【生醫】VR 裝置協助全癱病患重獲肌肉自主|眼球追蹤成醫療產業新寵︱IBM 醫療佈局芬蘭鞏固優勢

【生醫】VR 裝置協助全癱病患重獲肌肉自主|眼球追蹤成醫療產業新寵︱IBM 醫療佈局芬蘭鞏固優勢

周三早安!

在辦公室坐久了,會腿麻、眼睛痠嗎?今天生醫專題介紹的最新技術,正好針對這兩個部位。

陳誌睿分析了 VR 裝置能幫助全癱病人重拾自理能力。Sharon 醫師則預測「眼球追蹤」技術的廣泛應用潛力。而朱軒逸持續追蹤 IBM 的人工智慧在醫療領域的布局,目前已經遙遙領先亞馬遜和微軟。

記得定時站起來走一走啊!

-- 周欽華

今日主筆:龍骨王執行長陳誌睿。優拓資訊商業開發師朱軒逸。口腔外科醫師 Sharon。閱讀時間 9 分鐘。

生醫新聞分析

虛擬成真:全癱病患利用 Oculus Rift 復健,重獲肌肉能力
杜克大學團隊讓患者穿上機器輔具並戴上 Oculus Rift 眼鏡,在虛擬實境中練習走路。病患歷經 1 年訓練,其大腦可以控制腿部肌肉,並讓機械輔具做出對應的動作。病患的雙腿也漸漸恢復知覺。Link

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病患頭戴虛擬裝置和腦電圖掃描儀(Electroencephalography,EEG)復健。圖:Scientific Reports

陳誌睿:

虛擬實境除了用在遊戲或情色影片,在醫學上也有了重要貢獻 ─ 讓脊髓損傷的全癱病人能再次站起。

「完全癱瘓」是指病人脊隨(因車禍或意外)無法接收來自大腦的指令,導致身體四肢無法活動,與無法自主控制器官。現有的復健技術無法提供全癱病人有效協助。

杜克大學神經科學家尼可拉斯發現透過虛擬實境眼鏡、腦機介面與外骨骼機器設備,經過一年訓練,原先完全癱瘓的病人可變為偏癱(按:半身不遂)。病人可以自主控制下肢肌肉,並且控制排尿。病人可以不依賴導尿管,更避免接踵來的感染問題。這正是全癱病人死因的第一名。

該研究團隊讓病人戴上虛擬實境眼鏡,並下指令要病人抬高肢體,同時偵測病人腦波。若偵測到病人腦部發出控制「抬腳行為」的訊號,就在虛擬實境中顯示病人的腳「抬起來了」。想像一下,當你帶著虛擬實境眼鏡,想著要抬腳。頭往下一看,看到虛擬的腳真的抬起來了。腳落到地面時,還會有模擬的震動觸覺。這種回饋會讓病人瞬間以為是真實情境,而強化了病人「自己能抬腳」的真實感覺。

這種訓練在一開始的幾個月完全沒有任何成效。推測是因為病人的大腦自動移除了「抬腳行為」所需要的神經元訊號傳遞方式。約莫經過四個月到半年的訓練,這些訊號傳遞方式才恢復。

而經過一年訓練,過半病人能自主控制下肢肌肉。至此,全癱患者的運動功能、觸覺,乃至內臟控制功能都有改善。過去的治療方式從未達到這種成效。而且杜克大學的研究驚人之處在於,病人大腦能重新產生(reinsert)原本已失去的腦區活化模組。活化模組就是神經元活化的順序與強度;經由不同的神經元活化,大腦可以傳遞資訊。例如腦區內神經元有 10 個,分別以 1-10 標籤,抬腳的活化模組可能是 5 → 6 → 1 → 4。

換句話說,虛擬實境不只是幫助癱瘓病人找回行走的能力,甚至能讓大腦藉由模擬訓練,可以新增已經消失的功能,甚至激發原先沒有的能力。

在台灣,台北醫學大學陳適卿副院長亦有開設虛擬實境治療。台大徐瑋勵及陽明大學楊雅如、王瑞瑤老師是這方面的翹楚。


眼球追蹤成為醫療新寵,及早診斷自閉症與帕金森氏症
健康科技新創 RightEye 擅長眼球追蹤技術,近期獲得美國泛自閉症障礙(autistic spectrum disorder)和帕金森氏症研究團隊的專屬授權,將研發二項視覺測驗。屆時 12-40 月大的幼兒即可接受泛自閉症障礙診斷;而不分年齡的帕金森氏症患者皆可接受檢測。Link

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眼球追蹤技術的檢測。圖:RightEye

Sharon:

「抓住你的眼球」不是口號,而是即將發生在你我身邊的科技。眼球追蹤(Eye Tracking)技術是利用低功率紅外線光束照射使用者眼球,藉由感測器捕捉從瞳孔、虹膜與角膜等部位的反射光,然後運用演算法抓出眼球的「注視點」(point of gaze)。

醫療產業新寵兒

眼球追蹤的應用範圍廣泛。最早用於戰鬥機瞄準技術,較生活化的應用層面包括廣告、行銷等,可用來分析消費者行為。其他如汽車警示系統,能提醒打瞌睡的駕駛,避免交通意外;或遊戲產業,如 Tobii 把眼球追蹤應用於電腦和遊戲機的人機介面。

現在,醫療產業也成為眼球追蹤炫技的場域。RightEye 公司鎖定的是自閉症及帕金森氏症。

自閉症嬰兒 2-6 個月大時,即有避免眼神接觸的傾向,因此可用眼球追蹤診斷。此外,一歲半以上的病童,對於幾何圖樣會展現不尋常的高度興趣。RightEye 公司設計的自閉症檢測(GeoPref Autism Test)能早期診斷,不需待孩童顯現出發展遲緩才就醫。可惜的是自閉症無法治癒,因此眼球追蹤技術雖能即早診斷,但無法有效的介入治療。

相較之下,眼球追蹤用於帕金森氏症檢測價值較高。帕金森氏症的早期症狀包含持續眼球顫動,患者眼睛無法穩定而注視一點。一般民眾往往等到手不自主顫抖、講話開始口吃才就診,此時腦細胞功能跟數量已有極大破壞。RightEye 系統能提早識別患者的運動障礙而做出診斷,患者能即時接受相關治療。

此外,在神經醫學方面,眼球追蹤還能應用在判斷頭部外傷、診斷亨廷頓氏病和特發性震顫等。

除了用於病人,眼球追蹤也能用來評估醫療人員。Eyetracking 公司即用眼球追蹤技術評估外科醫師的水準。外科醫師手術時,狀態會反應在眼球活動,可以用來判斷其經驗值。而加州大學洛杉磯分校更發現,藉由眼球活動能非常準確的判定護理人員的專業度。他們發現五年以上經驗的護士處理病患時,只會注視有用的醫療資訊、並能鎖定重要醫療處置,少有猶豫不定的時候。

眼球追蹤還有一些其他應用,包括「眼球滑鼠」的概念。 LC Technologies 將眼球追蹤技術搭配電腦控制系統,讓肢體癱瘓、無法說話的身心障礙者(漸凍人、帕金森氏症患者等)能透過眼球動作與外界溝通,比如簡短對話、打字、上網與發送 email 等。

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桌上型眼球滑鼠設備。圖: LC Technologies

兩大挑戰

眼球追蹤技術發展多年,但以往代價昂貴以至於發展受限。如今成本降低了,仍存在其它挑戰:

一是技術。感測器必須能更精準鎖定使用者的目光,以降低誤差範圍。二是腦機介面的應用比眼球追蹤更廣泛,更受到重視。換句話說,若是病患眼球或肌肉運動困難,有時直接由病患的腦袋發出訊號,讓機器完成活動,顯然更好。


IBM 人工智慧 Watson 佈局芬蘭,持續鞏固醫療服務優勢
IBM 人工智慧系統華生 Watson 能收集並分析大量醫療數據,給予病患建議。IBM 預計在芬蘭成立三座研究中心,IBM 華生保健部門(IBM Watson Health)將與芬蘭的醫生共同研發新的醫療服務。同時,華生的醫療應用服務將與韓國醫療中心及中國醫院合作,開發治療癌症方法。Link

朱軒逸:

IBM 跟芬蘭政府的合作,再次展現了其利用人工智慧進軍醫療領域的決心。自2006 年起,IBM 將過往在人工智慧領域的研究成果整合為 IBM 華生(IBM Watson),並在 2011 年進入醫療領域,與多家美國頂尖醫院合作,以實際的臨床資料來訓練人工智慧模型。2016 年看來是 IBM 開花成果的一年。IBM 不但進入芬蘭,也成功打進中國及韓國的醫院。

IBM 華生進軍醫療產業有非常明確、完整且長期的策略佈局。IBM 知道要導入人工智慧,除了技術,還需要大量來自專業領域的知識與數據。除此之外,也需要長期針對各種病症來訓練不同的人工智慧模型 — AI 是需要客製化的。針對腫瘤治療方法可能是一種人工智慧,針對糖尿病治療又是另一種。每一個模型都需要大量的資料,也需要時間調整精準度。因此 IBM 以三種策略,切入醫療領域:

第一步,利用大量公開資料,建立基本知識庫。IBM 蒐集了數千萬本文獻,包含醫療教科書、醫學期刊、美國食品藥物管理局(Food and Drug Administration, FDA)審查資料以及專利等,再利用華生的自然語意分析能力,將大量內容結構化。

第二步,與頂尖的醫院合作。IBM 利用醫院大量歷史病歷及診斷數據,結合華生保健部門的知識庫,針對特定臨床需求,開發出各種專門的應用系統。例如 IBM 與紐約的史隆.凱特琳癌症研究中心(Memorial Sloan Kettering Cancer Center)合作,一同訓練華生的腫瘤學(IBM Watson for Oncology)系統。系統建好後,只要輸入醫師的診斷,華生就會推薦治療方式,並附上歷史文獻的證據(evidence-based treatment options)。其他醫院也開始採用這套系統。

最後,IBM 把各項醫學人工智慧應用,建立成雲端軟體服務(SaaS)。只靠自己,發展速度有限,因此 IBM 推出華生保健雲(Watson Health Cloud),以開放平台服務的架構(PaaS,Platform as a Service),讓其他研究中心或新創企業可利用 IBM 的架構來開發醫療應用。

而 IBM 選擇與芬蘭政府合作,也是著眼於芬蘭政府對醫療數據態度較開放。IBM 希望透過在芬蘭建立研究中心,快速增加應用,進一步鞏固 IBM 的優勢。

IBM 雖然在雲端運算市場落後亞馬遜、Google 與微軟,但在醫療領域提早佈局,更從 SaaS 進一步發展成 PaaS 模式。未來可以期待 IBM 平台提供各種醫學應用服務。

推薦閱讀:人工智慧進入醫療領域的關鍵在商業模式

來自陳誌睿的問候

有物報告質多精良的讀者群大家好,我是今天生醫專欄的總主筆陳誌睿。人家說戲棚子站久了,主角就是你的。認識周主編四年多來,總算有機會在他的場子賣弄自己的風騷。

人們愛看戲、愛聽故事,乃至愛看電影由來已久。說故事的人由具體的文字、語音,乃至視覺,將空泛甚至是前衛的幻想具現而出。科學家的工作是將想像化為論述。而創業者,則是將論述化為商品。

封面圖片來源:Wikimedia

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