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     2017發明展技術推薦系列報導

2017發明展技術推薦系列報導(4)互動式智慧管理照護裝置

「用力睜開惺忪的雙眼,定睛一看,哎呀!點滴早就滴完了,只好趕緊呼叫醫護人員。」這時候如果可以借助科技幫忙提醒護士,是不是就可以解放家屬,同時讓醫護人員有更多的餘裕來進行處置。秉持這樣初衷,臺灣師範大學謝振傑教授與聯合醫院心臟血管外科姜智耀主任、中央研究院鍾偉和副研究員一同攜手開發出「互動式智慧管理照護裝置」,要用低成本、高效率來一掃病人家屬和醫護人員的疲勞與負擔。 處在醫療第一線的姜智耀主任表示,有照護經驗的人都知道,照顧病人不是一件容易的事,除了要隨時留意病人病情變化外,病人身上一大堆的管材也是需要留心的重點。點滴滴完若沒有即時更換,就容易發生血液逆流,進而導致針頭凝固,這時候病人就需要重新再打一次針,承受加倍的痛苦。而長照病人最常使用的鼻胃管,餵食者對於灌食流速需掌握得宜,才不會導致吸入性肺炎的發生。醫護人員與家屬的心理壓力與身體的疲累相當沉重。 具有資料分析及訊號處理專長的鍾偉和博士提供智慧型訊號處理及警示演算法設計,並指出互動式智慧管理照護裝置可因應不同醫材而有不同硬體形式,透過感測器可判斷各照護元件監測到的參數(投藥參數、位置參數、引流參數等)是否在適當範圍或是符合醫囑範圍,如果判斷是在不適當範圍程度,便會透過無線網路發送預警訊息到醫護人員的行動裝置,讓醫護人員即時掌握狀況、提升醫療服務品質。 「只需要一杯星巴克的費用,換來安心好眠及優質的照護品質,非常划算。」謝振傑教授指出,互動式智慧管理照護裝置具裝設快速、親民價格以及有效提醒等特點,消費者在一般醫療器材通路購買後,告知負責的醫護人員後,醫護人員三個步驟就可安裝完成,以及可在行動裝置上收到警示,有效做到防範未然。 「科技的應用是要增進效率,絕對不能反成為使用者的負擔。」謝振傑教授強調,互動式智慧管理照護裝置的使用者體驗涵蓋了安裝者、醫護人員和被照護者三方,希望有興趣的廠商能夠一起攜手打造實惠的解決方案及友善的醫護環境。

2017發明展技術推薦系列報導(3)逆境誘導表現系統及其用途

多元不飽和脂肪酸,如 DHA和EPA早已被證實對人體有益,也因此魚油膠囊成為近年來熱門的保健食品之一。但是因為環境汙染的問題,使得提煉自魚類的魚油,也讓民眾擔心在攝取DHA和EPA的同時,也把重金屬汙染物也一併吞下肚。海洋大學林翰佳老師的團隊利用基因工程技術,讓原本就在海洋生態上扮演重要角色的矽藻,現在也可以變成生物科技的要角,例如讓矽藻製造出更多的純淨的多元不飽和脂肪酸,甚至是一些外源性的重組蛋白。未來有希望透過矽藻具備高度蛋白質後轉譯修飾能力、養殖成本低廉等優勢,廣泛應用在合成單株抗體、疫苗等醫療用重組蛋白及保健食品中,讓矽藻這個大海之寶能有更廣泛的生物科技應用範圍。 曾任國立台灣海洋大學生命科學暨生物科技學系系主任的林翰佳副教授表示,比起其他的生物,在矽藻上進行基因工程研究可以說是挑戰多多。首先,因為矽藻的細胞壁是由二氧化矽所組成,也就是玻璃的成分。因此如何突破這層堅硬無比的玻璃矽殼,將新的基因碼注入細胞,曾經讓團隊吃盡苦頭,甚至使得研發工作一度陷入膠著。最後還是特地安排團隊成員遠赴德國研習,終於在這個部分有所突破。其次是要讓外來基因成功與矽藻的基因組融合,甚至能順利調控相關基因的表現,這就需要這項由海大團隊所研發的矽藻基因轉殖載體以及其中的特殊調控啟動子的技術了。 海洋大學團隊以三角褐指藻 (Phaeodactylum tricornutum) 這種受到美國食品藥物管理局 FDA 認為是GRAS (generally recognized as safe) 安全等級的矽藻為模式,使用了上述專利的矽藻基因轉殖載體上的鹼性磷解酶啟動子 (alkaline phosphatase promoter, 簡稱pPtAPase) ,可以實現以缺磷逆境來大量誘導基因表現的技術,進而可以大量表現重組蛋白等具有工業價值的成分。相較於現在常用的其它矽藻表現載體例如 pPha與pNR,這項技術的pPtAP載體所表現出的重組蛋白能夠高出13倍或17倍,甚至可以高達細胞總蛋白量的50%以上。 「掌握了這項技術之後,我們除了可以讓矽藻表現重組蛋白,也可以用來調節矽藻的代謝途徑,提高矽藻原本就具有的一些高經濟成分的產量,例如多元不飽和脂肪篹,以及各種天然的色素,特別是類胡蘿蔔素等等。這項發明將可以應用於生產各種與人類健康相關的產品。」林翰佳副教授指出,矽藻產業也是綠色的產業,因為天然的矽藻本來就負擔了地球上 20% 二氧化碳固定的角色,未來如果利用基因工程技術而成功使得矽藻的生物技術應用更為廣泛,不但能降低許多生技醫療產品的價格,更可以達到減碳環保的目的,可以說是最「綠色」的一種生物科技。 回顧這項技術研發的過程,林翰佳副教授認為,台灣地小人稠缺乏天然資源,但圍繞著我們的大海其實藏有許多寶物等待我們去發掘。若是台灣善用海洋的資源,以及集合眾人的努力,其實是還是可以創造出令世界驚豔的成果。就像是這項發明的研發過程,也是由許多跨領域所組成的團隊成員相互合作,才得以突破難關,終於獲致這項獲得國際矚目的成果。未來,林翰佳老師團隊仍將繼續努力整合國內相關廠商,讓矽藻產業成為另一項台灣的特色產業。

2017發明展技術推薦系列報導(2)國研院-圖像式血氧濃度檢測儀

把手放在檯燈下就可知道血氧和血糖數值?這可不是一般的檯燈,不照亮你的眼,而是要”照”護你全身健康。由國家實驗研究院儀器科技研究中心蔡心怡副研究員團隊研發的圖像式血氧濃度檢測儀,透過獨創的非接觸式量測方式不但能減少長時間量測帶來的不適感,更能降低檢測誤差率,可望為醫病帶來新的應用情境。 蔡副研究員表示,現行的指夾式是針對病患單一手指特定的生理訊號進行量測與診斷。然而接觸式量測系統只能獲得單點式的數據資料,且每一種指標量測部位都不相同,進行長時間監控的時候容易造成病患身體不適。 為了提供更高品質的醫療判斷依據,圖像式血氧濃度檢測儀採用660/890 nm的紅光與紅外光源作為取像光源,利用光線的調變控制技術與皮膚反射影像的光強度來計算手掌及手背等皮膚組織的血氧濃度,相較於以往檢測儀的單點數據資訊,圖像式檢測方式可提供大範圍的影像,這些皮膚組織的血氧濃度資訊可以在臨床診斷上提供重要的訊息,成為醫生判斷人體健康程度的智慧型診斷儀器。 「血氧濃度不只跟呼吸系統有關,只要是會影響血液循環的疾病都可以由血氧指數來判斷。」團隊成員張漢釗博士指出,堪稱台灣新國病的糖尿病,初期是無感的,以至於多數人根本不知道自己是糖尿病患者,等到有症狀時,常常已無法透過飲食和運動來改善,而必須服藥,增加社會和家庭負擔。而圖像式血氧濃度檢測儀可以透過血氧濃度來推測血糖值,以後量血糖再也不用挨一針,兩秒鐘即可得知血糖值,沒有感染及耗材問題,衛生又環保。 張漢釗博士也呼籲,因為要配合層層法規認證,比起一般消費性電子產品,醫療檢測儀器的開發時程雖然需要多一些時間,但產品生命週期相對也會長久一些。而目前接洽中的法國廠商也會積極思考如何能跟現有產品作整合,台灣廠商需擺脫硬體代工思維,多點耐心來投入研發工作,才能有效改變產業生態,帶來一番新氣象。

2017發明展技術推薦系列報導(1)實踐大學-深蹲虛擬健身教練

從自行車、馬拉松到健身,台灣的運動風潮熱力不減,不少民眾紛紛搶進各大活動中心、健身房,卻常在未正確衡量身體狀況的情況下,呷緊弄破碗,還沒擁有健美體魄前就先受傷了。「深蹲是三大基本功之一,但錯誤的姿勢與施力點將帶來毀滅性的傷害,嚴重者甚至要長期休養才能恢復。」但,我們怎麼知道自己的姿勢是否正確呢? 由實踐大學黃耀賢教授所開發的「VR深蹲虛擬健身教練」將會是你的好幫手。 台灣的年輕人追求瘦身、害怕肌肉,偏愛有氧運動;而65歲以上老年人口,知道要儲存「骨本」,卻忽略核心肌群組織每年以超過1%速度流失,導致台灣65歲以上老人約每五位就有一人是肌少症患者。實踐大學資訊科技與管理學系黃耀賢教授指出,被譽為「力量訓練之王」的深蹲,可有效強化全身肌群,增加髖關節,膝關節穩定性,是核心肌群的不可或缺的基本功,「坊間的教學很多,膝蓋到底能不能超出腳趾頭也各有說法,讓學員常常無法適從,不知道自己姿勢到底到不對。」 為了降低運動傷害、增加運動持續性的目的,黃耀賢教授邀請文化大學體育系運動生物力學與馬偕醫院的醫師群進行跨領域合作,提供運動生理相關數據分析技術,並運用Microsoft Kinect v2攝影機結合工研院材料化學研究所的「足部重心壓力感測器」技術,在運動鍛鍊訓練過程中,即時分析人體骨架偵測與兩腳重心轉移和分佈,研發出VR深蹲虛擬健身教練系統 在虛擬實境畫面的呈現方面,我們設計了虛擬健身房場景,場景中有虛擬健身教練示範並運用人體體感即時骨架偵測進行運動力學分析,提供運動處方簽。目前已開發hTC Vive 及Google Cardboard 版本,期望未來藉此系統取代實驗室昂貴的動態捕捉設備,將智慧化運動導入民生應用及運動產業,提供即時避免運動傷害的解決方案。 「這系統除了可以應用在健身房,更可以進一步延伸應用到復健中心,甚至是長照中心,讓使用者在仿真場景下進行正確的活動內容,獲得有益身心的成果。我們也正構思如何利用AI來加強人與系統間的互動,同時提升完整性和豐富度。」黃耀賢教授透露,虛擬健身教練系統除了將陸續擴增飛輪、划船機和高爾夫等訓練項目,團隊正積極導入人工智慧聊天機器人,「打造一個專屬教練,督促你、給你意見,提供最真實的身歷其境感 !」
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