廣達─成大聯合AI研究中心主任/國立成功大學電機工程學系特聘教授 林志隆(影像拍攝:科學人)國研金獎─特優獎
亮點成果:基於多光譜光源血氧影像偵測之遠端醫療傷口癒合階段辨識系統
使用平台:國儀中心「智慧傳動與生醫光電技術服務平台」
燒燙傷與慢性傷口照護需要長時間觀察與精準判斷,國立成功大學電機工程學系特聘教授林志隆團隊跨足光電、生醫、人工智慧領域,開發「基於多光譜光源血氧影像偵測之遠端醫療傷口癒合階段辨識系統」,透過多光譜血氧成像取得微血管血流數據,協助醫護人員精準掌握傷口癒合趨勢,朝精準、快速的智慧醫療邁進。
從LED電路研發走向智慧傷口照護 打開生醫新路徑
在攻讀博士班期間,林志隆就以「生醫電子」和「肌電訊號處理」為主題,後來剛從產業界進入學界時,先以光電與電路為主要研究方向,但心中仍懷抱著跨足生醫領域的想法。一開始,實驗室以液晶顯示器(LCD)為起點,爾後逐步延伸至AMOLED畫素電路和Mini/Micro-LED 驅動電路的設計,在光學設計與模擬實驗中,發現「不同波長LED發光在人體組織具有不同反射率」,此特性對於慢性傷口復原偵測和預測系統的開發極具潛力。
在這樣的研究發現下,憑藉著實驗室多年來在電子電路晶片開發與光學設計累積的實務經驗,與成大醫院合作討論,並和明基材料產學合作,將LED驅動電路的設計經驗落實於醫療設備中。
接著,延續先前研發成果,將合作重心聚焦於「燒燙傷傷口照護」,導入「遠紅外光成像」與「深度成像」技術,目標是開發出一套全新的「燒燙傷傷口分級系統」,輔助醫師進行臨床判斷,實現更精準且快速的醫療照護。
隨著明基材料慢性傷口敷料產品的推出,林志隆進一步聯合明基材料、國家儀器科技研究中心(簡稱國儀中心)與成大醫院,共同提出國科會整合型產學計畫,開發「多光譜光源血氧成像系統」,針對慢性傷口進行血氧量測與癒合預測,於成大醫院進行動物實驗與臨床收案。
看血氧數據掌握癒合趨勢 有效輔助醫護決策
「多光譜光源血氧成像系統」臨床收案期間,有多位慢性傷口病患使用系統長時間量測血氧,再配合使用負壓敷料。當發現血氧數值有逐漸上升的現象時,醫師就進行補皮、加速傷口癒合;當發現血氧濃度偏低,醫師就積極治療、更改治療措施。在系統的輔助下,根據病患傷口狀態提供最佳治療策略。
在系統與裝置的設計上,林志隆團隊考量了醫護人員與病患的使用便利性,首先,只要10秒的拍攝程序就能得到所需數據,讓系統輔助更便利,且與成大工業設計系合作的系統治具,能根據病患傷口位置任意調整,避免病患大範圍移動。其次,開發具有歷史紀錄存取功能的電腦介面,醫護人員可以輕易比對先前歷史資料,查看組織血氧濃度與傷口組織組成比例,確認傷口癒合趨勢。第三,微型化的系統設計結合智慧型手機操作,降低使用門檻,對於醫護人員和病患而言,輕便的系統可以深入居家,達到遠端醫療的目標。
藉由國儀中心的光電機電整合支援,林志隆團隊成功開發臺灣首座結合光譜成像與AI之慢性傷口智慧預測系統。圖為研究團隊透過專屬感測儀器與深度學習模型,即時分析皮下血氧以輔助臨床診斷。(影像拍攝:科學人)在醫療現場導入「多光譜光源血氧成像系統」,將原先醫護人員仰賴目視、經驗的診斷,轉化為量化的傷口數據,捕捉原本不易比較的傷口些微差異,讓醫護人員在判斷傷口癒合狀態時更有依據,也讓病患更加了解傷口的狀態變化。使用過系統的醫師也實質反饋,「傳統傷口評估容易受主觀影響,在導入多光譜光源血氧成像系統後,提供即時、客觀、視覺化的微血管血流數據,能夠有效輔助醫護人員進行傷口照護決策」。
光機電整合遇難題 國儀中心專業量測縮短研發摸索期
在設計多光譜系統時,曾遇到電路、光學、機械結構上的設計難題,林志隆表示,幸好有國儀中心「智慧傳動與生醫光電技術服務平台」的協助,提供機電平台研發和光電機構整合諮詢,以專業光學儀器知識加速系統開發及驗證,快速且正確地協助研究團隊克服困難。
他舉例,在設計多光譜系統時,研究團隊需要確認使用的LED波長符合需求,國儀中心就提供了「光波長頻譜分析儀」的量測服務。此外,在確認多光譜系統的入射光和反射光強度時,國儀中心協助設計光強度量測實驗,並提供待測反射物的反射率量測設備,「國儀中心多年來開發光機電系統累積的經驗與專業人員,讓我們可以縮短摸索和撞牆期,把寶貴的時間與資源運用在臨床實際收案和演算法開發」。
多光譜成像結合AI 榮獲多項產學獎項肯定
「基於多光譜光源血氧影像偵測之遠端醫療傷口癒合階段辨識系統」是林志隆團隊累積了兩個三年期國科會整合型計畫的成果。在技術的突破上,首先,可針對慢性傷口進行血氧成像,透過深度學習模型預測傷口癒合情形;其次是結合遠紅外光與多光譜光源之燒燙傷成像分級系統,評估患者全身燒燙傷面積並對區域進行分級,輔助醫護人員快速且正確地決定照護措施。
團隊在國儀中心「智慧傳動與生醫光電技術服務平台」全方位光機電整合支援下,開創全臺首套多光譜傷口與燒燙傷智慧判讀系統。(影像拍攝:科學人)在學術上,研究成果發表於電機電子工程師學會(IEEE)和國際光學工程學會(SPIE)的期刊論文,同時有3篇IEEE期刊論文審查中;在專利成果上,已在美國與臺灣取得發明專利,另有發明專利申請案在答辯中。同時獲得多個產業、研發獎項肯定。
林志隆感謝過程中眾多貴人的協助,以及實驗室學生的齊心努力,和家人無條件的支持,更特別感謝國儀中心的支持,解決光機電系統上的問題,讓系統在量測與使用上更精準穩定,「未來我將繼續秉持對科學的熱情,為科研發展作出更大的貢獻以回饋社會」。