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工研院結合醫療電子與穿戴式科技開發行動健康裝置

上網時間: 2014年04月14日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:工研院  行動健康  穿戴式  負壓創傷照護  哮喘偵測器 

行動穿戴式科技是今年各科技大廠爭相踏入的領域,工研院(ITRI)日前發表七項行動健康(Mobile Health)裝置,包括專門照護台灣地區140萬糖尿病患者之外傷照護穿戴式負壓創傷照護、過敏氣喘兒所需的哮喘偵測器、嬰幼兒生理監測BabyCare以及成人生理監測的體感手環、安心床墊等,透過全面性的行動式生理監測打造全方位的健康守護。

工研院董事長蔡清彥表示,現在大家都看好高齡化社會來臨所帶來的商機,例如:健身、生理資訊監測、遠距醫療照護等的行動健康醫療裝置,已經成為最具發展潛力的新興產業。工研院近年來也聚焦在生醫方面的研究,在新創的公司中,就有2家跟生醫領域相關的「台灣微創醫療器材」,以及「台灣生醫材料公司」新創成立;同時也將技術移轉給「竟天生物科技」與「萊鎂醫療器材」兩家生醫業者進駐生醫園區,顯示工研院在生醫、醫療領域的成果已落實產業化的成效。

工研院院長徐爵民指出,由於健康醫療照護的應用趨勢帶動了穿戴式裝置中的行動健康裝置商機,也為相關供應鏈廠商帶來影響。例如:輕薄短小、舒適性、低功耗、高感測度等多功能需求。也帶動精微零組件、相關IC及感測元件的開發等,而這些,也都是台灣廠商的強項。工研院為協助台灣廠商搶進智慧健康照護商機,結合院內材料、硬體、軟體等跨領域研發能量,輔以熟識醫材法規專業人士,協助產業界搶攻行動健康商機。

工研院產經中心副組長張慈映也指出,根據BCC Research 今年2月發表的研究指出,全球穿戴式運算裝置,應用在健康照護領域之市場營收在去年已達到8.6億美元,估計到2018年可成長至30億美元,估算2013~2018之年複合成長率可達28.1%,尤其值得注意的是,又以亞洲地區成長幅度較歐美地區為高,2013~2018之年複合成長率可達33.9%。

工研院董事長蔡清彥(中間右側)、院長徐爵民(中間左側)佩戴工研院行動健康裝置最新研發成果
工研院董事長蔡清彥(中間右側)、院長徐爵民(中間左側)佩戴工研院行動健康裝置最新研發成果

而未來穿戴式行動健康裝置的技術發展方向,包含小型化且低成本的系統晶片、低耗電率的電池設計、感測器收集健康數據的種類、健康數據的運算與分析等面向;特別是收集資訊的感測器與後端分析系統,將是穿戴式行動健康發展的下一個決戰關鍵點,如感測技術的微小化與低耗能、後端數據的分析與特定參數分析結果的回饋等,這些都是提升消費者採用意願,進而帶動商機的重要策略。

工研院行動健康裝置可區分外傷照護、幼兒照護及生理監測,其中外傷照護的穿戴式負壓創傷照護,是利用真空幫浦結合生物相容性孔隙材料,打造出潔淨治療環境,讓傷口可在2~3周內快速癒合,應用在糖尿病患者、一般可移動性傷患,可免除傷口壞死或截肢的情況。

幼兒照護的哮喘偵測器是全球首創可偵測哮喘症狀的穿戴式裝置,已進入第二期與長庚醫院的臨床試驗,透過微小麥克風技術與軟性材料的共鳴腔與振膜技術,可立即判斷是否哮喘發作,能馬上啟動緊急照護機制。在生理監測部分則以微型奈秒脈衝近場非接觸感測(Nanosecond Pulse Near-Field Sensing,NPNS) 技術所發展出來的,包括:可即時、非接觸式、長時間、連續監測的體感手環以及藉由偵測人體心跳與呼吸狀況,並能附加於汽車駕駛座安全帶的疲勞感測與警示裝置等。

工研院自主開發的微型奈秒脈衝近場非接觸感測技術,是採用新一代的微型雷達偵測技術,不僅可隔著衣服進行感測,也不會受佩戴形式或是外在光雜訊的影響,更適合用於穿戴型生理感測裝置。此技術目前已有「心跳感測手環」、「連續血壓量測手環」、「疲勞感測與警示裝置」等不同應用。

「心跳感測手環」可偵測人體心跳和心率變異狀況,達到即時、非接觸式、長時間、連續監測的方式,結合智慧型手機或裝置可做即時的生理資訊通報。「連續血壓量測手環」量測人體兩點脈搏訊號,來協助分析人體血流流速,以做為量測血壓的用途。「疲勞感測與警示裝置」偵測人體心跳與呼吸狀況,結合心跳率、心率變異趨勢特徵分析以及呼吸率、呼吸趨勢變異特徵分析,可進行睡眠評估及推算,就能提前4分鐘對駕駛發出疲勞瞌睡警示。

此外工研院累積多年經驗開發的超寬頻(Ultra Wide Band,UWB)非接觸監測技術,因為不需接觸人體即可偵測人體胸腔的微小位移,並同時測量呼吸與心跳等生理參數,達到可即時、非接觸式、長時間、連續的監測。

2013年底,工研院並應用 UWB 生理感測技術,與世大化成合作推出全球第一張可抑制睡眠呼吸中止症(OSA)的智慧床墊。當打鼾和睡眠呼吸中止症發生時,UWB生理感測技術能即時捕捉到訊號,並透過藍牙傳輸到行動裝置,除了記錄並提出警示,床墊還會自動緩和調整頭部與頸部傾斜角度,以協助使用者盡快恢復正常呼吸,同時不會打斷睡眠。

由工研院主導發展的哮喘偵測器,則堪稱是全球首創可以偵測哮喘症狀的穿戴式設備,整合微小麥克風技術與軟性材料的共鳴腔與振膜技術,從頸部擷取「呼吸音」訊號,利用數位訊號處理後進行分析,進而判斷是否哮喘發作之特徵。穿戴在小朋友身上結合智慧型手機,記錄詳細的呼吸狀況,讓醫生能夠進行詳細的判讀,一旦發現有氣喘發作狀況,更能立即啟動緊急照護機制。

目前已完成第一階段與台大醫院急診室合作臨床實驗,正進行第二階段與長庚兒童醫院合作,並直接邀請有哮喘症狀的小朋友參與專案,希望能在2014年收集到400個病患的資料,作為後續調整哮喘偵測器偵測範圍的參考。

在穿戴式負壓創傷照護技術部分,工研院利用真空幫浦結合封口貼布與生物相容性孔隙材料,當幫浦抽掉空氣後,傷口內形成負壓環境,但因採用特殊材質貼布,不會因在負壓環境下,擠壓到傷口,造成抽取上堵塞,如此將可讓傷口持續保持潮濕的治療環境、有效保護傷口,讓傷口可達到在2~3周內快速癒合最終目標。

行動式負壓傷口照護系統除了應用在糖尿病患者嚴重潰瘍的臨床使用外,也能擴大應用到一般可移動性傷患,處理燒燙傷、創傷、移植等不易癒合的傷口,提供優質的持續性日常居家照護,不影響病人正常作息,這在目前各國醫療保健預算緊縮、病床一位難求的情況下,是最急迫需要發展的技術,也是高齡化社會迫切需要的醫療器材。

動態心電貼片是利用輕薄之軟性貼片,貼附在人體胸腹間,量測心電圖、體溫等生理訊號。透過工研院開發之嵌入式動態雜訊消除技術以及即時心電圖訊號判讀技術,使用者在走路、上下樓梯、起立站臥、或擴胸等日常活動時,也能同時量測心電圖並進行訊號判讀,並於心跳異常律動或者異常波形發生時,自動透過手機或電腦發出警示,達成隨身照護之目的。

工研院以動態心電貼片的技術基礎,研發出更專業醫療等級的穿戴式心血管疾病睡眠監測模組,可同步記錄3導程心電圖(ECG)、4通道心音(PCG)、以及3軸加速度計(ACC),再透過心血管疾病睡眠監測模組分析技術,提供心率變化、呼吸次數、血流動力變化、翻身次數等同步資訊。可用於心律不整、睡眠呼吸中止症、慢性心臟衰竭篩檢,以及睡眠時自律神經、翻身次數等狀況監測照護。

傳統心音設備動輒百萬,這套分析儀可用於居家照護或定點檢測,可提供定期量測資訊或透過後端服務軟體建置,在發生心率異常時遠端提供會診醫師透過心電圖、心音與3軸加速度計訊號,判斷是否有心血管疾病發生,減少醫療人員的工作負擔。

工研院行動健康裝置結合跨領域技術,從硬體的材料、感測、系統到軟體開發,希望為台灣建構行動健康裝置產業,帶動臺灣產業再次升級,在偵測及照護市場取得新興產業的主導地位。





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