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健康医疗核心技术 创新建构生态系
 

【作者: 陳復霞】2018年07月11日 星期三

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根据国际研调机构IDC预测,在2018年全球企业有高达75%会将人工智慧(AI)、机器学习(Machine Learning)及深度学习(Deep Learning)纳入发展计画当中。全球人工智慧与物联网(IoT)发展方兴未艾,推动新一波科技创新创业的发展浪潮,由科技部创业培育专案计画支持的多家新创团队近期发表研发成果,展现诸多技术实力及市场潜力。


本文探究健康、医疗与照护领域的多项创新技术,包括生物检测晶片、影像辨识、人工智慧及机器人等技术,以期从各家所拥有的核心技术能力,能够共同激荡发掘产业未来的新趋势及创造新商机。


生物感测晶片影像及自动化辨识


图1 : 生物晶片的应用范畴(source:工研院生物医学工程中心/CTIMES制图;2018/06)
图1 : 生物晶片的应用范畴(source:工研院生物医学工程中心/CTIMES制图;2018/06)

一般的生物感测晶片(Micro-array-chip)包括基因晶片、蛋白质晶片、寡核酸阵列、互补核酸阵列等,通常是将可特徵基因之对偶硷基序列(探针)排列放置在微晶片上(如抗体),再将含基因序列之样品液体倒在微晶片上(如抗原),进而检测及摘取所需的资讯;至於微阵列晶片则是采用在微小面积的基质上种植高密度的生物探针,其生物探针可分为较短链的合成寡核柑酸或cDNA两种,高密度高於500 probes/cm2,中、低密度则低於500 probes/cm2,具有体积小、反应速度快及多工平行处理的特色。


由国立高雄科技大学电子工程系邱建良??教授率领智慧型光电影像处理团队创新「生物晶片影像辨识」技术,主要应用LabVIEW软体进行影像条码及数字於感测生物晶片的自动化辨识系统,搭配硬体设备CCD影像撷取平台撷取目标物件。



图2 : 「生物晶片影像辨识」技术适用於生医、光电、预防医疗及仓储等产业。(摄影/陈复霞)
图2 : 「生物晶片影像辨识」技术适用於生医、光电、预防医疗及仓储等产业。(摄影/陈复霞)

影像撷取辨识平台分成精密型及量产型两种方式:1.精密型━利用高阶CCD影像撷取辨识平台进行小量且精细线宽一维条码的生物晶片辨识,最小可辨识线宽为0.08mm,约每一分钟可辨识12个生物晶片;2.量产型利用扫描器进行大量生物晶片的影像辨识,最小可辨识线宽为0.1mm,约每一分钟可辨识60个生物晶片。除了可辨识杂乱排序的生物晶片,以及具有条码自动转正系统,并搭载辨识数字编码系统等,适用於生医、光电、预防医疗及仓储等产业。


图3 : 创新「生物晶片影像辨识」技术整合软硬体,进行影像条码及数字於感测生物晶片的自动化辨识系统,搭配CCD影像撷取平台撷取目标物件。 (source:国立高雄科技大学电子工程系/南台湾国际产学联盟;2018/06)
图3 : 创新「生物晶片影像辨识」技术整合软硬体,进行影像条码及数字於感测生物晶片的自动化辨识系统,搭配CCD影像撷取平台撷取目标物件。 (source:国立高雄科技大学电子工程系/南台湾国际产学联盟;2018/06)

创新团队采用的Code 128条码是一种长度可变、连续性的字母数位元条码,除了可使用128个数目字,并可左或右双向扫描,即使条码180度倒转也能扫描,以及可自行决定是否有终检码,条码没有固定长度,但包括起码和终止码在内,最长为232个字元。至於实验用样本验证是依据Code-128(Type C)条码规范,使用绘图软体制作出条码并使用显微镜放大50倍,进行相关验证。


线上AI药物开发平台缩短新药探索期

新药开发时程耗时费力,导入大数据、AI的机器学习技术与软体开发能力等,能够在新药开发探索阶段,强化电脑辅助的药物筛选与设计,缩短新药开发时程与提高成功的机率。


AI预测模型的准确度能够协助药物开发缩短时程,由台湾大学曾宇凤教授带领的团队研发的线上AI药物开发平台━Virtual Man,能够模拟药物临床前的试验结果,并提供结构修饰建议,协助候选药物最隹化。创新团队利用各式机器学习方法计算化合物性质,预测临床前试验结果,使用者只需输入药物结构,即能获得所有模拟数据并提供药物结构修饰的方向。


关於AI预测模型皆为台大生医电子资讯所计算化学实验室开发,针对大型药厂可提供客制化模型与药物结构修饰服务,中型药厂与学研单位缺乏建立电脑预测团队,通常需要购买软体或外包给顾问公司,透过线上AI药物开发平台运用深度学习演算法,将能确保模型的高准确度,未来将以提供软体及顾问服务为主。


在新药探索开发领域,台湾采用大数据与AI应用还在起步阶段,如何擅於有效结合丰富的基础研究知识、大数据、AI 演算法开发,将是线上AI药物开发平台强化核心竞争力的关键所在。


AI智慧型药局机器人虚实整合综效


图4 : 实体的手持装置与多元人机介面系统平台结合创造虚拟智慧药局。(source:大仁科技大学/CTIMES制表;2018/05)
图4 : 实体的手持装置与多元人机介面系统平台结合创造虚拟智慧药局。(source:大仁科技大学/CTIMES制表;2018/05)

台湾的连锁药局市场规模庞大,知名连锁药局破千家,智慧药局系统售价约10万元,会员、病历及药品、医材等数据繁琐,让系统作业不易,为了减轻药局药师的重复性作业,并且提升服务品质及营收,大仁哥团队由大仁科技大学多系所和成功大学电机系及一安连锁药局董事长王有让组成,大仁科大结合AI技术和六万名校友、两千家药局的资讯,打造多元人机介面系统平台,藉以串连用户端、平台端(手机、机器人及平台看板),将资料传输至云端的伺服器进行资料运算及分析,创造台湾的智慧药局,并且具有销售通路的优势。


本产品的核心技术是以AI技术开发对话系统为基础,应用於药局场域,该系统包括卫教对话系统(系统文本为药师提供与认证)、处方签领药与辨识,智慧药柜(LED显示)、人脸辨识会员系统、药局物流管理系统、广告播放及线上购物等功能来解决问题,实际减轻药师重复性的作业负担,协助药师及药助,提升服务品质,以及增进药局的营收效益。


医疗智能聊天机器人可即时谘询

如果有个24小时不打烊的线上聊天机器人,可以随时随地都能解决商户客服和行销的问题,而且是医疗谘询,用AI判读对话,由专业医师团队协助导入医疗健康聊天资料库,透过线上服务协助找到适合的医疗院所与科别,无疑是项守护健康的安心服务。


预计於2019年成立的医太公司营运长翁子腾说明核心产品,该Ether团队成员具有医学与AI技术专才,能深入了解医疗资讯市场的需求,提供即时的医疗谘询,除了自然语言分析的演算法,医疗资料库是其强项,采基本月租收费1万元,若需其他模组功能服务,则依照不同项目另外计费。至於Ether团队的客户以企业、医院、诊所为主,目前选择医美诊所为早期合作夥伴,先进军医美通路。


整合式眼底疾病侦测照亮眼

近年来大众的健康意识提升,许多人关注个人健康,并定期进行健康检查,但却极少人会考虑为眼睛进行健检,然而3C产品的盛行,让大家对於眼睛的健康开始重视,其实有很多会造成失明的眼疾,像是黄斑部病变、青光眼、视网膜病变等,在初期都没有明显症状,而当眼部不适求诊时,常已进入中後期而难以治疗。



图5 : DM-35视网膜疾病侦测软体着重术前分析,以协助眼科医师筛检出早期具有高风险视网膜病变的病患。(摄影/陈复霞)
图5 : DM-35视网膜疾病侦测软体着重术前分析,以协助眼科医师筛检出早期具有高风险视网膜病变的病患。(摄影/陈复霞)

全球高龄化的趋势与慢性疾病潜伏都会对眼睛的健康带来高度的风险与威胁,尤其是视网膜病变。以视网膜前膜病变为例,其病区特徵在於透明薄膜、增生范围扩大及会逐渐增厚,平均发病年龄在50岁以上,3年内有50%的病患会恶化导致失明,摘除手术是唯一的治疗方式,而术前追踪病区增生范围很重要。


「瑞提纳」团队施秉宏表示,针对视网膜病区不易观察的疾病,他们开发出一套整合眼底疾病侦测系统:DM-35视网膜疾病侦测软体,着重术前分析,以协助眼科医师筛检出早期具有高风险视网膜病变的病患,并且可相容於目前市售与诊间所采用的眼底照像机输出图片格式;目前已完成软体开发第一代原型,并於台大医院进行初步人体临床试验(IRB)验证,目前以200人病例为依据,自行开发的核心技术专利则在申请中。


肾斗士智能系统准确纪录及适时提醒

台大医院近期发生加护病房洗肾设备接错管路事件,共有6名重症病患受到影响,这起事件源自於1名洗肾专科护理师误将洗肾机的RO逆渗透水接成自来水管线,导致医疗疏失,如何避免医疗照护方面的安全异常引起大众的关注。洗肾病患除了藉由洗肾设备进行血液透析之外,亦有许多病友在家中自行操作腹膜透析,如果透过器材与微型监控系统提醒与协助,准确纪录在家进行腹膜透析时的相关资讯,更能够守护病友的健康。


根据中国医肾脏科刘耀隆医师临床观察经验,发现在家中自行操作腹膜透析方式洗肾的病友,常有自行纪录不实或拿错药水而造成回诊医师误判病情的现象。因应腹膜透析需要有效及方便的监控系统,刘医师的临床需求加上中兴大学机械系吴嘉哲??教授开发的微机电系统与瑞霸生技共同开发智能监控系统的软体,整合成效,完成尿毒患者智能监控系统。


肾斗士智能系统包括一微型超音波流量计与一可安装至手机的肾斗士APP,在病友进行换液动作之前,手机会先提醒,透过影像确认病友是否拿取正确药水种类,而在进行换液动作时,微型超音波流量计夹在换液的软管上,藉由超音波在介质流动的速率改变纪录软管上进入流量(灌液量)及排出流量(脱水量),将量测资讯传至手机上APP,掌握多位洗肾病友的换液状况,在有问题的状况发生时,系统会提出回诊建议。



图6 : 肾斗士智能系统包括一微型超音波流量计与一可安装至手机的肾斗士APP。(摄影/陈复霞)
图6 : 肾斗士智能系统包括一微型超音波流量计与一可安装至手机的肾斗士APP。(摄影/陈复霞)

在病友使用介面的特色为一键搞定(打开肾斗士APP)、拿错提醒(确认药水种类)、异常提醒(点选连接开始记录)及浊度叁考(药水拍照上传)。而经由手机上的APP将数据传至远方医护人员系统作纪录,单一医护人员能清楚掌握多个洗肾病友的换液状况,一旦发生问题状况时,系统会提出回诊建议。


行动化、精准化、个人化成医疗之钥

智慧医疗以人为本,精准医疗概念带动个人化治疗的趋势,产医学研合力创造台湾新世代智慧科技,从多样化的「智慧健康照护医材」先端技术来看,行动化、精准化、个人化已成为医疗之钥,创新研发成果趋於跨业、跨技术领域的整合成效,而资通讯技术与医疗的结合更加紧密,创新科技与设计势必将打造未来医疗新模式,而未来具有技术能力的学研单位及新创公司将会更具有影响力,并且吸引更多的国际大厂合作、收购或投资策略布局,以维持其竞争优势,亦将形成新的产业链与生态系。


**刊头图 (source: reader.gr)


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