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。

 


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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

 

 

 
 

 


新聞報導(青年日報 民國 104年11月21日)

邁頂計畫長庚大學心震圖譜醫技創新

 

     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。

 

 

 
 

 

新聞報導(經濟日報 民國 104年11月07日)

長庚大學發表「心」臟診斷創新感測技術



【台北訊】長庚大學工學院慣性感測研發團隊,己成功發展出一項判定心臟瓣膜閉合、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,並發現六項異常辨識的特徵點,為世界首次發表,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。

此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、電機工程學系林文彥助理教授及長庚醫院心臟內科張伯丞醫師。該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圗(Electrocardiogram,ECG),是利用四組微機電技術製作的加速規(俗稱G sensor)量測模組,貼附在人體心臟四個瓣膜部位的體表,量測心臟瓣膜閉合、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,因此所產生的四組「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(trans-aortic 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(trans-mitral atrial contraction maximal flow,MFA)、經二尖瓣血流在心室舒張部分最快流速(trans-mitral ventricular relaxation maximal flow,MFE)。此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。成果展中,該團隊亦將在成果展中展出另一項「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。

 

 

 

 
 

新聞報導(中央社 民國103年6月24日)

長庚合作 搶攻穿戴裝置

 

【中央社記者韓婷婷台北24日電】仁寶電腦宣布與長庚大學工學院合作,共同成立「健康照護科技研發中心」,瞄準智慧衣與健康照護服務雲產品開發,搶攻穿戴式龐大商機。仁寶與長庚大學共同成立健康照護科技研發中心,今天上午舉行簽約儀式,仁寶總經理陳瑞聰表示,公司設置30至50人研發團隊,產品將於明年第2、3季推出,初期以醫療體系為主,預期推出後市占率可達5成。仁寶表示,目前市面上一些穿戴式科技產品,大多著重於監測功能,無法對使用者提出即時預警。仁寶今天攜手長庚大學展示相關智慧衣,有各式感測器可量測穿戴者心電訊號、呼吸、溫度、汗液及姿態等資料,進行24小時監控。當受測訊號變化可能造成重大疾病或死亡時,將立即發出警報告知穿戴者等功能,希望能幫助人們做到「活的好,老的慢,病的輕」的境界。


 
 

(民國103年4月)

恭賀本實驗室李明義教授獲聘擔任

美國 IEEE Trans. on Systems, Man, and Cybernetics: Systems

期刊副主編(Assoc. Editor)。


 
 

(民國101年11月)

本實驗室李明義教授與金屬中心合作研發之「改良式舉輪床秤」

(專利號M355375)榮獲2012年德國紐倫堡國際發明展「金牌獎」。


 
 

(民國100年5月)

恭賀本實驗室李明義教授當選

「中華安全行動照護協會 第一屆常務理事及副理事長」。


 
 

(民國99年12月)

本實驗室鄒仲偉及張華洋兩位同學參與

2010生物醫學工程科技研討會學生「口頭論文競賽」,

榮獲「優等」,為所爭光。

(題目:膝關節承重負擔轉移與動作控制強化下肢輔具開發之研究)


 
 

(民國99年4月)

恭賀! 李明義教授當選 IET (前IEE) Fellow會士


 
 

(民國97年12月)

楊吉仕博士生、孫國順博士生與王建霖碩士生皆於97年12月26日舉辦「2008龜山鄉五校健康維護發展趨勢論壇」獲得績優獎。


 
 

(民國95年12月)

本實驗室李明義教授指導學生江宏偉、張宗瑋及潘楷明等同學進行「微重力細胞自動培養系統」開發研究,參加中華民國生物醫學工程學會論文競賽,榮獲「生醫材料與組織工程組」優等論文,為校爭光。(論文名稱為「微重力細胞自動培養系統開發及臨床應用驗證 」)


 
 

(民國94年11月)

參加本年度教育部「精密機電整合人才培育計畫之技術論文」競賽

(題目為雷射燒結組織工程用支架快速成型系統開發及實作驗證)

榮獲優等獎。


 
 

(民國93年12月)

本實驗室江宏偉同學參加由韓國舉辦之「發明展覽」展榮獲銀牌獎。


 
 

 

(民國93年4月)


(民國92年3月)

醫療機電設計與整合教學資源中心,

獲教育部評定為全國資源中心[特優獎]。


(民國91年12月)

教育部於長庚大學機械系與醫療機電研究所,

成立醫療機電整合教學教學資源中心。


(民國91年8月)

李明義教授 率隊完成[3D虛擬輔具美術館]


(民國91年7月)

長庚大學機械工程學系與醫療機電工程研究所,

與國內無障礙協會、輔助科技促進職業重建協會、

中華科技輔具協會,共同簽署策略聯盟暨合作備忘錄。


(民國87年11月)


  李明義主任獲中華民國機械工程學會選為87年度傑出工程教授

於11/27日在機械工程學會年會成大會場接受頒獎!


李明義主任代表我國參加德國紐倫堡「1998國際發明展覽」

在454件參展品中榮獲「金牌獎」,為國爭!!


(民國87年10月)

● 李明義老師應邀以「監控式肌電訊號回饋復健牽引治療器」參加於德國紐倫堡舉行之1998年國際發明展覽。

● 本研發室開發之「可折疊站、坐兩用輪椅」參加中華民國八十七年全國發明展,於台北、台中、高雄等三個展區展出。


(民國87年9月)


李明義主任醫療機械研發成果經教育部評選為

「大專教師與產業界合作研發績效卓著獎」


(民國87年8月)

● 李明義老師應國科會邀請於八月十六日參加「跨越社會鴻溝記者招待會」,並展出三項自行研發之科技輔具專利技術產品。

本研發室開發之「可攜帶式動態腳壓量測系統」參加87年全國發明及創新展覽教師組第三名。


(民國87年7月)

● 李明義老師於七月六日、七日赴美國 John Hopkins 大學骨科生物力學實驗室參觀訪問,與該實驗室主持人趙以甦博士洽談未來合作研究事宜。


(民國87年6月)


李明義主任六月二十六日經長庚大學校教評會審查通過榮升教授

● 本研發室大學部專題生林英隆同學參加本系學生專題研究成果海報競賽榮獲第一名。另研究所連永昌、黃炳璋兩位同學分別獲研究所研究成果海報競賽第一、三名。

● 李明義主任自本年度起擔任國科會工程處自動化學門研究計畫複審委員。

● 李明義老師於六月十二日應國立中正大學工學院邀請發表專題演講,講題為「醫療機電整合系統開發案例介紹」。


(民國87年5月)

● 台朔重工委託工學院開發之「自動倉儲24米高架吊車控制系統」產學合作案(FS專案),已於今年五月完成雛形設備,經實際七十二小時運轉試車,在每分鐘一六0公尺高速運動下,定位精度達2mm,本項計畫係由李明義主任擔任總計畫主持人,參與老師包括機械系孫明宗、張耀仁、何政達老師,電機系盧而輝、吳介騫、李俊賢老師、電子系賴永康老師、資管系張禾坤老師,今年底將有九台在麥寮六輕廠區裝機使用。


(民國87年4月)

● 李明義主任研發醫療機械系統有成,獲選代表國科會參加一月份亞太經合會技術交流展,相關資料刊登於四月份「長庚醫訊」18卷9期。


(民國87年3月)

● 李明義主任於三月五日應成功大學醫學工程研究所邀請發表演講,講題為「長庚復健工程研發案例報告」。


(民國87年2月)

●  李明義老師應邀於87年2月22日參加腦中風學會、物理治療學會、神經醫學會合辦之「神經復健訓練課程」擔任邀請講座,講題為「Stroke rehabilitation Engineering」,並發表復健工程在腦中風病患運動控制評估訓練研究案例。此次研習會共有超過六百人參加,地點為榮總致德樓會議廳。

● 李明義老師獲大陸中華優秀科學論文選編輯委員會聘為「顧問」。


(民國87年1月)

● 李明義老師近年來在醫療系統開發之研究成果,獲評選代表國科會參加在台北舉行之"APEC亞太經合會技術交流展(TECHNOMART)" 。


(民國86年12月)

● 本研發室研究成果獲中華民國醫學工程學會八十六年度年會及研討會「璧報論文獎」。

● 李明義老師獲遴選為中華民國生物力學學會理事。


(民國86年9月 ~ 11月)

● 李明義老師研究成果"監控式肌電訊號回饋復健牽引機"經國科會推薦參加八十六年度全國發明展榮獲"金頭腦獎",並將代表我國參加明年在德國紐倫堡舉行之世界發明大賽。

● 李明義老師於十一月十五日獲邀參加明志工專技術與教學研討會作Keynote演講,講題為"醫療機械創作與發明"。

● 李明義老師指導本研究室林明宗、林英隆同學進行工業專題研究,研究成果分別獲"國科會大專學生研究創作獎"及"科技創新產品育成獎"。

● 李明義老師獲選為中華民國生物力學學會理事。

● 李明義老師接受長庚醫訊邀請撰寫"復健工程在長庚生根"一文,刊登於1997年9月期之長庚醫訊。

● 李明義老師於九月下旬接受華視專訪在教師節隔日以三十分鐘特別節目"師恩照我心"播出,節目中除了介紹長庚大學工學院著重師生互動、手腦並用、創造發明之教學方式,也介紹李老師幾年來之專利發明研究成果。

● 李明義老師研究成果所發表的論文獲選為大陸"中華優秀科學論文選"入選論文。

● 李明義老師接受長庚醫訊邀請撰寫"復健工程在長庚生根"一文,刊登於1997年9月期之長庚醫訊。


(民國86年8月 )


本研發室主持人 李明義 教授榮升長庚大學第一任機械系系主任


(民國86年7月)

本實驗室發表之「Comparison of the Balance Responses and Motor Patterns During sit-to-stand Task with Functional Mobility in Stroke Patients」最近獲美國復健學會期刊(Journal of Physical Medicine & Rehabilitation)接受刊登並列為美國復健醫師再教育指定選讀文章(Article for Category I CME Credit)。


(民國86年6月)

「多功能坐站兩用輪椅」

獲中華民國科技管理學會主辦之第一屆「科技創新產品育成獎」


新聞報導(中央日報 民國86年5月1日 生活頻道)

醫界開發骨刺新治療法

【李宛蓉/台北訊】中老年人由於鈣質流失或骨骼鈣化現象,壓迫到頸部、腰部脊椎神經罹患骨刺,由於現行治療方式易造成病患因緊張而造成拉傷,醫界對此開發出新式治療儀器,藉由電腦控制讓病患復健治療不會造成二次傷害,同時也縮短復健治療時程。

長庚醫學暨工程學院李明義、長庚醫院復健科醫師黃美涓等人,在行政院國家科學委員會經費補助下,共同開發出「監控式肌電訊號回饋復健牽引治療器」,經由電腦隨時判讀病患肌肉緊縮情況,機動調整治療設定參數,讓病患達到治療效果,確保治療安全。新開發的儀器卻只須七週到四週的時間就可完成儀器牽引復健,同時具有治療、監測、診斷、分析、評估等多項功能,該技術已經獲得國內專利,至今正向美國申請專利中。


新聞報導(民生報 民國86年5月1日)

智慧型牽引機 骨刺復健更安全

李明義自行研發成功 療程短、疼痛少 無二次傷害之虞

【記者李忠義/報導】在國科會的支持下,長庚醫學院副教授李明義昨天發表自行研發的「智慧型監控式復健牽引機」,可透過對肌電訊號的即時監測,為骨刺患者進行物理治療、施加頸部和脊椎牽引力時,控制復健牽引機發出的力道及牽引時間,避免發生施力不當所造成的二次傷害。

這項發明已有四項專利獲得我國十年專利,預計年底前上市,並正式向美國、歐洲、日本等國申請專利保護。

兼任長庚醫院復健分院植物人照護自動化專案主持人及生物力學實驗室主任的李明義,平時埋首於一系列的復健及平衡訓練設備的研發工作;包括自動洗澡機、同步排水系統、遠端尿布感測器、自動洗頭器、自動餵食系統等。

李明義表示,中老年人罹患退化性脊椎病變或椎間盤突出,也就是俗稱的長骨刺,是臨床上最常見的脊椎神經受壓迫原因,使用牽引機進行脊椎牽引術是最有效的物理治療方法。但是現行復健用的牽引機在設定牽引拉力、收放程序等參數後就維持固定,通常由醫師判定,每次收放週期也不一定,一旦設定不當,很容易引發患部肌肉緊張、痙攣、疼痛加劇,而且對牽引機的療效也缺乏客觀定量的評估工具,因此引發他改良的動機。

此一智慧型牽引機的原理,是增加對肌電訊號(EMG)的即時監測,並比對安全肌電位後整合到制動器,控制牽引拉力及收放程序,以提高治療效果。

經四十八名患者實地測試後,治療時間由原本的八週縮短為四至五週,疼痛等負面效果也減少,已有廠商要求技術轉移;在通過衛生署核准後,將於年底前上市,未來更計劃推出居家型,讓病患可自行在家中進行復健治療。


新聞報導(聯合晚報 民國86年4月30日 六版)

治骨刺 本土復健機來了

取得專利 今夏上市 整脊治椎 不再怕越拉越痛

【記者呂玲玲/台北報導】中老年人常見罹患退化性脊椎病變,或椎間盤突出(俗稱長骨刺),長庚醫學暨工程學院今天宣佈,研發出本土化「智慧型監控式EMG回饋牽引復健治療機」,臨床效果良好,已取得國內專利;這項醫療器材今年暑假可以上市。

長庚醫學暨工程學院李明義博士、林口長庚醫院副院長黃美涓等人在國家科學委員會的支持下,完成本土化的復健用牽引治療機的研發。李明義表示,長庚醫院復健科去年完成48例病患臨床試用評估,臨床效果良好。

李明義指出,以牽引治療機進行脊椎牽引是最安全的脊椎病變物理治療方法,但現行復健用牽引機的牽引治療參數一經設定後,便維持固定的牽引拉力,病患牽引部位因肌肉緊張、發生痙攣或牽引拉力設定不當時,都可能導致拉傷肌肉或牽引後疼痛加劇的問題。

因此,他針對這項缺點進行改進,整合肌電訊號偵測器、回饋控制器、電腦界面硬體設備及多媒體視窗圖形界面等技術。目前這項技術已經移轉國內廠商生產。