新型態心臟照護系統 讓你觀「心」自在

2019-10-18
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文字/圖片提供:IDEAS Hatch

 

2018年經濟部「智慧聯網創新應用競賽」,由交通大學5位同學所組成的「觀心自在」團隊奪下冠軍,他們以雲端網路無縫整合的新型態心臟照護系統,讓心臟病醫護人員及病人家屬都能夠觀「心」自在。

「你們若是讓心電圖可以帶著走, 這才是令我眼界大開的發明!而且是我們醫生最需要的!」十年前,一群陽明醫學院的教授對著交通大學電機系教授伍紹勳說出了這一段話,而研究行動寬頻無線通訊的他,從此心裡萌發出一枝芽,費盡心思要讓心電圖「有線變無線」!

十年後,這枝小芽終於開枝散葉, 變得茁壯。伍紹勳找到另一位志同道合的伙伴──資工系教授趙禧綠,帶領資工所無線網路實驗室與生醫所行動寬頻無線實驗室的一群學生,分別進行網路系統設計、硬體設計以及軟體架構規劃,真的開發出一套全功能無線心電圖系統,針對個別環境中的心臟疾病照護需求,透過所規劃、佈建的無線網路,提供即時不間斷的心臟監控服務。目前已經和新光醫院合作,計畫在心臟科病房佈建系統。

傳統心電圖 儀器昂貴且受空間限制

為了讓產品更符合醫療需求,「觀心自在」團隊邀請新光醫院急診醫學科主治醫師曾理銘擔任共同主持人。曾理銘表示,目前心電圖的標準檢查方式就是讓患者貼上12個導極,然後藉由接收的訊號來解讀心臟的運作狀況。這種心電圖儀器採固定裝置, 患者在進行持續性心臟監控時,必須長時間靜躺;而在心臟復健時,病患必須配戴有線式的運動心電圖儀在跑步機上運動,又會因線材而造成羈絆。此外,醫生必須走到不同的心電圖儀顯示器前觀察心電圖測試結果,也限制了可監控的病患數目與應用情境。

「傳統心電圖儀器一台動輒數十萬,不是每間病房都能設置。」曾理銘說,加護病房還有這項配備,但若病人做完心導管手術回家必須監測術後狀況,就會遇到比較大的問題。目前雖有24 小時霍特氏心電圖檢查是可攜式的,但還無法擺脫多條導極線的束縛,且價格不菲,醫院設備有限,無法提供所有病人使用;而坊間也有無線心電圖的測試儀器,但多半是單導極,測試數據不夠準確,只能作為保健參考。

「因此,我們很需要一個數據準確的無線心電圖測量器,最好是價格便宜,才可以讓所有病人們方便使用。」曾理銘說。

專利設計 將12導極改為3導極

有鑑於此,「觀心自在」團隊便以解決前述問題為目標,他們將傳統有線的心電圖儀改成全無線,病患僅須將3 個類似OK 繃大小的無線感測器貼片黏貼在身體適當位置,收集到的資訊透過低功耗藍牙網路,傳至手機或物聯網閘道,彙整並上傳到雲端,經演算法合成得到完整12 導極的心電圖訊號。

伍紹勳說,傳統的12 導極心電圖已是國際通用的系統,每個導極所擺放的位置都是固定的,所以他們的研究也必須以此為基礎。3 個導極的無線感測器貼片所黏貼的位置符合醫護人員平日訓練,所蒐集合成的訊號經由實驗分析,與標準12 導極的訊號相似度高達95%,功能幾乎可取代市面上常見的3 種心電訊號監控產品,相關結果已發表於國際研討會並申請專利。

感測的訊號是透過無線網路傳輸監測資訊,團隊捨棄了容易造成醫療儀器干擾的Wi- Fi,而採用低功耗藍牙來設計網路生成演算法,訊號覆蓋率 99% 以上,針對不同的使用者密度及閘道器服務人數上限,考慮干擾與人體訊號遮蔽效應,提供醫療院所或居家環境閘道器擺放位置的建議,減少訊號死角的問題。

患者裝設了感測貼片之後,就必須保持訊號穩定提供,否則一旦失去訊號,心電圖就成了一條水平線,對於醫護人員來說就等於「死亡」,此事非同小可!因此,為了確保資料在移動過程中不遺失,團隊也設計了閘道器換手與貼片斷線自動重連機制,並設有記憶保留功能,以便重新連線之後,資料還能完整上傳。

提供預判功能 讓訊號數據發揮最大效益

值得一提的是,「觀心自在」心電圖監測系統不僅整合資訊到雲端,還運用人工智慧工具Google TensorFlow 做運算,提供部分病症警示或預判功能,目前已可做到心肌梗塞、間歇性心房顫動的判讀。

如此一來,醫生可隨時隨地查閱雲端上的心電圖資訊,無論病患身處醫院或居家療養,都可以受到完善的心臟監測與照護,尤其適合心臟手術的術後監測。此外,若有急症病患在救護車上,醫師也可以針對心電圖資訊提供遠端診斷。

 

圖片提供:交通大學觀心自在團隊

 

伍紹勳表示,目前感測貼片與閘道器的裝置結構分別由文曄、研華兩家科技公司協助,佈建則由盟立公司負責,信益普生技生醫顧問公司則協助申請美國FDA 認證,一路走來十分不易,可說是完全MIT 的產品。

曾理銘醫師認為,過去的心臟監控儀器只提供訊號,若未及時解讀,病人還是有可能在監測過程中去世,「觀心自在」心電圖監測系統難能可貴的就是分析功能,若發現有問題時,便啟動警示機制;此外, 目前國外進口的可攜式心臟監控儀器因為昂貴而無法普及,他希望這個「台灣製造」的儀器能發揮「價廉物美」的本土特性,協助臨床上更多的病人得到醫療, 這將是所有醫生對 IoT 最大的期待。