專利,在國內外的發明展上也屢屢獲獎。「這是可以幫助人,也讓自己成長的研究。」李明強調,過去也開發出「可變換為輪椅結構的汽車駕駛座」讓行動不便者可以輕易地上下車。除 此還可以藉由快速成型機,做出假的頭蓋骨,提供醫生做重大手術前的模擬開刀;是一塊可以帶給很多人希望、值得繼續開發的領域。