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智慧醫療貼近你我的心

智慧醫療貼近你我的心

劉映蘭、凃心怡、王珮華

科技線上

工業技術與資訊

2019-09-16 18:30

科技不只改變你我的生活,也在翻轉醫療樣貌;創新醫材、AI系統,正拓展我們對智慧醫療的無限想像。工研院整合跨域能量,打造多項智慧醫療技術,除了增進國民健康福祉,更要為台灣生技產業加值。

 

「印」出自在手足

3D列印輔護具 護膝護腕好輕鬆

 

 

 

曾經掀起創客(Maker)風潮的3D列印,不僅實現了人類的奇思異想,現在也進入醫療領域,成為復健病人的好幫手。小至滑鼠手、媽媽手,大至足踝矯形器和義肢, 3D列印技術所展現的客製化與貼合度,應用到輔護具上,大幅縮短製作時間,量身訂做更讓病患穿得舒適,復健更有效!

 

3D列印技術正夯,但你能想像這項技術,除了可以幫助腕隧道症候群(俗稱滑鼠手)患者復健外,還能印出幼兒義肢,協助爬坐平衡,進而跨出人生的第一步!工研院與新竹馬偕紀念醫院合作建置「3D列印設計服務共創平台」,列印出客製化醫療輔護具,成為病患生活中不可或缺的貼心「手足」。

 

將3D列印技術運用在醫療輔護具上的起心動念,其實是來自研發人員的「切身之痛」。工研院雷射與積層製造科技中心副執行長洪基彬致力於研發、推廣3D列印技術,直到有一天,困擾他的椎間盤突出問題又復發時,突然靈光乍現:「何不用3D列印來印輔護具?」

 

現代人長時間使用滑鼠,壓迫腕神經而罹患滑鼠手;長期抱小孩、做家務,導致手部肌腱發炎而,變成「媽媽手」,這些操勞過度的關節,不小心處於特定姿勢時就會疼痛不已,一旦施力不當,不僅疼痛加劇,甚至有可能造成不可逆的傷害。新竹馬偕紀念醫院復健科醫師陳建鵬指出,滑鼠手、媽媽手等治療方式都需要適當輔具協助腕部固定、矯正姿勢,避免造成問題的重複性動作繼續帶來傷害。

 

快速、舒適 大幅改善輔護具製程

 

然而,傳統的輔護具是採用「熱塑」的方式製作,治療師需先以約攝氏60度的熱水軟化材料,再將材料套入病患的手部等待模具冷卻成形,方能建立個人的手部專屬模型,過程中患者必須維持固定姿勢並忍受熱塑材料包裹住患部。

 

當洪基彬將「3D列印設計服務共創平台」推薦給新竹馬偕醫院,工程師與醫師都有種如獲至寶的感覺。在醫院這端,復健治療師只需開啟3D掃描儀,8秒完成患部360度掃描,將資料上傳雲端,再透過AI系統導入相關症狀的病例數據,15分鐘就能完成建模。建模資料回傳醫院,加入醫師和復健治療師的專業意見,共同參與模擬製程,原本模擬需要3到4天的時間,現在只需1小時,大幅縮短輔護具製造流程,病患很快就能復健進程。

 

在臨床上,陳建鵬也強調,舒適性是復健的關鍵,如果輔護具戴起來不舒適,病患就不會常戴,復健效果自然有限,因此輔護具的材質就顯得十分重要。經過工研院3D列印團隊與新竹馬偕醫院不斷溝通、修正,針對不同功能的輔護具,已經找出最適化的材質與透氣設計,提高病患穿戴的舒適性。

 

 

義肢、足踝矯形器也難不倒

 

 除了改善媽媽手與滑鼠手的復健效果,工研院的3D列印技術也曾幫助過一名出生時手部感染而截肢的獨臂男嬰,待小男嬰長到開始坐立、爬行的年紀時,因為缺少一隻手臂的孩子少了施力點,不僅很難平衡,甚至連行走都不方便。

 

陳建鵬表示,傳統義肢的價格依照材質、使用功能和患者本身的狀況,價差甚大;加上嬰幼兒成長速度快,更換義肢的頻率也高,傳統製造方式跟不上孩子成長的速度。現在有了3D列印技術製造的義肢輔具,可以隨孩子成長速度更換,質地輕巧更便宜,減輕病患家庭的經濟負擔。

 

此外,醫療輔護具還有另一個廣大應用族群-銀髮族。隨著年紀老邁開始退化的足踝,讓年長者困難於行,台灣已邁入高齡化社會,輔護具需求逐年增加,與手部輔護具一樣,醫師和復健治療師經常面臨患者因穿戴不適而降低穿戴意願,導致治療效果欠佳的困境。

 

為了增加病患的舒適度,工研院也與交通大學合作建置「步態研究」實驗場域,透過觀察、感測病患走路姿勢,加上問卷調查,深度了解使用者的真實感受和經驗,將蒐集回來的資料數據加以分析和實驗,打造最適合銀髮族的足踝矯形器。

 

未來醫療領域應用更廣

 

工研院打造的「3D列印設計服務共創平台」,結合掃瞄、3D建模、結構及積層製造製程設計分析技術,透過雲端服務平台,醫療團隊可遠端即時回饋意見,完成3D列印輔護具的最佳化設計,讓多方參與的輔護具製作流程得以無縫銜接,一氣呵成。

 

洪基彬表示,未來「3D列印設計服務共創平台」的商業模式,會參考IC設計公司與晶圓代工廠的上下游關係,「醫療院所只需提供列印前期設計,即可將數據經由雲端傳輸給醫材供應商生產所需輔護具。」目前該平台正積極累積更多輔護具列印案例,儘早完成法規所要求的場域驗證。

 

由於3D列印輔護具現階段仍屬體外醫療器材,洪基彬期待有朝一日,能用這項技術研發出改善椎間盤突出的矯形器,但這一類型醫療器具植入人體,需要更多實證,工研院研究團隊現在除了和新竹馬偕醫院合作手、足輔護具外,也積極和台北醫學院附設醫院、高雄醫學院附設醫院、台北榮總等多家醫院合作,嘗試在難度更高的體內植入3D列印醫材,例如椎間盤或人工骨釘,或協助醫師開刀時的手術導板等。

 

「期待有一天,能看到工研院3D列印的人工心臟或髖關節問世,造福更多病患,」洪基彬充滿信心地說。

 

 

 

智慧醫療臨床資訊系統

一線醫護最佳幫手

 

 

 

洗腎其實是非常複雜的治療,透過儀器將血液中的廢物析出,每次約4小時療程中,須密切量測並監控超過100筆生理數據,以避免風險,因此洗腎中心相當仰賴人力。衛福部彰化醫院導入工研院「智慧醫療臨床資訊系統」,讓洗腎生理數據監控即時化、自動化,提升服務效率與醫療品質。

 

踏入醫界逾36年的彰化醫院院長謝文淮,講起資訊化卻是信手捻來,早在18年前,謝文淮在醫療專業之外,選擇資訊管理領域繼續進修,「當時台灣的資訊技術已相當發達,我認為醫療結合資訊,是醫療未來的發展方向。」

 

跨領域的持續研修,給了謝文淮推行智慧醫療充足的能量。1994年,眼見病歷從手寫演變為電腦輸入,然而電腦當時還無法支援畫圖,病歷得做兩套讓醫師十分困擾,謝文淮自掏腰包,花20萬元請人組裝4台搭載觸控螢幕的電腦,並開發軟體,推出圖文並茂的線上病歷。「4年之後,我讓處方箋從診間直接串連到藥局,如此一來,病人可以方便在自家附近藥局領藥,甚至可以請藥局送藥到病人家,落實社區慢性病管理。」

 

病況提前預警 醫療資訊系統成解方

 

醫療與資訊的結合,不是謝文淮的突發奇想,而是他從醫數10年來,經歷許多遺憾累積而成的大願。他回憶,曾有一台手術很成功,翌日病人就可以出院,沒想到突然接到緊急通知,待他趕到時,發現病人腹部隆起,明顯是內出血,「緊急開刀,卻找不到出血點,幾天後病人就過世了。」

 

這樣的意外在醫療界不勝枚舉,讓他深刻體悟到,面對突如其來又難解的病況,亟需許多的「早知道」,「如果能及早處置,做好預防措施,有些遺憾或許不會發生,病人在術後恢復階段的品質也會差很多,」謝文淮說。

 

運用科技資訊提升醫療品質,一直都是謝文淮著力很深的一環,眼見網路時代來臨,多數醫療院所透過設備連網,即時擷取儀器上的數據,累積大數據後可進一步分析、協助病情判斷,謝文淮深信,導入資訊科技能量一定可以幫助更多病人。

 

智慧醫療興起,醫院成為資訊業者兵家必爭之地。然而市面上的現成系統,一來要價昂貴,動輒數百萬元;二來整套系統相當制式化,「用別人的系統,就代表著醫護人員必須改變現在的習慣去配合。這對於工作負擔日益加重的第一線醫療人員來說,不是幫忙還會成為負擔,」謝文淮深知智慧醫療的必要,卻又對市面產品不盡滿意,直到謝文淮遇到工研院。

 

生理量測數據 自動收集立即彙整

 

偶然機會下,謝文淮認識了工研院電子與光電系統研究所微縮型智能系統組工程師李育賢,得知工研院有此技術能量,可協助彰醫邁向智慧醫院之路,「工研院的技術有口皆碑,加上是政府法人,我相信他們不會讓我失望,事實也是如此。」

 

既然要做,就要從最困難的地方開始突破。彰醫鎖定血液透析中心(俗稱洗腎中心),導入工研院的「智慧醫療臨床資訊系統」,血液透析中心的量測儀器數量十分可觀,需要大量的人力即時監測病患的生理資訊。

 

「我們希望病患生理量測數據可以自動收集到平台上,擺脫手寫、減少錯誤,有效節省醫護時間,未來透過AI分析,在病人可能發生狀況前的3分鐘、甚至10分鐘前就能發出警示,」謝文淮豐富的臨床經驗告訴他,「病況變化說來就來,我們不是等病人發生狀況,才投入急救。提前得知、提早診治,才是我們想要的。」這一點,彰醫腎臟內科主任蔡旻叡再認同不過。

 

預警提示 助醫護人員和死神搶時間

 

走進血液透析中心,不僅量測需求多,風險也高,隨時可能有意外發生,「全世界的洗腎中心,一定都會備有一台急救車,這是因為洗腎過程中可能會有頭暈、抽筋等症狀,其中最可怕的就是掉血壓,」蔡旻叡解釋,血壓下降後果可輕可重,嚴重的話極有可能危及生命。

 

蔡旻叡認為,雖然醫生可以從數據中預先推估洗腎低血壓的風險,但現實中醫護要同時照顧很多病患,根本不可能一直待在儀器前監控數據的變化。此外,光是一位洗腎病患洗一次腎的數據,包含血壓、脈搏變化、靜脈壓、血氧飽和度等等,就有上百筆,「這些數據都有關聯性,假如累積的數據夠多,足以讓AI進行分析,未來病人掉血壓之前就能及時預警。」因此在導入智慧醫療臨床資訊系統時,血液透析中心便積極參與。

 

「在擷取數據方面,一開始我們打算在每一台量測儀器上架設攝影鏡頭,用影像判讀方式收集資料,」研發團隊成員之一的工研院電光系統所微縮型智能系統組長駱韋仲回憶,實際走訪洗腎中心後才發現,血液透析中心的醫護人員時常得穿梭其中、上下取物,很容易撞到攝影鏡頭。駱韋仲說,「就算影像判讀得再準確,但在這個場域就是不適用,我們必須再找新方法。」

 

於是工研院團隊改在儀器上外接擷取裝置,取得數據後,再以低頻無線通訊模組與RFID感測元件傳輸,將各項資訊彙整至平台資料庫,成功解決不同量測儀器資料不互通的問題,醫護人員靠著行動護理車上的電腦螢幕,就能即時掌握每一床病患多種生理數據,可擴大醫療服務的能量。

 

 

客製化貼心設計 打造醫護愛用系統

 

配合場域與使用者需求,工研院研發團隊也邀請一線醫護人員參與系統介面設計。彰醫護理科副護理長賴宴珊表示,他們幾乎每一天都要與工研院的研發團隊進行反覆多次的討論。

 

「我們把想要的、希望修正的功能與使用上的困難都告訴工研院,雖然一開始跟工程師的溝通隔行如隔山,像是工程師們不明白洗腎病人量體重為什麼必須扣掉飲水的重量、身上液體的重量,當我們解釋這是淨脫水量時,他們更是一頭霧水,」談起那段雞同鴨講的時期,賴宴珊不禁莞爾。

 

即便要理解跨領域的專業術語耗時費力,研發團隊把握與醫療場域合作的機會,傾聽學習,一次次溝通、修正,只盼能讓系統更貼近醫護需求,讓醫療機構也能感受智慧化的好處。

 

「我們在交接班時,習慣貼字條在病歷上提醒該病人的情況,但資訊化之後怎麼貼?」蔡旻叡坦言,此一多年來的習慣,要改變著實不易,「工研院的研發團隊聽到我們的需求,就在系統內設計出便條紙的功能,這個便條紙會跳出提示,可以設定要放多久、什麼時候跳出提醒,還可以用顏色區分是哪位醫師與護理人員的留言。」

 

除了將醫護的習慣予以數位化外,研發團隊也做了之前沒有的新設計:為體恤有老花眼的醫護人員,研發團隊設計出4種不同大小的字級,讓每位同仁可以根據自身需求調整字體;為了順暢病患報到流程,團隊設計出量完體重,系統可自動計算淨脫水量,同時完成報到手續的功能,賴宴珊笑稱:「這套系統真的是為我們創造出一個非常友善的工作環境!」

 

 

系統正式上線 可提升醫院服務能量

 

為求相互驗證,目前除了讓系統自動抓數據,醫護人員仍得維持抄寫數據。「雖然現在工作量是雙倍,但我們看得到進展,相信一切都是值得的。」蔡旻叡認為,智慧醫療大勢所趨,如果因為現在的陣痛期而拒絕轉換工作模式,未來只會更痛苦;「同樣都要痛,就要痛得有價值,如同現在系統同步設計與導入,我們工作量加重是真的,但成就感很深也是真的。」

 

智慧醫療臨床資訊即將結束第一階段的測試驗證,邁入第二階段全自動數據上傳,屆時護理師將可省下抄寫、輸入工作,正式上線後,可望節省三分之一以上人力,以既有醫護人數與設備規模來評估,還可再服務多3成的病患。

 

面對未來,蔡旻叡充滿信心,「我們要的不只是幫忙抄數據的系統,我們夠期待第三階段的數據分析,讓這個『助理』進一步升級,搶在病患不舒服時提供警示協助,成為第一線醫護同仁的最佳幫手。」

 

最好的技術,首要條件並非創新,而是可以被充分運用。謝文淮期待,彰醫血液透析中心成功導入智慧臨床資訊系統後,也能複製到醫院其他單位,甚至走出彰醫,串連社區、乃至全國,共創台灣醫療嶄新未來。

 

 

創新智慧醫材加持

縮短偏鄉醫療距離

 

 

 

清晨7點多,1輛小客車奔馳在蜿蜒的中部橫貫公路上,為了趕赴上午9點在谷關的門診,中山醫學大學附設醫院的巡迴醫療車一路不敢稍歇,1位醫師與3位護理師不管颳風下雨,始終信守1週3次與病患的「承諾」。對偏鄉醫護而言,交通不便或可用使命感支持,醫材的缺乏才是偏鄉醫療最大的挑戰。

 

台中市和平區是台灣人口密度最低的行政區,區內山嶺綿亙、綠水奔騰,中橫公路貫穿其間,多處觀光景點也多位於此。921地震後中橫谷關至德基段坍方,多次修復仍不敵自然之力,於是放棄修復,和平區自此分為「前山」的天輪、谷關、松鶴,以及「後山」的梨山等地,交通的阻絕,讓偏鄉醫療的執行更形困難。

 

中山醫學大學附設醫院家醫科醫師陳宜慶,支援「和平區醫療給付效益提昇計畫」(Integrated Delivery System;IDS)約4年,每週的上山巡診讓他對偏鄉醫療不僅有關懷,更有洞察。「巡診服務以家醫科為主,考慮到在地居民需求,也安排眼科、肝膽腸胃科等專科醫師加入,」他坦言,家醫科雖能解決大多數的基礎問題,但一進入專科領域,就會請病人轉專科就醫,「可惜的是,主管機關核可的巡診費用,對專科醫師的誘因不大。」

 

偏鄉專科醫師少 智慧醫材來幫忙

 

「我們原本的眼科醫師,每周花3小時,從宜蘭開車繞經大禹嶺至梨山看診,現在他年事已高,加上路況多變,實在不忍他這樣奔波,」陳宜慶說,一旦這位眼科醫師退休,可能還需要一段時間才能找到下一個,這對需要定期追蹤眼底變化的糖尿病患者來說,其實是蠻大的問題。

 

「今年7月起,工研院與中山附醫IDS計畫合作,將工研院研發的『糖尿病視網膜病變診斷輔助分析技術』搭配技轉廠商的手持式眼底鏡導入偏鄉,輔助巡診的非眼科醫師為糖尿病患者進行眼底檢查。這套系統不僅可馬上拍馬上看,AI分析技術還能標示病徵位置,針對病變嚴重程度進行分級,醫師可根據標示病徵與分級解釋,清楚向糖尿病患者解說眼底狀況,提高病變患者轉診眼科比率,達到早期篩檢、早期治療,減少後續的醫療照護支出。

 

「糖尿病視網膜病變診斷輔助分析技術,在偏鄉醫療的情境中,某種程度扮演了眼科醫師的角色,」實際操作眼底鏡與分析系統的護理師賴重余表示,許多慢性病患不見得會定期回診,往往要到身體不舒服的時候才會找醫生,藉著慢性病患者就診的機會,一併監控其病程並提出預警,對缺乏專科醫師的偏鄉來說,幫助很大。

 

輕量智慧平價化 偏鄉醫師夢幻神器

 

 

陳宜慶也補充,偏鄉醫療服務也涵蓋高血壓、高血脂、高尿酸與糖尿病4種慢性病的管理,除了高血壓可以用血壓計量測之外,其他3類追蹤都要透過抽血,山上抽血不比山下方便,「糖尿病眼底病變尤其需要追蹤,台灣失明原因,糖尿病占了很大比例,然而卻有高達6成糖尿病患沒有定期做眼底檢查,」陳宜慶認為,如果眼底檢查、判讀更方便準確,相信糖尿病人接受眼底檢查的比率會有提升。

 

下午1點半,巡迴醫療車來到台電天輪發電廠附近的巡診據點,護理師從車上扛下一大袋病歷與好幾箱基礎藥品。「我們只帶很基本的,血壓計、體溫計、血糖機、聽診器,沒辦法帶很精密的,」陳宜慶解釋,一方面是體積大運送不易,其次是一路顛簸,是否還能準確量測也是個問題,「除了手持式眼底鏡,超音波現在也有手持的,「但價格太高,還在想辦法爭取。」這也凸顯了,醫材的輕量、智慧與平價化,是偏鄉醫師的殷殷期盼。

 

給醫師更多「武器」

 

談起偏鄉醫療的挑戰,一位在偏鄉行醫10多年的醫師說得直接,「武器不夠。」他表示,醫療儀器越來越貴,加上專科儀器使用有特殊規範,多只能由專科醫師來操作,但偏鄉專科醫師不足也是不爭事實,若能適度放寬或導入智慧醫材,「醫師就有更多武器可以作戰!」

 

結束巡診,巡迴醫療車離開天輪時,山區正下著大雨,路旁土石在雨水沖刷下,不時出現小型泥流瀑布,車過不免心驚。中橫公路美麗而險峻,期待更多創新智慧醫材能夠拉偏鄉醫療一把,讓醫護暖心能突破地形限制,深入到台灣的每一個角落。

 

想了解更多智慧醫療精彩報導,請看9月號工業技術與資訊月刊

 

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