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健康醫療核心技術 創新建構生態系
 

【作者: 陳復霞】   2018年07月11日 星期三

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根據國際研調機構IDC預測,在2018年全球企業有高達75%會將人工智慧(AI)、機器學習(Machine Learning)及深度學習(Deep Learning)納入發展計畫當中。全球人工智慧與物聯網(IoT)發展方興未艾,推動新一波科技創新創業的發展浪潮,由科技部創業培育專案計畫支持的多家新創團隊近期發表研發成果,展現諸多技術實力及市場潛力。


本文探究健康、醫療與照護領域的多項創新技術,包括生物檢測晶片、影像辨識、人工智慧及機器人等技術,以期從各家所擁有的核心技術能力,能夠共同激盪發掘產業未來的新趨勢及創造新商機。


生物感測晶片影像及自動化辨識


圖1 : 生物晶片的應用範疇(source:工研院生物醫學工程中心/CTIMES製圖;2018/06)
圖1 : 生物晶片的應用範疇(source:工研院生物醫學工程中心/CTIMES製圖;2018/06)

一般的生物感測晶片(Micro-array-chip)包括基因晶片、蛋白質晶片、寡核酸陣列、互補核酸陣列等,通常是將可特徵基因之對偶鹼基序列(探針)排列放置在微晶片上(如抗體),再將含基因序列之樣品液體倒在微晶片上(如抗原),進而檢測及摘取所需的資訊;至於微陣列晶片則是採用在微小面積的基質上種植高密度的生物探針,其生物探針可分為較短鍊的合成寡核柑酸或cDNA兩種,高密度高於500 probes/cm2,中、低密度則低於500 probes/cm2,具有體積小、反應速度快及多工平行處理的特色。


由國立高雄科技大學電子工程系邱建良副教授率領智慧型光電影像處理團隊創新「生物晶片影像辨識」技術,主要應用LabVIEW軟體進行影像條碼及數字於感測生物晶片的自動化辨識系統,搭配硬體設備CCD影像擷取平台擷取目標物件。



圖2 : 「生物晶片影像辨識」技術適用於生醫、光電、預防醫療及倉儲等產業。(攝影╱陳復霞)
圖2 : 「生物晶片影像辨識」技術適用於生醫、光電、預防醫療及倉儲等產業。(攝影╱陳復霞)

影像擷取辨識平台分成精密型及量產型兩種方式:1.精密型-利用高階CCD影像擷取辨識平台進行小量且精細線寬一維條碼的生物晶片辨識,最小可辨識線寬為0.08mm,約每一分鐘可辨識12個生物晶片;2.量產型—利用掃描器進行大量生物晶片的影像辨識,最小可辨識線寬為0.1mm,約每一分鐘可辨識60個生物晶片。除了可辨識雜亂排序的生物晶片,以及具有條碼自動轉正系統,並搭載辨識數字編碼系統等,適用於生醫、光電、預防醫療及倉儲等產業。


圖3 : 創新「生物晶片影像辨識」技術整合軟硬體,採用自動化辨識系統搭配CCD影像擷取平台擷取目標物件。 (source:國立高雄科技大學電子工程系/南臺灣國際產學聯盟;2018/06)
圖3 : 創新「生物晶片影像辨識」技術整合軟硬體,採用自動化辨識系統搭配CCD影像擷取平台擷取目標物件。 (source:國立高雄科技大學電子工程系/南臺灣國際產學聯盟;2018/06)

創新團隊採用的Code 128條碼是一種長度可變、連續性的字母數位元條碼,除了可使用128個數目字,並可左或右雙向掃描,即使條碼180度倒轉也能掃描,以及可自行決定是否有終檢碼,條碼沒有固定長度,但包括起碼和終止碼在內,最長為232個字元。至於實驗用樣本驗證是依據Code-128(Type C)條碼規範,使用繪圖軟體製作出條碼並使用顯微鏡放大50倍,進行相關驗證。


線上AI藥物開發平台縮短新藥探索期

新藥開發時程耗時費力,導入大數據、AI的機器學習技術與軟體開發能力等,能夠在新藥開發探索階段,強化電腦輔助的藥物篩選與設計,縮短新藥開發時程與提高成功的機率。


AI預測模型的準確度能夠協助藥物開發縮短時程,由台灣大學曾宇鳳教授帶領的團隊研發的線上AI藥物開發平台-Virtual Man,能夠模擬藥物臨床前的試驗結果,並提供結構修飾建議,協助候選藥物最佳化。創新團隊利用各式機器學習方法計算化合物性質,預測臨床前試驗結果,使用者只需輸入藥物結構,即能獲得所有模擬數據並提供藥物結構修飾的方向。


關於AI預測模型皆為台大生醫電子資訊所計算化學實驗室開發,針對大型藥廠可提供客製化模型與藥物結構修飾服務,中型藥廠與學研單位缺乏建立電腦預測團隊,通常需要購買軟體或外包給顧問公司,透過線上AI藥物開發平台運用深度學習演算法,將能確保模型的高準確度,未來將以提供軟體及顧問服務為主。


在新藥探索開發領域,台灣採用大數據與AI應用還在起步階段,如何擅於有效結合豐富的基礎研究知識、大數據、AI 演算法開發,將是線上AI藥物開發平台強化核心競爭力的關鍵所在。


AI智慧型藥局機器人虛實整合綜效

台灣的連鎖藥局市場規模龐大,知名連鎖藥局破千家,智慧藥局系統售價約10萬元,會員、病歷及藥品、醫材等數據繁瑣,讓系統作業不易,為了減輕藥局藥師的重複性作業,並且提升服務品質及營收,大仁哥團隊由大仁科技大學多系所和成功大學電機系及一安連鎖藥局董事長王有讓組成,大仁科大結合AI技術和六萬名校友、兩千家藥局的資訊,打造多元人機介面系統平台,藉以串連用戶端、平台端(手機、機器人及平台看板),將資料傳輸至雲端的伺服器進行資料運算及分析,創造台灣的智慧藥局,並且具有銷售通路的優勢。



圖4 : 實體的手持裝置與多元人機介面系統平台結合創造虛擬智慧藥局。(source:大仁科技大學/CTIMES製表;2018/05)
圖4 : 實體的手持裝置與多元人機介面系統平台結合創造虛擬智慧藥局。(source:大仁科技大學/CTIMES製表;2018/05)

本產品的核心技術是以AI技術開發對話系統為基礎,應用於藥局場域,該系統包括衛教對話系統(系統文本為藥師提供與認證)、處方籤領藥與辨識,智慧藥櫃(LED顯示)、人臉辨識會員系統、藥局物流管理系統、廣告播放及線上購物等功能來解決問題,實際減輕藥師重複性的作業負擔,協助藥師及藥助,提升服務品質,以及增進藥局的營收效益。


醫療智能聊天機器人可即時諮詢

如果有個24小時不打烊的線上聊天機器人,可以隨時隨地都能解決商戶客服和行銷的問題,而且是醫療諮詢,用AI判讀對話,由專業醫師團隊協助導入醫療健康聊天資料庫,透過線上服務協助找到適合的醫療院所與科別,無疑是項守護健康的安心服務。


預計於2019年成立的醫太公司營運長翁子騰說明核心產品,該Ether團隊成員具有醫學與AI技術專才,能深入了解醫療資訊市場的需求,提供即時的醫療諮詢,除了自然語言分析的演算法,醫療資料庫是其強項,採基本月租收費1萬元,若需其他模組功能服務,則依照不同項目另外計費。至於Ether團隊的客戶以企業、醫院、診所為主,目前選擇醫美診所為早期合作夥伴,先進軍醫美通路。


整合式眼底疾病偵測照亮眼

近年來大眾的健康意識提升,許多人關注個人健康,並定期進行健康檢查,但卻極少人會考慮為眼睛進行健檢,然而3C產品的盛行,讓大家對於眼睛的健康開始重視,其實有很多會造成失明的眼疾,像是黃斑部病變、青光眼、視網膜病變等,在初期都沒有明顯症狀,而當眼部不適求診時,常已進入中後期而難以治療。



圖5 : DM-35視網膜疾病偵測軟體著重術前分析,以協助眼科醫師篩檢出早期具有高風險視網膜病變的病患。(攝影╱陳復霞)
圖5 : DM-35視網膜疾病偵測軟體著重術前分析,以協助眼科醫師篩檢出早期具有高風險視網膜病變的病患。(攝影╱陳復霞)

全球高齡化的趨勢與慢性疾病潛伏都會對眼睛的健康帶來高度的風險與威脅,尤其是視網膜病變。以視網膜前膜病變為例,其病區特徵在於透明薄膜、增生範圍擴大及會逐漸增厚,平均發病年齡在50歲以上,3年內有50%的病患會惡化導致失明,摘除手術是唯一的治療方式,而術前追蹤病區增生範圍很重要。


「瑞提納」團隊施秉宏表示,針對視網膜病區不易觀察的疾病,他們開發出一套整合眼底疾病偵測系統:DM-35視網膜疾病偵測軟體,著重術前分析,以協助眼科醫師篩檢出早期具有高風險視網膜病變的病患,並且可相容於目前市售與診間所採用的眼底照像機輸出圖片格式;目前已完成軟體開發第一代原型,並於台大醫院進行初步人體臨床試驗(IRB)驗證,目前以200人病例為依據,自行開發的核心技術專利則在申請中。


腎鬥士智能系統準確紀錄及適時提醒

台大醫院近期發生加護病房洗腎設備接錯管路事件,共有6名重症病患受到影響,這起事件源自於1名洗腎專科護理師誤將洗腎機的RO逆滲透水接成自來水管線,導致醫療疏失,如何避免醫療照護方面的安全異常引起大眾的關注。洗腎病患除了藉由洗腎設備進行血液透析之外,亦有許多病友在家中自行操作腹膜透析,如果透過器材與微型監控系統提醒與協助,準確紀錄在家進行腹膜透析時的相關資訊,更能夠守護病友的健康。


根據中國醫腎臟科劉耀隆醫師臨床觀察經驗,發現在家中自行操作腹膜透析方式洗腎的病友,常有自行紀錄不實或拿錯藥水而造成回診醫師誤判病情的現象。因應腹膜透析需要有效及方便的監控系統,劉醫師的臨床需求加上中興大學機械系吳嘉哲副教授開發的微機電系統與瑞霸生技共同開發智能監控系統的軟體,整合成效,完成尿毒患者智能監控系統。


腎鬥士智能系統包括一微型超音波流量計與一可安裝至手機的腎鬥士APP,在病友進行換液動作之前,手機會先提醒,透過影像確認病友是否拿取正確藥水種類,而在進行換液動作時,微型超音波流量計夾在換液的軟管上,藉由超音波在介質流動的速率改變紀錄軟管上進入流量(灌液量)及排出流量(脫水量),將量測資訊傳至手機上APP,掌握多位洗腎病友的換液狀況,在有問題的狀況發生時,系統會提出回診建議。



圖6 : 腎鬥士智能系統包括一微型超音波流量計與一可安裝至手機的腎鬥士APP。(攝影╱陳復霞)
圖6 : 腎鬥士智能系統包括一微型超音波流量計與一可安裝至手機的腎鬥士APP。(攝影╱陳復霞)

在病友使用介面的特色為一鍵搞定(打開腎鬥士APP)、拿錯提醒(確認藥水種類)、異常提醒(點選連接開始記錄)及濁度參考(藥水拍照上傳)。而經由手機上的APP將數據傳至遠方醫護人員系統作紀錄,單一醫護人員能清楚掌握多個洗腎病友的換液狀況,一旦發生問題狀況時,系統會提出回診建議。


行動化、精準化、個人化成醫療之鑰

智慧醫療以人為本,精準醫療概念帶動個人化治療的趨勢,產醫學研合力創造台灣新世代智慧科技,從多樣化的「智慧健康照護醫材」先端技術來看,行動化、精準化、個人化已成為醫療之鑰,創新研發成果趨於跨業、跨技術領域的整合成效,而資通訊技術與醫療的結合更加緊密,創新科技與設計勢必將打造未來醫療新模式,而未來具有技術能力的學研單位及新創公司將會更具有影響力,並且吸引更多的國際大廠合作、收購或投資策略布局,以維持其競爭優勢,亦將形成新的產業鏈與生態系。


**刊頭圖 (source: reader.gr)


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