文／imec 編譯／吳雅婷

本篇為和比利時魯汶大學(KU Leuven)教授Sabine Van Huffel的訪談，她也是imec研究團隊BioMED資料處理團隊(Biomedical Data Processing Research Group)的主任，主要研究如何根據數學模型，讓穿戴式裝置更智慧化。例如，識別和過濾假影(artefact)，還有結合甚至同步不同測量結果。

穿戴式裝置的好處不勝枚舉，將來勢必會被用於人體保健。雖然如此，穿戴式裝置仍需朝智慧化繼續邁進，我們應該設計出一套新的商業和教育模型。

我們和比利時魯汶大學(KU Leuven) 的教授Sabine Van Huffel進行訪談，她也是該大學工程學院電機工程學系BioMED資料處理團隊(Biomedical Data Processing Research Group)的主任。BioMED也是imec的研究團隊，主要研究如何根據數學模型，讓穿戴式裝置更智慧化。例如，讓這些模型識別和過濾假影(artefact)，還有結合甚至同步不同測量結果，讓醫療診斷更精確。

BioMED正和一批醫師合作對抗疾病，例如：風濕病、心臟衰竭、癲癇和癌症。它也正和imec密切合作，結合imec提供的最先進穿戴式裝置和BioMED發展的頂尖演算法。這樣的組合簡直是天作之合！

為所有醫師組成的工程團隊

人工智慧(AI，Artificial Intelligence)和智慧穿戴式裝置將帶來前所未有的醫療進展。事實上，人工智慧已經是讓醫院測量儀器更智慧化的因素之一。舉例來說，這些儀器運用心臟和大腦曲線圖(EEG，Electroencephalogram，腦波圖)，能自動偵測癲癇發作，或能辨識影像中的腫瘤組織。這些演算法也極具多功能性，能夠快速學習，像是新增新型測量結果或讀數。人工智慧飛快突破的重要領域之一就是放射學。這是因為演算法能夠快速處理影像，並從放射學家做的筆記中汲取資訊學習。

多虧了穿戴式裝置，病患在醫院進行各式測量時能感到更舒適—而且病患也可以在家受到醫療監測。最好的例子就是睡眠研究。就目前而言，如果你有睡眠障礙，可能必須在睡眠研究中心待上一晚，而這個做法花費不斐。但試想，如果你能在睡在自家床上的同時，穿戴感測器一個月。就算這些感測器不像目前醫院使用的儀器那樣準確，穿戴式感測器測出的結果其實會比較可靠，因為這些測量將在現實環境中進行，而且測量過程會歷經一段較長的時間。

另一個例子是在新生兒加護病房，對早產兒進行醫療監測。對這些小嬰兒來說，透過穿戴式裝置或床上的感測器進行醫療監測，不僅讓他們處在更舒適的狀態，這樣的監測還事關生死。和魯汶大學附設醫院(Leuven UZ)的新生兒科合作，BioMED正在研究造成這些嬰兒感到壓力的原因。

如果嬰兒在發育歷程的前幾周或前幾個月感受到壓力—例如因為必須和醫療監測儀器和導線相接，嬰兒感到壓力會影響到他們的(腦部)發育。但透過穿戴式裝置，這些嬰兒較能正常發育。

有趣的是，穿戴式裝置未必會是以穿戴在身上的形式呈現。例如，感測器若是被嵌入在你的床上或車座裡，一樣可以運作如常。又例如，你將可以在購買新車時，要求新增「健康檢查」功能，這和你現在要求增添汽車熱電椅配備是一樣的。這樣的現象也出現在智慧型手機。在以前，手機只被用來打電話，但現在它們的功能遠不止於此。同樣的，汽車的功能將不僅僅是帶你從甲地到乙地而已。

圖一 : imec已經發展出可被嵌在汽車座椅上的感測器，用來監測呼吸和心跳率。這只是未來人們可能在乘坐車輛的同時，還能進行健康檢查的預示而已。而被嵌在家中床墊的感測器將能測量你的睡眠品質，以盡早診斷出睡眠障礙，像是睡眠呼吸中止(sleep apnea)。BioMED正和魯汶大學附設醫院一同發展這類的睡眠檢查裝置。

然而，要讓這個願景成真，僅有設計良好的軟硬體設備是不夠的。研究者已然明白，要說服醫師為特定疾病進一步研究穿戴式裝置的相關應用，並非輕而易舉的事。這是為甚麼？首先，也是最重要的，穿戴式裝置必須足夠準確、可靠，而不只是「小裝置」而已。這代表著，認證機制對突破穿戴式裝置的發展將非常重要。

另外，醫師沒有時間探究大多數的資料和每個裝置的特定介面，這是事實。因此，在醫師培訓中輔以更多相關技術學科，並擴展醫師對人工智慧的知識，是件重要的事。然而，要達成這個目標，將需要一個專業的生醫工程師團隊待在現場，以協助醫師處理穿戴式裝置提供的新資料。畢竟醫師要能對病患進行診斷，又不至於因操作電腦和龐大的數據量而不堪負荷。

因此，如果我們想要盡早在普通科和專科醫師日常工作中使用穿戴式裝置，有些事情必須改變。例如：病患醫療基金的給付機制，以及日後採用的經營模式。舉例而言，我們是否要向藥局購買這些穿戴式裝置，並在使用後丟棄？還是我們可以從個人醫療基金機構租用這些裝置呢？又或者，我們是否會在醫院拿到這些穿戴式裝置，並在使用後歸還，好讓某個小組殺毒消菌、重新設置裝置，給下個病患使用？

圖二 : 由imec和Holst Centre共同研發，具備感測器功能的智慧OK繃原型。有個好例子可以用來預示發展穿戴式裝置後可能出現的情景：使用者在藥局買了個(便宜的)OK繃，並在使用後將之丟棄—就像現在的驗孕產品。

我們對穿戴式裝置的未來發展目前只能思考到此。可是我們現在又身在怎樣的處境呢？更具體說來，BioMED當前的發展有哪些部分能提供我們預示，為了健康，我們將來要如何運用穿戴式裝置和人工智慧？

感測器記錄日常 小至撿起一枝筆

風濕是個常見的疾病，其疾病發展也被嚴密監測。目前，為了監測風濕病，病患要定期在物理治療師陪同下做標準復健運動，物理治療師會填寫一份評分表，並用碼錶手動計時。但如果……？

如果你不必再做這些復健運動，取而代之地，在上臂配戴一副穿戴式裝置，它能識別你的動作，像是穿襪子、上樓、撿東西等等。

追根究柢，這些動作和你在物理治療師陪同下模擬做出的那些，是一樣的。魯汶大學附設醫院風濕科和BioMED合作，已經發展出一套系統，由具感測器的智慧手環以及加速計組成；該加速器因為具備BioMED精妙的數學模型，能夠識別病患日常生活中的特定動作，還能測量病患完成某個動作所需的時間長短，並將之轉換成分數，這就跟病患和物理治療師在醫院所做的是相同的事情。

圖三 : 利用這個簡單的穿戴式裝置並應用智慧演算法，風濕病患者可在家受醫療監測。

此穿戴式裝置的功能現在已被擴充，能測量心臟活動，亦即心電圖(ECG，Electrocardiogram)，好改善識別病患所做動作的功能。對病患來說，這樣的好處是他們不必頻頻前往醫院看診；而對醫師來說，穿戴式裝置紀錄了病患在日常中的運動，較能反映真實生活，而不只是紀錄病患在診所努力完成指定動作的特定時刻。諸多其他的量測點也能在一段較長的時間內被記錄下來。

協助移除腫瘤的數學

儘管穿戴式裝置的智慧功能帶來不少好處，這些裝置卻不一定是具備智慧功能的唯一工具。讓穿戴式裝置智慧化的數學模型，也可以用來提供醫師更多有關正確診斷和治療的資訊。移除腫瘤就是個例子。目前，磁振造影(MRI，Magnetic Resonance Imaging)的成像是利用磁振掃描儀(MR scanner，Magnetic Resonance scanner)。醫師則利用這些影像來辨識需切除之腫瘤組織。

腫瘤組織和健康組織的組成是不同的，這可以從組織的頻譜中看出來；利用磁振頻譜學(MR Spectroscopy)，組織在同樣的磁振掃描儀中接受測量。當所有磁振造影影像都接受測量後，即是磁振頻譜造影(MRSI，Magnetic Resonance Spectroscopic Imaging)。如果測得的組織頻譜能在用數學模型分析的磁振造影影像中被識別，醫師更能區別健康組織和惡性組織，甚至可能察覺腫瘤內的惡性程度變化。

圖四 : 利用數學模型，磁振造影影像可根據測得的組織頻譜加上色彩。事實上，這張頻譜是該組織組成的一種生化指紋，而且能更詳盡地區分正常組織和腫瘤組織/壞死組織的差別。

也因為只有專業的頻譜學家才能分析頻譜影像，BioMED已將頻譜資訊轉換成「生化指紋」，這些指紋和可辨識組織的特徵相符，而各組織類型在磁振造影影像中皆以不同顏色區別。對放射師來說，這樣能更容易解析出腫瘤及其周圍。這些演算法現在能以產品形式售出，供醫院使用，也能讓放射師的磁振頻譜影像分析工作變得更簡易。魯汶和根特大學附設醫院(UZ Leuven and Ghent)的放射科已經測試這套軟體的辨識大腦腫瘤功能。

杜絕癲癇發作

有些癲癇患者發現藥物治療對他們來說沒有效果。但如果他們的癲癇發作屬於局部性的(Focal Epilepsy，局部型癲癇)，那麼這些病患可以藉由手術，切除病灶來獲得改善。

一般來說，病患會在醫院進行為期一周的術前評估，在這段時間，他們會進行各種檢查，以盡可能清晰地定位出造成癲癇發作的特定大腦部位。腦波圖讀數取自放在頭部的電極，那些電極會以高時間解析度測量腦部所產生的電位差。功能性磁振造影(fMRI，Functional MRI)的高空間解析度將大腦活躍的部位視覺化，也提供了重要資訊。

但如果結合腦波圖和功能性磁振造影，並在同一台磁振掃描儀進行此兩種醫療測量，會怎麼樣呢？由於兩者間互補的解析度特性，EEG-fMRI的組合讓我們可能可以更準確定位癲癇活動，不論在時間或空間解析度上皆然。

然而，以腦波圖測量的負面結果，便是腦波圖讀數在磁振掃描儀造成額外的影像變形，這對讀數的品質產生不利的影響。BioMED和魯汶大學附設醫院神經科合作，已經發展出一些演算法，藉由結合腦波圖和功能性磁振造影消除影像變形，能更準確定位造成癲癇的大腦部位。一座軟體平台已經設計完備，但在可供臨床使用前，它仍需進行更多的多中心測試(Multi-centric Testing)。

為癲癇打造的「助聽器」

為了協助提供病患解決方案，讓一間公司在一項研究計畫開始時便一同參與，當然是件好事。愛美科研發計畫「imec.icon」其中的一項專案「SeizeIT」便是這樣的案例。和三家廠商—比利時生物製藥商UCB、比利時可穿戴裝置製造商Byteflies和比利時工業設計公司Pilipili，以及魯汶大學附設醫院的神經科、小兒神經科合作，BioMED發展出一項給癲癇患者使用的穿戴式裝置。這個裝置外觀像是掛在耳後的助聽器。透過結合大腦、心臟和肢體活動三者的醫學測量，此裝置能監測癲癇發作。

圖五 : 此為SeizeIT計畫研發的「助聽器」，能夠偵測癲癇發作。這對監測病患狀態和開發不同藥物來說是重要的。

就這點來說，此處所指的癲癇發作並非一般認知中的手腳抽搐，而是指一種癲癇類型，這類的癲顯發作更難以識別。為了能夠適度監測病患，並了解哪些藥物對病患有效，掌握特定時間內癲癇發作的時機和次數這類客觀數據和資訊，是至關重要的。有了Seize IT計畫的原型，這個目標現在有機會達成；這個原型將發展成能銷售至市場的產品，是歐盟創新與科技學院(EIT，European Institute of Innovation and Technology)Health社群網絡資助的一項主要歐洲後續計畫的一部份。