由新竹交通大學電機系特聘教授趙昌率領的團隊,在科技部經費補助下成功運用PPG光學、電子電路、以大數據建立AI演算模型等不同領域技術,開發出世界首支手持「非侵入式血流感測器」,可讓洗腎病患於第一時間得知瘻管的健康狀況。創新技術著重於精確的心率、血流、血壓與心房顫動數值的即時量測與監控,有效的掌握使用者的生理狀況,並研發裝置出現警訊時能盡快至醫院進行診察。

趙昌博率領的團隊成功設計實現世界首支手持「非侵入式血流感測器」,類似Apple Watch背面以感光方式偵測使用者心跳,本感測器以特殊波長陣列設計光學感測器,以光學感應皮下血管傳來的訊號,因血液流動對光的吸收會有所變化,藉由量測血管的光體積變化描記圖訊號(photoplethysmography,簡稱PPG),用於偵測血管血流情況。感測器尺寸約為手機的一半,體積小巧且操作容易,過程無輻射且非侵入性,並且可精準地偵測血流量(Blood Flow Volume)。

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交大首創手持式「非侵入式血流感測器」,造福洗腎病患。
(來源:MOST)

此技術可運用於即時偵測脫水、中暑、高山症,以及洗腎病患之瘻管健康狀況。同時透過專利演算法得到心率、血流、血壓與心房顫動數值,可提供病患居家量測,並將資料雲端化,使得醫生也能隨地掌握健康狀態。並透過日常監測,及早發現血管血流不足的狀況,及時安排相關治療。

趙昌博表示,其團隊自2017年研發出第一代手持「非侵入式血流感測器」以來,不斷借助新科技,持續強化其功能。相較上一代,強化之處例如改善感測器之光學設計與光罩,讓量測更加便利,不會因為擺置於手腕的位置稍有偏差而影響量測結果,同時亦可避免環境光對量測結果的影響。此外團隊與兩所醫學中心的腎臟科醫師合作,目前已累積200多名病患使用本項手持「非侵入式血流感測器」與侵入式血流感測器之量測數據比對資料,藉由大數據建立AI演算模型,提高量測準確度,同時讓第一次使用本項手持「非侵入式血流感測器」者,可直接使用,不須校正,大幅提升使用的便利性。

根據衛生福利部中央健康保險署統計資料,2018年醫療支出前十大疾病,慢性腎病蟬聯第一名,就醫人數約36.4萬人,醫療費用約513億元。去年有9萬人洗腎,創歷年新高,一年花費449億元。暢通的透析血管通路俗稱「瘻管」,為洗腎病人的生命線,但在長期血液透析後會導致瘻管阻塞而產生血管併發症。目前對於瘻管堵塞的診斷,最準確的方法是採用侵入式血流感測器,然而須由醫務人員操作,且為侵入式,較為不便,目前醫院通常是使用非侵入式的超音波都普勒血流儀來量測血流狀況,此儀器價格昂貴、體積較大,且同樣須由醫務人員操作。

趙昌博團隊研發體積小、價格親民且可居家量測的高精準度之手持「非侵入式血流感測器」,與侵入式血流感測器的量測結果相較,相關性高達91%,且已與兩所醫學中心進行臨床試驗,其準確度皆符合商品化之標準規範。初期以「手持式光學血流計及APP」切入市場,其輕便、簡易的量測方式可讓洗腎病患於第一時間得知瘻管的健康狀況,取代現有的醫院大型超音波血流儀,讓洗腎病人可以在家裡監控瘻管健康狀況,同時透過與醫院系統連線,讓醫院可以提前為瘻管堵塞的病人安排用藥或氣球擴張手術,以免耽誤血液透析療程。

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交大「非侵入式血流感測器」尺寸約為手機的一半,體積小巧且操作容易。
(來源:趙昌博團隊)

趙昌博團隊自2014年開始投入「非侵入式血流感測器」相關研究,技術深耕六年有成,研究成果超越國際研究水準,已獲得國內24家廠商青睞,進行36件產學合作、技術移轉與技術諮詢,產學效益豐碩。其研發成果除獲得兩次「國家新創獎」的肯定,在國際獎項方面,「非侵入式血流感測器」亦榮獲2019 IEEE Sensors Council Technical Achievement Award (in the field of Sensor Systems or Networks - Advanced Career),此獎項每年國際間僅有1位學者獲獎,趙昌博為台灣第一位獲此殊榮的學者。

趙昌博團隊亦獲得了科技部2019年度價創計畫的補助,進一步研發可撓式軟性PPG感測貼片,此亦為世界首創,可克服市售穿戴式手錶或手環無法在運動中量測心率及其他生理資訊,並且可達到24小時連續量測,同時結合雲端巨量量測資料服務平台,提供個人居家健康管理服務,即時監控個人健康狀況,連線醫院醫師,並可即時採取醫療行為,預防併發症。